軍用仿真發(fā)展現(xiàn)狀與展望

徐享忠， 郭齊勝

(陸軍裝甲兵學(xué)院演訓(xùn)中心, 北京 100072)

仿真是一種具有方法論意義的通用技術(shù)，軍用仿真是一種具有戰(zhàn)略意義的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前，仿真應(yīng)用日益廣泛，涉及國(guó)防軍工、航空航天、能源、環(huán)境、信息、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、海洋、經(jīng)濟(jì)、教育等行業(yè)，基本覆蓋了現(xiàn)代社會(huì)的各個(gè)重要領(lǐng)域[1]。

隨著仿真應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展和應(yīng)用程度的不斷深入，2005年6月美國(guó)總統(tǒng)信息技術(shù)顧問委員會(huì)在給總統(tǒng)的建議報(bào)告[2]中指出：由算法、建模與仿真(Modeling and Simulation，M&S)軟件，計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)以及計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施3大元素構(gòu)成的計(jì)算科學(xué)，已逐步成為繼科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究和理論研究之后認(rèn)識(shí)、改造客觀世界的第3種重要手段，推動(dòng)人類科學(xué)發(fā)展范式的重要遷移。其中：第一范式鼎盛于18世紀(jì)之前的經(jīng)驗(yàn)科學(xué)階段，核心特征是對(duì)有限的客觀對(duì)象進(jìn)行觀察，歸納找出其中的科學(xué)規(guī)律，如伽利略的斜塔落球?qū)嶒?yàn)；第二范式鼎盛于19世紀(jì)以來的理論科學(xué)階段，核心特征是邏輯推導(dǎo)和數(shù)學(xué)證明，如愛因斯坦的相對(duì)論；第三范式興起于20世紀(jì)中期計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以來的計(jì)算科學(xué)階段，核心特征是計(jì)算機(jī)建模與仿真，如模擬核試驗(yàn)。面對(duì)天氣、地震、海嘯以及國(guó)防軍工等復(fù)雜系統(tǒng)，前2個(gè)范式難以滿足科學(xué)計(jì)算需求，必須借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。2007年，美國(guó)眾議院487號(hào)決議[3]將M&S列為影響國(guó)家安全繁榮和保持絕對(duì)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)、具有戰(zhàn)略意義的關(guān)鍵技術(shù)。

美國(guó)國(guó)防部(Department of Defense，DoD)長(zhǎng)期重視軍用仿真技術(shù)。1972年，DoD將M&S列為重要的國(guó)防關(guān)鍵技術(shù)，將其看作是處理事務(wù)的核心方法和戰(zhàn)略性技術(shù)；1992年7月，DoD頒布了“國(guó)防科學(xué)技術(shù)戰(zhàn)略”，將綜合仿真環(huán)境列為保持美國(guó)軍事優(yōu)勢(shì)的7大推動(dòng)技術(shù)之一；1995年10月，DoD頒布了“建模與仿真主計(jì)劃(Modeling and Simulation Master Plan，MSMP)”，明確了預(yù)期達(dá)成的6個(gè)總目標(biāo)[4]，即開發(fā)M&S公用技術(shù)框架，提供一致且權(quán)威的自然環(huán)境表示，提供權(quán)威的系統(tǒng)表示，提供權(quán)威的行為表示，建立M&S基礎(chǔ)架構(gòu)，共享M&S的效益；1997年以來，DoD在實(shí)施“國(guó)防技術(shù)領(lǐng)域計(jì)劃”的基礎(chǔ)上，又將M&S列為“有助于能極大提高軍事能力的4大支柱(戰(zhàn)備、現(xiàn)代化、部隊(duì)結(jié)構(gòu)、持續(xù)能力)的一項(xiàng)重要技術(shù)”[5]。1998年8月，北約頒布了“北約建模與仿真主計(jì)劃”[6]。

筆者首先簡(jiǎn)要闡述仿真的內(nèi)涵以及仿真學(xué)科建設(shè)現(xiàn)狀，提出了一種新的仿真類型；然后，從組織機(jī)構(gòu)、主要成果、應(yīng)用領(lǐng)域及典型應(yīng)用等方面，簡(jiǎn)要闡述軍用仿真發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析了分布式仿真架構(gòu)之間的關(guān)系；最后，從研究熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)2個(gè)方面，展望軍用仿真的未來發(fā)展，剖析了大數(shù)據(jù)時(shí)代理論構(gòu)造的意義、仿真與軍事領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)仿真與指揮信息系統(tǒng)互操作的共同責(zé)任、軍事智能化仿真應(yīng)開展的基礎(chǔ)性研究等重要問題。

1 仿真概述

1.1 仿真

仿真具有極其豐富的內(nèi)涵，“猶如珠寶，側(cè)面不少”[7]。?REN[8]收集了仿真的100多個(gè)定義，最早期的定義可追溯到1961年G．W．Morgenthater給出的技術(shù)性定義[9]。美軍、我軍相關(guān)術(shù)語給出的仿真定義都很簡(jiǎn)潔，內(nèi)涵較為寬泛，即仿真是一種按時(shí)間實(shí)現(xiàn)模型的方法[10-11]。通常來說，仿真是一種從特定目的出發(fā)，運(yùn)用相似原理建立模型，并基于模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的方法。

仿真有多種分類方法，?REN[12]收集了大約400種類型的仿真。常見的分類依據(jù)包括模型的類型、組成單元的性質(zhì)、仿真計(jì)算機(jī)的類型、仿真系統(tǒng)的用途及所屬應(yīng)用領(lǐng)域。其中：根據(jù)組成單元的性質(zhì)，通常把仿真分為實(shí)況(Live)仿真、虛擬(Virtual)仿真和構(gòu)造(Constructive)仿真，三者共同構(gòu)成混合仿真(LVC)，成為復(fù)雜仿真的高級(jí)形態(tài)。虛擬仿真包括各種人在回路仿真器，又有半實(shí)物仿真器、虛擬仿真器、軍事游戲、兵棋推演等多種形態(tài)；同時(shí)，隨著無人裝備自主化、智能化程度的提升，出現(xiàn)了第4種仿真，筆者稱其為“自主(Robot)”仿真。具體分類如表1所示。

表1 根據(jù)組成單元性質(zhì)的仿真分類

仿真的用途非常廣泛，利用仿真技術(shù)可構(gòu)造出系統(tǒng)分析器、系統(tǒng)設(shè)計(jì)器、系統(tǒng)觀測(cè)器、系統(tǒng)預(yù)測(cè)器及系統(tǒng)訓(xùn)練器[13]，如表2所示。

表2 仿真用途及典型實(shí)例

仿真具有經(jīng)濟(jì)、安全、前瞻、可重復(fù)、無破壞、受環(huán)境制約小等諸多優(yōu)點(diǎn)，但也存在不足，主要體現(xiàn)在：對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的建模，無經(jīng)驗(yàn)或觀測(cè)樣本可供借鑒；仿真可信性難以保證，分解之后難以確保如實(shí)集成；計(jì)算量巨大，分解細(xì)化、描述精細(xì)與計(jì)算復(fù)雜相互矛盾。

