張 欣，張寅寶

（1.信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州450052）

作戰(zhàn)模擬就是對軍事（有時(shí)還包含政治）對抗局勢的推演、對戰(zhàn)場上作戰(zhàn)過程的預(yù)測或再現(xiàn)，以及對作戰(zhàn)裝備和參戰(zhàn)人員在戰(zhàn)斗過程中的操作和感知的仿真。一般來說，在軍事上用來研究以作戰(zhàn)為目的的模型稱為作戰(zhàn)模型[1,2]。雖然計(jì)算機(jī)技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，但其計(jì)算能力仍無法支持對師以上級別的作戰(zhàn)進(jìn)行精確到單兵或單武器平臺的模擬。相對于高分辨率的作戰(zhàn)模型，聚合級作戰(zhàn)模型能更好地幫助研究許多軍事決策問題[3]。

地形環(huán)境作為作戰(zhàn)活動(dòng)開展的物理依托，對機(jī)動(dòng)、偵察、交戰(zhàn)等多種作戰(zhàn)活動(dòng)都具有重大影響，因此對地形環(huán)境的模擬直接影響到作戰(zhàn)模擬的效率和效果。在高分辨率作戰(zhàn)模型中，通常需要模擬單個(gè)作戰(zhàn)人員和單個(gè)武器實(shí)體，每個(gè)實(shí)體都需要使用詳細(xì)的地形模型進(jìn)行諸如通視判斷等多種運(yùn)算，以對自身的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。聚合級作戰(zhàn)模型將多個(gè)單個(gè)作戰(zhàn)人員聚合成一個(gè)更大的作戰(zhàn)單位，完全改變了對某些基本作戰(zhàn)過程的描述[3]。

聚合級作戰(zhàn)模型通常使用某個(gè)作戰(zhàn)單位內(nèi)的多個(gè)作戰(zhàn)人員和武器實(shí)體的平均屬性對其進(jìn)行描述，因此其對地形模型的要求也不同于高分辨率作戰(zhàn)模型。在聚合級作戰(zhàn)模型中，不再需要進(jìn)行類似判斷作戰(zhàn)人員之間是否通視之類的計(jì)算，因此不需要對地形環(huán)境進(jìn)行過于詳細(xì)的描述。但聚合級作戰(zhàn)模型需要地形模型同時(shí)為機(jī)動(dòng)處理模型、偵察處理模型、戰(zhàn)斗毀傷模型等提供關(guān)于通視能力、通行能力、遮蔽能力等的量化描述，而不再是觀察點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)視線兩側(cè)或目標(biāo)點(diǎn)周圍的地形特征的精確值。

本文結(jié)合典型的作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)，對聚合級作戰(zhàn)模型中的地形模型進(jìn)行深入分析，依據(jù)模型表達(dá)方式將其分為3類，并分別從表達(dá)內(nèi)容和表達(dá)精度2個(gè)方面，對每個(gè)類型的地形模型進(jìn)行詳細(xì)的分析。

1 規(guī)則格網(wǎng)地形模型

規(guī)則格網(wǎng)地形模型是指使用規(guī)則的格網(wǎng)覆蓋在作戰(zhàn)區(qū)域的地圖之上，并據(jù)此對格網(wǎng)中每個(gè)格元所覆蓋的地形進(jìn)行量化處理所得到的地形模型。格元通常為正方形（四角格）或正六邊形（六角格），也可以是矩形。格網(wǎng)中的每個(gè)地形格元都存儲了一系列屬性值，用以描述格元內(nèi)地形的不同特征。

聚合級作戰(zhàn)模型中規(guī)則格網(wǎng)地形模型具有與高分辨率作戰(zhàn)模型的格網(wǎng)模型相同的戰(zhàn)場幾何特征，但它的格網(wǎng)分辨率更低，存儲的地形信息也是高度聚合的。格網(wǎng)分辨率的選擇與作戰(zhàn)模型中基本的聚合級作戰(zhàn)單位分辨率有密切關(guān)系，如模擬的基本作戰(zhàn)單位級別為營級，則格網(wǎng)的分辨率可以選定為4 km。

