模型驅動的危機事件快速建模與分析方法

李明浩, 楊克巍, 徐建國, 譚躍進

(國防科學技術大學信息系統與管理學院, 湖南 長沙 410073)

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模型驅動的危機事件快速建模與分析方法

李明浩, 楊克巍, 徐建國, 譚躍進

(國防科學技術大學信息系統與管理學院, 湖南 長沙 410073)

以2015年底俄土戰(zhàn)機沖突事件為例,建立了基于模型驅動方法的快速建模與仿真分析框架,為類似軍事沖突及爭端事件應急判斷提供快速建模與決策分析支持。通過場景建模、可執(zhí)行邏輯分析和可視化仿真技術分別對危機事件進行靜態(tài)結構建模、動態(tài)行為分析以及場景仿真驗證。同時,利用具有自主知識產權的支持快速元模型定制的多視圖建模工具ModelLink,與第三方分析與仿真工具集成,形成了以ModelLink為輸入的跨平臺模型自動生成、分析與互操作的分析鏈路,支持快速參數變更、直觀可視化行為調整的敏捷響應。面向俄土戰(zhàn)機事件,利用俄土雙方及第三方關于事件細節(jié)的開源信息,構建了兩種基本場景模型,通過對比不同方案的可執(zhí)行邏輯分析以及仿真過程參數分析結果,校驗了雙方在事件聲明中細節(jié)的合理性與真實性,同時支持后續(xù)不斷補充開源信息后的模型調整與快速結論生成,具有很好的實用性。

危機事件; 模型驅動; 元模型; 快速建模與分析; 可執(zhí)行模型;STK仿真

0　引　言

2015年11月24日,俄羅斯一架SU24戰(zhàn)機在敘利亞和土耳其邊境附近完成對敘利亞恐怖分子的轟炸任務后被土耳其兩架F16擊落。雙方對事件的過程各執(zhí)己見,主要爭執(zhí)的疑點有三:①俄羅斯方面怒斥這次事件是土耳其有意為之,是有預謀有計劃的背后捅刀行為;②土耳其宣稱俄羅斯戰(zhàn)機越境17s,而俄羅斯則舉證敘利亞雷達監(jiān)測結果反證土耳其戰(zhàn)機越境40s;③土耳其聲稱曾在5分鐘內進行了10次警告,而俄羅斯飛行員穆拉赫金在答記者問時聲稱未收到任何警告。

因此,俄土戰(zhàn)機事件具有不確定性、系統性和突發(fā)性等危機事件的普遍特征,給事件當事雙方和國際社會的應急管理與處置提出了挑戰(zhàn)。在此情況下,如何設計一種合理的快速建模和仿真分析方法成為危機應急管理領域需要迫切研究的問題[1]。危機事件的建模要求能夠描述內部各事件之間的關聯模式,而將各事件整合為一個更大的系統又要求能夠快速可配置、可追溯地進行建模分析工作[2]。

國際系統工程協會在《系統工程2020愿景》和《系統工程2025愿景》中都極力倡導并推動系統工程從傳統基于文檔向基于模型的這種全新范式轉變和演進。鑒于危機事件的不確定性、系統性和突發(fā)性等復雜特征,危機事件應急管理必須有自己的“系統工程”方法。本文將基于模型的系統工程(modelbasedsystemengineering,MBSE)方法應用于危機事件建模與仿真分析[3],提出了一種基于元模型的快速配置建模方法,設計了開放式、可擴展、可定制、可視化的危機事件執(zhí)行仿真[4-6]與計算實驗平臺。結合俄土戰(zhàn)機事件雙方網上公布的資料,詳細介紹了MBSE方法用于危機事件的快速建模與分析過程,仿真結果表明,土耳其擊落俄羅斯戰(zhàn)機是一次有預謀的行為,同時土耳其關于5分鐘內10次警告的說法可信度較低。

