作戰(zhàn)任務(wù)層次化分解方法

杜偉偉， 陳小偉

(1.北京理工大學(xué) 機(jī)電學(xué)院， 北京 100081； 2.北方自動(dòng)控制技術(shù)研究所， 山西 太原 030006；3.北京理工大學(xué) 爆炸科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100081； 4.北京理工大學(xué) 前沿交叉科學(xué)研究院， 北京 100081)

0 引言

在作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃領(lǐng)域，任務(wù)分解是指根據(jù)敵情、我情和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境等因素，將上級(jí)賦予的總體作戰(zhàn)任務(wù)細(xì)化分解成若干具體、明確且相互關(guān)聯(lián)的子任務(wù)。其目的在于通過(guò)對(duì)作戰(zhàn)全過(guò)程行動(dòng)序列的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)兵力、火力、時(shí)間、空間等資源的優(yōu)化運(yùn)用和作戰(zhàn)效果的最大化。任務(wù)分解的合理性及總體效能，直接影響作戰(zhàn)力量整體部署和體系作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。目前，作戰(zhàn)任務(wù)分解主要依靠指揮員的主觀經(jīng)驗(yàn)，缺少有效的輔助決策手段支撐，難以滿足聯(lián)合作戰(zhàn)條件下敏捷、高效作戰(zhàn)設(shè)計(jì)的需求，因此迫切需要對(duì)任務(wù)分解輔助決策框架及模型進(jìn)行深入研究。

任務(wù)分解本質(zhì)上是一個(gè)基于軍事規(guī)則的復(fù)雜多約束運(yùn)籌問(wèn)題，目前相關(guān)研究主要集中在層次任務(wù)網(wǎng)絡(luò)(HTN)等智能規(guī)劃方法方面。HTN方法通過(guò)引入領(lǐng)域知識(shí)，可模擬領(lǐng)域?qū)＜业乃季S方式，并且能夠較好地描述任務(wù)關(guān)系[1-2]，在平臺(tái)級(jí)任務(wù)規(guī)劃[3-5]方面得到廣泛應(yīng)用。在傳統(tǒng)HTN方法的基礎(chǔ)上，范韜[6]引入非功能屬性的效用值用于縮小規(guī)劃空間，生成應(yīng)用于云制造的多套方案。在作戰(zhàn)指控領(lǐng)域，李晶晶[7]針對(duì)應(yīng)急行動(dòng)方案的制定，設(shè)計(jì)了資源增強(qiáng)型HTN規(guī)劃方法，用于評(píng)估任務(wù)分解后分支任務(wù)的優(yōu)劣，從而優(yōu)化了行動(dòng)方案的資源使用。王偉等[8]采用任務(wù)聚合的理念對(duì)任務(wù)分解進(jìn)行了優(yōu)化。

在作戰(zhàn)任務(wù)分解領(lǐng)域，當(dāng)前研究主要存在以下不足和局限：1)作戰(zhàn)任務(wù)描述方法不統(tǒng)一，缺乏標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的作戰(zhàn)任務(wù)描述框架，且對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)之間的關(guān)系描述不充分；2)HTN規(guī)劃等方法尋優(yōu)能力不足，當(dāng)搜索到一種可用方法用以生成可行解時(shí)就停止繼續(xù)搜索其他可用方法，難以得到最優(yōu)分解方案；3)以HTN規(guī)劃為代表的方法未考慮多方案篩選，當(dāng)采用多種方法生成多套分解方案時(shí)，缺乏對(duì)多套方案的評(píng)估、篩選與優(yōu)化，且難以處理子任務(wù)之間的沖突。

本文首先面向作戰(zhàn)任務(wù)分解的全業(yè)務(wù)過(guò)程構(gòu)建了作戰(zhàn)任務(wù)分解框架，牽引出任務(wù)規(guī)范化描述、任務(wù)分解建模、任務(wù)分解算法等需要具體解決的問(wèn)題，然后逐一進(jìn)行分析說(shuō)明，最后結(jié)合具體任務(wù)場(chǎng)景對(duì)本文方法進(jìn)行了定性和定量實(shí)驗(yàn)分析，驗(yàn)證該方法的可行性。

1 作戰(zhàn)任務(wù)分解框架

1.1 作戰(zhàn)任務(wù)分解的復(fù)雜性

作戰(zhàn)任務(wù)分解需要考慮的客觀因素多、受影響因素多、與采取的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法等相關(guān)，因此是一項(xiàng)復(fù)雜的業(yè)務(wù)處理活動(dòng)。通過(guò)深入分析實(shí)際作戰(zhàn)指揮決策過(guò)程，任務(wù)分解面臨的難點(diǎn)主要包括以下3個(gè)方面：

1)作戰(zhàn)場(chǎng)景要素多且影響任務(wù)分解方案。敵兵力部署、作戰(zhàn)企圖以及氣候、地形、電磁環(huán)境等諸多因素都直接影響任務(wù)分解結(jié)果，且各個(gè)要素對(duì)分解結(jié)果的影響關(guān)系復(fù)雜，各不相同。

2)作戰(zhàn)任務(wù)多樣且關(guān)聯(lián)關(guān)系復(fù)雜。在目前聯(lián)合作戰(zhàn)、合同作戰(zhàn)背景下，作戰(zhàn)進(jìn)程中存在不同種類、不同層次的多樣化任務(wù)，且任務(wù)之間存在時(shí)序、邏輯等多種關(guān)系，多任務(wù)之間的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，傳統(tǒng)方法難以對(duì)任務(wù)間的關(guān)系和效果進(jìn)行有效建模。

3)可行分解方案多且難以優(yōu)選。目前作戰(zhàn)力量呈現(xiàn)出多能特點(diǎn)，每種任務(wù)均可以通過(guò)多種力量或多種力量組合使用等多手段達(dá)成，再將時(shí)間、空間因素考慮進(jìn)來(lái)，使得可行的分解方案爆炸式增長(zhǎng)，靠指揮員很難決策優(yōu)選出最優(yōu)案。

1.2 作戰(zhàn)任務(wù)分解框架

針對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)多樣且關(guān)聯(lián)關(guān)系復(fù)雜的難點(diǎn)，本文擬通過(guò)對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行規(guī)范化描述來(lái)支撐解決；針對(duì)作戰(zhàn)場(chǎng)景要素多且影響任務(wù)分解方案、可行分解方案多且難以優(yōu)選的難點(diǎn)，本文擬通過(guò)構(gòu)建任務(wù)分解模型、設(shè)計(jì)任務(wù)分解算法和多方案優(yōu)選算法來(lái)綜合解決。在上述解決思路下，本文建立了一種通用的作戰(zhàn)任務(wù)分解框架，如圖1所示。

圖1 作戰(zhàn)任務(wù)分解框架Fig.1 Operational task decomposition framework

在圖1中，首先對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行規(guī)范化描述，描述任務(wù)中的各個(gè)要素并讓計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)識(shí)別，同時(shí)建立起任務(wù)之間的關(guān)系描述，以便支撐后續(xù)任務(wù)分解；然后綜合考慮任務(wù)場(chǎng)景和領(lǐng)域知識(shí)，建立任務(wù)分解模型，并設(shè)計(jì)任務(wù)分解算法，對(duì)該模型進(jìn)行優(yōu)化求解，得到多套任務(wù)分解方案；最后對(duì)多套方案進(jìn)行評(píng)估優(yōu)選，輸出最優(yōu)任務(wù)網(wǎng)絡(luò)，解決多方案生成及優(yōu)選難題。在該框架中，需要重點(diǎn)關(guān)注以下4個(gè)方面的因素：

