鄭慧娟,周劍波,高志年
(1.解放軍理工大學(xué),江蘇 南京 211101;2.南京陸軍指揮學(xué)院,江蘇 南京 210045)
如何利用作戰(zhàn)實驗方法對新型陸軍部隊作戰(zhàn)能力進(jìn)行分析評估,得到科學(xué)、客觀的定量描述和評價,并找出影響其生成和提高的因素,成為新型陸軍部隊建設(shè)發(fā)展的客觀需要。目前,新型陸軍部隊作戰(zhàn)能力的基本實驗方法主要有專家研討、構(gòu)造仿真、虛擬仿真和實兵演習(xí)四種。這四種方法雖各有特點,但都有各自的局限性,將這四種方法有機(jī)集成運(yùn)用和相互配合,運(yùn)用綜合實驗分析評估新型陸軍部隊作戰(zhàn)能力,既可有效解決四種方法存在的弊端,又可提高實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。綜合實驗的成功運(yùn)用必須得到相應(yīng)高水平的實驗系統(tǒng)的支持,如何構(gòu)建一個科學(xué)、可靠的新型陸軍部隊作戰(zhàn)能力綜合實驗支持系統(tǒng),對于分析評估新型陸軍部隊作戰(zhàn)能力、促進(jìn)新型陸軍部隊建設(shè)具有十分重要的意義。對新型陸軍部隊作戰(zhàn)能力綜合實驗支持系統(tǒng)進(jìn)行研究,必須通過系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計,依據(jù)一定的原則,構(gòu)建一個場景逼真、易于擴(kuò)展、便于重用和廣泛適應(yīng)的支持系統(tǒng),既支持四種基本實驗方法的單獨運(yùn)用,又要滿足多種方法的綜合運(yùn)用。
新型陸軍部隊作戰(zhàn)能力綜合實驗,是指在研究新型陸軍部隊作戰(zhàn)能力時,通過對專家研討、構(gòu)造仿真、虛擬仿真和實兵演習(xí)[1]四種基本實驗方法有機(jī)集成運(yùn)用和相互配合,形成連續(xù)的、上下一致的實驗過程,以支持整個作戰(zhàn)能力評估的實驗活動。主要由專家研討實驗、構(gòu)造仿真結(jié)合專家研討實驗(以下簡稱“構(gòu)造仿真實驗”)、虛擬仿真結(jié)合專家研討實驗(以下簡稱“虛擬仿真實驗”)或者實兵演習(xí)結(jié)合專家研討實驗(以下簡稱“實兵演習(xí)實驗”)和計算機(jī)模擬為主、實兵演習(xí)為輔,結(jié)合專家研討的實驗(以下簡稱“聯(lián)合實驗”)所組成。綜合實驗支持系統(tǒng)首先要支持這四種方法的單獨運(yùn)用,其次,為滿足專家研討與其他方法結(jié)合進(jìn)行作戰(zhàn)實驗,支持系統(tǒng)需提供專家研討支持模塊與其他功能模塊的標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交互協(xié)議。為滿足計算機(jī)模擬為主、實兵演習(xí)為輔進(jìn)行作戰(zhàn)實驗,支持環(huán)境需要解決的一個重要問題就是虛實交互問題,即實現(xiàn)實驗過程中實兵與虛兵之間的交互與互動。必須設(shè)計一個虛兵與實兵融合接口,使虛兵與實兵都能顯示在綜合態(tài)勢圖上,且能通過仿真的手段實現(xiàn)虛實交戰(zhàn)。具體來說,新型陸軍部隊作戰(zhàn)能力綜合實驗支持系統(tǒng)應(yīng)具備實驗管理控制、模型支持、指揮控制、網(wǎng)絡(luò)仿真、實驗進(jìn)程及結(jié)果可視化、實驗分析評估、專家研討支持、數(shù)據(jù)支持和管理、虛實交互等功能,如圖1所示。
圖1 新型陸軍部隊作戰(zhàn)能力綜合實驗支持系統(tǒng)的功能需求
綜合實驗支持系統(tǒng)為避免在構(gòu)建過程中出現(xiàn)重復(fù)開發(fā)問題,按照統(tǒng)一的頂層設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,采用“平臺+構(gòu)件”的技術(shù)思想進(jìn)行總體設(shè)計,主要包括系統(tǒng)軟件、支持軟件、綜合支撐平臺和應(yīng)用軟件四部分,如圖2所示。系統(tǒng)層主要包括計算機(jī)操作系統(tǒng)軟件和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件。支持層主要包括數(shù)據(jù)庫支持軟件,軍事建模支持語言及工具,軟件開發(fā)語言及工具,文檔編輯工具等。綜合支撐層主要包括通用支持軟件、公共運(yùn)行支撐和集成框架,它們建立在系統(tǒng)軟件之上,支持應(yīng)用軟件的開發(fā)和運(yùn)行。通用支持軟件是實驗應(yīng)用軟件的開發(fā)平臺,主要包括軍事地理信息系統(tǒng)、軍事圖形系統(tǒng)和軍用文書處理系統(tǒng)。