基于兵棋推演系統(tǒng)的作戰(zhàn)方案評估方法研究

秦園麗,張訓(xùn)立,高桂清,王 康

(火箭軍工程大學(xué)， 西安 710025)

作戰(zhàn)方案亦稱作戰(zhàn)預(yù)案，指在預(yù)判敵方兵力部署及可能采取行動(dòng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)首長決心擬制的對作戰(zhàn)進(jìn)程和戰(zhàn)法的設(shè)想，內(nèi)容通常包括情況判斷結(jié)論，上級企圖和本部隊(duì)任務(wù)，友鄰任務(wù)及作戰(zhàn)分界線，各部隊(duì)的編成、配置和任務(wù)，作戰(zhàn)階段劃分，各階段情況預(yù)想及處置方案，保障措施、指揮的組織等。導(dǎo)彈部隊(duì)由于其武器裝備的復(fù)雜性和參戰(zhàn)要素的多元性，依據(jù)方案行動(dòng)是導(dǎo)彈部隊(duì)遂行作戰(zhàn)任務(wù)的基本方式，作戰(zhàn)方案的科學(xué)性和合理性在一定程度上決定了其作戰(zhàn)效能的發(fā)揮，因此必須通過科學(xué)的手段對作戰(zhàn)方案進(jìn)行評估[1-2]。

作戰(zhàn)方案的評估指對作戰(zhàn)方案的可行性、風(fēng)險(xiǎn)度、作戰(zhàn)效益等進(jìn)行的評價(jià)和估量，是確保形成最佳決策的必要環(huán)節(jié)。作戰(zhàn)方案的評估方法可以分為軍事運(yùn)籌分析法和仿真驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)法。軍事運(yùn)籌分析是較為常用的作戰(zhàn)方案評估方法，例如模糊綜合評判法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等，這些方法對專家經(jīng)驗(yàn)和知識的依賴性強(qiáng)，多偏向于理論分析，評估結(jié)果的解釋性不強(qiáng)，缺乏實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，與部隊(duì)作戰(zhàn)脫節(jié)。仿真驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)法是一種探索性分析方法，主要基于作戰(zhàn)仿真實(shí)驗(yàn)完成對軍事問題評估優(yōu)化，對戰(zhàn)爭行動(dòng)模擬逼真，評估結(jié)果說服力強(qiáng)。兵棋推演是一種探索性仿真驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方法，目前美國已其廣泛應(yīng)用于作戰(zhàn)方案評估領(lǐng)域，在近年幾場局部戰(zhàn)爭中均發(fā)揮了重要的先驗(yàn)作用，國內(nèi)對此研究則相對滯后，尚處于學(xué)習(xí)探索階段。本文提出了基于戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈兵棋系統(tǒng)實(shí)施導(dǎo)彈部隊(duì)作戰(zhàn)方案評估方法，通過模擬作戰(zhàn)區(qū)真實(shí)戰(zhàn)場環(huán)境、仿真紅藍(lán)雙方回合制對抗行動(dòng)，在行動(dòng)推演過程中采用“人在回路”的模式檢驗(yàn)作戰(zhàn)行動(dòng)和方案計(jì)劃在實(shí)施過程中可能出現(xiàn)的問題和不足。是導(dǎo)彈部隊(duì)作戰(zhàn)方案評估的新探索性方法。

1 作戰(zhàn)方案評估常用方法

1.1 模糊綜合評判法

利用模糊綜合評判法對作戰(zhàn)方案進(jìn)行評估是指利用模糊數(shù)學(xué)中隸屬度的方法對作戰(zhàn)方案中各指標(biāo)的好壞程度進(jìn)行量化，建立靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的作戰(zhàn)方案評估指標(biāo)，對各個(gè)指標(biāo)的重要性加權(quán)處理，通過模糊運(yùn)算對作戰(zhàn)方案中多個(gè)因素、多層次指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)[3]。

對照圖1中的各級指標(biāo)，分別建立每一級評估對象的因素集Ui={u1,u2,u3，…,ui}，根據(jù)指標(biāo)重要性，建立相應(yīng)的權(quán)重集Wi={w1,w2,w3，…,wi}，對作戰(zhàn)方案優(yōu)劣的程度的評價(jià)，確定5個(gè)等級建立評語集V={優(yōu),良,中,差,極差}，由模糊映射關(guān)系得出模糊矩陣如式(1)，并建立導(dǎo)彈部隊(duì)作戰(zhàn)方案模糊綜合評判模型如式(2)。

Ri=[rmn]k×5,m=1,2,3,…,k

(1)