1.2 仿真學(xué)科建設(shè)

關(guān)于仿真學(xué)科，國(guó)外主要稱其為“建模與仿真”，國(guó)內(nèi)目前則稱其為“仿真科學(xué)與技術(shù)”。

1.2.1 建模與仿真

SZCZERBICKA等[14]提出了支撐M&S學(xué)科的3個(gè)要素：知識(shí)體(body of knowledge)[15]、課程(curriculum)和認(rèn)證(accreditation)，研究了“知識(shí)體”的相關(guān)主題，并提出了系統(tǒng)化推進(jìn)M&S學(xué)科建設(shè)的建議。

國(guó)外大學(xué)著名的M&S研究生授予點(diǎn)如表3[16]所示，其中，博士學(xué)位授予點(diǎn)同時(shí)也包含碩士學(xué)位授予點(diǎn)。美國(guó)阿拉巴馬大學(xué)亨茨維爾分校(University of Alabama in Huntsville，UAH)建模、仿真與分析中心(Center of Modeling Simulation and Analysis，CMSA)主任Mikel D.Petty教授，在美國(guó)老道明大學(xué)(Old Dominion University)工作期間，指導(dǎo)了世界上M&S學(xué)科第1篇和第3篇博士學(xué)位論文[17]。

1.2.2 仿真科學(xué)與技術(shù)

仿真伴隨著控制論、系統(tǒng)論、信息論的發(fā)展而壯大，又與電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)有著密切關(guān)系。在國(guó)內(nèi)，仿真長(zhǎng)期掛靠在控制理論與控制工程(081101)、系統(tǒng)工程(081103)、導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制(081105)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)(081203)、武器系統(tǒng)與運(yùn)用工程(082601)、軍事裝備學(xué)(110803)等二級(jí)學(xué)科之下。原裝甲兵工程學(xué)院(現(xiàn)陸軍裝甲兵學(xué)院)于1998年創(chuàng)建了國(guó)內(nèi)首個(gè)軍用仿真工程本科專業(yè)。之后，國(guó)內(nèi)多所軍校也陸續(xù)開設(shè)了該專業(yè)。

經(jīng)過5年多的論證，2009年，中國(guó)系統(tǒng)仿真學(xué)會(huì)向教育部提交了《設(shè)置“仿真科學(xué)與技術(shù)”一級(jí)學(xué)科的建議書》，建議在我國(guó)高等教育院校設(shè)置“仿真科學(xué)與技術(shù)”一級(jí)學(xué)科；2010年，中國(guó)系統(tǒng)仿真學(xué)會(huì)發(fā)布《仿真科學(xué)與技術(shù)學(xué)科發(fā)展研究報(bào)告》[18]藍(lán)皮書，認(rèn)為“仿真科學(xué)與技術(shù)是以建模與仿真理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、物理效應(yīng)設(shè)備及仿真器為工具，根據(jù)研究目標(biāo)建立并運(yùn)行模型，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行認(rèn)識(shí)與改造的一門綜合性、交叉性學(xué)科”，并對(duì)仿真科學(xué)與技術(shù)的理論、方法體系進(jìn)行歸納總結(jié)；教育部公布的2010年高考招生專業(yè)中，武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院申報(bào)的仿真科學(xué)與技術(shù)是23個(gè)首次設(shè)立的專業(yè)之一。

2 軍用仿真發(fā)展現(xiàn)狀

所謂軍用仿真，是指在軍事和國(guó)防領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練、論證、分析、試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)等目的的仿真[11]。在需求牽引、技術(shù)推動(dòng)與專門機(jī)構(gòu)組織等多方因素共同作用下，經(jīng)過多年持續(xù)發(fā)展，軍用仿真在分布式仿真架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、分布式仿真支撐平臺(tái)、大型仿真系統(tǒng)、仿真叢書等方面取得了大量成果，在模擬訓(xùn)練、裝備論證、作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)、戰(zhàn)略規(guī)劃等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。如同其他許多技術(shù)，仿真技術(shù)也是先在國(guó)防軍工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用后，逐步遷移到民用領(lǐng)域。

2.1 組織機(jī)構(gòu)

M&S組織機(jī)構(gòu)可充當(dāng)活動(dòng)的主辦方或倡議者、標(biāo)準(zhǔn)化工作的組織者或合作者、資源提供者以及其他角色。這些專門機(jī)構(gòu)分成政府(軍隊(duì))類、工業(yè)類以及學(xué)術(shù)類3大類[19]。

以北約、美國(guó)的政府類M&S管理機(jī)構(gòu)為例，北約層級(jí)的組織機(jī)構(gòu)主要有1992年9月成立的發(fā)布交互式仿真(Distributed Interactive Simulation,DIS)工作組以及研究與技術(shù)組織(Research and Technology Organization，RTO)等。北約建模與仿真小組(NATO Modeling and Simulation Group，NMSG)是RTO的7個(gè)技術(shù)小組之一，其職責(zé)是支持聯(lián)軍機(jī)構(gòu)、北約成員國(guó)和伙伴國(guó)之間的合作，以充分發(fā)揮M&S的作用。美國(guó)DoD層級(jí)的組織機(jī)構(gòu)對(duì)國(guó)防M&S活動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)化、規(guī)范化的領(lǐng)導(dǎo)與管理，主要包括：1)建模與仿真指導(dǎo)委員會(huì)(Modeling and Simulation Steering Committee，M&S SC)，其前身是建模與仿真執(zhí)行委員會(huì)(Executive Council on Modeling and Simulation，EXCIMS)；2)建模與仿真協(xié)調(diào)辦公室(Modeling and Simulation Coordination Office，MSCO)，其前身是成立于1992年、負(fù)責(zé)實(shí)施“國(guó)防建模與仿真倡議”的國(guó)防建模與仿真辦公室(Defense Modeling and Simulation Office，DMSO)；3)建模與仿真工作組(Modeling and Simulation Working Group，MSWG)；4)建模與仿真信息分析中心(Modeling and Simulation Information Analysis Center，MSIAC)；5)國(guó)防技術(shù)信息中心(Defense Technical Information Center，DTIC)。美軍軍種層級(jí)的組織機(jī)構(gòu)包括陸軍建模與仿真辦公室(Army Model and Simulation Office，AMSO)、陸軍條令與訓(xùn)練司令部分析中心(TRADOC Analysis Center，TRAC)、海軍建模與仿真管理辦公室(Navy Modeling and Simulation Management Office，NAVMSMO)、空軍建模與仿真局(Air Force Agency for Modeling and Simulation，AFAMS)和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)建模與仿真管理辦公室(Marine Corps Modeling and Simulation Management Office，MCMSMO)。