運(yùn)行支持支撐平臺主要用于解決諸系統(tǒng)間的通信、完成各類數(shù)據(jù)性信息的交互與訪問。集成框架是在通用支持軟件的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步封裝了Windows資源與消息服務(wù)、互操作服務(wù)、模型服務(wù)、系統(tǒng)管理服務(wù)和系統(tǒng)定制服務(wù)等五類服務(wù),從而便于更好地進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)的二次開發(fā)。它是基于通用支持軟件和公共運(yùn)行支撐開發(fā)的適用于應(yīng)用軟件的系統(tǒng)集成框架,及其相關(guān)應(yīng)用組件的開發(fā)接口規(guī)范,仿真模型系統(tǒng)、實驗管理與控制系統(tǒng)和模擬指揮信息系統(tǒng)等應(yīng)用軟件均在此系統(tǒng)集成框架上,按照接口規(guī)范要求進(jìn)行開發(fā)。應(yīng)用軟件是在系統(tǒng)軟件、支持軟件和綜合支撐平臺環(huán)境下開發(fā)的、滿足系統(tǒng)功能和戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)需要的實驗應(yīng)用軟件。主要包括實驗管理與控制系統(tǒng)、仿真模型系統(tǒng)、模擬指揮信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境系統(tǒng)、通用地理信息與顯示系統(tǒng)、實驗分析評估系統(tǒng)、專家研討支持系統(tǒng)、實兵控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。通過這些功能模塊的不同組合,實現(xiàn)不同實驗方法單獨或綜合運(yùn)用的需要。
圖2 新型陸軍部隊作戰(zhàn)能力綜合實驗支持系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
實驗管理與控制系統(tǒng)是為了完成新型陸軍部隊作戰(zhàn)能力綜合實驗,輔助實驗組織者對各類實驗實施管理和控制的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要通過系統(tǒng)集成框架加載各模塊的方式實現(xiàn),能夠?qū)嶒灉?zhǔn)備階段的實驗計劃、實驗設(shè)計、實驗數(shù)據(jù)等進(jìn)行管理與控制,對實驗實施過程中實驗條件數(shù)據(jù)錄入、實驗系統(tǒng)運(yùn)行、實驗數(shù)據(jù)調(diào)整等進(jìn)行管理與控制,對實驗結(jié)束后實驗結(jié)果數(shù)據(jù)等進(jìn)行管理與控制。主要的模塊組成有:基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理,實驗條件設(shè)定,想定編輯,網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)定,實驗進(jìn)程管控,隨機(jī)情況設(shè)置等,如圖3所示。
圖3 實驗管理與控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
仿真模型系統(tǒng)是圍繞新型陸軍部隊所擔(dān)負(fù)的作戰(zhàn)任務(wù),對新型陸軍部隊各兵種(專業(yè))的各類作戰(zhàn)與保障行動進(jìn)行模擬的軟件系統(tǒng),具有對新型陸軍部隊作戰(zhàn)涉及的各種作戰(zhàn)行動、指揮活動以及陸、海、空、天、電等戰(zhàn)場環(huán)境進(jìn)行仿真的功能,還具有對戰(zhàn)場各要素的綜合作用(如兵力密度、綜合通信、信息共享、要素聯(lián)動、分布指揮、精確保障等)進(jìn)行仿真的功能。仿真模型系統(tǒng)采用運(yùn)行控制框架加載相關(guān)模型構(gòu)件和規(guī)則庫來實現(xiàn)。即將模型從仿真模型系統(tǒng)中剝離出來,變成一個個模型構(gòu)件;將模型調(diào)度、時間管理、數(shù)據(jù)管理等公共部分封裝為模型運(yùn)行支撐平臺,為模型構(gòu)件提供基礎(chǔ)支撐,由此構(gòu)成了組件式的作戰(zhàn)模型平臺,即模型運(yùn)行控制框架。仿真模型系統(tǒng)主要包括模型運(yùn)行控制框架和模型資源庫兩部分,模型資源庫包含了各種模型構(gòu)件和規(guī)則庫,如圖4所示。其中,指揮實體模型是決策模型的執(zhí)行者,行動實體模型是行動模型的執(zhí)行者,同時,指揮實體模型也是部分行動模型的執(zhí)行者,如指揮實體轉(zhuǎn)移、撤收等。各模型由模型運(yùn)行控制框架進(jìn)行統(tǒng)一控制。模型的效果修正與控制由綜合作用模型調(diào)度并解決。各類模型間的交互關(guān)系如圖5所示。
