面向聯(lián)合作戰(zhàn)評(píng)估的兵棋推演實(shí)驗(yàn)研究

劉海洋 唐宇波 胡曉峰 劉戎翔 崔文華

聯(lián)合作戰(zhàn)評(píng)估,按照評(píng)估對(duì)象層次的不同可分為作戰(zhàn)方案評(píng)估、作戰(zhàn)計(jì)劃評(píng)估與作戰(zhàn)問(wèn)題評(píng)估等,而作戰(zhàn)方案評(píng)估或作戰(zhàn)計(jì)劃評(píng)估在某種意義上可視為作戰(zhàn)問(wèn)題評(píng)估在不同粒度上的綜合集成.針對(duì)作戰(zhàn)問(wèn)題評(píng)估,需要提取能夠反映作戰(zhàn)問(wèn)題的綜合評(píng)估指標(biāo)并對(duì)其進(jìn)行度量.在對(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)進(jìn)行評(píng)估時(shí),傳統(tǒng)的運(yùn)籌分析方法已無(wú)法滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)評(píng)估需求,腳本式的仿真模擬也不能有效地體現(xiàn)對(duì)抗過(guò)程,而人在回路的兵棋推演通過(guò)將人的決策引入到推演過(guò)程中,能夠較好地反映聯(lián)合作戰(zhàn)動(dòng)態(tài)對(duì)抗的特性.兵棋推演是聯(lián)合作戰(zhàn)在虛擬空間的一種實(shí)驗(yàn)活動(dòng)[1],推演的過(guò)程、結(jié)果以及產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可為聯(lián)合作戰(zhàn)評(píng)估提供基礎(chǔ)支撐.

兵棋最早起源于19世紀(jì)普魯士的萊斯維茨父子發(fā)明的宮廷戰(zhàn)爭(zhēng)游戲[2],隨著計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)的發(fā)展,早期的手工兵棋逐漸演化為現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)兵棋.20世紀(jì)80年代后,計(jì)算機(jī)兵棋技術(shù)蓬勃發(fā)展,先后出現(xiàn)了多款軍用和民用的兵棋系統(tǒng),其中最為著名的當(dāng)屬美軍的聯(lián)合戰(zhàn)區(qū)級(jí)兵棋系統(tǒng)(JTLS)和聯(lián)合沖突戰(zhàn)術(shù)兵棋系統(tǒng)(JCATS)[3].美軍在聯(lián)合出版物JP5-0中也明確規(guī)定采用兵棋推演對(duì)作戰(zhàn)方案進(jìn)行分析與評(píng)估.相比于美軍,國(guó)內(nèi)在兵棋推演方面的研究起步較晚,但通過(guò)借鑒國(guó)外成熟的兵棋推演技術(shù)并與我軍實(shí)際相結(jié)合,我們?cè)诒逑到y(tǒng)研發(fā)與運(yùn)用方面也取得到了較快的發(fā)展.很多學(xué)者在兵棋推演的系統(tǒng)架構(gòu)[4]、數(shù)據(jù)與規(guī)則[5?6]、推演機(jī)制[7?8]、態(tài)勢(shì)表達(dá)[9]等多個(gè)方面進(jìn)行了深入的研究.其中,國(guó)防大學(xué)兵棋團(tuán)隊(duì)研制的某大型戰(zhàn)役兵棋系統(tǒng),已在多次部隊(duì)兵棋演習(xí)和教學(xué)推演中積累了大量的實(shí)際演習(xí)數(shù)據(jù),能夠?yàn)閼?zhàn)區(qū)開(kāi)展聯(lián)合作戰(zhàn)評(píng)估提供推演平臺(tái)與數(shù)據(jù)支撐.

依托某大型戰(zhàn)役兵棋系統(tǒng),采用模擬實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)作戰(zhàn)條件與過(guò)程進(jìn)行控制,能夠較大程度地還原戰(zhàn)場(chǎng)的真實(shí)狀況,給出較為客觀的綜合評(píng)估指標(biāo)度量結(jié)果.本文在對(duì)兵棋推演實(shí)驗(yàn)總體框架進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,考慮兵棋推演的特點(diǎn)與規(guī)律,根據(jù)評(píng)估需求有針對(duì)性地設(shè)計(jì)兵棋推演實(shí)驗(yàn)流程與步驟.在對(duì)兵棋推演實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí),從時(shí)間、空間等多個(gè)維度上對(duì)評(píng)估問(wèn)題進(jìn)行綜合,采用工程化的手段快速生成有效的度量結(jié)果,以此來(lái)輔助指揮員和決策機(jī)關(guān)解決聯(lián)合戰(zhàn)役層次帶有全局性的重難點(diǎn)評(píng)估問(wèn)題.