1)任務(wù)規(guī)范化描述，建立對(duì)多樣化作戰(zhàn)任務(wù)以及任務(wù)關(guān)系的通用化、規(guī)范化描述，是支撐生成任務(wù)網(wǎng)絡(luò)和任務(wù)時(shí)序的前提。

2)任務(wù)分解建模，重點(diǎn)是任務(wù)場(chǎng)景建模和領(lǐng)域知識(shí)構(gòu)建，任務(wù)場(chǎng)景建模主要建立對(duì)敵部署、敵企圖、地形、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境等復(fù)雜任務(wù)場(chǎng)景要素及戰(zhàn)場(chǎng)情況的通用化、定量描述，是實(shí)現(xiàn)任務(wù)實(shí)例化的基本條件；領(lǐng)域知識(shí)主要建立對(duì)分解規(guī)則、任務(wù)模板等內(nèi)容的描述，是實(shí)現(xiàn)具體任務(wù)分解、適應(yīng)復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)情況的關(guān)鍵。

3)任務(wù)分解算法，針對(duì)任務(wù)分解模型設(shè)計(jì)具體的分解算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)總體任務(wù)的分解細(xì)化，是生成多套任務(wù)分解方案的關(guān)鍵。

4)多方案優(yōu)選綜合，建立適合的優(yōu)選原則，典型原則包括效益最大、損耗最小等，是實(shí)現(xiàn)多方案選擇和優(yōu)化的基礎(chǔ)。

2 基于5W理論的任務(wù)規(guī)范化描述方法

對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行規(guī)范化描述是借助信息系統(tǒng)開(kāi)展任務(wù)分解的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，主要是對(duì)任務(wù)要素和任務(wù)關(guān)系進(jìn)行規(guī)范化、格式化描述，其基本要求是全面、量化、通用性強(qiáng)。全面是指要盡可能全面覆蓋影響任務(wù)分解的各個(gè)要素，量化是指描述方法要盡可能量化，通用性強(qiáng)是指能夠盡可能適合所有類型的作戰(zhàn)任務(wù)描述。然而當(dāng)前相關(guān)描述方法主要針對(duì)特殊場(chǎng)景[9]進(jìn)行定量描述[10-11]，不具備通用性，無(wú)法滿足作戰(zhàn)任務(wù)分解推理及優(yōu)化的需求。針對(duì)這一不足，本文引入5W理論對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行了規(guī)范化描述，實(shí)現(xiàn)對(duì)任務(wù)要素及復(fù)雜關(guān)系的全面、定量、規(guī)范描述。

2.1 作戰(zhàn)任務(wù)的5W要素規(guī)范化描述

依據(jù)任務(wù)式指揮理論，作戰(zhàn)任務(wù)可通過(guò)5個(gè)W，即What(任務(wù)類型)、When(任務(wù)時(shí)間)、Where(任務(wù)空間)、Who(作戰(zhàn)力量)、Why(任務(wù)指標(biāo))5項(xiàng)要素進(jìn)行規(guī)范化描述，因此作戰(zhàn)任務(wù)的規(guī)范化描述可表示為

Td=〈Ttype，Ttime，Tspace，Tforce，Tindex〉，

(1)

式中：Ttype為任務(wù)類型；Ttime為任務(wù)時(shí)間；Tspace為任務(wù)空間；Tforce為作戰(zhàn)力量編成；Tindex為任務(wù)指標(biāo)。

2.1.1Ttype規(guī)范化描述

Ttype是對(duì)作戰(zhàn)樣式、作戰(zhàn)手段等的區(qū)分，直接決定了可采用的作戰(zhàn)方法，將其規(guī)范化描述為

Ttype=〈ptype，pname，pid〉，

(2)

式中：ptype為類型名稱；pname為任務(wù)名稱；pid為任務(wù)編號(hào)，是區(qū)分任務(wù)的唯一標(biāo)識(shí)。任務(wù)類型ptype的確定主要依據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)清單，通常要能夠反映任務(wù)層級(jí)、力量主體、要素、性質(zhì)、戰(zhàn)場(chǎng)特點(diǎn)等信息；pname就是對(duì)某個(gè)作戰(zhàn)任務(wù)的具體描述，例如聯(lián)合火力打擊任務(wù)、地面突擊任務(wù)、機(jī)動(dòng)投送任務(wù)等。

2.1.2Ttime規(guī)范化描述

Ttime是指與任務(wù)準(zhǔn)備和執(zhí)行相關(guān)的一系列時(shí)間，決定了任務(wù)持續(xù)時(shí)間及任務(wù)間的時(shí)序關(guān)系，將其規(guī)范化描述為

Ttime=〈tsta，tend，tpre，tbat〉，

(3)

式中：tsta為任務(wù)開(kāi)始時(shí)間；tend為任務(wù)結(jié)束時(shí)間；tpre為任務(wù)準(zhǔn)備時(shí)間；tbat為作戰(zhàn)發(fā)起時(shí)間。其中tsta、tend、tbat為時(shí)間點(diǎn)；tpre為時(shí)間段。

2.1.3Tspace規(guī)范化描述

Tspace是指交戰(zhàn)發(fā)生的主要空間和區(qū)域，決定了交戰(zhàn)的范圍，將其規(guī)范化描述為

Tspace=〈sland，socean，sair，sspa，sem，snet〉，

(4)

式中：sland、socean、sair、sspa、sem、snet分別為陸、海、空、天、電、網(wǎng)各個(gè)空間的作戰(zhàn)區(qū)域。

2.1.4Tforce規(guī)范化描述

Tforce是投入作戰(zhàn)的兵力及編成關(guān)系，決定了可使用的作戰(zhàn)資源，由人員和武器裝備兩部分構(gòu)成，將其用4要素進(jìn)行規(guī)范化描述：

Tforce=〈fsort，fscale，fwea，frel，fdep〉，

(5)

式中：fsort為力量種類；fscale為力量規(guī)模；fwea為主要武器；frel為力量關(guān)系；fdep為力量部署信息。

2.1.5Tindex規(guī)范化描述

Tindex是任務(wù)要達(dá)成的目標(biāo)狀態(tài)，是任務(wù)分解的目標(biāo)導(dǎo)向，將任務(wù)指標(biāo)規(guī)范化描述為

Tindex=〈Itar，Idam，Iter，Ilen〉，

(6)

式中：Itar為任務(wù)目標(biāo)，包括指揮控制類、兵力防守類、工事障礙類、綜合保障類、武器裝備類等多種任務(wù)目標(biāo)；Idam為任務(wù)的毀傷參數(shù)要求；Iter為任務(wù)的控制地域幅度；Ilen為任務(wù)時(shí)長(zhǎng)。

