基于數(shù)據(jù)化指揮框架的指揮控制能力包構(gòu)建方法

侯臘梅

（北方自動(dòng)控制技術(shù)研究所，太原 030006）

0 引言

面對各軍兵種獨(dú)立開發(fā)的不計(jì)其數(shù)的指揮控制系統(tǒng)，不僅系統(tǒng)龐雜，并且集成性較差，亦存在功能重復(fù)類似情況，針對這樣的問題，簡單形式化的組合并不能解決升級差、集成難、互聯(lián)互通弱等問題，要打通各軍兵種間的互聯(lián)互通鏈路，讓其深度融合，提出一種基于數(shù)據(jù)化指揮框架的指控能力包構(gòu)建方法。指控能力包是對指控能力進(jìn)行封裝形成的模型數(shù)據(jù)包，依據(jù)作戰(zhàn)需求，在數(shù)據(jù)化指揮框架的支撐下可動(dòng)態(tài)加載，通過加載不同的指控能力包，賦予新的指控能力。

1 數(shù)據(jù)化指揮框架

數(shù)據(jù)化指揮框架主要實(shí)現(xiàn)功能和界面的擴(kuò)展，支持動(dòng)態(tài)加載指控能力包。其整體架構(gòu)是一個(gè)面向服務(wù)的架構(gòu)，由上而下大致分為3 層：任務(wù)定制和信息展示、任務(wù)流程管理、服務(wù)封裝集成等子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)化指揮框架如圖1 所示。

圖1 數(shù)據(jù)化指揮框架

1.1 任務(wù)定制和信息展示

此子系統(tǒng)主要目標(biāo)就是將數(shù)據(jù)化指揮進(jìn)行前端呈現(xiàn)，主要是讓用戶從一個(gè)固定流程的交互接口中解放出來。其中，將任務(wù)定制劃分為向?qū)Ь幣藕妥远x編排兩種方法，分別針對不同的應(yīng)用場景。向?qū)蝿?wù)定制主要根據(jù)動(dòng)態(tài)登錄的用戶身份，實(shí)現(xiàn)以用戶為中心的資源動(dòng)態(tài)分配，進(jìn)行匹配定制，針對不同的用戶登錄身份自動(dòng)匹配生成對應(yīng)的指揮流程及界面。自定義流程編排適用于作戰(zhàn)力量臨機(jī)組合應(yīng)用場景，針對戰(zhàn)場突發(fā)情況，臨機(jī)構(gòu)建火力打擊群快速完成臨機(jī)任務(wù)。采用了人機(jī)交互解決方案，一步步地引導(dǎo)使用者去正確地設(shè)置自己的需求和選擇，輔助完成流程編排。自定義工作流程編排軟件集成了bpmn-js 工具，使得系統(tǒng)用戶通常能夠在其中直接拖放一些通過各種圖形形式顯示的服務(wù)顯控組件，選擇不同軟件服務(wù)進(jìn)行組合的方式。最后，生成A-BPMN（abstract-business process model and notation）文件，和用戶文件一起傳給任務(wù)流程管理系統(tǒng)。

1.2 任務(wù)流程管理

由于A-BPMN 文件無法被引擎識別并正確地執(zhí)行，需要將其轉(zhuǎn)換成一個(gè)可執(zhí)行的、規(guī)范的BPMN 文件。Activiti 流程執(zhí)行引擎作為此系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，根據(jù)BPMN 文件中所描述的各種操作流程，按照相應(yīng)次序進(jìn)行調(diào)用服務(wù)以形成該子系統(tǒng)的各個(gè)組件。任務(wù)執(zhí)行過程中產(chǎn)生的過程數(shù)據(jù)及標(biāo)記信息會被存入H2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫。流程引擎在執(zhí)行BPMN 文件同時(shí)，會將相應(yīng)的MapReduce 作業(yè)上傳到一個(gè)集群監(jiān)控模塊，框架則通過監(jiān)控功能模塊，及時(shí)記錄出現(xiàn)的異常情況并將其推送給系統(tǒng)運(yùn)維者。另外，為了確保其全部的流程能夠在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)順利地完成并執(zhí)行，性能參數(shù)采集模塊會根據(jù)H2 中保存的全部流程執(zhí)行的歷史記錄，利用簡單的圖像縮減算法來估計(jì)新提交的BPMN文件的預(yù)運(yùn)行時(shí)間，以便更加合理地分配軟硬件的資源。

1.3 服務(wù)封裝集成

這里各個(gè)功能模塊都將被封裝成一個(gè)個(gè)的服務(wù)，再將各個(gè)服務(wù)封裝成指控能力包，這些都將成為任務(wù)流程執(zhí)行的基本單元。此子系統(tǒng)按照指控能力包接口開發(fā)規(guī)范將其封裝成為一個(gè)獨(dú)立的服務(wù)，隱藏了內(nèi)部功能的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)和邏輯，用戶只需按照接口規(guī)范調(diào)用即可，滿足多樣化需求。