(2)

采用取乘或有界算子作為作戰(zhàn)方案模糊綜合評價(jià)的運(yùn)算模型，得出S={s1,s2,s3,s4,s5}，經(jīng)歸一化處理后，得出S中的各向量元素即為評語集V中各評估等級的隸屬程度，綜合分析可得到作戰(zhàn)方案評估結(jié)論。

1.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是通過建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)方案評估，網(wǎng)絡(luò)輸入向量Y0=f{a11,a12，…，amn}為作戰(zhàn)方案的評價(jià)指標(biāo)的模糊量化信息，對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)輸出向量Yi的級別為作戰(zhàn)方案的級別。

人工神經(jīng)元的狀態(tài)激勵(lì)函數(shù):

(3)

隱含神經(jīng)元的輸入:

(4)

對應(yīng)輸出狀態(tài):

(5)

輸出單元i所接收的迭加信號:

(6)

最終輸出為:

(7)

其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖2所示。

圖1 作戰(zhàn)方案評估指標(biāo)體系框圖

圖2 作戰(zhàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)示意圖

1.3 探索性分析法

探索性分析法依據(jù)不同想定下各種作戰(zhàn)方案實(shí)施結(jié)果的不同，采用仿真實(shí)驗(yàn)的方式形成作戰(zhàn)數(shù)據(jù)，通過建立多分辨率的作戰(zhàn)方案指標(biāo)模型，分析不確定因素對各指標(biāo)的影響，對作戰(zhàn)方案進(jìn)行層次化抽象，形成多層級指標(biāo)體系，最后對中間層指標(biāo)進(jìn)行聚合，生成最高層的聚合指標(biāo)，分析指標(biāo)數(shù)據(jù)，生成方案評估報(bào)告。其中，指標(biāo)體系最底層是描述作戰(zhàn)方案的要素構(gòu)成，中間層描述指標(biāo)作戰(zhàn)方案的核心效能評價(jià)指標(biāo)[4]。其具體分析流程如圖3所示。

圖3 探索性分析流程框圖

核心是建立作戰(zhàn)方案評估多層級指標(biāo)體系和多分辨率模型，設(shè)方案評估問題的描述模型為Y=f(A,T,Q)，其中Y是聚合指標(biāo)，即方案效能指標(biāo)，A是導(dǎo)彈部隊(duì)作戰(zhàn)方案，T是作戰(zhàn)任務(wù)需求向量，表示導(dǎo)彈部隊(duì)作戰(zhàn)中一系列作戰(zhàn)任務(wù)度量指標(biāo)，Q是描述作戰(zhàn)狀態(tài)的變量，表示決策人員不能控制的不確定因素(圖4)。

圖4 方案評估多層級指標(biāo)體系和多分辨率模型示意圖

可以看出：傳統(tǒng)的軍事運(yùn)籌分析方法主要關(guān)注“定量”，提供精確的解析模型，在評估作戰(zhàn)方案問題上存在一定的局限性。探索性分析法在對數(shù)據(jù)和模型定量分析的基礎(chǔ)上仿真模擬作戰(zhàn)方案實(shí)施過程，為作戰(zhàn)問題提供了更可行的評估方法。

2 戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈兵棋推演系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 兵棋推演系統(tǒng)

兵棋推演系統(tǒng)是利用棋子和棋盤模擬作戰(zhàn)環(huán)境和實(shí)體，用隨機(jī)數(shù)描述戰(zhàn)場可能出現(xiàn)的不確定因素，通過建立符合作戰(zhàn)實(shí)際的規(guī)則對作戰(zhàn)行動(dòng)的各環(huán)節(jié)進(jìn)行裁決，采用回合制進(jìn)行虛擬作戰(zhàn)對抗的模擬仿真平臺。

依據(jù)推演所使用的工具及平臺不同，可分為手工兵棋和計(jì)算機(jī)兵棋系統(tǒng)。傳統(tǒng)手工兵棋構(gòu)件分為棋盤、棋子和規(guī)則，紅藍(lán)雙方依托棋盤，通過手工移動(dòng)棋子進(jìn)行對抗，裁決員通過擲骰子、依托裁決表裁決對抗結(jié)果，手工記錄推演進(jìn)程和結(jié)果。計(jì)算機(jī)兵棋系統(tǒng)是集成兵棋多種功能的軟件平臺，運(yùn)行速度快，存儲數(shù)據(jù)量大，檢驗(yàn)評估能力強(qiáng)。