美軍還建立了聯(lián)合部隊(duì)和軍種2個(gè)層次的作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室。聯(lián)合作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)由聯(lián)合部隊(duì)司令部(原大西洋司令部)負(fù)責(zé)，下轄“聯(lián)合作戰(zhàn)中心”、“聯(lián)合C4ISR作戰(zhàn)中心”和“聯(lián)邦作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室”等聯(lián)合作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)。軍種作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室包括：陸軍太空與導(dǎo)彈作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室(Space and Missile Defense Battle Lab，SMDBL)、海軍作戰(zhàn)中心(Navy Warfare Center，NWC)、空軍太空作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室(Air Force Space Battle Lab，AFSBL)、美海軍陸戰(zhàn)隊(duì)作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室(USMC Warfighting Lab,USMCWL)和網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室(Cyber Battle Lab，CBL)等。

在國(guó)內(nèi)，中國(guó)仿真學(xué)會(huì)(China Simulation Federa-tion，CSF)是中國(guó)科協(xié)所屬的全國(guó)一級(jí)學(xué)會(huì)，掛靠在北京航空航天大學(xué)。該學(xué)會(huì)可上溯到1979年成立的中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)系統(tǒng)仿真專業(yè)委員會(huì)，1989年10月更名為中國(guó)系統(tǒng)仿真學(xué)會(huì)，2016年2月改為現(xiàn)名，現(xiàn)下設(shè)25個(gè)分支機(jī)構(gòu)(20個(gè)專業(yè)委員會(huì)，5個(gè)工作委員會(huì))。

2.2 主要成果

經(jīng)過多年研究，軍用仿真主要取得了以分布式仿真架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、分布式仿真支撐平臺(tái)、大型仿真系統(tǒng)、仿真叢書等為標(biāo)志的系列成果。

2.2.1 分布式仿真架構(gòu)

自20世紀(jì)80年代中期美國(guó)國(guó)防部提出先進(jìn)分布仿真(Advanced Distributed Simulation，ADS)[20]概念以來，分布式仿真已逐漸成為仿真領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和復(fù)雜系統(tǒng)研究的重要工具。分布式仿真技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了仿真器聯(lián)網(wǎng)(Simulator Networking，SIMNET)[21]計(jì)劃、DIS[22]、聚合級(jí)仿真協(xié)議(Aggregate Level Simulation Protocol，ALSP)[23]和高層體系結(jié)構(gòu)(High Level Architecture，HLA)[24]4個(gè)階段。隨著Internet/Web技術(shù)的不斷發(fā)展，2000年以后，M&S和Web/XML、Internet/Networking技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合，推動(dòng)形成了可擴(kuò)展建模與仿真框架(eXtensible Modeling and Simulation Framework，XMSF)[25-26]、試驗(yàn)與訓(xùn)練使能架構(gòu)(Test and Training Enabling Architecture，TENA)[27]，其目的是使用通用的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和開放的體系結(jié)構(gòu)，促進(jìn)M&S在更大范圍、更高層次上的互操作和重用。為適應(yīng)靶場(chǎng)實(shí)裝無線網(wǎng)絡(luò)等不可靠通信網(wǎng)絡(luò)，2005年美國(guó)陸軍還采用面向服務(wù)技術(shù)，開發(fā)了與TENA類似的公共訓(xùn)練儀器架構(gòu)(Common Training Instrumentation Architecture，CTIA)[28]，以支撐實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練轉(zhuǎn)型(Live Training Transformation，LT2)。2009年，美國(guó)國(guó)防部長(zhǎng)辦公室(Office of the Secretary of Defense，OSD)頒布了LVC架構(gòu)路線圖(LVC Architecture Roadmap，LVCAR)[29]，力圖建立一個(gè)多體系架構(gòu)的分布式仿真互聯(lián)協(xié)議。

DIS提供了多種信息類型、同步、交互傳遞、保存與恢復(fù)等核心功能，HLA、TENA、CTIA都是DIS的超集，它們之間則互有交叉。分布式仿真架構(gòu)的維恩(Venn)圖[30]如圖1所示。

在開始提出時(shí)，這些分布式仿真架構(gòu)所支持的仿真類型各有側(cè)重。如：SIMNET、DIS側(cè)重于虛擬仿真；ALSP關(guān)注構(gòu)造仿真；TENA、CTIA側(cè)重于實(shí)況仿真。隨著技術(shù)的發(fā)展，它們之間的界限越來越模糊，下一代分布式仿真架構(gòu)將同時(shí)支持各種類型的仿真，如圖2[31]所示。

圖1 分布式仿真架構(gòu)的Venn圖

圖2 分布式仿真架構(gòu)對(duì)仿真類型的支持關(guān)系

目前，HLA、DIS的使用頻率較高，TENA、CTIA的使用頻率較低[30]，如圖3所示。越來越多的用戶正關(guān)注TENA、CTIA，而CTIA是目前美國(guó)陸軍主推的試驗(yàn)與訓(xùn)練仿真架構(gòu)，并且可能在未來軍事訓(xùn)練中得到全面使用。

圖3 分布式仿真架構(gòu)的使用頻率

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系

國(guó)際知名的與仿真相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)主要有美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE)、國(guó)際仿真互操作標(biāo)準(zhǔn)化組織(Simulation Interoperability Standards Organization，SISO)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International Standar-dization Organization，ISO)/國(guó)際電工協(xié)會(huì)(International Electrotechnical Commission，IEC)。這些機(jī)構(gòu)制定了一系列的仿真標(biāo)準(zhǔn)，主要有如下8個(gè)方面[17]：

1) HLA。主要有IEEE 1516系列標(biāo)準(zhǔn)，包括IEEE 1516、IEEE 1516.1、IEEE 1516.2(OMT)、IEEE 1516.3(FEDEP)1、IEEE 1516.4。

2) DIS。主要有IEEE 1278系列標(biāo)準(zhǔn)，包括IEEE 1278.1、IEEE 1278.1A、IEEE 1278.2、IEEE 1278.3、IEEE 1278.4。

3) 綜合環(huán)境數(shù)據(jù)表示和交換規(guī)范(Synthetic Environment Data Representation and Interchange Specification，SEDRIS)。主要有ISO/IEC 18023系列標(biāo)準(zhǔn)、ISO/IEC 18025、ISO/IEC 18026、ISO/IEC 18041-4、ISO/IEC 18042-4。

4) 實(shí)時(shí)平臺(tái)聯(lián)邦對(duì)象參考模型(Real-time Platform Reference Federation Object Model，RPR FOM)。主要有SISO-STD-001-1999系列標(biāo)準(zhǔn)。

5) 基本對(duì)象模型(Basic Object Model，BOM)。主要有SISO-STD-003-2006系列標(biāo)準(zhǔn)。

6) 商業(yè)仿真軟件包互操作(Commercial off-the-shelf Simulation Package Interoperability，CSPI)參考模型。主要有SISO-STD-006-2010。