1　危機事件快速建模與軟件架構

1.1快速元模型配置架構

傳統應對危機事件的分析方法往往需要使用多種分析工具以及相關的專業(yè)建模人員對各自領域模型進行構建[7],建模時間長,數據不一致,分析能力有限,時效性差,而且在事件信息變更時需要相關人員對各自模型進行修改,時間周期長,有可能會錯過最佳的決策時間[8-9]。本文對危機事件的分析抽象為系統問題,通過建模、可執(zhí)行分析、仿真來完成事件場景的概念重現,通過對邏輯問題及主要參數的驗證進行事件的分析工作?？焖?、靈敏性、時效性是處理應急事件的必要條件,要求根據信息的變更迅速做出響應,完成事件方案的快速分析。

本文采用具有自主知識產權的快速建模及數據框架定制工具ModelLink,以元模型思想為牽引,支撐定制靈活可配的元模型模板,快速組建建模語言所需要的元模型及描述方式,支持對不同事件場景的要素建模,所定義的場景交互操作直觀,便于決策者直接操作。

ModelLink的內部結構主要由3個部分構成:元模型定制模塊、可視化建模模塊、數據服務模塊。元模型定制模塊主要管理元模型實例數據文件及元模型框架文件,ModelLink底層以XML為數據存儲文件格式,通過類的序列化與反序列化將數據以對象形式進行管理,同時參考關系數據庫的存儲方式,將通用數據結構抽象為可擴展的表,支撐了數據結構的靈活定制。可視化建模模塊,負責表現層模型與數據層元模型的映射管理,支持模型表現的定制與擴展。數據服務模塊包括管理服務、調度服務、映射服務和通知服務。管理服務實現對象化后的實例數據管理;調度服務完成數據在各視圖之間的引用與一致性維護;映射服務提供ModelLink模型數據與其他工具平臺數據的轉換接口;通知服務負責在數據變更時對工具鏈上所有平臺進行通知。

ModelLink是以場景設計、行為設計和主要參數設計為核心,通過靈活的軟件架構及可擴展的元模型數據存儲結構實現以下各步功能。首先定制建模中的實體元模型、關系元模型以及元模型數據屬性結構,其次利用定制好的建模描述語言對各個視圖進行建模[10],完成事件場景的設計及主要參數數據的收集工作,搭建起針對該事件的快速分析鏈路,通過工具的核心數據管理服務,完成數據之間的調度及交互工作,將所收集的數據按照數據交換規(guī)范轉換給其他可執(zhí)行及仿真分析工具[11],生成相應的模型,完成分析功能[12-14]。在事件信息發(fā)生變更時,只需要對其中的數據參數直接進行調整就可以進行下一方案的分析[15],無需在其他平臺中進行重復建模。

1.2模型驅動的軟件架構

ModelLink軟件工具被用于搭建一個無縫的分析鏈路,快速銜接數據源與分析功能,通過實現一個具有靈活擴展及重組功能的數據定義與收集框架,以支持快速的數據及模型框架定義,并以各平臺底層數據交互規(guī)范為基礎[16],各分析工具與其連接形成分析任務的完整工具鏈路。模型的轉換及數據一致性與互操作由ModelLink來完成。

面向危機事件中大眾所關心的分析點,主要對場景進行可執(zhí)行邏輯分析、參數約束分析、仿真分析,并且由仿真分析過程驅動可執(zhí)行邏輯的執(zhí)行,完成交互式分析與校驗,為結果提供科學的分析過程支撐。因此,選擇Rhapsody來進行可執(zhí)行邏輯分析及參數約束分析,其中利用參數圖進行參數約束分析優(yōu)化的功能由Rhapsody與Matlab之間本身存在的調用接口完成。采用STK來進行場景可視化展示及部分參數分析功能,并根據場景中的相應狀態(tài)對Rhapsody的邏輯執(zhí)行進行觸發(fā),完成相應部分的分析工作。工具鏈之間的交互關系如圖1所示。

Rhapsody是IBM公司為系統工程師及軟件開發(fā)者提供的可視化開發(fā)與建模環(huán)境。結合國防體系工程應用開發(fā)了諸如DoDAF、MoDAF等模型框架,提供了一個能夠不斷發(fā)現模型錯誤和糾正錯誤的過程。Rhapsody工具具有活動圖和狀態(tài)機圖的模型執(zhí)行分析功能,通過活動模型的執(zhí)行對所構建模型進行調試,在模型構建過程中即可對系統進行可視化分析和模型邏輯準確性驗證。