1 實(shí)驗(yàn)總體框架

兵棋推演實(shí)驗(yàn)的基本過(guò)程主要包括3部分,分別是兵棋推演設(shè)計(jì)、兵棋推演運(yùn)行和兵棋推演分析.兵棋推演設(shè)計(jì)重點(diǎn)是針對(duì)推演問(wèn)題設(shè)計(jì)相應(yīng)的解決方案,兵棋推演運(yùn)行側(cè)重于對(duì)推演過(guò)程的控制,兵棋推演分析則是從推演數(shù)據(jù)中獲取綜合分析結(jié)果.將分析結(jié)果反饋至推演運(yùn)行,可作為調(diào)整推演運(yùn)行與控制方式的依據(jù),同時(shí)推演運(yùn)行狀態(tài)也是對(duì)推演設(shè)計(jì)的直接反映,通過(guò)從分析結(jié)果到推演設(shè)計(jì)的回溯基本上較好地保證了兩者間的對(duì)應(yīng)關(guān)系.兵棋推演實(shí)驗(yàn)總體框架如圖1所示.

1.1 兵棋推演設(shè)計(jì)

兵棋推演設(shè)計(jì)是兵棋推演實(shí)驗(yàn)的基本環(huán)節(jié)和首要步驟,是在明確推演問(wèn)題的基礎(chǔ)上,對(duì)推演方法與步驟的預(yù)先制定.兵棋推演設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性,直接關(guān)系到兵棋推演運(yùn)行以及后續(xù)的綜合分析,能夠?qū)C合評(píng)估指標(biāo)的度量結(jié)果產(chǎn)生重大影響.其設(shè)計(jì)的步驟主要包括:

1)問(wèn)題設(shè)計(jì).涵蓋了對(duì)推演問(wèn)題的分析、設(shè)計(jì)與規(guī)劃,提出針對(duì)推演問(wèn)題的命題與假設(shè),給出輸入條件、輸出要求以及可能的影響因素等等.

2)方案設(shè)計(jì).在給定初始輸入條件與輸出要求的情況下,對(duì)推演實(shí)驗(yàn)所采用的方法、步驟與流程進(jìn)行規(guī)劃,同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行梳理,并給出相應(yīng)的解決辦法.

3)推演設(shè)計(jì).在問(wèn)題設(shè)計(jì)與方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,對(duì)兵棋推演運(yùn)行進(jìn)行具體的規(guī)劃,包括對(duì)推演運(yùn)行的控制變量、運(yùn)行模式、推演步長(zhǎng)、運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)等參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)定,以確保兵棋推演實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋咝н\(yùn)行.

1.2 兵棋推演運(yùn)行

兵棋推演運(yùn)行是對(duì)推演方案中實(shí)驗(yàn)流程與步驟的具體實(shí)現(xiàn),也是在兵棋推演控制模型的調(diào)度下產(chǎn)生推演數(shù)據(jù)的過(guò)程.在推演運(yùn)行過(guò)程中,兵棋系統(tǒng)在兵棋推演控制模型的調(diào)度下自動(dòng)運(yùn)行,通過(guò)多輪次的推演批量產(chǎn)生推演數(shù)據(jù),為綜合評(píng)估指標(biāo)度量結(jié)果的獲取提供數(shù)據(jù)支撐.

整個(gè)推演運(yùn)行過(guò)程主要包括推演運(yùn)行與控制和數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)兩個(gè)模塊,其中推演運(yùn)行與控制模塊處于支配地位.推演運(yùn)行與控制模塊由推演控制和推演執(zhí)行兩部分組成,推演控制主要是向兵棋系統(tǒng)發(fā)送各類(lèi)控制指令同時(shí)接收兵棋系統(tǒng)實(shí)時(shí)發(fā)送的狀態(tài)信息,負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)啟停、過(guò)程監(jiān)控、邏輯判斷以及任務(wù)指令下達(dá)等功能;推演執(zhí)行主要是依托兵棋系統(tǒng)在推演控制的調(diào)度下開(kāi)展推演活動(dòng),負(fù)責(zé)加載斷點(diǎn)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)按步長(zhǎng)推進(jìn)、執(zhí)行任務(wù)指令等功能.數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊主要是將產(chǎn)生的帶有時(shí)間戳的兵棋推演數(shù)據(jù)存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù),為兵棋推演分析提供數(shù)據(jù).