7) 軍事想定定義語言(Military Scenario Definition Language，MSDL)。主要有SISO-STD-007-2008。

8) 制造仿真核心數(shù)據(jù)(Core Manufacturing Simu-lation Data，CMSD)。主要有SISO-STD-008-2010。

在國(guó)內(nèi)，中國(guó)仿真學(xué)會(huì)下設(shè)建模與仿真標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)專業(yè)委員會(huì)；原總參謀部軍訓(xùn)與兵種部于2007年成立了軍用建模與仿真標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)；原總裝備部于2009年開展了新版《軍用標(biāo)準(zhǔn)體系表》編制工作，覆蓋作戰(zhàn)指揮、軍事訓(xùn)練、政治工作、后勤保障和裝備建設(shè)等國(guó)防與軍隊(duì)現(xiàn)代化建設(shè)的全部領(lǐng)域。目前，軍用建模與仿真標(biāo)準(zhǔn)由術(shù)語、數(shù)據(jù)、模型、體系結(jié)構(gòu)、仿真工程5類基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)、模擬訓(xùn)練和裝備仿真3類應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)組成，并著重圍繞戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、作戰(zhàn)實(shí)體、作戰(zhàn)行動(dòng)、效能評(píng)估等方面制定了系列標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.3 分布式仿真支撐平臺(tái)

在分布式仿真支撐平臺(tái)(Run-Time Infrastructure，RTI)方面，美國(guó)Mak公司推出了Mak RTI、VR-Link，瑞典pitch公司推出了pRTI，美國(guó)國(guó)防部建模與仿真辦公室則推出著名的DMSO RTI。

國(guó)內(nèi)在HLA運(yùn)行支撐平臺(tái)方面，國(guó)防科技大學(xué)研制的KD HLA、北京仿真中心研制的SSS RTI(Synthetic Simulation System RTI)和北京航空航天大學(xué)研制的AST RTI(Advanced Simulation Technology RTI)、清華大學(xué)研制的TH RTI等，打破了國(guó)內(nèi)應(yīng)用市場(chǎng)長(zhǎng)期被國(guó)外仿真軟件占據(jù)的局面。其中，KD HLA已應(yīng)用在軍內(nèi)外90多家單位的分布式仿真系統(tǒng)中，TH RTI有力支持了我國(guó)高速動(dòng)車組的自主設(shè)計(jì)與開發(fā)。

與DMSO RTI 1.3相比，北京仿真中心研制的分布協(xié)同仿真網(wǎng)格原型系統(tǒng)(COSIM GRID)、清華大學(xué)研制的聯(lián)邦式協(xié)同設(shè)計(jì)/仿真/優(yōu)化一體化平臺(tái)FIA/FEI(Federate Integration Architecture/ Federate Execute Infrastructure)等在體系結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)性能等方面均有較大突破[18]。

2.2.4 大型仿真系統(tǒng)

服務(wù)于不同目的，美軍組織開發(fā)了眾多仿真系統(tǒng)[17,32-33]，如軍團(tuán)作戰(zhàn)仿真(Corps Battle Simulation，CBS)、作戰(zhàn)評(píng)估模型(Combat Evaluation Model，CEM)、作戰(zhàn)樣本生成器(Combat Sample Generator，COSAGE)、陸軍作戰(zhàn)勤務(wù)支持仿真訓(xùn)練系統(tǒng)(army Combat Service Support Training Simulation System，CSSTSS)、陸軍戰(zhàn)術(shù)仿真(Tactical Simulation，TACSIM)、陸軍戰(zhàn)術(shù)兵棋(Tactical WAR，TACWAR)、敵飛行導(dǎo)彈定位與攻擊仿真(Simulation of the Location and Attack of Mobile Enemy Missile，SLAMEM)、平臺(tái)機(jī)動(dòng)性分析(Analysis of Mobility Platform，AMP)、通用戰(zhàn)役分析模型(General Campaign Analysis Model，GCAM)、海軍仿真系統(tǒng)(Naval Simulation System，NSS)、海軍研究、評(píng)估與系統(tǒng)分析(Research，Evaluation & System Analysis，RESA)、空戰(zhàn)仿真(Air Warfare Simulation，AWSIM)、擴(kuò)展的防空模擬系統(tǒng) (Exlended Air Defense Simulation，EADSIM)、聯(lián)合運(yùn)輸流量分析系統(tǒng)(Joint Flow and Analysis System for Transportation，JFAST)、聯(lián)合一體化應(yīng)急模型(Joint Integrated Contigency Model，JICM)、聯(lián)合電子作戰(zhàn)電子戰(zhàn)仿真(Joint Electronic Combat Electronic Warfare Simulation，JECEWS)、聯(lián)合作戰(zhàn)情報(bào)仿真(Joint Operational Intelligence Simulation，JOISIM)、聯(lián)合戰(zhàn)區(qū)級(jí)仿真(Joint Theater Level Simulation，JTLS)、聯(lián)合作戰(zhàn)系統(tǒng)(Joint Warfare System，JWARS，2006年8月改名為聯(lián)合分析系統(tǒng)(Joint Analysis System，JAS))、系統(tǒng)效能分析仿真(System Effectiveness Analysis Simulaition ，SEAS)、美國(guó)蘭德戰(zhàn)略評(píng)估系統(tǒng)(RAND Strategic Assessment System，RSAS)。

由下向上，美軍軍用仿真系統(tǒng)區(qū)分為工程級(jí)、交戰(zhàn)級(jí)、任務(wù)級(jí)、戰(zhàn)區(qū)/戰(zhàn)役級(jí)和戰(zhàn)略級(jí)等不同層級(jí)，如表4所示。

表4 不同層級(jí)的軍用仿真系統(tǒng)

美軍信息化建設(shè)起步較早，在軍用仿真系統(tǒng)系列化發(fā)展方面做得較好，即新研或改造已有軍用仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)縱向貫通(覆蓋戰(zhàn)略、戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)等各個(gè)層級(jí))、橫向互聯(lián)(聯(lián)通陸、海、空、天、電等各個(gè)空間)，系列化發(fā)展的美軍用仿真系統(tǒng)如圖4所示，這種做法值得我軍借鑒。

圖4 系列化發(fā)展的美軍用仿真系統(tǒng)

軍用仿真系統(tǒng)要達(dá)成系列化的目標(biāo)，要求有相同的架構(gòu)和技術(shù)框架、協(xié)調(diào)一致的數(shù)據(jù)接口，或者采用綜合集成的方式實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互通、互操作。

2.2.5 仿真學(xué)術(shù)成果

為滿足仿真學(xué)科建設(shè)和高層次專業(yè)人才培養(yǎng)的迫切需求，國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界進(jìn)行了大量研究，取得了以仿真叢書為主要標(biāo)志的學(xué)術(shù)成果。

