張 華 王 偉
(中國電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所 南京 210007)
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基于多維視圖的戰(zhàn)場控制技術(shù)研究
張 華 王 偉
(中國電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所 南京 210007)
戰(zhàn)場控制經(jīng)常運(yùn)用于軍事過程中。隨著軍事體系和電子技術(shù)的發(fā)展,基于多維視圖的戰(zhàn)場控制軟件技術(shù)開始被研究。論文主要討論利用態(tài)勢(shì)圖、甘特圖和執(zhí)行矩陣視圖研究用于戰(zhàn)場控制的軟件技術(shù)。
戰(zhàn)場控制; 態(tài)勢(shì)圖; 甘特圖; 執(zhí)行矩陣
Class Number E83
戰(zhàn)場控制是一種使指揮官和參謀處于計(jì)劃、決策、執(zhí)行和評(píng)價(jià)的體系并且輔助指揮官進(jìn)行決策的過程[1]。近十幾年來,戰(zhàn)場指揮決策支持系統(tǒng)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)展,對(duì)作戰(zhàn)決策支持系統(tǒng)的理論和技術(shù)進(jìn)行了深入研究,并進(jìn)行了許多相應(yīng)的設(shè)計(jì)與開發(fā),形成了作戰(zhàn)指揮決策支持系統(tǒng)。本文研究的基于多維視圖的戰(zhàn)場控制技術(shù)通過利用現(xiàn)代通信技術(shù)和詳細(xì)的信息設(shè)計(jì)更新戰(zhàn)場進(jìn)程來提高指揮官的協(xié)同[2]、態(tài)勢(shì)感知[3]和決策的能力,輔助指揮員和參謀更好地進(jìn)行戰(zhàn)場節(jié)奏的控制。
戰(zhàn)場控制是作戰(zhàn)指揮員及其指揮機(jī)關(guān)為左右戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)的發(fā)展而進(jìn)行的指揮活動(dòng)。其目的是為了奪取和保持戰(zhàn)場的主動(dòng)權(quán),從而推動(dòng)戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)沿著己方所期望的方向發(fā)展。戰(zhàn)場控制是以系統(tǒng)的形式存在,并以系統(tǒng)的形式運(yùn)行和發(fā)展。針對(duì)高技術(shù)條件下的局部戰(zhàn)爭,由于高技術(shù)信息系統(tǒng)的大量運(yùn)用,使戰(zhàn)場的流動(dòng)性和透明度增大,作戰(zhàn)的節(jié)奏越來越快,戰(zhàn)場情況變換的突然性很大,這對(duì)作戰(zhàn)部隊(duì)的應(yīng)急控制能力提出了很高的要求,它也是戰(zhàn)場控制能力的一個(gè)決定因素。
目前,戰(zhàn)場控制支持系統(tǒng)僅僅是將大量的繁雜計(jì)算轉(zhuǎn)移給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以減輕指揮員的工作負(fù)擔(dān),加快了信息的分發(fā)以提供更多的作戰(zhàn)決策時(shí)間。戰(zhàn)場控制支持系統(tǒng)的建設(shè)普遍還存在以下幾方面的問題:
1) 決策時(shí)效性不強(qiáng):作戰(zhàn)機(jī)會(huì)往往轉(zhuǎn)瞬即逝?,F(xiàn)代戰(zhàn)場環(huán)境中,戰(zhàn)斗行動(dòng)節(jié)奏加快,指揮員處理信息和做出決策的時(shí)間相對(duì)變短。這就要求作戰(zhàn)指揮員隨時(shí)掌握戰(zhàn)場情況,快速判明作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)并迅速做出決策,下達(dá)指揮命令。戰(zhàn)場信息流在作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)和作戰(zhàn)單元之間快速流動(dòng),信息本身的時(shí)效性是決策時(shí)效性的基礎(chǔ),目前已有的作戰(zhàn)決策支持系統(tǒng)在情報(bào)分析和數(shù)據(jù)處理等信息處理的時(shí)效性方面不夠,造成了決策時(shí)效性不強(qiáng)。