1.3 兵棋推演分析

兵棋推演分析主要是基于兵棋推演數(shù)據(jù)開(kāi)展,大致可以分為3個(gè)層次,即統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)挖掘和綜合分析.統(tǒng)計(jì)分析側(cè)重于通過(guò)統(tǒng)計(jì)的方法和手段對(duì)戰(zhàn)果、戰(zhàn)損、戰(zhàn)耗以及指控命令、戰(zhàn)場(chǎng)情況報(bào)告等作出階段性匯總分析.數(shù)據(jù)挖掘是在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,以數(shù)據(jù)挖掘的方法對(duì)隱藏在數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和知識(shí)進(jìn)行探索,通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)增強(qiáng)對(duì)推演不確定性與整體關(guān)聯(lián)性的把握.綜合分析通過(guò)引入人的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn),對(duì)數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行再分析與再判斷,通過(guò)定性與定量相結(jié)合、機(jī)器與人相結(jié)合的手段對(duì)推演的結(jié)果進(jìn)行綜合權(quán)衡.從以機(jī)器為主的統(tǒng)計(jì)分析,到人為主導(dǎo)的數(shù)據(jù)挖掘,再到以人為主的綜合分析,3種分析方法層層遞進(jìn),既借助了機(jī)器的精確與效率,又融入了人的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn),從而能夠大大增強(qiáng)推演分析結(jié)果的科學(xué)性與合理性.

2 實(shí)驗(yàn)流程與步驟

依托某大型戰(zhàn)役兵棋系統(tǒng)開(kāi)展兵棋推演實(shí)驗(yàn),主要是根據(jù)兵棋系統(tǒng)的斷點(diǎn)重推機(jī)制,在兵棋推演斷點(diǎn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)盤(pán)推演,并在推演過(guò)程中置入額外的探測(cè)任務(wù),通過(guò)對(duì)探測(cè)任務(wù)測(cè)量到的態(tài)勢(shì)變化情況進(jìn)行分析挖掘,得出對(duì)綜合評(píng)估指標(biāo)的度量結(jié)果.兵棋系統(tǒng)在斷點(diǎn)重推機(jī)制的設(shè)計(jì)上充分考慮了態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)的前向累加與指令數(shù)據(jù)的后向兼容[11],即通過(guò)加載斷點(diǎn)數(shù)據(jù)可以得到當(dāng)前的態(tài)勢(shì)信息以及所有后續(xù)推演的指令序列信息,而后續(xù)推演指令序列信息的選擇性載入可使兵棋系統(tǒng)在無(wú)人參與的情況下進(jìn)行復(fù)盤(pán)推演,從而保證了探測(cè)任務(wù)能夠在近似實(shí)際推演的環(huán)境中執(zhí)行.