國(guó)防科技大學(xué)黃柯棣教授主編的《中國(guó)仿真科學(xué)與技術(shù)書系》被列入“十一五”國(guó)家重點(diǎn)圖書出版規(guī)劃，由電子工業(yè)出版社自2010年陸續(xù)出版。該書系由10余本書構(gòu)成，開放性強(qiáng)，編著和譯著相結(jié)合。

2003年9月至2007年4月，筆者所在團(tuán)隊(duì)編寫了10本教材，由國(guó)防工業(yè)出版社陸續(xù)出版，形成《系統(tǒng)建模與仿真及其軍事應(yīng)用》叢書。這是國(guó)內(nèi)第一套體系完整的系統(tǒng)建模與仿真叢書，先后獲軍隊(duì)級(jí)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)和國(guó)家級(jí)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。在此基礎(chǔ)上，按照“構(gòu)建科學(xué)體系，突出軍事特色，注重學(xué)術(shù)創(chuàng)新”的指導(dǎo)思想，采用“理論基礎(chǔ)-應(yīng)用基礎(chǔ)-應(yīng)用技術(shù)”的體系，2012年8月至2014年1月，筆者所在團(tuán)隊(duì)又組織軍隊(duì)和地方8家單位的40余名專家，以《仿真科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論》[34]為總攬，陸續(xù)出版了19本著作，形成《仿真科學(xué)與技術(shù)及其軍事應(yīng)用》叢書。

2.3 應(yīng)用領(lǐng)域

美軍通常將應(yīng)用領(lǐng)域區(qū)分為采辦(acquisition)、試驗(yàn)(test)、訓(xùn)練(training)、演練(mission rehearsal)、實(shí)驗(yàn)(experimentation)、分析(analysis)和計(jì)劃(plan)，其中演練又往往具有訓(xùn)練、試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)等不同目的。我軍則通常將仿真應(yīng)用領(lǐng)域區(qū)分為裝備論證、模擬訓(xùn)練、作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)和戰(zhàn)略規(guī)劃。兩軍軍用仿真應(yīng)用領(lǐng)域之間大致對(duì)應(yīng)，其關(guān)系如表5所示。

表5 美軍、我軍軍用仿真應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?yīng)關(guān)系

2.4 典型應(yīng)用

筆者重點(diǎn)介紹美軍軍用仿真系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)和演練領(lǐng)域的應(yīng)用案例。

2.4.1 實(shí)驗(yàn)

1) 蘭德公司戰(zhàn)略評(píng)估。美國(guó)DoD投入大量資金開發(fā)了眾多作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)，作為作戰(zhàn)“預(yù)實(shí)踐”的主要手段。知名智庫蘭德公司是典型代表，它以RSAS為主要手段，通過作戰(zhàn)仿真實(shí)驗(yàn)，先后發(fā)布《恐怖的海峽：大陸-臺(tái)灣軍事對(duì)抗與美國(guó)的政策選擇》[35]、《大陸-臺(tái)灣沖突政治背景和軍事方面的平衡》[36]、《中美軍事記分卡：兵力、地理以及不斷變化的力量平衡(1996-2017)》[37]等研究報(bào)告，所得結(jié)論及相關(guān)建議對(duì)美國(guó)政策及美軍戰(zhàn)法產(chǎn)生了很大影響。其中：“中美軍事記分卡”項(xiàng)目由蘭德公司空軍項(xiàng)目部著眼1996-2017年的可能發(fā)展情況，分別圍繞臺(tái)海沖突及南海沖突2個(gè)背景，針對(duì)5大作戰(zhàn)領(lǐng)域(空軍與導(dǎo)彈、海軍、太空與反太空、網(wǎng)絡(luò)、核)，探討中、美軍事能力對(duì)比及發(fā)展趨勢(shì)。

2) 陸軍師級(jí)先期作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)。1997年，美軍陸軍第4機(jī)步師在胡德堡開展了一次先期作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)，目標(biāo)是確定師規(guī)模數(shù)字化部隊(duì)的作戰(zhàn)效能[38]。在“戰(zhàn)斗指揮訓(xùn)練程序”(Battle Command Training Program，BCTP)指揮所演練中，開展作戰(zhàn)仿真對(duì)抗實(shí)驗(yàn)，師指揮所以下的所有作戰(zhàn)單元都是模擬的。實(shí)驗(yàn)為期9天，指揮人員感覺到數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)使實(shí)驗(yàn)部隊(duì)具有更強(qiáng)的態(tài)勢(shì)感知能力，戰(zhàn)場(chǎng)更加透明，并能更靈敏地采取行動(dòng)，從而能在更廣闊的戰(zhàn)場(chǎng)上實(shí)施分布式非接觸作戰(zhàn)。

2.4.2 演練

演練是和平時(shí)期最接近于實(shí)戰(zhàn)的軍事訓(xùn)練，對(duì)作戰(zhàn)概念檢驗(yàn)與評(píng)估、戰(zhàn)斗力生成具有十分重要的作用。美軍非常重視在名目繁多的演練(如表6所示)中運(yùn)用軍用仿真。

表6 美軍演練一覽表

筆者簡(jiǎn)要介紹“旗(Flag)”類演練、“千年挑戰(zhàn)(Millennium Challenge，MC)02”和“乙支自由衛(wèi)士(Ulchi Freedom Guard，UFG)”演練。

1) 美國(guó)空軍舉行的“旗”類演練。在“旗”類演練中，“紅旗”演練著眼空中對(duì)抗，對(duì)抗性最強(qiáng)，最具美軍特色，演練任務(wù)包括空中反制、空中遮斷、壓制敵防空網(wǎng)等，參與者最早是美國(guó)戰(zhàn)術(shù)空軍，后來擴(kuò)大到美國(guó)空軍各司令部、海軍、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)及超過25個(gè)盟國(guó)的空軍[39]。“紅旗”演練運(yùn)用仿真技術(shù)為參演對(duì)象提供最接近實(shí)戰(zhàn)的對(duì)抗環(huán)境，通過高水平對(duì)抗激發(fā)獲勝動(dòng)力與榮譽(yù)感，并通過數(shù)據(jù)采集、回放講評(píng)、復(fù)盤研討來優(yōu)化行動(dòng)方案，提高戰(zhàn)斗力。此外，“綠旗”演練著眼空中電子對(duì)抗，“藍(lán)旗”演練關(guān)注空中協(xié)同，“銀旗”演練側(cè)重飛行技能訓(xùn)練，“金旗”演練聚焦飛行技能訓(xùn)練，“太空旗”太空空間兵棋推演旨在開發(fā)新的太空防御戰(zhàn)術(shù)。