通過場景要素靜態(tài)結構和離散化的系統行為描述,還不能真正驗證事件場景中的某些特定關注點,需要將基于SysML的體系結構模型轉換成仿真分析模型。本文采用STK作為系統功能模型連續(xù)行為場景可視化分析工具,同時也可以利用Rhapsody的Matlab集成功能對模型中定量的屬性、要素等進行約束計算。

STK是具備執(zhí)行多種環(huán)境、多種任務的專業(yè)系統分析工具,其借助真實的地球外部空間,可以對飛機、導彈、衛(wèi)星姿態(tài)等逼真模擬,提供分析引擎進行強大的計算分析,支持兩個對象之間可見性分析、衛(wèi)星對地面的覆蓋率分析、雷達天線的性能分析等。分析結果可以獲得大量有用的數據和實際驗證。

圖1　工具鏈關系圖Fig.1　Tool chain relationship diagram

2　應對危機事件快速建模與分析

構建在工具鏈支撐下的應對危機事件的快速建模與分析框架,如圖2所示,從業(yè)務視角描述各步驟具體的內容,利用軟件工具支撐各部分功能的開展,通過對突發(fā)事件進行分析,確定框架輸入,獲取場景事件信息,理清所關心的分析目的,根據輸出的分析結果制定相應決策,并進行多方案的對比。該框架是以靈活可配的元模型建模、異構模型自動生成及跨平臺模型互操作為核心功能,來保障快速建模與分析的,利用可執(zhí)行分析、仿真分析去捕獲系統的行為特性,來描述系統的交互和模型表現。整個快速建模與分析框架包括3個階段、5個過程,其中3個階段是快速元模型定義及場景搭建、可執(zhí)行邏輯分析、場景仿真分析,而包含的5個主要過程具體為定義場景元模型、場景要素靜態(tài)結構及行為建模、可執(zhí)行邏輯分析、場景仿真分析、參數調整及多方案對比。

圖2　快速建模與分析方法框架Fig.2　Framework for rapid modeling and analysis method

2.1定義場景元模型

根據事件場景中的具體情況以及所關注的焦點,提取場景中所涉及的核心要素及核心要素之間的關系,分析要素的主要參數構成,利用ModelLink的元模型定制工具定義元模型的數據結構以及視圖的描述方式,根據Rhapsody軟件模型表現的需要,定義執(zhí)行者、狀態(tài)、約束等幾種基礎元模型,以及場景分析所需要的專用元模型。

2.2場景要素靜態(tài)結構及行為建模

靜態(tài)結構和行為是描述一個事件的核心要素,通過對要素之間動態(tài)交互關系的捕獲及描述,可以重現事件特征,幫助用戶分析事件過程中的行為邏輯信息。這里采用SysML系統建模語言中的類圖來描述靜態(tài)結構,采用狀態(tài)圖來描述每個對象的具體狀態(tài)轉移過程,這部分的建模工作在ModelLink中通過配置好的元模型及建模描述方式完成,同時在類圖中類的屬性信息及狀態(tài)轉移中狀態(tài)的屬性信息進行填充,以支持Rhapsody和STK模型的生成。

2.3可執(zhí)行邏輯分析

在此基礎上,利用Rhapsody完成可執(zhí)行邏輯分析及參數約束分析。通過前期研發(fā)的ModelLink與Rhapsody底層元模型的映射規(guī)則及相應的數據操作接口,將Rhapsody軟件前端所構建的類圖模型和狀態(tài)圖模型以及必要參數轉化為Rhapsody軟件框架下的模型,狀態(tài)圖是描述系統在某一過程中的狀態(tài)轉移,其描述的也是關鍵時間點或條件下狀態(tài)的轉移行為。利用Rhapsody的可執(zhí)行分析功能，根據類圖和狀態(tài)圖完成動態(tài)時序圖的生成。同時在有需求的情況下，利用參數約束關系數據生成參數圖,描述系統中對象屬性之間的數學關系(例如性能約束),對重點參數進行系統工程分析,包括性能評估、可靠性評估和物理特性評估等。

2.4場景仿真分析

將ModelLink中對于對象屬性、對象連接關系、狀態(tài)屬性等利用所開發(fā)的數據接口轉化為STK中組件的運動軌跡、空間姿態(tài)、運行開始時間、結束時間和對象關系等連續(xù)性仿真要素,在運行過程中通過場景中對象間的可見性、可探測性、可通信性等因素變化來產生場景數據,從而支持對事件過程的仿真分析。