基于戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈兵棋系統(tǒng)的作戰(zhàn)方案評估在戰(zhàn)是在戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈計(jì)算機(jī)兵棋推演系統(tǒng)的平臺上仿真導(dǎo)彈部隊(duì)的作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)，將作戰(zhàn)方案轉(zhuǎn)化為兵棋數(shù)據(jù)并錄入系統(tǒng)，在模擬對抗中，方案制定團(tuán)隊(duì)或相關(guān)作戰(zhàn)人員對系統(tǒng)生成數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，優(yōu)化對比生成最優(yōu)方案。

2.2 戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈兵棋推演系統(tǒng)設(shè)計(jì)

導(dǎo)彈部隊(duì)作戰(zhàn)具備戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈作戰(zhàn)自身的特點(diǎn)，因此在評估作戰(zhàn)方案時(shí)，首先要通過軟件編程實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)M、對作戰(zhàn)方案評估等功能。

棋盤設(shè)定為導(dǎo)彈部隊(duì)的作戰(zhàn)區(qū)域，使用六角網(wǎng)格量化軍事地圖，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)棋盤的放大、縮小、平移、選擇和圖層控制等操作；棋子的設(shè)計(jì)根據(jù)導(dǎo)彈部隊(duì)作戰(zhàn)分為單位算子、標(biāo)識算子和輔助算子，單位算子描述導(dǎo)彈作戰(zhàn)各作戰(zhàn)單元性能的算子，例如發(fā)射類算子、保障類算子等。標(biāo)識算子是描述作戰(zhàn)單元所處作戰(zhàn)狀態(tài)的算子，例如偵察監(jiān)視標(biāo)識算子、氣象預(yù)報(bào)類算子等。輔助算子是推演過程中起輔助作用的算子；兵棋的規(guī)則設(shè)定可分為行動(dòng)規(guī)則和裁決規(guī)則，行動(dòng)規(guī)則是依據(jù)作戰(zhàn)實(shí)際對作戰(zhàn)單元的行動(dòng)進(jìn)行限定的一類規(guī)則，例如各類棋子在棋盤上移動(dòng)、堆疊和拆分的規(guī)則等。裁決規(guī)則是對棋子行動(dòng)效果的裁決，是根據(jù)棋子的各種屬性，通過計(jì)算機(jī)生成隨機(jī)數(shù)形成裁決表，對棋子的各種行動(dòng)效果進(jìn)行裁決，如偵察效果、打擊效果等[6-9]。其戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈兵棋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

圖5 戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈兵棋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3 作戰(zhàn)方案評估設(shè)計(jì)

基于戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈兵棋推演系統(tǒng)的作戰(zhàn)方案評估是參謀人員或者專家在戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈兵棋系統(tǒng)模擬的戰(zhàn)場環(huán)境和紅藍(lán)雙方的對抗過程中，按照作戰(zhàn)方案的實(shí)施流程，提取和細(xì)化作戰(zhàn)方案評估的指標(biāo)，采用兵棋復(fù)盤關(guān)聯(lián)分析，整合離散的戰(zhàn)場態(tài)勢數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析形成數(shù)據(jù)報(bào)告，最后綜合數(shù)據(jù)比對，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)效益權(quán)衡，對比篩選最優(yōu)作戰(zhàn)方案。

3.1 評估內(nèi)容

通常根據(jù)上級明確的作戰(zhàn)任務(wù)和打擊目標(biāo)，由參謀人員具體確定作戰(zhàn)方案評估的內(nèi)容和重點(diǎn)，其內(nèi)容主要包括基本戰(zhàn)法、主要方向和目標(biāo)、力量運(yùn)用、關(guān)鍵行動(dòng)等。

基本戰(zhàn)法是綜合性評估的內(nèi)容，主要評估某一方案戰(zhàn)法的可行性，存在的風(fēng)險(xiǎn)；主要方向和目標(biāo)重點(diǎn)評估重點(diǎn)奪控目標(biāo)、打擊目標(biāo)和控制目標(biāo)的效益、風(fēng)險(xiǎn)及可行性等；力量運(yùn)用主要評估作戰(zhàn)力量的運(yùn)用重點(diǎn)是否合理，力量編組是否合適，部署是否得當(dāng)，任務(wù)是否匹配；關(guān)鍵行動(dòng)主要評估方案中重要作戰(zhàn)行動(dòng)能否達(dá)到預(yù)定目標(biāo)和結(jié)果。