2 指控能力包構(gòu)建方法

2.1 指控能力包概念

指控能力包是將不同兵種專業(yè)和不同武器裝備的指控能力進(jìn)行封裝形成的模型數(shù)據(jù)包。指控軟件根據(jù)作戰(zhàn)需要，通過加載不同的指控能力包，具備指揮控制不同作戰(zhàn)力量的能力。

指控能力包可以在軟件應(yīng)用市場中發(fā)布，支持在線下載和更新。指控能力包可由開放式的數(shù)據(jù)化指揮框架動(dòng)態(tài)加載運(yùn)行，多個(gè)指控能力包的指控能力能夠在數(shù)據(jù)化指揮框架中融合應(yīng)用，支持服務(wù)動(dòng)態(tài)組合。

2.2 指控能力包基本分類

根據(jù)指控對象的不同，指控能力包可分為通用指控能力包、兵種專業(yè)指控能力包和武器裝備指控能力包3 大類，如圖2 所示。

圖2 指控能力包基本分類

通用指控能力包中主要包括戰(zhàn)術(shù)部隊(duì)通用性、基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)模型。兵種專業(yè)指控能力包主要針對不同的兵種部（分）隊(duì)和不同專業(yè)的指揮控制，包括相關(guān)兵種專業(yè)內(nèi)通用性、基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)模型。武器裝備指控能力包主要針對不同的武器裝備，如武器平臺、偵察裝備、保障裝備等，包括各武器平臺個(gè)性化的數(shù)據(jù)模型。

三類指控能力包的關(guān)系是從通用到專用，從“粗”到“精”，依次繼承和擴(kuò)展。以指令集為例，通用指控能力包中的指令集，是最基本的、最通用的，各兵種專業(yè)和各類武器裝備都可通用；兵種專業(yè)指控能力包中的指令集，是在基本和通用指令集基礎(chǔ)上，擴(kuò)充本兵種專業(yè)的通用指令集，包括對所屬武器平臺、偵察裝備等的通用指令集；武器裝備指控能力包中的指令集，是在通用和所屬兵種專業(yè)指控能力包指令集的基礎(chǔ)上，增加該型武器裝備特有的指令集，可以是對通用指令集的補(bǔ)充也可以新增。

通用指控能力包的研制主體、兵種專業(yè)指控能力包的研制主體和武器裝備指控能力包的研制主體應(yīng)歸屬于對應(yīng)的總體單位。通用指控能力包服務(wù)于兵種專業(yè)指控能力、武器裝備指控能力包，屬于最基礎(chǔ)、最底層的，下一層次的指控能力包應(yīng)當(dāng)在上一層次的指控能力包基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)。因此，指控能力包開發(fā)工具設(shè)計(jì)應(yīng)考慮分布式研發(fā)需求。

2.3 指控能力包體系架構(gòu)

指控能力包的體系結(jié)構(gòu)自上而下劃分為4層：接口層、資源層、集成層和應(yīng)用層，各層功能松耦合，相對獨(dú)立，能夠?qū)崿F(xiàn)“即插即用”，下層為上層提供服務(wù)支撐。指控能力包的體系結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 指控能力包的體系結(jié)構(gòu)

其中，資源層是指控能力包的核心組成部分，由構(gòu)成指控能力包的各種指控服務(wù)、各種模型算法和相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)組成。接口層主要提供外部使用的API 接口，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一信息交互，數(shù)據(jù)統(tǒng)一訪問、數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳輸?shù)冉涌趨f(xié)議。集成層主要規(guī)定了指控能力包內(nèi)部各服務(wù)間的集成機(jī)制和通信規(guī)范，實(shí)現(xiàn)按照既定規(guī)則將軍事應(yīng)用服務(wù)和各種基礎(chǔ)服務(wù)進(jìn)行組合。應(yīng)用層是提供指控能力包的對外集成表現(xiàn)形式，主要包含指控能力包的基本描述、調(diào)用機(jī)制和封裝機(jī)制等。其中，指控能力包的描述主要由能力包的編號、適用范圍、指控功能等內(nèi)容構(gòu)成。

3 指控能力包的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1 指控能力包設(shè)計(jì)

指控能力包的主要內(nèi)容包括數(shù)據(jù)化指令集、指揮流程、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、模型算法、指揮規(guī)則等，如圖4所示。

圖4 指控能力包主要內(nèi)容

3.1.1 數(shù)據(jù)化指令集

數(shù)據(jù)化指令集的基本特征要求就是“數(shù)據(jù)化”，數(shù)據(jù)化的目標(biāo)是讓機(jī)器“可理解”，因此，必須對指令集進(jìn)行數(shù)據(jù)化建模一般情況下，一條作戰(zhàn)指令包含主體、動(dòng)作、客體、要求等要素。這里以通用行動(dòng)指令為例進(jìn)行說明，表1 描述了通用行動(dòng)指令以及對應(yīng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)，從表1 可以看出，這些數(shù)據(jù)項(xiàng)就是本體模型里的一個(gè)類或?qū)ο?，因此，?shù)據(jù)化指令集按照本體建模即可。