這里將場景仿真分析中可見性等因素的狀態(tài)結果作為可執(zhí)行邏輯分析中狀態(tài)圖狀態(tài)跳轉的觸發(fā)條件,通過獲取可見性開始時間與結束時間,將狀態(tài)變換的時間點作為觸發(fā)事件,通過所開發(fā)的插件功能,完成STK向Rhapsody可執(zhí)行功能過程發(fā)送消息,告知狀態(tài)跳轉是否執(zhí)行。以此來完成仿真模型與可執(zhí)行模型的互操作,互相彌補各自模型的不足。

2.5參數調整及多方案比對

ModelLink作為快速建模與分析框架的前端,因其數據結構靈活、可定制,元模型的屬性字段與關聯關系可根據具體場景進行定義,以及提供了與Rhapsody和STK良好的數據轉換接口,使對于危機事件的快速建模與分析成為可能,通過前端建模便可以實現數據源到分析工具的回路,由于支持跨平臺模型的自動生成,所以在參數發(fā)生變化時可以通過修改ModelLink中的模型參數實現分析鏈路的快速響應,支持多方案的快速結果生成。

3　實例分析

3.1場景及元模型描述

2015年11月24日,A國SU24戰(zhàn)機被B國F16擊落。B國宣稱A國戰(zhàn)機侵犯領空且5分鐘內警告10次無效后才開火,兩架戰(zhàn)機分別越境1.36km和1.15km,而A國方面堅稱SU24戰(zhàn)機從未侵犯B國領空。當日C國軍方聲稱B國越境2km在C國境內擊落A國戰(zhàn)機，嚴重侵犯了C國主權。隨后A國方面派出M-8武裝直升機進行救援,成功救出飛行員穆拉赫金。穆拉赫金在記者會上說,他們的戰(zhàn)機從未侵犯B國領空。

俄土戰(zhàn)機事件的元模型可以分為對象元模型、關系元模型、屬性元模型以及屬性關系元模型。通過對事件的實例化可以得到危機事件的元模型集合。涉及此次事件的共有12個對象實體,分別是A國兩架SU24戰(zhàn)機、B國兩架F16戰(zhàn)機、A國兩名飛行員、兩架M-8武裝直升機、A國K空軍基地、C國恐怖分子、C國偵測雷達以及B國偵測雷達,詳見表1。其中屬性元模型可轉換為屬性值的設定及屬性度量的描述。表2給出了SU24戰(zhàn)機的屬性及關系元模型列表。

表1　對象及關系元模型列表

表2　SU24屬性及關系元模型列表

3.2事件結構及行為建模

危機事件靜態(tài)結構和動態(tài)行為建模需要抽取核心數據模型中存儲的有關對象、關系以及對象的屬性、屬性關系數據,得到可執(zhí)行模型的基本結構。借助Rhapsody工具,可以使用對象模型圖對事件的靜態(tài)結構進行建模,使用狀態(tài)圖對事件的動態(tài)行為進行建模。建模過程中行為式建模強調輸入和輸出、序列以及條件以便協調其他行為。在考慮所定義約束的情況下,對等式進行解析以獲取屬性值的集合。

3.2.1結構建模

對象模型圖指定事件系統中類的結構和靜態(tài)關系。它不僅僅是系統結構的圖形表示,而且是建模元素和關系以及元素的接口和特性的描述?？梢栽趯ο竽Ｐ蛨D中設置元素屬性的默認值。類與類之間使用關聯建立聯系,對象與對象使用鏈接建立聯系。如在類A與類B之間繪制了一對多定向關聯,可以創(chuàng)建A的一個對象和B的多個對象,通過一個實例化此關聯的鏈接來連接這些對象。