2) “千年挑戰(zhàn)(MC)02”聯(lián)合軍演。MC02是美軍歷史上規(guī)模最大、最復(fù)雜的聯(lián)合軍演，涉及多個(gè)部門、多所城市、多維空間，參演人數(shù)達(dá)13 500人[40]。其中，構(gòu)造兵力和虛擬兵力約占80%，并能與真實(shí)兵力協(xié)同交互。作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)嵌入了作戰(zhàn)籌劃、作戰(zhàn)實(shí)施和作戰(zhàn)評(píng)估的全過程，充分發(fā)揮了系列化仿真系統(tǒng)在分析與解決復(fù)雜軍事問題上的重要作用。

3) “乙支自由衛(wèi)士”演練?！耙抑ё杂尚l(wèi)士”演練是韓國(guó)與美國(guó)聯(lián)合進(jìn)行的軍事演練，也是目前世界上規(guī)模最大、最為復(fù)雜的分布式仿真驅(qū)動(dòng)的演練。演練依托韓軍作戰(zhàn)仿真中心(Korean Battle Simulation Center，KBSC)[41]開發(fā)的大型仿真演練系統(tǒng),KBSC的目標(biāo)是為美軍、韓軍和其他國(guó)家軍隊(duì)的聯(lián)合部隊(duì)及多國(guó)聯(lián)軍的訓(xùn)練提供計(jì)算機(jī)作戰(zhàn)仿真支持。

3 軍用仿真研究熱點(diǎn)及發(fā)展展望

在新軍事變革和信息技術(shù)的雙重影響下，軍用仿真將著重圍繞大數(shù)據(jù)建模、智能仿真、平行系統(tǒng)、仿真與指揮信息系統(tǒng)語義互操作等熱點(diǎn)展開研究，并呈現(xiàn)出一體化、智能化、平行化等發(fā)展趨勢(shì)。

3.1 研究熱點(diǎn)

3.1.1 大數(shù)據(jù)建模

國(guó)際知名刊物《Nature》(2008年)和《Science》(2011年)相繼推出了“大數(shù)據(jù)”?？髷?shù)據(jù)已經(jīng)在相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域造成深刻影響，對(duì)建模與仿真也帶來了4個(gè)重大變革[42]，主要表現(xiàn)在：1)采集數(shù)據(jù)由單一維度拓展為多個(gè)維度；2)分析對(duì)象由局部數(shù)據(jù)延伸為整體數(shù)據(jù)；3)探究方式由直接變更為間接；4)關(guān)注焦點(diǎn)由因果性遷移為關(guān)聯(lián)性。微軟公司的吉姆·格雷認(rèn)為基于數(shù)據(jù)密集型的科學(xué)發(fā)現(xiàn)將是未來一個(gè)非常重要的趨勢(shì)，進(jìn)而提出“第四范式”[42];郝春宇[43]闡述了第四范式對(duì)社會(huì)科學(xué)研究的方法論意義；TONY等[44]則詳細(xì)介紹了第四范式在自然科學(xué)中的應(yīng)用情況；宮夏屹等[45]提出了大數(shù)據(jù)平臺(tái)的體系架構(gòu)，綜述了大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、應(yīng)用模式、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)技術(shù)，展望了大數(shù)據(jù)平臺(tái)的發(fā)展方向。2017年，由北京大學(xué)牽頭建設(shè)的“大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用技術(shù)”國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室獲批通過。

除了早期的“啤酒與尿布”，大數(shù)據(jù)建模的經(jīng)典案例有：《紙牌屋》對(duì)演員與劇情進(jìn)行選擇;百度基于用戶喜好進(jìn)行廣告精準(zhǔn)營(yíng)銷[46]；阿里基于B2B大數(shù)據(jù)預(yù)見亞洲金融危機(jī)爆發(fā)；谷歌基于用戶搜索日志預(yù)測(cè)流感爆發(fā)的時(shí)間和規(guī)模[47]；義烏小商品批發(fā)市場(chǎng)基于用戶訂單大數(shù)據(jù)2016年提前5個(gè)月預(yù)測(cè)到特朗普當(dāng)選，2018年12月預(yù)測(cè)法國(guó)“黃馬甲”運(yùn)動(dòng)升級(jí)并波及歐洲其他國(guó)家等。

美國(guó)《華盛頓郵報(bào)》網(wǎng)站題為“美國(guó)軍隊(duì)正在通過慢跑暴露敏感和危險(xiǎn)的信息”的報(bào)道[48]稱，通過Strava公司發(fā)布的健身人群運(yùn)動(dòng)“熱圖”(Heat Map)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)已知美國(guó)軍事基地以及其他未知和潛在敏感地點(diǎn)的位置和輪廓。圖5為被“熱圖”點(diǎn)亮的美國(guó)“五角大樓”。

圖5 被“熱圖”點(diǎn)亮的美國(guó)“五角大樓”

伍文峰等[49]針對(duì)網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)體系的復(fù)雜特性，分析了傳統(tǒng)的體系作戰(zhàn)能力評(píng)估框架存在的不足，提出基于大數(shù)據(jù)來構(gòu)建動(dòng)態(tài)指標(biāo)網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)體系能力的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估；劉玉海[50]提出了軍隊(duì)大數(shù)據(jù)建設(shè)的總體框架，以及制定軍隊(duì)大數(shù)據(jù)發(fā)展戰(zhàn)略、建立資源目錄、構(gòu)建云處理平臺(tái)、建立服務(wù)機(jī)制、數(shù)據(jù)挖掘算法、完善規(guī)章制度等6個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向。當(dāng)前，陸軍正在情報(bào)融合、邊海防防衛(wèi)、安全管理等領(lǐng)域，運(yùn)用大數(shù)據(jù)助推轉(zhuǎn)型建設(shè)[51]。

基于大數(shù)據(jù)的無假設(shè)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)、基于模糊搜索的案例匹配以及基于大數(shù)據(jù)的仿真可信性評(píng)估將是大數(shù)據(jù)時(shí)代科學(xué)研究方式的基本特色[52]。但需注意的是，數(shù)據(jù)規(guī)模只能彌補(bǔ)理論模型中的部分因素而非全部因素，仍然不能輕視理論構(gòu)造的意義，谷歌預(yù)測(cè)流感模型后來出現(xiàn)的巨大偏差[53]充分說明了這一點(diǎn)。

3.1.2 智能仿真

當(dāng)今時(shí)代屬于“新互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)+人工智能+”的時(shí)代，且仍在飛速發(fā)展中。AlphaGo、AlphaGoZero、AlphaZero是近幾年人工智能博弈領(lǐng)域取得的里程碑式成果。李伯虎等[54]提出了面向新型人工智能系統(tǒng)仿真技術(shù)的含義，探討了新型人工智能系統(tǒng)對(duì)仿真技術(shù)的新挑戰(zhàn)，提出了面向新型人工智能系統(tǒng)的建模理論與方法、智能仿真支撐系統(tǒng)技術(shù)及智能仿真系統(tǒng)應(yīng)用工程技術(shù)，并給出了制造、醫(yī)療、城市、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域新型人工智能的典型應(yīng)用案例。主要有以下2大研究領(lǐng)域：