2) 決策準(zhǔn)確性不高:現(xiàn)代信息戰(zhàn)指揮必須能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)作戰(zhàn)決策的精確運(yùn)籌、對(duì)兵力機(jī)動(dòng)的精確計(jì)劃和對(duì)作戰(zhàn)行動(dòng)的精確準(zhǔn)備,力求以較小的代價(jià)達(dá)成理想的戰(zhàn)場控制效果。目前的作戰(zhàn)決策支持系統(tǒng)仍是以人為主,由指揮人員圍繞作戰(zhàn)目的,憑經(jīng)驗(yàn)和直覺進(jìn)行決策,缺乏戰(zhàn)場信息數(shù)據(jù)的分析,存在較大主觀性和隨意性,很難滿足現(xiàn)代作戰(zhàn)決策準(zhǔn)確性的要求。
3) 臨機(jī)應(yīng)對(duì)性不足:軍事行動(dòng)反映了人的動(dòng)態(tài)交互過程,一方的行動(dòng)對(duì)另一方來說,總是存在著不確定性,這里包含著人的行為的不可預(yù)測(cè)性和精神因素,在戰(zhàn)爭中獲得絕對(duì)的確定性是不可能的。在作戰(zhàn)實(shí)施中,指揮員需要針對(duì)戰(zhàn)場出現(xiàn)的新情況動(dòng)態(tài)選擇最適合的作戰(zhàn)單位執(zhí)行相應(yīng)的作戰(zhàn)任務(wù),增加了指揮活動(dòng)的動(dòng)態(tài)性。當(dāng)前的作戰(zhàn)決策支持系統(tǒng)很難應(yīng)對(duì)不確定性引發(fā)的突發(fā)事件。
針對(duì)原有的問題,根據(jù)作戰(zhàn)指揮員的作戰(zhàn)指揮需求,本文設(shè)計(jì)了一個(gè)戰(zhàn)場控制的系統(tǒng)軟件以輔助指揮員對(duì)戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)的掌握和理解,并能對(duì)所屬部隊(duì)進(jìn)行戰(zhàn)場控制。戰(zhàn)場控制系統(tǒng)軟件主要通過戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)圖、甘特圖[4]和執(zhí)行矩陣三種視圖從不同的角度展現(xiàn)戰(zhàn)場情況,并通過報(bào)告和指令來實(shí)現(xiàn)指揮員對(duì)戰(zhàn)場情況動(dòng)態(tài)變化的掌握和作戰(zhàn)節(jié)奏[5]的控制。
戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)圖是在戰(zhàn)場地理環(huán)境基礎(chǔ)上,通過對(duì)作戰(zhàn)活動(dòng)、事件、時(shí)間、位置和兵力要素相關(guān)戰(zhàn)場作戰(zhàn)信息的圖形符號(hào)標(biāo)繪,將所觀測(cè)到的戰(zhàn)斗力量分布與活動(dòng)和戰(zhàn)場周圍環(huán)境、敵作戰(zhàn)意圖及敵機(jī)動(dòng)性有機(jī)地聯(lián)系起來,分析并確定事件發(fā)生的原因,得到關(guān)于地方兵力的結(jié)構(gòu),使用特點(diǎn)的估計(jì),從而形成對(duì)戰(zhàn)場信息表達(dá)的態(tài)勢(shì)圖。通過戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)圖,作戰(zhàn)與決策人員(指揮官)可以實(shí)時(shí)、近實(shí)時(shí)地了解作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)的發(fā)展,快速制定行動(dòng)計(jì)劃,準(zhǔn)確、及時(shí)、高效地實(shí)施指揮和控制。從時(shí)效性的角度分析,戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)圖顯示的信息內(nèi)容分為實(shí)時(shí)信息和非實(shí)時(shí)信息。實(shí)時(shí)信息由各類實(shí)時(shí)信息服務(wù)推送到態(tài)勢(shì)圖上進(jìn)行顯示,比如空情服務(wù)推送實(shí)時(shí)空情信息、部隊(duì)定位服務(wù)推送部隊(duì)實(shí)時(shí)位置等。非實(shí)時(shí)信息由各類非實(shí)時(shí)信息源服務(wù)抽取后推送到態(tài)勢(shì)圖上顯示,比如部隊(duì)情況服務(wù)抽取數(shù)據(jù)庫中的部隊(duì)情況信息,戰(zhàn)場設(shè)施服務(wù)抽取數(shù)據(jù)庫中的戰(zhàn)場設(shè)施信息。