在俄土戰(zhàn)機事件中,為更好表示F16對SU24的打擊過程,F16及其攜帶的ARMAAM空空導彈可分解為兩類對象,因此共14個對象實體,如圖3所示。從左往右分別是K空軍基地,實現對A國戰(zhàn)場的指控,對戰(zhàn)機和直升機下達作戰(zhàn)命令并接受戰(zhàn)場態(tài)勢信息、兩架執(zhí)行打擊恐怖分子任務的SU24戰(zhàn)斗轟炸機,其中一架返航并向指揮中心匯報戰(zhàn)場情況、射殺A國飛行員和擊落A國武裝直升機的C國恐怖分子、執(zhí)行救援任務的M-8武裝直升機,一架返航一架迫降、兩名飛行員,一名飛行員被射殺一名飛行員被A國武裝直升機救出、執(zhí)行防空任務的F16戰(zhàn)機及攜帶的ARMAAM空空導彈、C國偵測雷達、B國偵測雷達。對象與對象之間通過事件來觸發(fā),比如SU24戰(zhàn)機可能有起飛事件、接收轟炸恐怖分子命令事件、收到警告事件、返航事件、受打擊事件等。

圖3　對象模型圖Fig.3　Object model diagram

3.2.2行為建模

狀態(tài)圖通過指定對象對事件或操作的反應來定義對象的行為。此反應可以是在狀態(tài)之間執(zhí)行過渡,也可以是執(zhí)行某些動作。狀態(tài)是對一種方式的抽象,消息觸發(fā)是從一種狀態(tài)到另一狀態(tài)的過渡。消息可以是事件或觸發(fā)式操作,對象可以同時接收從其他對象發(fā)送的這兩類消息。實現危機事件的流程分析,核心是建立不同狀態(tài)之間的轉換以及對象與對象之間的事件或觸發(fā)式操作。事件作為系統中對象所響應的“情況”起源于分析流程。它們的具體實現是信息實體,這些實體包含關于它們所描述事件的數據。

圖4給出了SU24、F16、A國飛行員和C國雷達4類對象的狀態(tài)圖。一方面這4類對象狀態(tài)變換較為復雜;另一方面是事件的疑點主要集中于這4類對象或者是這4類對象可以檢測到。SU24的狀態(tài)跳轉過程為其接收到起飛命令后執(zhí)行正常巡航任務,到達巡航區(qū)域20分鐘以后,于10時12分接收到基地轟擊恐怖分子命令,而后執(zhí)行轟炸操作,10時16分A國戰(zhàn)機完成了第一次轟炸任務,空中掉頭進行第二次轟炸,10時24分完成任務準備返航。如果SU24處于越境狀態(tài),則可能會收到B國警告命令進入被警告狀態(tài),按照B國方面的說法A國戰(zhàn)機無視警告最后被擊毀,而A國方面則聲稱未越境且未收到警告,直接被F16擊落。

F16的狀態(tài)跳轉過程為收到起飛命令后進行巡航(起飛時間有疑問,根據C國雷達監(jiān)測結果,F16于9時11分出現在C國雷達監(jiān)測范圍),可能狀態(tài)跳轉為發(fā)現俄羅戰(zhàn)機越境之后進行警告,警告5分鐘無效后發(fā)送導彈將其擊落,也可能直接發(fā)射導彈打擊SU24戰(zhàn)機。飛行員的跳轉過程為與SU24一起執(zhí)行任務,SU24墜毀后跳傘進入傘降狀態(tài),其中一個受到恐怖分子射殺并死亡,另一個等待武裝直升機并最終獲救。C國雷達跳轉過程為正常戰(zhàn)備,9時11分觀測到B國戰(zhàn)機出現,然后發(fā)現A國戰(zhàn)機出現,執(zhí)行追蹤的整個過程。

圖4　狀態(tài)轉移圖Fig.4　State transition diagram

3.3邏輯分析與仿真分析

時序圖描述事件中的消息交換。通過對可執(zhí)行模型的構建以及后續(xù)的模型運行分析中發(fā)現危機事件中的變化、邏輯順序以及驗證各方的觀點。同時在有需求的情況下利用參數約束關系數據生成參數圖,進行參數分析。

在本危機事件仿真方法中,其中重要一步就是利用STK仿真軟件對事件實例進行場景仿真。場景仿真分析中可見性等因素的狀態(tài)結果作為可執(zhí)行邏輯分析中狀態(tài)圖狀態(tài)跳轉的觸發(fā)條件,驗證邏輯是否合理。