規(guī)則格網(wǎng)地形模型的建模過程是與想定無關(guān)的，即對于不同的作戰(zhàn)想定，所構(gòu)建的地形模型是相同的。與作戰(zhàn)區(qū)域地形模型相比，規(guī)則格網(wǎng)地形模型中聚合級作戰(zhàn)單位諸如機(jī)動(dòng)路徑規(guī)劃等操作，是依據(jù)用戶輸入的數(shù)據(jù)或指揮控制模塊的指令，因此這個(gè)類型的地形模型比較適用于有用戶參與交互的作戰(zhàn)模擬。

規(guī)則格網(wǎng)地形模型中格元通常存儲能影響作戰(zhàn)單位機(jī)動(dòng)速度、目標(biāo)偵察概略、直接火力戰(zhàn)斗通視概率、戰(zhàn)斗毀傷結(jié)果等的地形特征；每格格邊則存儲有通行性的屬性特征值，如河流、橋梁、隧道等，用以描述作戰(zhàn)單元從當(dāng)前格元到達(dá)鄰近格元所遇到的障礙特征。表1從不同方面對聯(lián)合戰(zhàn)區(qū)級仿真系統(tǒng)（JTLS）[4]、軍團(tuán)作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)（CBS）[5]和FOURCE系統(tǒng)3種典型聚合級作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)中的地形模型進(jìn)行了對比分析。

表1 3種作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)中地形模型對比表

規(guī)則格網(wǎng)地形模型通常是對普通地圖或軍用地形圖進(jìn)行概略量化后得到的，按照概略量化的程度不同，本文將其分為全格網(wǎng)化地形模型和半格網(wǎng)化地形模型2類。全格網(wǎng)化地形模型是指在地形概略量化過程中，對所有地理要素（點(diǎn)狀要素、線狀要素和面狀要素）都進(jìn)行概略量化處理的地形模型。格網(wǎng)內(nèi)的每個(gè)格元都包含特定的地形屬性特征，不同的地形屬性特征對作戰(zhàn)單位的機(jī)動(dòng)、偵察和戰(zhàn)斗等行動(dòng)都有不同的影響；六角格的每個(gè)格邊也被賦予不同的特征值，并將河流、山脊線、防御工事、境界線等線狀要素歸算到格邊[6]，而將道路等線狀要素歸算到格元中心。全格網(wǎng)化地形模型的效果如圖1所示。半格網(wǎng)化地形模型是指只對普通地圖或軍用地形圖中的部分要素（多為面狀要素）進(jìn)行概略量化處理的地形模型。它對部分點(diǎn)狀要素及線狀要素（河流、道路、橋梁、隧道等）不進(jìn)行移位處理，而只是對格元中的地形要素進(jìn)行概略量化處理，并為每個(gè)格元賦予特定的地形類型，如圖2所示。

圖1 全格網(wǎng)化地形模型圖

圖2 半格網(wǎng)化地形模型圖

由于全格網(wǎng)化地形模型中將所有的地形要素都?xì)w算到六角格的格元及格邊上，所以其地形模型表達(dá)精度比半格網(wǎng)化模型略低；但在作戰(zhàn)模擬過程中進(jìn)行諸如機(jī)動(dòng)路徑規(guī)劃之類的分析時(shí)，全格網(wǎng)化地形模型卻能充分利用規(guī)則格網(wǎng)的幾何特性，相比于半格網(wǎng)化地形模型具有較高的模擬效率。

2 作戰(zhàn)區(qū)域地形模型

作戰(zhàn)區(qū)域地形模型是依據(jù)預(yù)先制訂的作戰(zhàn)計(jì)劃對戰(zhàn)場進(jìn)行組織的地形模型[3]。它依賴于想定，對于相同的地域，依據(jù)不同的想定所構(gòu)建的作戰(zhàn)區(qū)域地形模型也是不同的。它將戰(zhàn)場劃分成大量的作戰(zhàn)區(qū)域，這些作戰(zhàn)區(qū)域大致平行于作戰(zhàn)地帶。每個(gè)區(qū)域都從藍(lán)方的后方區(qū)域延伸出來，穿過直接交戰(zhàn)地區(qū)，直到紅方的后方區(qū)域，如圖3所示。這些作戰(zhàn)區(qū)域的寬度可能不等，其邊界也通常為曲線，作戰(zhàn)模型在進(jìn)行距離量算時(shí)，通常沿該區(qū)域內(nèi)平行于區(qū)域邊界的一條（曲）線進(jìn)行量算，且多數(shù)作戰(zhàn)單位的機(jī)動(dòng)也是沿這條（曲）線進(jìn)行的。在每個(gè)作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)通過一條雙線標(biāo)識雙方部隊(duì)的前沿陣地（FEBA）。