2.2 任務(wù)關(guān)系規(guī)范化描述

在一次作戰(zhàn)過(guò)程中，任務(wù)之間存在著多種、復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系[12]，可以說(shuō)，對(duì)任務(wù)關(guān)系進(jìn)行規(guī)范化描述是構(gòu)建任務(wù)網(wǎng)絡(luò)、組織任務(wù)協(xié)同的基本前提。目前對(duì)任務(wù)關(guān)系的定義主要集中在層次關(guān)系、時(shí)序關(guān)系[13]，不足以很好地表征戰(zhàn)場(chǎng)上不同作戰(zhàn)任務(wù)之間的多維聯(lián)系，為此，本文著重?cái)U(kuò)展邏輯關(guān)系、功能關(guān)系，用以全面刻畫任務(wù)聯(lián)系，更好地支撐任務(wù)分解：

1)層次關(guān)系，表示父任務(wù)與子任務(wù)之間的關(guān)系；

2)時(shí)序關(guān)系，表示任務(wù)之間執(zhí)行的先后順序；

3)邏輯關(guān)系，表示任務(wù)之間的依賴關(guān)系；

4)功能關(guān)系，表示某任務(wù)執(zhí)行情況對(duì)其他任務(wù)執(zhí)行效果的影響關(guān)系。

因此，本文重點(diǎn)針對(duì)上述4種功能關(guān)系建立任務(wù)關(guān)系規(guī)范化描述方法。對(duì)于任務(wù)Ta和Tb，將二者之間的關(guān)系描述為

Rab=〈Rlevel，Rtorder，Rlogic，Rfun〉，

(7)

式中：Rlevel為層次關(guān)系，表示Ta和Tb存在父子關(guān)系；Rtorder為時(shí)序關(guān)系，表示Ta、Tb執(zhí)行的先后順序；Rlogic為邏輯關(guān)系，用and、or和not表示[3]，and表示Ta被成功執(zhí)行后Tb才生效允許被執(zhí)行，or表示Ta是否被成功執(zhí)行不影響Tb的執(zhí)行，not為非關(guān)系，表示Ta未被執(zhí)行，Tb才允許被執(zhí)行；Rfun為功能關(guān)系，包括促進(jìn)關(guān)系、阻礙關(guān)系和依賴關(guān)系，促進(jìn)關(guān)系即Ta對(duì)Tb的執(zhí)行具有有利影響，阻礙關(guān)系即Ta對(duì)Tb的執(zhí)行具有不利影響，依賴關(guān)系包括：1)信息依賴，即Tb的執(zhí)行依賴于Ta輸出信息的觸發(fā)，2)效果依賴，即Tb的執(zhí)行依賴于Ta達(dá)成作戰(zhàn)效果，3)全依賴，即Tb的執(zhí)行既依賴于Ta的觸發(fā)也依賴于其效果。

2.3 任務(wù)網(wǎng)絡(luò)與任務(wù)清單規(guī)范化描述

任務(wù)網(wǎng)絡(luò)和任務(wù)清單是任務(wù)分解輸出的兩個(gè)重要成果，任務(wù)清單側(cè)重對(duì)任務(wù)分解結(jié)果的靜態(tài)呈現(xiàn)，任務(wù)網(wǎng)絡(luò)側(cè)重對(duì)任務(wù)之間各種關(guān)系的呈現(xiàn)。因此，這兩個(gè)產(chǎn)品的規(guī)范化描述，完全可以在作戰(zhàn)任務(wù)和任務(wù)關(guān)系規(guī)范化描述的基礎(chǔ)上通過(guò)聚合實(shí)現(xiàn)。

任務(wù)清單是對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)的集合，因此可將其描述為

L=〈T1，T2，T3，…，Ti，…，Tn〉，

(8)

式中：Ti為第i個(gè)已規(guī)范化描述的作戰(zhàn)任務(wù)；n為作戰(zhàn)任務(wù)數(shù)。

任務(wù)網(wǎng)絡(luò)是在任務(wù)清單的基礎(chǔ)上擴(kuò)充了任務(wù)關(guān)系，因此可將其描述為一個(gè)二元組：

W=〈L，R〉，

(9)

式中：R為任務(wù)關(guān)系集合。W即可描述由復(fù)合任務(wù)分解到原子任務(wù)的全過(guò)程及其分解結(jié)果。

3 任務(wù)分解過(guò)程建模

作戰(zhàn)任務(wù)分解過(guò)程受到復(fù)雜多變戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和任務(wù)分解規(guī)則領(lǐng)域知識(shí)的雙重約束。整個(gè)分解過(guò)程可以看作是針對(duì)特定的作戰(zhàn)任務(wù)場(chǎng)景E，基于任務(wù)分解方法、任務(wù)關(guān)系、任務(wù)模板等領(lǐng)域知識(shí)D進(jìn)行推理和評(píng)估優(yōu)化，逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)任務(wù)網(wǎng)絡(luò)W實(shí)例化的過(guò)程。

為了實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，可將任務(wù)分解問(wèn)題轉(zhuǎn)換為如下一個(gè)三元組的推理與優(yōu)化問(wèn)題：

P=〈E，W，D〉，

(10)

即基于任務(wù)場(chǎng)景E、領(lǐng)域知識(shí)D，并結(jié)合具體的算法，實(shí)現(xiàn)逐步推理、優(yōu)化、生成W.考慮擬采用推理方法實(shí)現(xiàn)任務(wù)分解，因此本節(jié)首先采用本體[14]理念進(jìn)行任務(wù)場(chǎng)景E、領(lǐng)域知識(shí)D的建模，在第4節(jié)設(shè)計(jì)具體分解算法。

3.1 任務(wù)場(chǎng)景E建模

作戰(zhàn)任務(wù)與作戰(zhàn)場(chǎng)景相關(guān)，作戰(zhàn)場(chǎng)景的變化會(huì)帶來(lái)作戰(zhàn)任務(wù)的調(diào)整，作戰(zhàn)方案的確定需要綜合考慮戰(zhàn)場(chǎng)中面臨的敵情、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境等信息。因此，需要對(duì)任務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行描述，通過(guò)描述模型能夠直觀表征任務(wù)場(chǎng)景，以便于有效直接支撐開(kāi)展作戰(zhàn)任務(wù)分解。目前尚未有可借鑒的任務(wù)場(chǎng)景建模相關(guān)成果，本文主要考慮會(huì)直接影響作戰(zhàn)任務(wù)分解的敵情信息、地形信息、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境等主要因素對(duì)任務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行建模，其中，敵情信息重點(diǎn)考慮敵部署和敵企圖。

借鑒任務(wù)規(guī)范化描述方法，將任務(wù)場(chǎng)景描述為

E=〈Edeploy，Eattempt，Eterrain，Eenviron〉，

(11)

式中：Edeploy為敵部署，包括敵兵力及其位置信息；Eattempt為敵企圖，描述方法同任務(wù)指標(biāo)；Eterrain為區(qū)域內(nèi)的地形信息；Eenviron為戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，包括人工環(huán)境、自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境等。