綜合各大網站相關報道,主要有兩個陣營的信息,分別是A國和B國，如表3所示。本文中建模所采用的場景關鍵參數均來源于權威媒體的新聞報道,文章主要利用所提出的方法驗證數據的合理性,對于事件本身不提供客觀性的結論。

表3　事件疑點列表

3.3.1方案1:基于B國報道的建模分析

B國表示擊落俄戰(zhàn)機完全符合交戰(zhàn)規(guī)定。B國F16戰(zhàn)機對SU24進行了長達5分鐘的警告,警告無效后才將其擊落。F16作戰(zhàn)過程分為4步:①偵測到A國戰(zhàn)機向B國方向飛來以后,F16戰(zhàn)機機動前往迎敵。F16機動性能較好,具有快速爬升能力。②發(fā)出警告,通過無線電臺表明身份,要求A國戰(zhàn)機飛離侵犯的領空。③火控雷達鎖定,F16雷達能夠進行仰視搜索和跟蹤以及自動捕獲目標。④發(fā)射導彈,F16發(fā)射的ARMAAM空空導彈有效射程5～7km,為簡化分析,假設為6km。

可執(zhí)行仿真模型建立需要以下幾步：

步驟 1事件分析。整個事件過程中STK輸入的相關模型對象包括A國SU24戰(zhàn)機、M-8武裝直升機、K空軍基地、以及C國雷達站、B國F16戰(zhàn)機、C國IS據點以及B國雷達站。動態(tài)模型對象具體屬性值如表4所示。

表4　方案1屬性設置表

步驟 2結構分析。STK仿真工具是以時間軸為主線,對真實場景進行仿真分析。

步驟 3建立模型。根據上述的流程描述,用STK對此危機事件進行仿真模型的建立,建立的場景如圖5所示。

圖5　B國觀點態(tài)勢推演圖Fig.5　Situation map of viewpoint of Country B

步驟 4模型使用。借助STK仿真軟件的運行,并通過更改F-16戰(zhàn)機的各項參數指標,從而判斷B國F-16戰(zhàn)機是否是早有預謀,在空中等待SU24,并將其擊落。仿真結果如圖6所示。

圖6　事件仿真觸發(fā)Fig.6　Event simulation trigger

步驟 5捕獲STK狀態(tài)變換的時間點,觸發(fā)Rhapsody事件的跳轉,實現俄土事件狀態(tài)跳轉以及事件的演化推進。圖7給出狀態(tài)跳轉結果,A國SU24戰(zhàn)機接收到轟炸恐怖分子命令后進行攻擊任務,并被偵測其越境,B國F16戰(zhàn)機對其進行警告,警告無效后發(fā)射導彈攻擊。

3.3.2方案2:基于A國報道的建模分析

A國11月24日晚,首度公開A國SU24戰(zhàn)機的路線圖,證明俄戰(zhàn)機在執(zhí)行任務時的確沒有越界問題。并且根據敘防空部隊的客觀監(jiān)測資料,土戰(zhàn)機在C國領空停留了40s,深入敘境內2km,而俄戰(zhàn)機并未越過B國邊界。

被擊落的SU24戰(zhàn)機于莫斯科時間10時24分完成了對目標的轟炸。隨后,其駕駛的飛機被從B國第8空軍基地起飛的土空軍F-16戰(zhàn)機用空對空導彈擊中。B國飛機在敘上空發(fā)射導彈后,加快轉彎,以低于防空部隊雷達探測的高度飛離現場。同時,C國赫梅明機場及俄領航飛機的監(jiān)控設施均未記錄到土戰(zhàn)機通過之前約定的頻率向俄飛行員發(fā)出任何警告。

根據以上說明,建立了仿真態(tài)勢圖,如圖8所示,可以看出A國飛機從未越境(圖中粉紅色線條為SU24仿真飛行軌跡)。根據場景仿真結果并對Rhapsody狀態(tài)進行觸發(fā),得到時序圖,如圖9所示,顯示B國未進行任何警告操作。