通過在電子地圖上疊加不同類型的實(shí)時(shí)信息和非實(shí)時(shí)信息形成當(dāng)前戰(zhàn)場的綜合態(tài)勢(shì),通過過濾設(shè)置可以定制展現(xiàn)指揮員關(guān)心的態(tài)勢(shì)情況,通過設(shè)置告警規(guī)則發(fā)布警報(bào)信息可以實(shí)時(shí)監(jiān)控關(guān)注的目標(biāo)對(duì)象,通過與作戰(zhàn)計(jì)劃、預(yù)定行軍路線、戰(zhàn)斗部署等信息組成的籌劃態(tài)勢(shì)圖進(jìn)行自動(dòng)對(duì)比檢測(cè),可以輔助指揮員掌握當(dāng)前的戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)和籌劃態(tài)勢(shì)的差異,及時(shí)調(diào)整部隊(duì)行動(dòng)和部署,進(jìn)而有效控制整個(gè)戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)。
甘特圖又稱作橫道圖、條狀圖。它是以圖示的方式通過活動(dòng)列表和時(shí)間刻度形象地表示出任何特定項(xiàng)目的活動(dòng)順序與持續(xù)時(shí)間。甘特圖的基本表達(dá)形式是一個(gè)線條圖,橫軸表示時(shí)間,縱軸表示項(xiàng)目,線條表示在整個(gè)期間上計(jì)劃和實(shí)際的活動(dòng)完成情況。它直觀地表明任務(wù)計(jì)劃在什么時(shí)候進(jìn)行及實(shí)際進(jìn)展與計(jì)劃要求的對(duì)比。本文設(shè)計(jì)的甘特圖監(jiān)控視圖通過對(duì)商用甘特圖進(jìn)行改造,增加報(bào)告處理服務(wù)、關(guān)鍵點(diǎn)監(jiān)控、突發(fā)事件信息接收處理、消息提示等模塊,增強(qiáng)了甘特圖視圖的戰(zhàn)場監(jiān)控能力,使得作戰(zhàn)指揮員由此極為便利的弄清一項(xiàng)任務(wù)還剩下哪些工作要做,行動(dòng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)時(shí)間狀態(tài)要求,并可評(píng)估工作是提前還是滯后,亦或是正常進(jìn)行。
執(zhí)行矩陣視圖是一種描述任務(wù)行動(dòng)執(zhí)行情況的表格視圖。這種視圖的橫軸描述了任務(wù)行動(dòng)的詳細(xì)信息,包括計(jì)劃時(shí)間、執(zhí)行單位、當(dāng)前狀態(tài)、執(zhí)行效果、目標(biāo)對(duì)象反應(yīng)等信息。視圖的縱軸描述了本次計(jì)劃所有的任務(wù)和行動(dòng),用樹狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表示。表格中的執(zhí)行狀態(tài)、執(zhí)行效果使用圖形化的符號(hào)進(jìn)行表示。執(zhí)行矩陣視圖能實(shí)時(shí)接收匯總行動(dòng)、執(zhí)行信息,輔助作戰(zhàn)指揮員直觀地了解計(jì)劃的所有任務(wù)和行動(dòng)的執(zhí)行情況以及執(zhí)行的效果。
態(tài)勢(shì)圖監(jiān)控視圖、甘特圖監(jiān)控視圖和執(zhí)行矩陣監(jiān)控視圖這三種視圖的綜合使用,可以讓作戰(zhàn)指揮員從部隊(duì)位置狀態(tài)、敵我態(tài)勢(shì)、部隊(duì)視角、任務(wù)視角、時(shí)間、空間等不同角度全方位地理解和掌握戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)和計(jì)劃的執(zhí)行情況,從而更加精確和高效地進(jìn)行戰(zhàn)場控制。
為了更好地輔助指揮員理解和掌握戰(zhàn)場控制過程中的戰(zhàn)場信息,本文主要研究了戰(zhàn)場控制中模型、控制流程和顯示技術(shù)等方面的關(guān)鍵技術(shù)。
4.1 關(guān)鍵監(jiān)控點(diǎn)與行動(dòng)告警模型