2.1 實(shí)驗(yàn)流程

兵棋推演實(shí)驗(yàn)的流程如圖2所示,其可以簡(jiǎn)單概括為“統(tǒng)一時(shí)間斷點(diǎn),順序置入探針,逐輪開(kāi)展推演”.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中包含兩種時(shí)間,即作戰(zhàn)時(shí)間和物理時(shí)間,作戰(zhàn)時(shí)間是按照推演邏輯進(jìn)行組織,而物理時(shí)間對(duì)應(yīng)的是實(shí)際的天文時(shí)間.在作戰(zhàn)時(shí)間軸上,假設(shè)選定數(shù)據(jù)斷點(diǎn)E1為統(tǒng)一的時(shí)間斷點(diǎn),則實(shí)驗(yàn)中的每輪推演都會(huì)以E1為共同的起點(diǎn),得到的初始態(tài)勢(shì)與后續(xù)的指令序列均保持不變,確保了不同的探測(cè)任務(wù)能夠在相對(duì)一致的環(huán)境下進(jìn)行.將探測(cè)任務(wù)順序置入推演過(guò)程中,需要考慮實(shí)驗(yàn)需求、探測(cè)任務(wù)對(duì)作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)的影響等因素,盡量減小探測(cè)任務(wù)對(duì)其他正常作戰(zhàn)任務(wù)造成的影響.以區(qū)域制空權(quán)探測(cè)任務(wù)為例,對(duì)于戰(zhàn)場(chǎng)中的n個(gè)空域,需要置入n個(gè)探測(cè)任務(wù)對(duì)其進(jìn)行探測(cè),若將n個(gè)探測(cè)任務(wù)同時(shí)置入推演過(guò)程中,則會(huì)使作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)受探測(cè)任務(wù)影響的概率大大增加,從而使兵棋推演朝著不確定的方向演化.逐輪開(kāi)展推演主要是考慮到兵棋系統(tǒng)重啟的時(shí)間成本,在探測(cè)任務(wù)的有效探測(cè)周期內(nèi)應(yīng)確保作戰(zhàn)推演的連續(xù)性,即使在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)出現(xiàn)探測(cè)任務(wù)失效的情況(如擔(dān)負(fù)探測(cè)任務(wù)的部隊(duì)無(wú)法到達(dá)指定位置或已被消滅等),也要盡量避免不必要的兵棋系統(tǒng)重啟.在該輪次的推演結(jié)束后,根據(jù)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件來(lái)判斷是否進(jìn)入下一輪的推演,在全部推演結(jié)束后再通過(guò)對(duì)推演數(shù)據(jù)的處理來(lái)篩選出探測(cè)任務(wù)失效的情況.

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

兵棋推演的過(guò)程本質(zhì)上是一種受控的實(shí)驗(yàn)活動(dòng),而有效的控制是推演實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癯晒Φ年P(guān)鍵所在.兵棋推演實(shí)驗(yàn)過(guò)程主要包括兵棋推演控制與兵棋推演執(zhí)行兩部分,兵棋推演控制端根據(jù)實(shí)驗(yàn)流程與實(shí)驗(yàn)方案對(duì)兵棋系統(tǒng)進(jìn)行控制,兵棋推演執(zhí)行端依托兵棋系統(tǒng)進(jìn)行推演,接收推演控制端發(fā)送的控制命令,同時(shí)將系統(tǒng)狀態(tài)信息反饋至推演控制端.兵棋推演實(shí)驗(yàn)控制過(guò)程如圖3所示.

以兵棋推演控制過(guò)程為邏輯主線(xiàn),兵棋推演實(shí)驗(yàn)步驟包括:

1)系統(tǒng)啟動(dòng),加載模型與數(shù)據(jù);

2)按照實(shí)驗(yàn)需求,對(duì)兵棋系統(tǒng)當(dāng)前的初始態(tài)勢(shì)進(jìn)行調(diào)整,并向兵棋系統(tǒng)發(fā)送初始態(tài)勢(shì)調(diào)整命令,兵棋系統(tǒng)接收?qǐng)?zhí)行后對(duì)當(dāng)前態(tài)勢(shì)進(jìn)行微調(diào);

3)向兵棋系統(tǒng)發(fā)送推演啟動(dòng)命令,兵棋系統(tǒng)接收?qǐng)?zhí)行后按時(shí)間步長(zhǎng)推進(jìn),并保存兵棋推演數(shù)據(jù);

4)接收兵棋系統(tǒng)實(shí)時(shí)發(fā)送的推演運(yùn)行狀態(tài)信息,對(duì)兵棋系統(tǒng)推進(jìn)步長(zhǎng)、當(dāng)前作戰(zhàn)時(shí)間、當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè);

5)接收兵棋系統(tǒng)實(shí)時(shí)發(fā)送的任務(wù)狀態(tài)信息,對(duì)特定任務(wù)探針的當(dāng)前執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè);

6)對(duì)特定任務(wù)探針的執(zhí)行情況進(jìn)行判斷,若滿(mǎn)足任務(wù)下達(dá)條件,則向兵棋系統(tǒng)發(fā)送任務(wù)控制指令,兵棋系統(tǒng)接收并執(zhí)行后,將任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋至推演控制端;反之,跳至步驟4),繼續(xù)對(duì)兵棋運(yùn)行狀態(tài)與任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè);