考慮到任務(wù)場(chǎng)景要素繁多，且多數(shù)要素之間存在著復(fù)雜的多維關(guān)系，因此本文引入本體構(gòu)建任務(wù)場(chǎng)景描述模型，將場(chǎng)景要素抽象定義為不同本體，并建立本體之間的相關(guān)關(guān)系，主要包括影響、使用、互斥、協(xié)同等關(guān)系，進(jìn)而構(gòu)建任務(wù)場(chǎng)景知識(shí)圖譜，實(shí)現(xiàn)知識(shí)推理[15]，支撐任務(wù)分解。由于任務(wù)場(chǎng)景要素眾多，限于篇幅，本文結(jié)合部分典型的場(chǎng)景要素及本體關(guān)系給出任務(wù)場(chǎng)景描述的示意模型，如圖2所示。

圖2 任務(wù)場(chǎng)景描述模型示意圖Fig.2 General combat scenarios modeling

根據(jù)場(chǎng)景要素對(duì)任務(wù)分解影響的重要程度不同，將其分為基礎(chǔ)項(xiàng)Ebasic和參考項(xiàng)Erefer，即

E=〈Ebasic，Erefer〉，

(12)

式中：Ebasic是推理過(guò)程中必須滿足的硬約束，必須滿足；Erefer為軟約束，主要用于對(duì)分解方案進(jìn)行優(yōu)化和優(yōu)選。一般情況下，將地形信息Eterrain、敵部署Edeploy設(shè)定為基礎(chǔ)項(xiàng)，敵企圖Eattempt、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境Eenviron中的要素可以依據(jù)任務(wù)情況由人工設(shè)定基礎(chǔ)項(xiàng)、參考項(xiàng)。

3.2 領(lǐng)域知識(shí)D

領(lǐng)域知識(shí)是對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)分解規(guī)則的總結(jié)及描述，用于支撐結(jié)合具體任務(wù)場(chǎng)景優(yōu)選分解方法對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行分解，生成協(xié)調(diào)一致、可執(zhí)行的子任務(wù)集。本文主要從任務(wù)分解方法、任務(wù)關(guān)系、任務(wù)模板3個(gè)方面構(gòu)建領(lǐng)域知識(shí)，用一個(gè)三元組對(duì)其進(jìn)行描述：

D=(Ms，Ts，R)，

(13)

式中：Ms為復(fù)合任務(wù)的分解方法集；Ts為任務(wù)模板集，用于任務(wù)的實(shí)例化操作。典型任務(wù)主要包括地面突擊任務(wù)、火力打擊任務(wù)、對(duì)空防御任務(wù)、機(jī)動(dòng)投送任務(wù)、戰(zhàn)場(chǎng)偵察任務(wù)、通信保障任務(wù)、工程保障任務(wù)、防化保障任務(wù)、彈藥保障任務(wù)、后勤保障任務(wù)、裝備保障任務(wù)等，任務(wù)類型支持?jǐn)U展，按照2.2節(jié)對(duì)任務(wù)關(guān)系的定義，主要包括層次關(guān)系、時(shí)序關(guān)系、邏輯關(guān)系、功能關(guān)系。

以渡海登島作戰(zhàn)任務(wù)為例，典型領(lǐng)域知識(shí)如圖3所示。

圖3 領(lǐng)域知識(shí)域典型構(gòu)成示意圖Fig.3 Schematic diagram of knowledge domain composition

領(lǐng)域知識(shí)D用于作戰(zhàn)任務(wù)分解的具體思路可以概括為：針對(duì)一個(gè)具體的作戰(zhàn)任務(wù)，結(jié)合任務(wù)場(chǎng)景從任務(wù)分解方法集Ms中優(yōu)選任務(wù)分解方法，用于執(zhí)行任務(wù)分解操作；在此基礎(chǔ)上讀取任務(wù)模板集Ts中的具體任務(wù)模板，對(duì)子任務(wù)集中的每項(xiàng)子任務(wù)進(jìn)行實(shí)例化處理，使得每項(xiàng)子任務(wù)能夠可執(zhí)行；通過(guò)R中事先確定的任務(wù)關(guān)系，明確各項(xiàng)子任務(wù)之間的執(zhí)行時(shí)序，進(jìn)而形成可行的任務(wù)分解方案?？梢?jiàn)，Ms、Ts、R是任務(wù)分解所依賴的三類重要領(lǐng)域知識(shí)，三者之間相互銜接，分步驟一體支撐任務(wù)分解。

3.2.1Ms任務(wù)分解方法集

將任務(wù)分解方法集定義為

Ms={mse|se=1，2，…，tn}，

(14)

式中：mse為分解方法集中的子方法；tn為分解方法集中包含的方法數(shù)量。

在分解方法選取方面主要考慮基于任務(wù)進(jìn)行“任務(wù)- 方法”匹配選取，匹配要素包括匹配基礎(chǔ)項(xiàng)和參考項(xiàng)，令

mse(ok，A)，mse(ok，B)∈Ms，

(15)

式中：mse(ok，A)表示“任務(wù)- 方法”基礎(chǔ)項(xiàng)匹配最優(yōu)分解方法，ok表示存在匹配最優(yōu)的方法，A為基礎(chǔ)項(xiàng)匹配最優(yōu)的標(biāo)識(shí)；mse(ok，B)表示“任務(wù)- 方法”參考項(xiàng)匹配最優(yōu)分解方法，B為參考項(xiàng)匹配最優(yōu)的標(biāo)識(shí)。最優(yōu)分解方法設(shè)定為

mr0=〈mlist，mtNet，mfcon，mrcon，madd，mdel〉，

(16)

式中：mlist為子方法的參數(shù)列表，包括名稱和屬性；mtNet為預(yù)先制定的先驗(yàn)知識(shí)表征用子方法分解復(fù)合任務(wù)后生成的子任務(wù)集；mfcon為方法的約束條件；mrcon為關(guān)系的約束條件；madd、mdel分別為方法的增操作、刪操作。

3.2.2Ts任務(wù)模板集

任務(wù)模板主要是支撐對(duì)任務(wù)進(jìn)行實(shí)例化操作，待確定分解任務(wù)后，自動(dòng)調(diào)用任務(wù)方法集中的合適方法進(jìn)行分解操作，將分解得到的子任務(wù)通過(guò)匹配適合的任務(wù)模板進(jìn)行實(shí)例化，使任務(wù)可以被有效執(zhí)行，任務(wù)模板支持按需靈活擴(kuò)展。

將任務(wù)模板集Ts表示為

Ts={tr|r=1，2，…，f}，

(17)

式中：tr為任務(wù)模板，

tr=〈Ttype，Tgoal，Tforce，Tacci，Trel〉，

(18)

Tgoal為任務(wù)目的；Tacci為戰(zhàn)場(chǎng)突發(fā)情況以及情況處置預(yù)案；Trel為與此任務(wù)有關(guān)聯(lián)的其他任務(wù)以及關(guān)聯(lián)關(guān)系。

以渡海登島中的搶灘登陸任務(wù)為例，任務(wù)模板要素定義如下：

1)任務(wù)類型Ttype.通過(guò)Ttype中的任務(wù)信息將方法集與任務(wù)模板相關(guān)聯(lián)。

2)通過(guò)任務(wù)指標(biāo)生成任務(wù)目的Tgoal.例如搶灘登陸任務(wù)的目的是壓制敵火力并實(shí)現(xiàn)我方作戰(zhàn)力量快速登島。

3)通過(guò)作戰(zhàn)力量Tforce確定部隊(duì)和人員的分工安排。例如炮兵可擔(dān)任掩護(hù)任務(wù)，使前沿突擊力量快速通過(guò)敵炮火封鎖。