1) 智能地仿真，即智能作為仿真的方式。為降低智能技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用的門檻，讓用戶可以專注應(yīng)用領(lǐng)域需求而不必操心復(fù)雜的算法實(shí)現(xiàn)，目前已研發(fā)了一些支撐平臺(tái)。如：Mathematica將機(jī)器學(xué)習(xí)過程梳理為Classify、Predict、FeatureExtraction、ImageIdentify等幾個(gè)簡(jiǎn)單的內(nèi)置命令；谷歌于2015年發(fā)布開源機(jī)器學(xué)習(xí)框架TensorFlow；微軟于2016年發(fā)布認(rèn)知工具包Cognitive Toolkit(CNTK)；阿里則于2018年推出魯班智能設(shè)計(jì)平臺(tái)。

2) 智能的仿真，即智能作為仿真的對(duì)象。當(dāng)前，軍事信息系統(tǒng)智能化發(fā)展普遍將以理解、推理、決策為代表的智能化認(rèn)知技術(shù)作為重點(diǎn)研究對(duì)象。通常采用的Agent建模方法需要突破模型結(jié)構(gòu)及其形式化描述、Agent行為學(xué)習(xí)以及多Agent系統(tǒng)(Multi-Agent System，MAS)協(xié)調(diào)與合作機(jī)制等關(guān)鍵技術(shù)[55]。金欣[56]從指揮控制的復(fù)雜性入手，采用分而治之的策略，將其分解成為融合處理、態(tài)勢(shì)研判、方案設(shè)計(jì)、計(jì)劃制訂、個(gè)體行動(dòng)、群體行動(dòng)等6個(gè)子問題，以降低難度；郭圣明等[57]結(jié)合體系作戰(zhàn)的復(fù)雜性，展示了深度學(xué)習(xí)等智能認(rèn)知關(guān)鍵技術(shù)在軍事信息系統(tǒng)智能化領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值。與此同時(shí)，無人自主系統(tǒng)正逐漸應(yīng)用到偵察、態(tài)勢(shì)感知、火力打擊、機(jī)動(dòng)和后勤保障等領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)自組織和自同步，無人自主系統(tǒng)將大量產(chǎn)生合作、競(jìng)爭(zhēng)、學(xué)習(xí)等社會(huì)行為。當(dāng)前，智能仿真技術(shù)以信息論、控制論等理工科學(xué)為基礎(chǔ)，只有面向新一代人工智能技術(shù)(基于自主智能、人機(jī)混合、人機(jī)協(xié)同等)，增強(qiáng)決策行為的智能性，才能體現(xiàn)基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、混沌動(dòng)力學(xué)、生物社會(huì)學(xué)等復(fù)雜性科學(xué)的群體智能行為，生成作戰(zhàn)能力[58]。

3.1.3 平行系統(tǒng)

隨著仿真對(duì)象復(fù)雜程度的增加，針對(duì)仿真對(duì)象很難甚至無法進(jìn)行精確建模和實(shí)驗(yàn)的困境，學(xué)術(shù)界結(jié)合傳感器、仿真、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，提出了“平行系統(tǒng)”[59]的概念。

平行系統(tǒng)是對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行觀測(cè)、分析、預(yù)測(cè)，進(jìn)而管理和控制的一種可行方式。如：天氣數(shù)值預(yù)報(bào)相當(dāng)于構(gòu)建了一個(gè)平行氣象系統(tǒng)，通過提供滾動(dòng)的預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)來實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)，在一定程度上增加結(jié)果的準(zhǔn)確性，2015年北京市24 h晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率突破90%，“十三五”末將達(dá)到93%，預(yù)報(bào)時(shí)間間隔縮短為10 min、空間粒度精細(xì)到1 km[60]；基于“網(wǎng)絡(luò)-物理-社會(huì)系統(tǒng)(Cyber-Physical-Social System，CPSS)”的平行駕駛框架，通過平行測(cè)試、平行學(xué)習(xí)以及平行增強(qiáng)學(xué)習(xí)等方法，可以融合物理世界、精神世界和人工世界，在智能網(wǎng)聯(lián)汽車的感知、規(guī)劃、決策與控制中有巨大的應(yīng)用潛力[61]；針對(duì)復(fù)雜社會(huì)經(jīng)濟(jì)問題，將大型計(jì)算機(jī)作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室，綜合運(yùn)用人工社會(huì)、計(jì)算實(shí)驗(yàn)和平行系統(tǒng)等方法，可形成相關(guān)的計(jì)算研究理論和方法體系[62]。

軍事上，繼機(jī)械化、電氣化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化之后，王飛躍[63]基于“虛實(shí)互動(dòng)的平行思想”這個(gè)核心理念，依托“人工社會(huì)-計(jì)算實(shí)驗(yàn)-平行執(zhí)行(Artificial societies-Computational experiments-Parallel execution，ACP)理論和CPSS基礎(chǔ)設(shè)施”這2個(gè)關(guān)鍵支持，提出了面向平行系統(tǒng)的指揮與控制體系，即指控5.0的平行指揮與控制；針對(duì)信息化條件下實(shí)兵演練按計(jì)劃推演、激光模擬對(duì)抗等傳統(tǒng)形式難以滿足實(shí)戰(zhàn)化體系訓(xùn)練要求的問題，董志明[64]按照“實(shí)裝層-半實(shí)物層-虛擬層”的思路，提出了面向平行系統(tǒng)的體系訓(xùn)練基本理論，構(gòu)建了“1個(gè)空間、2個(gè)網(wǎng)絡(luò)、3個(gè)平行層”的平行訓(xùn)練系統(tǒng)基本框架，論證了面向平行系統(tǒng)的組訓(xùn)模式，研究成果可為陸軍數(shù)字化部隊(duì)實(shí)戰(zhàn)化體系訓(xùn)練提供借鑒。

3.1.4 仿真與指揮信息系統(tǒng)語義互操作

互操作是仿真領(lǐng)域研究的一個(gè)基礎(chǔ)性問題，也是仿真研究的熱點(diǎn)。1996年，歐洲成立了仿真互操作工作組(European Simulation Interoperability Working Group，ESIWG)，SISO也于同年成立。這2個(gè)組織都致力于推動(dòng)仿真系統(tǒng)的互操作和仿真資源的重用。直到今天，語義互操作仍是仿真領(lǐng)域面臨的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)之一。本體(ontology)[65]技術(shù)為語義互操作提供了一個(gè)新的思路。