7)對(duì)是否滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)結(jié)束條件進(jìn)行判斷,若滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)結(jié)束條件,則向兵棋系統(tǒng)發(fā)送實(shí)驗(yàn)結(jié)束命令,兵棋系統(tǒng)接收并執(zhí)行后退出系統(tǒng)運(yùn)行,實(shí)驗(yàn)結(jié)束;反之,進(jìn)入本輪推演結(jié)束條件判斷;

8)對(duì)是否滿(mǎn)足本輪推演結(jié)束條件進(jìn)行判斷,若滿(mǎn)足本輪推演結(jié)束條件,則對(duì)推演方案進(jìn)行調(diào)整,準(zhǔn)備進(jìn)行下一輪推演;反之,跳至步驟4),繼續(xù)對(duì)兵棋運(yùn)行狀態(tài)與任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè);

9)向兵棋系統(tǒng)發(fā)送重啟命令,兵棋系統(tǒng)接收并執(zhí)行,等兵棋系統(tǒng)重啟結(jié)束后重新加載斷點(diǎn)數(shù)據(jù),準(zhǔn)備進(jìn)行下一輪推演;

10)推演控制向兵棋系統(tǒng)發(fā)送推演啟動(dòng)命令,重復(fù)進(jìn)行步驟3),直至滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)結(jié)束條件,最終退出兵棋推演實(shí)驗(yàn).

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取策略

在探測(cè)實(shí)驗(yàn)完成后,需要對(duì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取,以獲得針對(duì)評(píng)估問(wèn)題的綜合評(píng)估指標(biāo)度量結(jié)果.度量結(jié)果的獲取是一個(gè)自底向上的綜合過(guò)程,由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果作為小區(qū)域評(píng)估結(jié)果,再由小區(qū)域評(píng)估結(jié)果綜合成大區(qū)域的評(píng)估結(jié)果,通過(guò)對(duì)評(píng)估結(jié)果在時(shí)間軸上進(jìn)行切片,能夠得到不同空間和時(shí)間分布上的評(píng)估結(jié)果.在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中,由于兵棋推演規(guī)則本身的限制,探測(cè)任務(wù)無(wú)法做到在任意時(shí)刻和任意區(qū)域持續(xù)實(shí)施探測(cè),所以對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取需要考慮實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定和實(shí)驗(yàn)結(jié)果不確定兩種情況.

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定

在這種情況下,探測(cè)任務(wù)的探測(cè)結(jié)果能夠明確地反映出評(píng)估結(jié)果,如在上述的制空權(quán)評(píng)估示例中,若執(zhí)行探測(cè)任務(wù)的偵察機(jī)在特定時(shí)段特定空域內(nèi)遭敵方地面或空中火力打擊,則探測(cè)結(jié)果為我方在該時(shí)段該空域內(nèi)沒(méi)有制空權(quán),反之我方獲得制空權(quán).

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)主要從兵棋推演數(shù)據(jù)庫(kù)中的空空交戰(zhàn)表和地空交戰(zhàn)表中查詢(xún).假設(shè)評(píng)估結(jié)果的初始狀態(tài)為S(0)ij,其中i=1,2,···,m,j=1,2,···,n表示目標(biāo)網(wǎng)格的坐標(biāo)編號(hào)為(i,j),則初始狀態(tài)的評(píng)估結(jié)果矩陣可表示為:

經(jīng)查詢(xún)空空交戰(zhàn)表后,對(duì)發(fā)生空空交戰(zhàn)的網(wǎng)格記為AAij,此時(shí)評(píng)估結(jié)果狀態(tài)為:

此時(shí),評(píng)估結(jié)果矩陣可表示為:

經(jīng)查詢(xún)地空交戰(zhàn)表后,對(duì)發(fā)生地空交戰(zhàn)的網(wǎng)格記為SAij,則評(píng)估結(jié)果狀態(tài)為:

此時(shí),評(píng)估結(jié)果矩陣可表示為:

矩陣E2為考慮在實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定的情況下,融合了空空交戰(zhàn)與地空交戰(zhàn)數(shù)據(jù)后的評(píng)估結(jié)果.其網(wǎng)格內(nèi)的探測(cè)結(jié)果是明確的,即遭到打擊的網(wǎng)格為沒(méi)有制空權(quán),順利執(zhí)行任務(wù)的網(wǎng)格為有制空權(quán).從數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看,部分網(wǎng)格內(nèi)存在著探測(cè)任務(wù)遭到多次打擊或正常推演的空中編隊(duì)遭到打擊的情況,為簡(jiǎn)化問(wèn)題,此種情況同樣被視為該網(wǎng)格沒(méi)有制空權(quán).