4)對(duì)執(zhí)行任務(wù)時(shí)可能遭遇情況Tacci進(jìn)行分類。例如搶灘登陸可能會(huì)遭遇敵炮火封鎖、遇到障礙物等情況，進(jìn)而參照作戰(zhàn)力量分工安排明確需要的兵力及武器種類及數(shù)量。

5)通過(guò)任務(wù)關(guān)聯(lián)關(guān)系Trel確定任務(wù)的執(zhí)行步驟。例如搶灘登陸任務(wù)的執(zhí)行首先明確機(jī)動(dòng)道路，然后確定部隊(duì)分批、逐次行進(jìn)，最后保證隱蔽安全登陸。

4 任務(wù)分解算法

第3節(jié)構(gòu)建的任務(wù)場(chǎng)景和領(lǐng)域知識(shí)等任務(wù)分解過(guò)程模型是執(zhí)行任務(wù)分解的基礎(chǔ)，而具體的分解算法是實(shí)現(xiàn)任務(wù)自動(dòng)分解的關(guān)鍵。本文將任務(wù)分解劃分成生成初始任務(wù)網(wǎng)絡(luò)、逐層分解任務(wù)、優(yōu)選分解方案3個(gè)環(huán)節(jié)，依次解決初始化、多可行方案生成、執(zhí)行方案優(yōu)化的問(wèn)題。

4.1 初始任務(wù)網(wǎng)絡(luò)生成

對(duì)于受領(lǐng)的上級(jí)任務(wù)T，首先基于敵情、我情、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境等各種信息，建立三元組P=〈E，W′，D〉，將作戰(zhàn)任務(wù)T、任務(wù)場(chǎng)景E與領(lǐng)域知識(shí)D進(jìn)行匹配分析，然后基于邏輯規(guī)則進(jìn)行推理，生成初始任務(wù)網(wǎng)絡(luò)W′.初始任務(wù)網(wǎng)絡(luò)的具體生成過(guò)程為，首先結(jié)合任務(wù)場(chǎng)景E從領(lǐng)域知識(shí)D中優(yōu)選任務(wù)分解方法，用于執(zhí)行任務(wù)T的分解操作，然后結(jié)合邏輯規(guī)則判斷在任務(wù)場(chǎng)景E下分解后的各子任務(wù)是否滿足可執(zhí)行條件，將可執(zhí)行的子任務(wù)存入W′.

邏輯規(guī)則是實(shí)現(xiàn)從已知事實(shí)推出未知知識(shí)的關(guān)鍵，規(guī)則用三元組(?xR?y)的形式構(gòu)建，其中?x和?y表示一個(gè)實(shí)例或者類，R表示關(guān)系，通過(guò)規(guī)則建立任務(wù)環(huán)境類、作戰(zhàn)任務(wù)類和自定義實(shí)例之間的聯(lián)系實(shí)現(xiàn)推理。本文主要采用人工經(jīng)驗(yàn)和邏輯推理相結(jié)合的方式設(shè)計(jì)典型規(guī)則，形成規(guī)則集，規(guī)則集支持可擴(kuò)展，進(jìn)而能夠逐步支持不同的更多作戰(zhàn)場(chǎng)景和作戰(zhàn)任務(wù)，部分典型規(guī)則與釋義如下：

規(guī)則1場(chǎng)景a影響任務(wù)b的執(zhí)行情況，則有任務(wù)b受環(huán)境a的影響。

rule1:(?a rdf:influence ?b)
→(?b rdf:beinfluenced ?a).

規(guī)則2場(chǎng)景a滿足任務(wù)b的執(zhí)行條件，任務(wù)c是任務(wù)b的子任務(wù)，則有場(chǎng)景a滿足任務(wù)c的執(zhí)行條件。

rule2:(?a rdf:accord ?b),(?b rdf:involve ?c)
→(?a rdf:accord ?c).

規(guī)則3場(chǎng)景a影響任務(wù)b的執(zhí)行情況，任務(wù)c是任務(wù)b的子任務(wù)，則有任務(wù)b受場(chǎng)景a影響同時(shí)任務(wù)c受場(chǎng)景a影響。

rule3:(?a rdf:influence ?b),(?b rdf:involve ?c)
→(?b rdf:beinfluenced ?a),
(?c rdf:beinfluenced ?a).

規(guī)則4當(dāng)場(chǎng)景a中同時(shí)具備要素b和要素c，匹配任務(wù)d的場(chǎng)景關(guān)鍵要素必須同時(shí)包含要素b和要素c時(shí)，則在場(chǎng)景a下可以執(zhí)行任務(wù)d.

rule4:
(?a rdf:subclassof ?b),(?a rdf:subclassof ?c),
(?d rdf:characteristic ?b),
(?d rdf:characteristic ?c)
→(?a rdf:accord ?d).

4.2 基于效用信息篩選的層次任務(wù)分解方法

在任務(wù)分解過(guò)程中，對(duì)于受領(lǐng)的復(fù)合任務(wù)，調(diào)用所有可行的方法進(jìn)行分解；同時(shí)對(duì)復(fù)合子任務(wù)再次分解，直至分解結(jié)果全部是原子任務(wù)為止。由于作戰(zhàn)力量和作戰(zhàn)能力的多樣性，對(duì)于同一復(fù)合任務(wù)可通過(guò)多種不同子任務(wù)的組合來(lái)達(dá)成任務(wù)指標(biāo)，對(duì)于同一子任務(wù)可選擇不同的作戰(zhàn)力量執(zhí)行。這將導(dǎo)致對(duì)同一作戰(zhàn)任務(wù)存在多種任務(wù)分解方案，并且隨著任務(wù)層數(shù)的增加，方案數(shù)量將呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)。

針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出一種基于效用信息篩選的層次任務(wù)分解方法，以有效優(yōu)選任務(wù)分解方案，合理降低方案數(shù)量。該方法的基本思想是，首先通過(guò)定義任務(wù)分解方案的質(zhì)量和費(fèi)用，計(jì)算得出分解方案中所有任務(wù)的整體效用信息[16]，然后利用得出的效用信息支撐對(duì)分解方法進(jìn)行篩選，進(jìn)而在控制分解方案數(shù)量的前提下，同時(shí)確保分解方案質(zhì)量。

4.2.1 效用信息

對(duì)于每一個(gè)任務(wù)分解方案，分別定義質(zhì)量Q和費(fèi)用C，并通過(guò)對(duì)二者進(jìn)行加權(quán)處理綜合計(jì)算任務(wù)群的整體效用值U，在權(quán)重確定方面本文采用取相等權(quán)重值的簡(jiǎn)化處理方式。

質(zhì)量Q反映整體任務(wù)的貢獻(xiàn)率，可由品質(zhì)累積函數(shù)q累積得出，q定義為復(fù)合任務(wù)Ts各個(gè)子節(jié)點(diǎn)的合成方法[1]，Q越大說(shuō)明方案質(zhì)量越高。

將復(fù)合任務(wù)Tc的子任務(wù)表示為Tcj，其中j=1，2，…，tnum，則Tc在t時(shí)刻的品質(zhì)可表示為

(19)