在戰(zhàn)場控制系統(tǒng)軟件中關(guān)鍵監(jiān)控點(diǎn)與行動(dòng)告警模型能有效提高指揮員對(duì)戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)和行動(dòng)執(zhí)行狀態(tài)進(jìn)度要求的掌握能力,關(guān)鍵監(jiān)控點(diǎn)與行動(dòng)告警模型的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。模型實(shí)現(xiàn)的主要要素包括: 1) 對(duì)指揮員關(guān)注的部隊(duì)或行動(dòng)設(shè)置關(guān)鍵監(jiān)控點(diǎn),關(guān)鍵監(jiān)控點(diǎn)包含的屬性有K(關(guān)鍵點(diǎn)名稱、關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)間、關(guān)鍵點(diǎn)描述、關(guān)注部隊(duì)、關(guān)注部隊(duì)位置范圍要求、關(guān)注行動(dòng)等); 2) 任務(wù)行動(dòng)未按照作戰(zhàn)計(jì)劃要求完成時(shí)給出行動(dòng)告警信息,任務(wù)行動(dòng)告警信息包含的屬性有W(任務(wù)行動(dòng)名稱、執(zhí)行部隊(duì)、異常詳細(xì)描述)。
圖1 關(guān)鍵監(jiān)控點(diǎn)及行動(dòng)告警模型結(jié)構(gòu)圖
4.2 部隊(duì)作戰(zhàn)效能反饋的控制技術(shù)
戰(zhàn)場控制系統(tǒng)軟件是基于部隊(duì)作戰(zhàn)效能反饋的控制方法進(jìn)行設(shè)計(jì)的,其主要流程如圖2所示。各級(jí)戰(zhàn)役參戰(zhàn)指揮所收到作戰(zhàn)計(jì)劃[6]執(zhí)行命令后,實(shí)施作戰(zhàn)計(jì)劃,最高級(jí)作戰(zhàn)指揮所發(fā)布作戰(zhàn)基準(zhǔn)時(shí)間;戰(zhàn)場控制軟件以態(tài)勢(shì)圖、甘特圖與執(zhí)行矩陣三種視圖展現(xiàn)參戰(zhàn)部隊(duì)任務(wù)或行動(dòng);根據(jù)當(dāng)前指揮員的作戰(zhàn)需求[7]重點(diǎn)關(guān)注部隊(duì)、設(shè)置部隊(duì)關(guān)鍵監(jiān)控點(diǎn);下級(jí)指揮所將本指揮所擔(dān)負(fù)的作戰(zhàn)行動(dòng)執(zhí)行情況或行動(dòng)執(zhí)行過程中遭遇的突發(fā)事件信息上報(bào)給上級(jí)指揮所,或?qū)⑿袆?dòng)執(zhí)行情況共享給友鄰指揮所;上級(jí)指揮所收到下級(jí)上報(bào)的行動(dòng)執(zhí)行報(bào)告或突發(fā)事件報(bào)告,結(jié)合戰(zhàn)場態(tài)勢(shì),對(duì)下級(jí)指揮所擔(dān)負(fù)的作戰(zhàn)行動(dòng)進(jìn)行調(diào)整,下發(fā)調(diào)整指令;下級(jí)指揮所收到行動(dòng)調(diào)整[8]指令,指揮參戰(zhàn)人員執(zhí)行行動(dòng)調(diào)整;部隊(duì)作戰(zhàn)行動(dòng)未按照計(jì)劃時(shí)間完成時(shí),出現(xiàn)告警信息并給出行動(dòng)具體執(zhí)行情況,指揮員根據(jù)行動(dòng)執(zhí)行情況對(duì)作戰(zhàn)行動(dòng)調(diào)整,將行動(dòng)調(diào)整命令發(fā)送給執(zhí)行部隊(duì);關(guān)鍵監(jiān)控點(diǎn)時(shí)間到達(dá)時(shí),出現(xiàn)告警信息并給出當(dāng)前實(shí)際執(zhí)行情況與監(jiān)控點(diǎn)要求的差距。如果未達(dá)到指揮員作戰(zhàn)要求,指揮員根據(jù)告警信息對(duì)作戰(zhàn)行動(dòng)調(diào)整,將行動(dòng)調(diào)整命令發(fā)送給行動(dòng)執(zhí)行部隊(duì)或擬制格式化作戰(zhàn)簡令。
4.3 甘特圖多尺度顯示技術(shù)
戰(zhàn)場控制過程當(dāng)中,指揮員或參謀將根據(jù)實(shí)際需要,查看全局視圖或重點(diǎn)關(guān)注某一時(shí)間段內(nèi)的行動(dòng)執(zhí)行細(xì)節(jié)。為此,甘特圖多尺度顯示技術(shù)采用圖形縮放原理,實(shí)現(xiàn)分段可變的時(shí)間軸。時(shí)間軸默認(rèn)設(shè)置為以小時(shí)為單位,使用拖動(dòng)的方式對(duì)時(shí)間軸進(jìn)行放大和縮小,通過精確設(shè)置,使得甘特圖的時(shí)間標(biāo)尺可劃分為不同時(shí)間尺度,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多尺度顯示,從時(shí)間角度增強(qiáng)指揮員對(duì)行動(dòng)執(zhí)行狀態(tài)的掌握控制。其主要設(shè)計(jì)步驟如下:
圖2 戰(zhàn)場控制方法流程圖