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果不確定

在這種情況下,探測(cè)任務(wù)得到的探測(cè)結(jié)果不能明確地反映評(píng)估結(jié)果.同樣在上述示例中,利用探測(cè)任務(wù)對(duì)目標(biāo)空域進(jìn)行探測(cè)時(shí),由于受到兵棋推演規(guī)則的限制,探測(cè)任務(wù)需要根據(jù)兵棋推演指令開(kāi)展行動(dòng),包括從場(chǎng)站起飛、途徑航跡點(diǎn)、到達(dá)目標(biāo)空域等一系列飛行過(guò)程,當(dāng)探測(cè)任務(wù)因遭敵方打擊而失效時(shí),需要對(duì)目標(biāo)網(wǎng)格及時(shí)派出第2批甚至更多的探測(cè)任務(wù),以滿(mǎn)足特定時(shí)段內(nèi)的持續(xù)探測(cè)需求.在這個(gè)過(guò)程中,實(shí)驗(yàn)結(jié)果不確定的情況可分為兩種,一種是在特定時(shí)段內(nèi)探測(cè)任務(wù)狀態(tài)良好,且尚未到達(dá)目標(biāo)網(wǎng)格;另一種是在特定時(shí)段內(nèi)探測(cè)任務(wù)已經(jīng)失效,且尚未到達(dá)目標(biāo)網(wǎng)格.上述的兩種情況探測(cè)任務(wù)均未到達(dá)目標(biāo)網(wǎng)格,所以不管探測(cè)任務(wù)的狀態(tài)是良好還是失效,其探測(cè)結(jié)果都不能準(zhǔn)確反映對(duì)目標(biāo)網(wǎng)格的評(píng)估結(jié)果.

假設(shè)在T時(shí)段內(nèi),探測(cè)任務(wù)DMij無(wú)法對(duì)目標(biāo)網(wǎng)格進(jìn)行探測(cè),此時(shí)需將目標(biāo)網(wǎng)格的評(píng)估結(jié)果狀態(tài)置為S(3)ij=?1,則在T時(shí)段的評(píng)估結(jié)果矩陣為:

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看,在實(shí)驗(yàn)的大部分時(shí)段內(nèi)不確定的目標(biāo)網(wǎng)格數(shù)在網(wǎng)格總數(shù)中占比較小.根據(jù)人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,當(dāng)目標(biāo)網(wǎng)格滿(mǎn)足包圍規(guī)則時(shí),即屬于不確定狀態(tài)的目標(biāo)網(wǎng)格處于確定狀態(tài)的網(wǎng)格的包圍中時(shí),目標(biāo)網(wǎng)格的狀態(tài)可根據(jù)周?chē)W(wǎng)格的狀態(tài)進(jìn)行判定.例如在目標(biāo)網(wǎng)格的周?chē)际怯兄瓶諜?quán)的網(wǎng)格,則該目標(biāo)網(wǎng)格可判定為已取得制空權(quán).

判定是否滿(mǎn)足包圍規(guī)則的算法設(shè)計(jì)如算法1所示:

算法1:包圍規(guī)則判定算法

輸入:評(píng)估結(jié)果矩陣E3;

輸出:評(píng)估結(jié)果矩陣E4.

在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中,首先對(duì)評(píng)估結(jié)果矩陣賦初值,然后通過(guò)查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)評(píng)估結(jié)果矩陣進(jìn)行多輪迭代,最終形成針對(duì)評(píng)估問(wèn)題的量化評(píng)估結(jié)果.針對(duì)特定時(shí)段的部分網(wǎng)格探測(cè)任務(wù)無(wú)法探測(cè)的情況,通過(guò)借鑒專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)包圍規(guī)則判定算法,對(duì)目標(biāo)網(wǎng)格進(jìn)行近似判定,對(duì)于不滿(mǎn)足包圍規(guī)則的網(wǎng)格,則做舍棄處理.運(yùn)用上述的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取策略生成的評(píng)估結(jié)果,基本上較為客觀地反映了當(dāng)前的作戰(zhàn)態(tài)勢(shì),且在很大程度上實(shí)現(xiàn)了工程化處理,避免了人為因素對(duì)評(píng)估結(jié)果的干擾.