實驗分析評估系統(tǒng)是支持系統(tǒng)的重要組成部分,主要負(fù)責(zé)對新型陸軍部隊作戰(zhàn)能力進(jìn)行分析和評估。該系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶的需要和實驗的目的對實驗過程數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并通過評估模型的運(yùn)算,將分析評估結(jié)果以直觀的形式(如直方圖、餅圖、折線圖等)展現(xiàn)給實驗用戶[2]。實驗分析評估系統(tǒng)由數(shù)據(jù)獲取模塊、評估指標(biāo)模塊、評估規(guī)則模塊、評估模型模塊、評估計算模塊、結(jié)果分析模塊等組成,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。
圖4 仿真模型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
圖5 新型陸軍部隊各類模型間的交互關(guān)系
圖6 實驗分析評估系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
根據(jù)實驗用戶所提的需求,領(lǐng)域?qū)<乙罁?jù)作戰(zhàn)理論、知識、經(jīng)驗等制定評估指標(biāo)和評估規(guī)則,實驗設(shè)計人員依據(jù)評估指標(biāo)和評估規(guī)則建立評估模型。實驗開始后,根據(jù)實驗評估指標(biāo),數(shù)據(jù)獲取模塊從實兵演習(xí)、仿真模型系統(tǒng)、模擬指揮信息系統(tǒng)或者專家研討支持系統(tǒng)獲取所需指標(biāo)數(shù)據(jù),評估計算模塊將采集的數(shù)據(jù)通過選定的評估模型進(jìn)行運(yùn)算,得出評估結(jié)果。結(jié)果分析模塊對評估結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)挖掘等分析,并將最終的結(jié)果數(shù)據(jù)采用直方圖、餅圖等直觀的形式顯示,也可按照特定的要求發(fā)送給通用地理信息與顯示系統(tǒng),以直觀的方式展現(xiàn)給實驗用戶以及領(lǐng)域?qū)<?。實驗分析評估系統(tǒng)的應(yīng)用流程如圖7所示。
圖7 實驗分析評估系統(tǒng)應(yīng)用流程
專家研討支持系統(tǒng)為相關(guān)領(lǐng)域?qū)<覍π滦完戃姴筷犠鲬?zhàn)能力實驗過程和結(jié)果進(jìn)行討論提供了有效的環(huán)境,通過使用專家研討系統(tǒng),可以充分吸取相關(guān)領(lǐng)域?qū)<业慕?jīng)驗、智慧和知識,更好地指導(dǎo)新型陸軍部隊作戰(zhàn)能力實驗中的評估和分析。系統(tǒng)支持分布在各地的專家進(jìn)行研討;提供各種工具供專家使用,如郵件、音/視頻通訊工具、電子白板、三維白板、信息檢索工具等;提供和支持各種研討方法和研討方式;提供專家研討所需的知識庫、數(shù)據(jù)庫、模型庫、文檔庫等基本資源;提供意見綜合處理的方法與專家達(dá)成共識的手段。專家研討支持系統(tǒng)由用戶管理模塊、基本信息管理模塊、研討室管理模塊、資源管理模塊、研討工具管理模塊等組成[3-7],如圖8 所示。
圖8 專家研討支持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
實兵控制系統(tǒng)為實兵演習(xí)與計算機(jī)模擬有機(jī)結(jié)合在一起進(jìn)行實驗提供了接口與平臺。實兵控制系統(tǒng)以仿真模型系統(tǒng)為技術(shù)支撐平臺,仿真模型系統(tǒng)在以下三個方面對實兵控制系統(tǒng)給予支持:一是模擬虛擬兵力的行動;二是模擬虛實交互的行動;三是模擬實兵未能表現(xiàn)的戰(zhàn)斗行動(如炮兵射擊時,只進(jìn)行了射擊諸元操作,并無實彈,需要由模型根據(jù)射擊命令和射擊操作諸元數(shù)據(jù)模擬炮彈飛行過程和命中結(jié)果等)。實兵控制系統(tǒng)與仿真模型系統(tǒng)、實驗管理與控制系統(tǒng)結(jié)合在一起可以實現(xiàn)實兵定位監(jiān)控和調(diào)理、虛實兵力火力行動的相互影響、虛擬環(huán)境與實兵行動的相互影響等功能[8]。