首先生成時(shí)間標(biāo)尺時(shí),基準(zhǔn)像素和時(shí)間刻度秒進(jìn)行對(duì)應(yīng),任務(wù)和行動(dòng)的最小時(shí)間單位也設(shè)為秒,形成時(shí)間標(biāo)尺和任務(wù)、行動(dòng)的關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)。
其次當(dāng)時(shí)間標(biāo)尺進(jìn)行縮小時(shí),基準(zhǔn)像素所代表的時(shí)間逐漸變大,可以十秒、分鐘、十分為單位;反之當(dāng)時(shí)間標(biāo)尺放大時(shí),基準(zhǔn)像素所代表的時(shí)間逐漸變小。最后,實(shí)現(xiàn)分段式的時(shí)間刻度。時(shí)間標(biāo)尺上某一段的基準(zhǔn)像素所表示的時(shí)間單位不同,實(shí)現(xiàn)多尺度的顯示。
在戰(zhàn)場控制系統(tǒng)中,戰(zhàn)場可視化信息[9]是輔助思考的一種外部信息圖像。指揮員需要通過可視化信息在盡可能短的時(shí)間里處理和了解更多的信息,把可視化信息應(yīng)用于控制戰(zhàn)場節(jié)奏時(shí),通過改進(jìn)獲取、分析、決策的時(shí)間需求使得任務(wù)執(zhí)行性能的提高。戰(zhàn)場控制系統(tǒng)的兩個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)就是提高態(tài)勢(shì)感知和使軟件更加直觀并且更容易使用。
根據(jù)使用環(huán)境,系統(tǒng)軟件可以在單屏、雙屏和多屏上靈活部署使用。在硬件允許的條件下,建議使用三屏部署使用,此時(shí)能通過直觀地展現(xiàn)對(duì)比最大程度地輔助指揮員了解戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)和部隊(duì)任務(wù)行動(dòng)的執(zhí)行情況,減少軟件視圖之間的頻繁切換操作可能帶來的時(shí)效性誤差及不必要的時(shí)間消耗。
下一階段戰(zhàn)場控制系統(tǒng)的研究方向是軟件系統(tǒng)的服務(wù)化和網(wǎng)絡(luò)化。通過研究基于SOA的應(yīng)用系統(tǒng)體系架構(gòu),解決異構(gòu)系統(tǒng)之間的信息交互和數(shù)據(jù)共享問題,保證系統(tǒng)的高效性、可擴(kuò)展性和可適應(yīng)性。其中可擴(kuò)展性主要是提供分析模型的集成策略和服務(wù)化調(diào)用接口,解決輔助決策的智能化水平;可適應(yīng)性主要是指系統(tǒng)軟件在不同平臺(tái)上(比如在國產(chǎn)化平臺(tái)上)的兼容和適應(yīng)問題。在軟件系統(tǒng)的流程控制方面,也討論了工作流特征,對(duì)于作戰(zhàn)指揮來說,工作流[10](例如通過改變組織層次傳遞命令控制)也可以被整合在軍事系統(tǒng)中。
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Control Technology Based on Multi-dimensional View of the Battlefield
ZHANG Hua WANG Wei
(The 28th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Nanjing 210007)
Battlefield control is often used in military process. With the development of military systems and electronics technology, the software based on multi-dimensional view of the battlefieldcontrol begins to be studied. This paper discusses the use of situation map, gantt map and perform matrix map for researching the software of the battlefield control.
battlefield control, situation map, gantt map, perform matrix
2015年1月3日,
2015年2月26日 作者簡介:張華,男,工程師,研究方向:指揮自動(dòng)化系統(tǒng)輔助決策、指揮控制。王偉,男,助理工程師,研究方向:指揮自動(dòng)化系統(tǒng)作戰(zhàn)籌劃、指揮控制。
E83
10.3969/j.issn1672-9730.2015.07.003