4 實(shí)驗(yàn)案例

在聯(lián)合作戰(zhàn)過(guò)程中,制空權(quán)對(duì)奪取其他戰(zhàn)場(chǎng)制權(quán)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要,是否奪取制空權(quán)通常是指揮員重點(diǎn)關(guān)注的核心問(wèn)題之一[12].利用兵棋推演實(shí)驗(yàn)考察目標(biāo)空域的制空權(quán)評(píng)估結(jié)果,首先需要對(duì)目標(biāo)空域進(jìn)行網(wǎng)格劃分,在特定時(shí)間段內(nèi)設(shè)置探測(cè)任務(wù),使其在特定的時(shí)段能夠覆蓋到特定的空域,以該任務(wù)編隊(duì)的任務(wù)執(zhí)行情況來(lái)判斷區(qū)域性制空權(quán).在兵棋推演實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,選取的時(shí)空對(duì)象應(yīng)涵蓋主要作戰(zhàn)階段和主要作戰(zhàn)空域,對(duì)時(shí)間段的選取原則是能夠覆蓋主要的交戰(zhàn)時(shí)段,可通過(guò)觀察態(tài)勢(shì)回放進(jìn)行選定,如“X年X月X日6:00～X年X月X日12:30”等;作戰(zhàn)空域范圍是以與作戰(zhàn)時(shí)段對(duì)應(yīng)的主要戰(zhàn)場(chǎng)的經(jīng)度、緯度和高程范圍來(lái)進(jìn)行約束,如緯度為北緯XX-XX?,經(jīng)度為東經(jīng)XX-XX?,高程為XX-XXm等.

依托某大型戰(zhàn)役兵棋系統(tǒng),以代號(hào)為“XX”的戰(zhàn)役演習(xí)為基本想定,在其基礎(chǔ)上考察特定時(shí)空條件下的制空權(quán)情況.將目標(biāo)空域劃分為10×10的網(wǎng)格,任務(wù)探針選擇2架殲10并掛載偵察載荷執(zhí)行空中偵察任務(wù),重點(diǎn)考察作戰(zhàn)時(shí)間為X年X月X日6:05～7:05時(shí)段內(nèi)的制空權(quán)情況.兵棋推演實(shí)驗(yàn)推演速率設(shè)定為10:1,即作戰(zhàn)時(shí)間為60min,物理時(shí)間消耗約6min,單次系統(tǒng)重啟時(shí)間約14min,則每輪實(shí)驗(yàn)耗時(shí)約20min,10×10實(shí)驗(yàn)網(wǎng)格所消耗的總有效時(shí)間約2000min.利用移動(dòng)時(shí)間窗口考察區(qū)域內(nèi)制空權(quán)情況,時(shí)間窗口大小為5min,時(shí)間窗口之間的間隔為1min,部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)如表1所示.

受兵棋推演規(guī)則的限制,部分目標(biāo)空域無(wú)法進(jìn)行持續(xù)探測(cè),這種情況下將探測(cè)結(jié)果置為?1,表示在該時(shí)段內(nèi)該目標(biāo)空域制空權(quán)評(píng)估結(jié)果為不確定.制空權(quán)評(píng)估的部分兵棋推演實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示,圖中紅格表示已奪得制空權(quán),藍(lán)格表示沒(méi)有制空權(quán),灰格表示探測(cè)結(jié)果不確定.

對(duì)兵棋推演實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得到的制空權(quán)綜合評(píng)估指標(biāo)度量結(jié)果曲線(xiàn)如圖5所示,其中橫軸表示時(shí)間段,縱軸表示區(qū)域制空權(quán)百分比,test_result=1表示已奪取制空權(quán),testresult=0表示未奪取制空權(quán),test-result=-1表示評(píng)估結(jié)果不確定.