圖7　B國5分鐘警告時序圖Fig.7　Warning time sequence diagram of Country B in 5 minutes

圖8　A國觀點態(tài)勢推演圖Fig.8　Situation map of viewpoint of Country A

圖9　B國直接攻擊時序圖Fig.9　Direct attack sequence diagram of Country B

3.3.3方案對比分析

通過構建場景模型,并進行可執(zhí)行分析與仿真分析,可以對上文提出的一些疑問進行驗證,得出一些簡單的結論。

首先,從構建的兩種方案仿真對比(見表5)可知,B國方案中,F16收到任務命令從距離報道攻擊位置最近的空軍基地起飛,考慮準備起飛時間與距離飛行時間,在俄戰(zhàn)機被擊毀時,F16戰(zhàn)機并不能到達導彈發(fā)射區(qū)域,因此,執(zhí)行攻擊任務的F16戰(zhàn)機應是之前在附近執(zhí)行巡航任務的戰(zhàn)機,而非臨時起飛的戰(zhàn)機。

表5　場景關鍵指標仿真結果對比

其次,B國方案中稱F16戰(zhàn)機在5分鐘內對SU24進行了10次警告,并在未越境追殺的情況下將其擊毀。仿真模型中根據報道的SU24各時間點的位置,估算被追擊時間內的飛行速度,在5分鐘時間所完成的飛行距離,可得到F16不可能在不越境的情況下完成最后的攻擊任務。

最后,根據B國所公布的雷達圖,通過建模生成STK中相應位置參數條件下的越境場景,模擬SU24執(zhí)行任務中越過土方領空,得出結論由于越境時間極短,不具備越境并被警告,跟蹤并完成攻擊任務的條件。

4　結　論

本文針對危機事件中涉及的一些邏輯和參數設計問題選擇了Rhapsody和STK作為第三方分析工具。ModelLink平臺具有靈活性、可敏捷定制的特性以及特有的數據管理服務,因此可以引入更多專業(yè)分析工具和基于大數據的網絡數據分析技術,形成針對不同特定類型危機事件的快速建模與實時分析鏈路,驅動敏捷方案生成與計算,對危機事件應急管理具有重要意義。

[1]MengRQ,QiuXG,ZhangLB,etal.Parallelemergencymanagementorientedcomputationexperimentalframe[J].Systems Engineering—Theory & Practice, 2015, 35(10): 2459-2466.(孟榮清, 邱曉剛, 張烙兵, 等. 面向平行應急管理的計算實驗框架[J].系統工程理論與實踐, 2015, 35(10): 2459-2466.)

[2]LowenCJ,MacdonaldM.Rapidmodel-basedinter-disciplinarydesignofaCubeSatmission[J].Acta Astronautica, 2014, 105(1): 321-332.

[3]InternationalCouncilonSystemsEngineering.Aworldinmotion:systemsengineeringvision2025[R].SanDiego:InternationalCouncilonSystemsEngineering, 2014.

[4]GeBF,HipelKW,YangKW,etal.Adata-centriccapability-focusedapproachforsystem-of-systemsarchitecturemodelingandanalysis[J].System Engineering, 2013, 16(3): 363-377.

[5]ZhanGX,GeBF,LiMH,etal.Adata-centricapproachformodel-basedsystemengineering[J].Journal of System Science and Information, 2015, 3(6): 1-12.

[6]GeBF,HipelKW,YangKW,etal.Anovelexecutablemodelingapproachforsystem-of-systemsarchitecture[J].IEEE Systems Journal, 2014, 8(1): 4-13.

[7]WibbenDR,FurfaroR.Model-basedsystemsengineeringapproachforthedevelopmentofthescienceprocessingandoperationscenteroftheNASAOSIRIS-RExasteroidsamplereturnmission[J].Acta Astronautica, 2015, 115: 147-159.

[8]DaviesJ,MilwardD,WangCW,etal.Formalmodel-drivenengineeringofcriticalinformationsystems[J].Science of Computer Programming, 2015, 103(6): 88-113.

[9]HoltJ,PerryS,PayneR,etal.Amodel-basedapproachforrequirementsengineeringforsystemsofsystems[J].IEEE Systems Journal, 2015, 9(1): 252-262.

[10]LiK,LiXM,LiuD.Modelingmethodforweaponsystemofsystemsstructurebasedonsemanticmeta-model[J].Systems Engineering and Electronics,2015,37(11):2503-2512.(李亢,李新明,劉東.基于語義元模型的裝備體系結構建模方法[J].系統工程與電子技術,2015, 37(11): 2503-2512.)