圖3 作戰(zhàn)區(qū)域地形模型示意圖

通常在每個(gè)作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)部，需進(jìn)一步細(xì)分，將其分為與區(qū)域?qū)挾认嗤㈤L度不等的片段，并規(guī)定每個(gè)片段內(nèi)的地形具有相同的屬性特征，對該片段內(nèi)作戰(zhàn)單位的機(jī)動(dòng)、偵察、交火等作戰(zhàn)行動(dòng)具有相同的影響。

在每個(gè)作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行機(jī)動(dòng)或補(bǔ)給過程中，指定的作戰(zhàn)單位或補(bǔ)給流從后方區(qū)域移動(dòng)到指定的片段，然后沿著補(bǔ)給路線逐片段地移動(dòng)到陣地前沿。補(bǔ)給路線上定義了若干個(gè)補(bǔ)給點(diǎn)，點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離約為作戰(zhàn)單位在當(dāng)前作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)1 d的機(jī)動(dòng)距離。

作戰(zhàn)區(qū)域地形模型依據(jù)作戰(zhàn)計(jì)劃構(gòu)建完成之后，作戰(zhàn)模擬過程中的指揮與控制流程就相對簡單了，作戰(zhàn)單位只需按照預(yù)定計(jì)劃進(jìn)行機(jī)動(dòng)、偵察和交火等一系列作戰(zhàn)行動(dòng)。但這種地形模型不支持作戰(zhàn)單位之間進(jìn)行跨作戰(zhàn)區(qū)域的機(jī)動(dòng)或交戰(zhàn)，多數(shù)的作戰(zhàn)活動(dòng)被限制在某一個(gè)作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)。該模型也沒有考慮FEBA的連續(xù)性和完整性，以及陣地側(cè)翼等。由于該地形模型是與作戰(zhàn)想定相關(guān)聯(lián)的，即使針對同一作戰(zhàn)地區(qū)，對于不同的想定也需構(gòu)建不同的地形模型。

3 網(wǎng)絡(luò)地形模型

網(wǎng)絡(luò)地形模型是指依據(jù)節(jié)點(diǎn)和弧段組合得到的網(wǎng)絡(luò)對戰(zhàn)場地形環(huán)境進(jìn)行模擬的模型。該模型適用于對戰(zhàn)場上兵力和物資的沿網(wǎng)絡(luò)（道路、管線等）機(jī)動(dòng)的模擬。

網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)表達(dá)戰(zhàn)場上實(shí)際的物理位置，弧段表達(dá)節(jié)點(diǎn)之間可能存在的機(jī)動(dòng)路徑（公路、鐵路、越野機(jī)動(dòng)路徑等）。每個(gè)節(jié)點(diǎn)和弧段存儲了對應(yīng)的屬性值，用以確定節(jié)點(diǎn)或弧段的輸送能力或機(jī)動(dòng)速度。

網(wǎng)絡(luò)模型最主要的優(yōu)勢就是能依靠高效的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法，較好地解決作戰(zhàn)單位在戰(zhàn)場上機(jī)動(dòng)路徑的選擇問題。但該地形模型對于目標(biāo)搜索、交戰(zhàn)等作戰(zhàn)行動(dòng)的效果評估缺乏很好的支持。

4 結(jié) 語

聚合級作戰(zhàn)模擬是從宏觀角度研究軍事決策問題的重要工具，其地形環(huán)境建模是建模的關(guān)鍵問題之一，對模擬的效率和可信度具有重大的影響。本文從地形模型表達(dá)方式將其分為規(guī)則格網(wǎng)模型、作戰(zhàn)區(qū)域模型和網(wǎng)絡(luò)模型，并深入分析了各個(gè)模型的特征。在構(gòu)建地形模型過程中，應(yīng)該依據(jù)各類聚合級作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)的需求，結(jié)合不同的地形模型表達(dá)方式，構(gòu)建復(fù)合型的地形環(huán)境模型。

[1]賀毅輝. 作戰(zhàn)模擬基礎(chǔ)[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2012

[2]徐學(xué)文, 王壽云. 現(xiàn)代作戰(zhàn)模擬[M]. 北京: 科學(xué)出版社,2004

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