式中：r為子任務(wù)的個(gè)數(shù)；q(Tcj，t)為t時(shí)刻執(zhí)行子任務(wù)Tcj的質(zhì)量效用。(19)式表明，Tc在t時(shí)刻的品質(zhì)為t時(shí)刻執(zhí)行任務(wù)Tcj的質(zhì)量效用之和。

費(fèi)用C反映了執(zhí)行任務(wù)時(shí)的資源費(fèi)用Cr和經(jīng)濟(jì)費(fèi)用Ce.費(fèi)用C要求在滿足戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)需求的情況下最小化，執(zhí)行任務(wù)Tc的費(fèi)用定義為

(20)

綜上，綜合定義任務(wù)分解方案的效用值為

(21)

式中：i為遍歷復(fù)合作戰(zhàn)任務(wù)的下標(biāo)；k為所有復(fù)合任務(wù)的個(gè)數(shù)；Q(Tcj，t)為執(zhí)行第j個(gè)復(fù)合任務(wù)的質(zhì)量；C(Tcj，t)為執(zhí)行第j個(gè)復(fù)合任務(wù)所消耗的費(fèi)用。

效用值定量反映了使用某個(gè)分解方法得到的任務(wù)分解方案整體滿意程度，可作為分解方法集篩選的重要標(biāo)準(zhǔn)條件。

4.2.2 分解方法篩選

本文著重針對(duì)目前采用任務(wù)分解方法單一的問(wèn)題，研究解決如何合理選取多種分解方法同時(shí)用于任務(wù)分解?；緦?shí)現(xiàn)思路是通過(guò)任務(wù)約束條件等屬性與分解方法約束條件等屬性進(jìn)行比對(duì)分析，基于屬性對(duì)比一致性情況選取相應(yīng)分解方法，同時(shí)為了限定選取的分解方法數(shù)量過(guò)多，通過(guò)引入效用信息并設(shè)定效用閾值來(lái)實(shí)現(xiàn)分解方法優(yōu)選。

記從方法集M中選擇的可用于復(fù)合任務(wù)Tc分解的所有方法保存在可執(zhí)行方法集Ms中，篩選分解過(guò)程包括以下4個(gè)步驟：

1)將執(zhí)行復(fù)合任務(wù)Tc的任務(wù)場(chǎng)景E的基礎(chǔ)項(xiàng)Ebasic作為選取子分解方法mse的判斷標(biāo)準(zhǔn)。假設(shè)每次篩選的分解方法為可執(zhí)行方法，例如選擇渡海登島作戰(zhàn)任務(wù)分解方法時(shí)，判斷子分解方法mse中mfcon約束與E的Ebasic中是否存在一致項(xiàng)，若存在一致項(xiàng)，則說(shuō)明mse可分解的復(fù)合任務(wù)基本作戰(zhàn)樣式與Ts一致，可以選取，使用madd操作將該方法加入Ms中；若不一致，則mse可分解的作戰(zhàn)樣式為不相關(guān)的作戰(zhàn)任務(wù)，例如邊境作戰(zhàn)等，不進(jìn)行選取。存在的一致項(xiàng)越多，說(shuō)明選擇的分解方法越適用于待分解任務(wù)。每分解一個(gè)任務(wù)，將一致項(xiàng)最多的分解方法標(biāo)記為mse(ok，A)，存于可執(zhí)行方法集Ms中。

2)依據(jù)子分解方法mse中是否存在子任務(wù)集，對(duì)可執(zhí)行方法集Ms進(jìn)行初步篩選。判斷可執(zhí)行方法集Ms子方法中的子任務(wù)集tNet是否為空，若為空，則分解方法為不可執(zhí)行方法，使用方法中mdel操作將其從Ms中篩除。

3)引入4.2.1節(jié)中的效用信息用于度量分解方法，從滿足度角度對(duì)可執(zhí)行方法集Ms進(jìn)行二次篩選。設(shè)定閾值λ，當(dāng)U≥λ時(shí)，證明使用該方法分解得到的結(jié)果滿足度符合要求，保留該分解方法；當(dāng)U<λ時(shí)，使用mdel操作篩除該分解方法；當(dāng)λ=0時(shí)，選擇出的分解方法全部采用、執(zhí)行。

4)將Es的參考項(xiàng)Erefer作為優(yōu)選高符合度分解方法的重要依據(jù)。對(duì)E的參考項(xiàng)Erefer與方法的mrcon約束進(jìn)行一致性分析，對(duì)可執(zhí)行方法集Ms進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化篩選，以優(yōu)選符合度高的分解方法，同時(shí)將參考項(xiàng)中一致項(xiàng)多的方法標(biāo)記為最優(yōu)方法mse(ok，B)。

4.3 多分解方案綜合優(yōu)化

采用多方法執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)分解后，能夠生成多套分解方案，任何一套方案均是可行案，均可以直接執(zhí)行，但是，每套方案都是在符合一定戰(zhàn)場(chǎng)條件下的分解結(jié)果，考慮戰(zhàn)場(chǎng)情況存在諸多不確定的復(fù)雜特性，最終所選用的分解方案應(yīng)盡可能地能夠應(yīng)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)多種可能性，因此有必要對(duì)多套可行方案進(jìn)行優(yōu)化組合，得到考慮更加完善、適應(yīng)更多條件約束的分解方案，以更好地適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)各種不確定性。在考慮避免資源使用沖突的基礎(chǔ)上，結(jié)合本文前面給出的任務(wù)關(guān)系，能夠確保組合方案不存在資源占用沖突和任務(wù)執(zhí)行邏輯順序問(wèn)題[17]，以生成更加完善、可行的分解方案，應(yīng)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)情況多變的復(fù)雜特性，提高對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)的適應(yīng)性。

本文采用的基本思想是：依據(jù)任務(wù)分解流程自上而下搜尋由最優(yōu)方法mse(ok，A)和mse(ok，B)分解出的分支，遍歷出一套使用最優(yōu)方法進(jìn)行分解最多的方案；若存在兩套方案使用的最優(yōu)解個(gè)數(shù)一致，則按照mse(ok，A)的重要程度大于mse(ok，B)的原則進(jìn)行選取。最后，將使用最優(yōu)解進(jìn)行分解最多的方案設(shè)為主方案，在主方案可執(zhí)行原子任務(wù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充篩選，得出最終方案。補(bǔ)充篩選步驟如下：

1)將方案中各項(xiàng)任務(wù)按照?qǐng)?zhí)行的先后順序進(jìn)行排序后，通過(guò)任務(wù)關(guān)系R中的功能關(guān)系進(jìn)行篩選。依照任務(wù)的執(zhí)行順序依次將主方案中的可執(zhí)行任務(wù)與其余方案中的任務(wù)按照功能關(guān)系進(jìn)行比較。將與可執(zhí)行任務(wù)有促進(jìn)關(guān)系的任務(wù)添加至主方案；兩個(gè)任務(wù)間若為阻礙關(guān)系則保留主方案中的任務(wù)；將有依賴關(guān)系和耦合關(guān)系的任務(wù)增加至主方案，由于二者任務(wù)都需要對(duì)方的相關(guān)信息才可以被執(zhí)行，添加的任務(wù)為不可被刪除任務(wù)。