實兵控制系統(tǒng)主要由實兵綜合處理分系統(tǒng)和實兵現(xiàn)地調(diào)理系統(tǒng)組成。隨著模擬化建設(shè)的不斷發(fā)展還會有新的系統(tǒng)加入實兵控制系統(tǒng)中。系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖9所示。實兵綜合處理分系統(tǒng)是溝通各實兵演練系統(tǒng)與實驗管理與控制系統(tǒng)、仿真模型系統(tǒng)、模擬指揮信息系統(tǒng)等之間的橋梁。綜合處理分系統(tǒng)包括實兵控制綜合處理機(jī)和實兵數(shù)字化調(diào)理員綜合處理機(jī)。實兵控制綜合處理機(jī)負(fù)責(zé)通過讀表接收模擬結(jié)果信息和導(dǎo)演導(dǎo)調(diào)文書信息,并按類分流;通過寫表向?qū)嶒灩芾砼c控制系統(tǒng)和仿真模型系統(tǒng)上傳實兵狀態(tài)信息和上報文書。實兵數(shù)字化調(diào)理員綜合處理機(jī)通過無線通信接收并匯總各實兵演練分系統(tǒng)的狀態(tài)信息和上報文書;向各實兵演練分系統(tǒng)的各現(xiàn)地導(dǎo)調(diào)機(jī)分發(fā)模擬結(jié)果信息和導(dǎo)演導(dǎo)調(diào)文書信息。
圖9 實兵控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
按照支持系統(tǒng)總體設(shè)計,實驗管理與控制系統(tǒng)、仿真模型系統(tǒng)、模擬指揮信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境系統(tǒng)、通用地理信息與顯示系統(tǒng)、實驗分析評估系統(tǒng)、專家研討支持系統(tǒng)、實兵控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等各功能模塊之間的信息流程如圖10所示。
圖10 各功能模塊信息流程
實驗管理與控制系統(tǒng)向仿真模型系統(tǒng)發(fā)送管理、控制數(shù)據(jù),向模擬指揮信息系統(tǒng)發(fā)送情況設(shè)置數(shù)據(jù),向仿真網(wǎng)絡(luò)環(huán)境系統(tǒng)發(fā)送指揮作業(yè)結(jié)果數(shù)據(jù),向數(shù)據(jù)庫發(fā)送實驗條件、想定數(shù)據(jù)等;仿真模型系統(tǒng)向?qū)嶒灧治鲈u估系統(tǒng)、通用地理信息與顯示系統(tǒng)和仿真網(wǎng)絡(luò)環(huán)境系統(tǒng)發(fā)送實體狀態(tài)、事件報告等實驗數(shù)據(jù),向仿真網(wǎng)絡(luò)環(huán)境系統(tǒng)發(fā)送行動指令數(shù)據(jù),向數(shù)據(jù)庫發(fā)送實體行動過程數(shù)據(jù);實驗分析評估系統(tǒng)和專家研討支持系統(tǒng)之間可以進(jìn)行信息交互,專家研討支持系統(tǒng)產(chǎn)生的定性分析結(jié)果可以通過實驗分析評估系統(tǒng)進(jìn)行量化處理,實驗分析評估系統(tǒng)的輸出可以為專家研討支持系統(tǒng)提供重要參考,而專家研討支持系統(tǒng)的輸出也可為實驗分析評估系統(tǒng)提供有效的參數(shù)修正與改良,兩者綜合后的結(jié)果信息將被發(fā)送到數(shù)據(jù)庫;知識庫主要為專家研討支持系統(tǒng)提供領(lǐng)域知識信息,同時專家研討支持系統(tǒng)也可以修正或增補(bǔ)知識庫的數(shù)據(jù);模擬指揮信息系統(tǒng)向?qū)嶒灩芾砼c控制系統(tǒng)發(fā)送指揮作業(yè)數(shù)據(jù),向仿真網(wǎng)絡(luò)環(huán)境系統(tǒng)發(fā)送上下級之間指揮命令、請示等數(shù)據(jù),同時向仿真模型系統(tǒng)和通用地理信息與顯示系統(tǒng)發(fā)送指揮命令數(shù)據(jù),向數(shù)據(jù)庫發(fā)送指揮過程數(shù)據(jù);實兵控制系統(tǒng)向仿真模型系統(tǒng)和實驗管理與控制系統(tǒng)發(fā)送定位狀態(tài)信息,同時向數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)發(fā)送實兵交戰(zhàn)同步數(shù)據(jù),實驗管理與控制系統(tǒng)向?qū)嵄刂葡到y(tǒng)發(fā)送導(dǎo)調(diào)信息,仿真模型系統(tǒng)向?qū)嵄刂葡到y(tǒng)發(fā)送戰(zhàn)場信息仿真結(jié)果。數(shù)據(jù)庫主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、各應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)根據(jù)實驗需要對各數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入、管理和維護(hù)。