實(shí)戰(zhàn)化模擬訓(xùn)練、裝備論證、作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)對(duì)作戰(zhàn)仿真與指揮信息系統(tǒng)的語義互操作提出了迫切需求。SISO于1999年3月成立了仿真與指揮信息系統(tǒng)互操作研究小組(Modeling & Simulation to C4I Study Group，M&S-to-C4I SG)，北約制定了多方互操作程序(Multilateral Interoperability Program，MIP)，成立了NMSG-048、NMSG-085、NMSG-106等研究小組，對(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)管理語言(Coalition-Battle Management Language，C-BML)、軍事想定定義語言(Military Scenario Definition Language，MSDL)等重點(diǎn)開展研究。美國(guó)國(guó)防部信息系統(tǒng)局也成立了19個(gè)聯(lián)合技術(shù)工作組(Technical Work Group，TWG)[66]。長(zhǎng)期以來，作戰(zhàn)仿真與指揮信息系統(tǒng)之間的互操作被不公平地認(rèn)為主要是作戰(zhàn)仿真領(lǐng)域?qū)＜抑攸c(diǎn)考慮的事情。實(shí)際上，這應(yīng)是軍事專家、仿真專家的共同責(zé)任。

筆者等分析了美軍作戰(zhàn)仿真與指揮控制系統(tǒng)的異構(gòu)性，梳理了二者之間互操作的發(fā)展路線圖、主要階段及未來趨勢(shì)，剖析了基于雙向接口互操作及嵌入式互操作的典型案例[67]；分析了作戰(zhàn)仿真與指揮控制系統(tǒng)在體系架構(gòu)、信息交換模型、通信協(xié)議以及數(shù)據(jù)庫等方面的異構(gòu)性，針對(duì)語義互操作的要求，設(shè)計(jì)了包含“接入層、資源層、語義交互層、服務(wù)層和應(yīng)用層”的語義互操作5層參考技術(shù)框架，力圖給出一攬子解決方案[68]；分析了本體建模的一般原則，基于Web本體語言(Ontology Web Language，OWL)，采用改進(jìn)的“七步法”，建立了坦克排戰(zhàn)斗隊(duì)形本體模型，并通過作戰(zhàn)任務(wù)次序和戰(zhàn)斗隊(duì)形等推理，對(duì)所建立的本體模型進(jìn)行了有效性檢驗(yàn)[69]。

3.2 發(fā)展趨勢(shì)

李伯虎等[70]提出：仿真技術(shù)將呈現(xiàn)“高效化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)化、普適化”的發(fā)展趨勢(shì)；徐庚保等[71]提出：信息時(shí)代的數(shù)字仿真正朝“數(shù)字化、虛擬化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)化和普適化”的現(xiàn)代化方向發(fā)展。時(shí)至今日，數(shù)字化、虛擬化、高效化、網(wǎng)絡(luò)化已有很大發(fā)展，智能化、服務(wù)化、普適化仍有很大發(fā)展空間。

未來軍用仿真將緊緊圍繞又好又快地為用戶提供服務(wù)，結(jié)合新軍事變革和信息技術(shù)發(fā)展，朝著一體化、智能化、平行化的方向發(fā)展。

3.2.1 一體化

一體化作戰(zhàn)要求實(shí)施一體化訓(xùn)練。著眼“訓(xùn)練高于實(shí)戰(zhàn)、訓(xùn)練嚴(yán)于實(shí)戰(zhàn)、訓(xùn)練難于實(shí)戰(zhàn)”，要求模擬訓(xùn)練系統(tǒng)橫向(各軍兵種、機(jī)關(guān)各部門)覆蓋、縱向(各層級(jí))貫穿。為此，從作戰(zhàn)仿真與指揮信息系統(tǒng)采用同一技術(shù)體制與分布式架構(gòu)、建模采用統(tǒng)一語言、建模與仿真一體化集成開發(fā)環(huán)境，到網(wǎng)電空間一體[72]、CPSS，再到TENA、LVC[73]，軍用仿真將在技術(shù)體制、開發(fā)環(huán)境、仿真系統(tǒng)、應(yīng)用領(lǐng)域等多個(gè)方面呈現(xiàn)一體化的趨勢(shì)，在推動(dòng)軍事訓(xùn)練轉(zhuǎn)型、促進(jìn)軍事變革上發(fā)揮更大作用。

3.2.2 智能化

機(jī)械化戰(zhàn)爭(zhēng)、信息化戰(zhàn)爭(zhēng)分別以“火力到達(dá)”“信息到達(dá)”為主要標(biāo)志，未來智能化戰(zhàn)爭(zhēng)則以人機(jī)協(xié)同和無人自主平臺(tái)為標(biāo)志。軍用智能仿真將融合大數(shù)據(jù)、機(jī)器智能、腦認(rèn)知、復(fù)雜系統(tǒng)等多學(xué)科知識(shí)，為戰(zhàn)爭(zhēng)制勝機(jī)理、體系分析及效能評(píng)估、作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃與決策等難題的研究提供了認(rèn)識(shí)論、方法論上的突破。結(jié)合戰(zhàn)爭(zhēng)復(fù)雜系統(tǒng)的特點(diǎn)，軍用智能仿真需重點(diǎn)突破以下幾個(gè)方向的共性、基礎(chǔ)性技術(shù)，即面向巨大空間稀缺樣本的混合深度學(xué)習(xí)、作戰(zhàn)時(shí)空行為認(rèn)知與意圖判斷、不完全甚至虛假信息條件下的自主決策。

3.2.3 平行化

著眼輔助指揮決策這個(gè)難題，戰(zhàn)時(shí)可以在指揮所借助兵棋推演平臺(tái)或高加速比超實(shí)時(shí)作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)快速模擬作戰(zhàn)過程，利用偵察情報(bào)系統(tǒng)、兵力跟蹤系統(tǒng)及時(shí)更新綜合態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)中的敵我態(tài)勢(shì)，構(gòu)建出“平行戰(zhàn)場(chǎng)”，從而達(dá)到預(yù)測(cè)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，優(yōu)化行動(dòng)方案，輔助指揮決策等目的。平時(shí)則可以構(gòu)建“平行訓(xùn)練場(chǎng)”，為受訓(xùn)對(duì)象提供盡可能逼真的戰(zhàn)術(shù)對(duì)抗背景，解決訓(xùn)練條件設(shè)置一廂情愿的問題，提高訓(xùn)練效果。

4 結(jié)論

軍用仿真推動(dòng)了軍事理論和戰(zhàn)爭(zhēng)預(yù)實(shí)踐的不斷革新，助力了先進(jìn)武器裝備快速采辦和換代發(fā)展，促進(jìn)了軍事訓(xùn)練的創(chuàng)新轉(zhuǎn)型，推動(dòng)了戰(zhàn)斗力生成模式的轉(zhuǎn)變。著眼于提高信息化戰(zhàn)爭(zhēng)仿真的可信性，軍用仿真在大數(shù)據(jù)建模、智能仿真、平行系統(tǒng)以及仿真與指揮信息系統(tǒng)語義互操作等方面還需要做大量深入研究，未來將朝著一體化、智能化、平行化的方向發(fā)展。