2)添加完相關(guān)任務(wù)后，令主方案的任務(wù)為基準(zhǔn)任務(wù)，依據(jù)任務(wù)關(guān)系R中的邏輯關(guān)系對(duì)新添加的任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化精簡(jiǎn)。依次判斷基準(zhǔn)任務(wù)與添加任務(wù)之間的邏輯關(guān)系，若二者任務(wù)為And關(guān)系，則都保留；若二者任務(wù)為Not關(guān)系，則將添加的任務(wù)刪除；若為Or關(guān)系，則需結(jié)合戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)際狀況判斷確定刪除或是保留。

4.4 作戰(zhàn)任務(wù)分解流程

綜上，在對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)及任務(wù)關(guān)系等進(jìn)行規(guī)范化描述和任務(wù)場(chǎng)景、領(lǐng)域知識(shí)建模的基礎(chǔ)上，作戰(zhàn)任務(wù)分解流程主要包括任務(wù)網(wǎng)絡(luò)初始化、多方法任務(wù)分解、分解方案優(yōu)化與確認(rèn)等幾個(gè)主要步驟，最終輸出包含任務(wù)清單和任務(wù)關(guān)系的完整任務(wù)網(wǎng)絡(luò)。具體分解流程(見(jiàn)圖4)如下：

圖4 作戰(zhàn)任務(wù)分解流程圖Fig.4 Flow chart of operational task decomposition

1)任務(wù)網(wǎng)絡(luò)初始化，主要結(jié)合任務(wù)場(chǎng)景、領(lǐng)域知識(shí)以及采用本體構(gòu)建的任務(wù)場(chǎng)景等關(guān)系信息，采用邏輯推理方法輸出初始任務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

2)多方法任務(wù)分解，完成對(duì)初始任務(wù)網(wǎng)絡(luò)中所有復(fù)合任務(wù)的分解，對(duì)每個(gè)復(fù)合任務(wù)均從方法集中匹配選取適合的多個(gè)子方法進(jìn)行分解。

3)分解方案優(yōu)化與確認(rèn)，主要是基于生成的所有可行案，采用“最優(yōu)組合”思想組織生成更優(yōu)的主方案，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合任務(wù)關(guān)系對(duì)主方案進(jìn)行補(bǔ)充、篩選，生成最終任務(wù)分解方案。

5 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

為了驗(yàn)證本文提出的作戰(zhàn)任務(wù)層次化分解的可行性和優(yōu)越性，以渡海登島作戰(zhàn)場(chǎng)景為例，對(duì)本文提出的方法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。作戰(zhàn)想定[18]具體設(shè)計(jì)如下：假設(shè)紅方部隊(duì)計(jì)劃組織一次搶灘登陸作戰(zhàn)任務(wù)，目的是為了占領(lǐng)藍(lán)方的港口和機(jī)場(chǎng)兩個(gè)目標(biāo)。適合登陸的海灘有南灘和北灘兩處。我方主要使用遠(yuǎn)程火力和地面突擊力量對(duì)敵目標(biāo)進(jìn)行協(xié)同火力打擊，同時(shí)由地面突擊力量具體執(zhí)行搶灘登陸和港口、機(jī)場(chǎng)奪控，使用防空火力防御敵空中目標(biāo)。其中，地面突擊力量初始部署于沿岸附近，便于進(jìn)行搶灘登陸；防空火力分散部署于近沿岸隱蔽區(qū)域，構(gòu)建對(duì)空防御火力網(wǎng)；遠(yuǎn)程火力部署于后方，對(duì)敵目標(biāo)實(shí)施遠(yuǎn)程火力打擊。根據(jù)預(yù)先偵察情報(bào)，南灘和北灘兩處附近海域可能存在雷場(chǎng)，南灘登陸有可能受附近高地的火力點(diǎn)威脅，由南灘行進(jìn)可到達(dá)港口，途中可能存在雷區(qū)和駐防敵軍部隊(duì)的威脅；北灘登陸受敵機(jī)場(chǎng)起飛的飛機(jī)威脅，北灘陣地經(jīng)北路可到達(dá)機(jī)場(chǎng)，北路行進(jìn)可能會(huì)受敵增援部隊(duì)的威脅。機(jī)場(chǎng)和港口附近可能存在移動(dòng)的導(dǎo)彈發(fā)射車隊(duì)和固定的導(dǎo)彈陣地。具體作戰(zhàn)想定場(chǎng)景如圖5所示。

圖5 作戰(zhàn)想定概要圖Fig.5 Battlefield scenario

5.1 任務(wù)規(guī)范化描述

結(jié)合本文設(shè)計(jì)的作戰(zhàn)想定，對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)的任務(wù)類型、任務(wù)時(shí)間、任務(wù)空間、作戰(zhàn)力量、任務(wù)指標(biāo)等要素描述如下：

任務(wù)類型Ttype=〈登島，渡海登島，001〉；

任務(wù)時(shí)間Ttime=〈T+3 h，T+6 h，5 h，T〉，T為戰(zhàn)斗起始時(shí)間；

任務(wù)空間Tspace=〈陸，海，空，0，0，0〉；

作戰(zhàn)力量Tforce=〈炮兵、防空、裝甲，營(yíng)、群，遠(yuǎn)程火力、防空火力、直瞄火力，協(xié)同〉；

任務(wù)指標(biāo)Tindex=〈要地奪占，60%，30 km，3 h〉。

通過(guò)任務(wù)規(guī)范化描述，對(duì)各任務(wù)要素進(jìn)行了實(shí)例化，為后續(xù)生成初始任務(wù)網(wǎng)絡(luò)明確了條件和約束。其中，任務(wù)類型、任務(wù)空間和作戰(zhàn)力量將作為初始任務(wù)網(wǎng)絡(luò)生成選擇分解方法和任務(wù)模板的條件之一，任務(wù)時(shí)間和任務(wù)指標(biāo)將作為初始任務(wù)網(wǎng)絡(luò)中確定各子任務(wù)指標(biāo)的依據(jù)。

5.2 任務(wù)場(chǎng)景描述

根據(jù)作戰(zhàn)想定，敵人可能存在增援部隊(duì)以及移動(dòng)的導(dǎo)彈發(fā)射車隊(duì)和固定的導(dǎo)彈陣地，企圖拒止力量入侵；地形包括高地、公路、海灘；戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境要素主要包含機(jī)場(chǎng)、橋梁、港口、氣象，在本文中氣象重點(diǎn)考慮潮汐、風(fēng)向、風(fēng)速。

根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)場(chǎng)景要素，結(jié)合本次渡海登島作戰(zhàn)任務(wù)的特點(diǎn)，定義場(chǎng)景要素基礎(chǔ)項(xiàng)Ebasic=〈導(dǎo)彈發(fā)射車隊(duì)部署、固定導(dǎo)彈陣地部署、高地、公路、海灘、港口、潮汐、風(fēng)向、風(fēng)速〉，參考項(xiàng)Erefer=〈機(jī)場(chǎng)、橋梁〉。

上述任務(wù)場(chǎng)景描述的各要素將作為初始任務(wù)網(wǎng)絡(luò)生成選擇分解方法和任務(wù)模板的重要條件，其中，基礎(chǔ)項(xiàng)和參考項(xiàng)將作為優(yōu)選任務(wù)分解方法的依據(jù)。