新型陸軍部隊作戰(zhàn)能力綜合實驗可以按照以下四個步驟組織實施:實驗規(guī)劃、實驗實施、實驗分析和實驗成果應(yīng)用。實驗規(guī)劃是做好實驗的基礎(chǔ),這一階段主要完成實驗方案設(shè)計、實驗想定編寫、實驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、實驗環(huán)境準(zhǔn)備等。實驗環(huán)境準(zhǔn)備會因?qū)嶒灧椒ú煌兴鶇^(qū)別,分為專家研討實驗環(huán)境、構(gòu)造仿真實驗環(huán)境、虛擬仿真實驗環(huán)境和聯(lián)合實驗環(huán)境(實兵演習(xí)實驗一般是嵌入到部隊的實兵演習(xí)中,實驗人員的主要工作是數(shù)據(jù)收集與分析,在此不作分析)。專家研討實驗主要用到專家研討支持系統(tǒng)和實驗分析評估系統(tǒng),構(gòu)造仿真實驗、虛擬仿真實驗和聯(lián)合實驗均需用到實驗管理與控制系統(tǒng)、通用地理信息與顯示系統(tǒng)、仿真模型系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境系統(tǒng)、實驗分析評估系統(tǒng)、專家研討支持系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。
圖11 支持系統(tǒng)應(yīng)用流程
此外,虛擬仿真實驗還需用到模擬指揮信息系統(tǒng),聯(lián)合實驗還需用到指揮信息系統(tǒng)和實兵控制系統(tǒng)。實驗實施是整個實驗的關(guān)鍵,根據(jù)實驗?zāi)康牡牟煌?,不同實驗的實施過程也不相同,為了全面、科學(xué)地分析評估新型陸軍部隊的作戰(zhàn)能力,在構(gòu)建好作戰(zhàn)能力評估指標(biāo)體系后,會對部隊編成、裝備編配方式、指揮方式及流程、行動方式及順序等多方面進(jìn)行不斷調(diào)整,從不同的角度多次重復(fù)實驗來分析影響部隊作戰(zhàn)能力生成與提高的具體因素。實驗分析階段主要是在實驗實施完畢后,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)對各指標(biāo)內(nèi)容進(jìn)行評價,得出新型陸軍部隊作戰(zhàn)能力的評估值以及影響其生成提高的因素,明確提高部隊作戰(zhàn)能力的對策。實驗的目的是為了應(yīng)用,通過實驗摸清部隊作戰(zhàn)能力狀況,查找薄弱環(huán)節(jié),有針對性地研究生成、提高作戰(zhàn)能力的對策,為部隊武器裝備更新提出需求,為部隊體制編制調(diào)整、為指揮員合理運(yùn)用作戰(zhàn)力量和制定最佳作戰(zhàn)方案等提供科學(xué)依據(jù)。新型陸軍部隊作戰(zhàn)能力綜合實驗支持系統(tǒng)應(yīng)用流程如圖11所示。
綜合實驗方法是解決新型陸軍部隊作戰(zhàn)能力分析評估問題的有效途徑,該方法的成功運(yùn)用必須得到相應(yīng)高水平的實驗系統(tǒng)的支持。綜合實驗支持系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)最大限度地體現(xiàn)新型陸軍部隊進(jìn)行作戰(zhàn)的實際環(huán)境,完整真實地反映新型陸軍部隊的作戰(zhàn)過程,反映信息化條件下新型陸軍部隊作戰(zhàn)的效果,能夠?qū)ζ渥鲬?zhàn)能力進(jìn)行科學(xué)、全面、客觀的分析評估。本文針對新型陸軍部隊作戰(zhàn)能力綜合實驗的特點和要求,從系統(tǒng)科學(xué)的角度對支持系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)以及各功能模塊進(jìn)行了設(shè)計,并對各功能模塊的信息流程以及支持系統(tǒng)的應(yīng)用過程進(jìn)行了分析,為構(gòu)建新型陸軍部隊作戰(zhàn)能力綜合實驗支持系統(tǒng)提供理論指導(dǎo)與參考。
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