[11]XieWC,YuXH,ZhuPF.Model-transformationbasedexecutablemodel’sconstructionofC4ISRarchitecture[J].Systems Engineering and Electronics,2014,36(8):1537-1543.(謝文才,于曉浩,朱鵬飛.基于模型轉換的C4ISR體系結構可執(zhí)行模型構建[J].系統工程與電子技術,2014,36(8):1537-1543.)

[12]RaoBH,PadmajaK,GurulingamP.Abriefviewofmodelbasedsystemsengineeringmethodologies[J].International Journal of Engineering Trends and Technology, 2013, 4(8): 3266-3271.

[13]RamosAL,FerreiraJV,BarcelóJ.Model-basedsystemsengineering:anemergingapproachformodemsystems[J].IEEE Trans. on Systems, Man, and Cybernetics-Part C: Applications and Reviews, 2012, 42(1): 101-111.

[14]WagenhalsLW,LevisAH.Serviceorientedarchitectures,theDoDarchitectureframework1.5,andexecutablearchitectures[J].Systems Engineering, 2009, 12(4): 312-343.

[15]PfisterF,ChapurlatV,HuchadM,etal.Aproposedmeta-modelforformalizingsystemsengineeringknowledgebasedonfunctionalarchitecturalpatterns[J].Systems Engineering, 2012, 15(3): 321-331.

[16]ShanmugavelM,KumarS,RagavanV,etal.Unifiedmeta-modelingframeworkusingbondgraphgrammarsforconceptualmodeling[J].Robotics and Autonomous Systems, 2015, 72: 114-130.

Model-drivenrapidmodelingandanalysismethodologyforcrisisincidents

LIMing-hao,YANGKe-wei,XUJian-guo,TANYue-jin

(College of Information System and Management, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)

FocusedontheRussian-Turkishplaneincidentattheend2015,arapidmodelingandsimulationanalysisframeworkisestablishedbasedonthemodel-drivenmethodology,whichcanproviderapidmodelinganddecisionanalysissupportfortheemergencyjudgementofsimilarmilitaryconfrontationanddisputes.Morespecifically,scenariomodeling,executablelogicalanalysis,andvisualizedsimulationtechnologiesareemployedforstaticarchitecturemodeling,dynamicbehavioranalysis,andsimulationvalidation.Meanwhile,ModelLink,aself-developedrapidmeta-modelcustomizedmulti-viewmodelingtool,integratedwithotherthird-partyanalysisandsimulationsoftwarepackagesformsatool-crossmodelgeneration,analysis,andinteroperationchain.ItreceivestheinputfromsModelLink,andsupportsthequickmodelchangeandresponse.FortheRussian-Turkishplaneincident,open-sourceinformationfromRussian,Turkishandothersisfirstusedtobuildtwobasicscenariomodels.Then,thecomparisononanalysisresultsofdifferentmodelsverifiestherationalityandrealityofthedetailsofbothsides’statements.Moreover,theforegoingframeworkalsofacilitatesthemodelmodificationandoutputgenerationwithregardtotheinformationupdate.

crisisevent;model-driven;meta-model;rapidmodelingandanalysis;executablemodel;STKsimulation

2015-12-14；

2016-01-15；網絡優(yōu)先出版日期：2016-05-12。

國家自然科學基金(71501182，71571185)資助課題

N945.12

ADOI:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.09.13

李明浩(1990-),男,博士研究生,主要研究方向為國防采辦與體系工程、系統優(yōu)化與綜合集成。

E-mail:liminghao4869@sina.com

楊克巍(1977-),男,教授,博士,主要研究方向為國防采辦與體系工程、智能Agent建模。

E-mail:kayyang27@nudt.edu.cn

徐建國(1992-),男,碩士研究生,主要研究方向為技術體系研究、基于模型的系統工程、復雜網絡。

E-mail:xujianguo106579@163.com

譚躍進(1958-),男,教授,主要研究方向為系統管理與綜合集成技術、國防采辦與體系工程、任務規(guī)劃與優(yōu)化。

E-mail:yjtan@nudt.edu.cn

網絡優(yōu)先出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2422.TN.20160512.0907.002.html