表1 通用行動(dòng)指令數(shù)據(jù)項(xiàng)列表

3.1.2 指揮流程

指揮流程的基本特征要求是“可定制”。能夠以“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”，在數(shù)據(jù)化指揮框架的支撐下加載不同指揮流程，同樣包括通用（向?qū)В┖蛯Ｓ茫ㄗ远x流程編排）。向?qū)Чδ苁菍⑼ㄓ玫闹笓]流程按照bpmn.js腳本文件進(jìn)行編寫存儲；自定義流程編排是利用數(shù)據(jù)化指揮框架集成bpmn-js 工具功能，進(jìn)行個(gè)性化定制。通用指揮流程如圖5 所示，從行動(dòng)監(jiān)控-行動(dòng)調(diào)控-作戰(zhàn)指揮-效果評估，形成一個(gè)大閉環(huán)。

圖5 通用指揮流程

3.1.3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在指控能力包中也尤為重要，包含共性數(shù)據(jù)、專用數(shù)據(jù)。共性數(shù)據(jù)一般引用已有數(shù)據(jù)，包含我方基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、敵方基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和地圖數(shù)據(jù)，比如預(yù)案開設(shè)時(shí)需導(dǎo)入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（包含作戰(zhàn)編制、作戰(zhàn)裝備、攜行彈種彈藥等）。專用數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)具體情況具體分析（比如射表）。共性數(shù)據(jù)分類如圖6 所示。

圖6 共性數(shù)據(jù)分類

3.1.4 模型算法

模型算法主要體現(xiàn)為各種服務(wù)，考慮到不同指控能力包的繼承和擴(kuò)展，應(yīng)該對每類模型算法進(jìn)行規(guī)范化接口定義，實(shí)現(xiàn)調(diào)用的自動(dòng)化。這里以炮兵彈種服務(wù)為例說明，炮兵涉及到的炮種、彈種種類繁多，每個(gè)炮種、彈種對應(yīng)不同的彈道解算服務(wù)，而彈道解算模型又依賴不同的效能計(jì)算服務(wù)、火力分配等多個(gè)服務(wù)，服務(wù)間的調(diào)用關(guān)系復(fù)雜，如果將各個(gè)服務(wù)接口規(guī)范化，由統(tǒng)一接口進(jìn)行處理，可實(shí)現(xiàn)服務(wù)的自動(dòng)調(diào)用，用戶不需要了解其內(nèi)部原理，只需給定相應(yīng)接口參數(shù)即可。

3.1.5 指揮規(guī)則

指揮規(guī)則的核心是武器裝備和作戰(zhàn)力量如何應(yīng)用的問題，以及應(yīng)用限制如何作用于指揮過程的問題。例如，從指揮控制角度著手，把各兵力的作戰(zhàn)規(guī)則落實(shí)到指揮控制系統(tǒng)中去，從有目的、有計(jì)劃的態(tài)勢判斷（敵部署、敵隊(duì)形、敵數(shù)量、敵狀態(tài)以及敵動(dòng)向等變化進(jìn)行判斷），到作戰(zhàn)規(guī)則的自動(dòng)觸發(fā)（條件觸發(fā)、規(guī)則匹配），最后到作戰(zhàn)指揮控制相關(guān)知識，進(jìn)行系統(tǒng)地、完整地提煉。也就是說通過對戰(zhàn)場態(tài)勢關(guān)鍵點(diǎn)變化的判斷，對作戰(zhàn)規(guī)則進(jìn)行指揮控制的知識化提煉，適時(shí)為指揮員提供指揮控制建議。

3.2 指控能力包實(shí)現(xiàn)

指控能力包的應(yīng)用場景主要是針對在作戰(zhàn)力量臨機(jī)組合的同時(shí)，賦予指揮對象新的指控能力，基于數(shù)據(jù)化指揮框架，實(shí)現(xiàn)指控能力包的動(dòng)態(tài)更新加載，調(diào)用軟件商店接口，指控能力包支持在線下載與更新、自動(dòng)部署。通過上述指控能力包的設(shè)計(jì)，形成基于數(shù)據(jù)化指揮框架的指控能力包功能原型軟件，效果圖如圖7 所示。

圖7 指控能力包生成界面效果

以情報(bào)偵察隊(duì)發(fā)現(xiàn)敵反沖擊兵力集結(jié)為典型應(yīng)用場景，旅指揮所根據(jù)臨機(jī)任務(wù)，利用云搜索全旅可用的火力資源，并將所有火力資源臨機(jī)編組為火力打擊群。由于臨機(jī)組建的火力打擊群打破了戰(zhàn)斗編組界限，針對新的編組，應(yīng)賦予新的能力，形成相應(yīng)的指控能力包。

4 結(jié)論

指控能力包采用基于數(shù)據(jù)化通用指揮框架的思想，具有強(qiáng)自治、松耦合、可復(fù)用、開放性及可集成等特點(diǎn)，將指控能力“數(shù)據(jù)化”，解決目前合成指控與兵種專業(yè)指控“兩張皮”、各兵種專業(yè)指控模型數(shù)據(jù)難以共享等問題，提升了數(shù)據(jù)化指揮能力，實(shí)現(xiàn)兵種指揮與合成指揮的深度融合。