表1 兵棋推演實(shí)驗(yàn)部分結(jié)果數(shù)據(jù)表

依據(jù)圖5中的統(tǒng)計(jì)曲線(xiàn),同時(shí)結(jié)合圖4所示的可視化評(píng)估結(jié)果可知:在實(shí)驗(yàn)初始的數(shù)分鐘內(nèi),紅方區(qū)域制空權(quán)占比可達(dá)57%,不確定的區(qū)域占比將近40%,在該階段紅方主動(dòng)對(duì)藍(lán)方發(fā)起攻擊,此時(shí)紅方具有先發(fā)優(yōu)勢(shì),而不確定區(qū)域占比較大是因?yàn)椴糠秩蝿?wù)探針尚未在預(yù)定時(shí)間抵達(dá)目標(biāo)空域所致;在隨后的6～8min內(nèi),紅方區(qū)域制空權(quán)占比迅速下降至約30%,而不確定區(qū)域也隨之下降,這是由于藍(lán)方的地面防空系統(tǒng)對(duì)紅方的空中力量進(jìn)行了打擊,導(dǎo)致紅方制空權(quán)占比迅速下降;在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi),紅方區(qū)域制空權(quán)占比基本穩(wěn)定在30%,未奪取制空權(quán)的區(qū)域約占40%,而不確定區(qū)域也穩(wěn)定在30%左右,此時(shí)對(duì)抗雙方處于僵持階段.

按照包圍規(guī)則判定算法,對(duì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)中的不確定結(jié)果進(jìn)行處理,部分處理結(jié)果對(duì)比情況如圖6所示,其中圖6(a0)、圖6(b0)、圖6(c0)和圖6(d0)為原始測(cè)量結(jié)果,圖6(a1)、圖6(b1)、圖6(c1)和圖6(d1)為經(jīng)包圍規(guī)則判定算法處理后的結(jié)果.從可視化的對(duì)比結(jié)果可以看出,被某種確定方格完全包圍的灰格被判定為與鄰近方格的結(jié)果相同,這與人們基于作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)的對(duì)區(qū)域制空權(quán)的認(rèn)知基本一致.

經(jīng)包圍規(guī)則判定算法處理后的結(jié)果統(tǒng)計(jì)曲線(xiàn)對(duì)比如圖7所示.對(duì)test_result=1的情況處理結(jié)果僅有部分細(xì)微的變化,包圍規(guī)則判定算法將20個(gè)灰格判定為紅格,約占總轉(zhuǎn)換格數(shù)的4.1%;對(duì)test_result=0的情況作用效果比較顯著,算法將470個(gè)灰格轉(zhuǎn)換為藍(lán)格,約占總轉(zhuǎn)換格數(shù)的95.9%,其中轉(zhuǎn)換最多的時(shí)段出現(xiàn)在6:51～6:56,算法將28個(gè)灰格判定為藍(lán)格;對(duì)test_result= ?1的情況,算法在整個(gè)考察時(shí)段內(nèi)共轉(zhuǎn)換490個(gè)方格,占灰格總數(shù)(1614個(gè))的約30.4%.總的來(lái)看,包圍規(guī)則判定算法將部分人的認(rèn)知驗(yàn)固化為判定規(guī)則,經(jīng)在一定程度上減少了單純基于兵棋推演實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知盲區(qū),在處理不確定結(jié)果方面發(fā)揮了較為顯著的作用.

5 結(jié)論

對(duì)于聯(lián)合作戰(zhàn)評(píng)估來(lái)講,采用傳統(tǒng)評(píng)估方法如專(zhuān)家打分法、德?tīng)柗品ā⒛：C合評(píng)判法等,由于人工介入環(huán)節(jié)較多而導(dǎo)致效率較低且易受人為主觀因素的影響,而采用模擬實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)作戰(zhàn)條件與過(guò)程進(jìn)行控制,能夠較大程度地還原戰(zhàn)場(chǎng)的真實(shí)狀況,給出較為客觀的評(píng)估結(jié)果.同時(shí),采用工程化的實(shí)驗(yàn)方法獲取評(píng)估結(jié)果,既可以為評(píng)估速度的快速提升創(chuàng)造條件,也可為基于機(jī)器學(xué)習(xí)的評(píng)估模型構(gòu)建提供訓(xùn)練樣本支撐.針對(duì)兵棋推演實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較長(zhǎng)的問(wèn)題,下一步可考慮采用并行實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)一步提升兵棋推演實(shí)驗(yàn)效率.