3.2 評估流程

1) 系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備分為3個(gè)階段：第1階段為數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)化，按照系統(tǒng)評估需求有針對性地采集相關(guān)數(shù)據(jù)，并按照系統(tǒng)特定格式加以轉(zhuǎn)化，分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化兩個(gè)環(huán)節(jié)；第2階段為分布分項(xiàng)錄入，按照各要素的具體分工，分步驟分項(xiàng)目錄入具體系統(tǒng)及方案數(shù)據(jù)；第3階段為綜合檢驗(yàn)審核，組織參與評估人員，對采集與錄入的數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性校驗(yàn)、規(guī)范性檢驗(yàn)和合理性審核。

2) 細(xì)化行動(dòng)方案。細(xì)化行動(dòng)方案的方法采用圖表細(xì)化和系統(tǒng)細(xì)化兩種方法。圖表細(xì)化就是根據(jù)一系列的圖或表模板，通過填表或標(biāo)圖的方式進(jìn)行細(xì)化。系統(tǒng)細(xì)化就是將方案的主體內(nèi)容逐步在推演系統(tǒng)中進(jìn)行細(xì)化。主要包括態(tài)勢構(gòu)設(shè)、敵情預(yù)想、細(xì)化目標(biāo)、分解行動(dòng)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3) 明確評估指標(biāo)。按照“明確評估重點(diǎn)、提出綜合指標(biāo)、確定綜合權(quán)重、細(xì)化要素指標(biāo)”的步驟進(jìn)行。作戰(zhàn)方案中評估的內(nèi)容主要包括：主要戰(zhàn)斗方向和主要目標(biāo)、戰(zhàn)斗部署、火力毀傷指標(biāo)、電磁資源使用等。

4) 組織實(shí)施推演。首先準(zhǔn)備好推演條件，如目標(biāo)任務(wù)清單、行動(dòng)細(xì)化清單、評估標(biāo)準(zhǔn)、紅藍(lán)推演編組和推演評估系統(tǒng)，然后按照推演任務(wù)的需要實(shí)施對抗推演、階段循環(huán)復(fù)推、展開支路推演，最后生成推演系統(tǒng)數(shù)據(jù)、推演系統(tǒng)態(tài)勢。

5) 復(fù)盤關(guān)聯(lián)分析。通過兵棋復(fù)盤的功能，實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)綜合態(tài)勢復(fù)現(xiàn)、數(shù)據(jù)挖掘解析、要素關(guān)聯(lián)分析，生成數(shù)據(jù)分析表、推演態(tài)勢圖以及評估報(bào)告。利用評估系統(tǒng)的自動(dòng)記錄和態(tài)勢回放功能，針對關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重點(diǎn)評估等實(shí)際需要，對整體推演過程進(jìn)行態(tài)勢回放復(fù)現(xiàn)與分析。對推演形成的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，挖掘發(fā)現(xiàn)作戰(zhàn)方案的優(yōu)劣及問題所在，通過分析不同要素和問題之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，找出方案中存在的問題與不足，最后形成數(shù)據(jù)報(bào)告。

6) 對比優(yōu)選方案。通過比對推演過程中紅藍(lán)雙方戰(zhàn)損、偵察發(fā)現(xiàn)概率、指揮效率等數(shù)據(jù)，細(xì)致分析各個(gè)方案取得戰(zhàn)斗效果的大小與其可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)的大小，進(jìn)而進(jìn)行綜合權(quán)衡，按照推演之前確定好的篩選標(biāo)準(zhǔn)，對多套作戰(zhàn)方案進(jìn)行比對，得出最優(yōu)方案和備用方案(圖6)。

圖6 兵棋系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

4 結(jié)論

1) 通過使用戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈兵棋系統(tǒng)平臺，將導(dǎo)彈部隊(duì)作戰(zhàn)方案評估貫穿模擬作戰(zhàn)對抗全過程，能夠?yàn)樽鲬?zhàn)指揮員和參謀人員提供更加客觀、靈活、可靠的作戰(zhàn)方案檢驗(yàn)評估手段，精準(zhǔn)查找作戰(zhàn)方案中不合理的環(huán)節(jié)，便于不斷優(yōu)化完善。

2) 傳統(tǒng)的軍事運(yùn)籌分析方法雖然具有一定的局限性，但通過將其融入兵棋推演系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)、模型分析，發(fā)揮其“定量”優(yōu)勢，能夠有效輔助兵棋推演系統(tǒng)評估作戰(zhàn)方案。

3) 戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈兵棋推演系統(tǒng)具有貼近實(shí)戰(zhàn)、對抗逼真、裁決公正等顯著特性，能夠廣泛用于導(dǎo)彈作戰(zhàn)體系檢驗(yàn)、戰(zhàn)法研究、作戰(zhàn)能力評估等重要領(lǐng)域。