5.3 初始任務(wù)網(wǎng)絡(luò)生成

依據(jù)本次作戰(zhàn)想定中的海灘、港口等任務(wù)場(chǎng)景要素，使用任務(wù)場(chǎng)景描述模型進(jìn)行匹配分析，推理得到本次作戰(zhàn)的作戰(zhàn)樣式為“登島作戰(zhàn)”。

領(lǐng)域知識(shí)構(gòu)建方面，主要針對(duì)“渡海登島”場(chǎng)景設(shè)計(jì)了典型的任務(wù)分解方法和任務(wù)模板。任務(wù)分解方法主要從以下3個(gè)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)：一是將作戰(zhàn)樣式“登島作戰(zhàn)”作為基本的方法入口判定條件；二是建立了針對(duì)機(jī)場(chǎng)、港口、高地、雷區(qū)、導(dǎo)彈陣地、導(dǎo)彈發(fā)射車等典型目標(biāo)的處理方式，并建立了炮兵、防空、裝甲等作戰(zhàn)力量在不同戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下具備的對(duì)機(jī)場(chǎng)、港口、導(dǎo)彈陣地等上述典型目標(biāo)的處理方式，主要包括奪占、打擊、干擾、切斷等；三是建立了典型任務(wù)的關(guān)聯(lián)任務(wù)集，例如為了奪占港口存在行進(jìn)、防御等關(guān)聯(lián)任務(wù)。上述3個(gè)方面共同支撐任務(wù)分解并確定子任務(wù)類型。任務(wù)模板主要是按照3.2節(jié)中的思想，結(jié)合作戰(zhàn)想定中確定的任務(wù)類型、作戰(zhàn)力量、可能情況等預(yù)先設(shè)計(jì)了典型的模板要素，在此不再詳述。

基于構(gòu)建的領(lǐng)域知識(shí)，在此次作戰(zhàn)想定任務(wù)場(chǎng)景下，分析得到為完成本次登島作戰(zhàn)，需要完成占領(lǐng)機(jī)場(chǎng)、奪占港口兩項(xiàng)任務(wù)，進(jìn)而推理得到初始任務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

5.4 多方法任務(wù)分解與優(yōu)化

按照本文設(shè)計(jì)的方法，從預(yù)先準(zhǔn)備的領(lǐng)域知識(shí)中的方法集中篩選多方法對(duì)初始任務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)合任務(wù)逐個(gè)進(jìn)行分解并優(yōu)化。過(guò)程中部分方法篩選情況如圖6所示。圖6中，使用分解方法m3分解出干擾導(dǎo)彈發(fā)射基地子任務(wù)，按照4.2.1節(jié)計(jì)算方法得到執(zhí)行干擾導(dǎo)彈發(fā)射基地子任務(wù)所消耗的費(fèi)用較高，使得效用值小于設(shè)定的閾值，因此將該方法篩除，得到占領(lǐng)機(jī)場(chǎng)這一復(fù)合任務(wù)的任務(wù)分解結(jié)果。

圖6 多方法篩選圖Fig.6 Diagram of multimethod screening

經(jīng)過(guò)層層分解計(jì)算和優(yōu)選，最終任務(wù)分解結(jié)果如圖7所示，最優(yōu)任務(wù)網(wǎng)絡(luò)如圖8所示。

圖7 作戰(zhàn)任務(wù)分解結(jié)果圖Fig.7 Breakdown diagram of operational task

圖8 登島作戰(zhàn)任務(wù)網(wǎng)絡(luò)圖Fig.8 Network diagram of landing operations

從圖7所示作戰(zhàn)任務(wù)分解結(jié)果來(lái)看，子任務(wù)清單較為全面，能夠支撐完成本次的登島作戰(zhàn)任務(wù)，子任務(wù)之間邏輯關(guān)系清晰、有序，且各子任務(wù)之間沒(méi)有沖突，確保了所有子任務(wù)的可執(zhí)行性，進(jìn)而保證了各層次任務(wù)可實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，本文設(shè)計(jì)以網(wǎng)絡(luò)圖的形式展現(xiàn)任務(wù)分解結(jié)果，兼顧呈現(xiàn)了子任務(wù)之間的邏輯和時(shí)序關(guān)系，有助于指揮員迅速理解子任務(wù)關(guān)系和相互影響，便于掌控我方全局行動(dòng)。

為了對(duì)本文方法進(jìn)行定量評(píng)估，設(shè)計(jì)了渡海登島、邊境反擊、合同進(jìn)攻、聯(lián)合火力打擊等四類作戰(zhàn)任務(wù)(子任務(wù)數(shù)量約為20)，采用平均分解時(shí)間、生成方案數(shù)量、方案最優(yōu)概率等3項(xiàng)指標(biāo)對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)估，經(jīng)過(guò)仿真計(jì)算，平均分解時(shí)間為11.7 s，生成方案數(shù)量為12個(gè)，方案最優(yōu)概率為92%. 從處理時(shí)間和分解結(jié)果來(lái)看，方法能夠滿足任務(wù)分解的功能應(yīng)用需求。

6 結(jié)論

本文針對(duì)當(dāng)前作戰(zhàn)任務(wù)分解方法選擇單一、多方法分解后缺少優(yōu)化處理等不足，從任務(wù)規(guī)范化描述、任務(wù)分解過(guò)程建模、任務(wù)分解算法3個(gè)方面構(gòu)建了作戰(zhàn)任務(wù)分解框架，通過(guò)支持多方法分解、考慮質(zhì)量和費(fèi)用的分解方案優(yōu)選、多分解方案綜合優(yōu)化等功能，實(shí)現(xiàn)了作戰(zhàn)任務(wù)層次化分解，能夠生成更加符合作戰(zhàn)實(shí)際的作戰(zhàn)任務(wù)分解方案。得出主要結(jié)論如下：

1)針對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)的復(fù)雜多變性，基于任務(wù)式指揮理論，使用5W理論進(jìn)行作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)范化描述，改進(jìn)了作戰(zhàn)任務(wù)描述的合理性。

2)針對(duì)任務(wù)分解影響因素的復(fù)雜性，建立了一種基于本體的作戰(zhàn)任務(wù)分解模型，提升了任務(wù)分解的復(fù)雜場(chǎng)景適應(yīng)性。

3)針對(duì)多方案生成及篩選的需求，設(shè)計(jì)了一種效用信息篩選的層次任務(wù)分解方法，提升了分解方案的多樣性和總體效能。

4)針對(duì)生成的多套可行方案，設(shè)計(jì)了一種基于最優(yōu)分解方法組合的方案優(yōu)化方法，提升了方案對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)情況的適應(yīng)性。應(yīng)用實(shí)例表明，該方法相比傳統(tǒng)分解方法分解產(chǎn)生的任務(wù)清單更全面，可執(zhí)行度更高。

下一步的研究方向考慮將作戰(zhàn)能力引入作戰(zhàn)任務(wù)分解過(guò)程中，成為優(yōu)選可執(zhí)行任務(wù)的一項(xiàng)重要判斷要素，同時(shí)使得到的分解結(jié)果匹配作戰(zhàn)能力信息，為多元作戰(zhàn)力量的一體運(yùn)用分配做好鋪墊。