李路遙,杜國紅,徐新偉

(南京陸軍指揮學(xué)院作戰(zhàn)實驗中心,江蘇南京　210045)

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綜合戰(zhàn)場態(tài)勢組件化表達模型研究*

李路遙,杜國紅,徐新偉

(南京陸軍指揮學(xué)院作戰(zhàn)實驗中心,江蘇南京210045)

戰(zhàn)場態(tài)勢是控制作戰(zhàn)節(jié)奏、把握戰(zhàn)斗進程的重要手段。借鑒組件化建模的思想,采用組件組合描述態(tài)勢要素的方式,提出了一種嶄新的戰(zhàn)場態(tài)勢表達模型。該模型構(gòu)建了以態(tài)勢圖層為中心的管理機制、以“態(tài)”表達組件和“勢”表達組件進行組合描述態(tài)勢要素的建模機制和以圖層服務(wù)為手段的功能擴展機制,可以顯著增強戰(zhàn)場態(tài)勢顯示的靈活性和提高系統(tǒng)功能的可擴展性。

戰(zhàn)場態(tài)勢;組件化表達;態(tài)勢圖層;態(tài)勢要素;態(tài)勢組件

戰(zhàn)場態(tài)勢是指戰(zhàn)場上敵對雙方在力量對比、兵力部署和作戰(zhàn)行動等方面形成的狀態(tài)和形勢[1]。戰(zhàn)場態(tài)勢表達是以代表戰(zhàn)場的紙質(zhì)地圖、電子地圖或地理信息系統(tǒng)為載體,采用軍標符號、圖形、文字等方式將敵對雙方相關(guān)部署、狀態(tài)以及行動過程進行模擬和可視化的一種表現(xiàn)方式。為了建立便捷的戰(zhàn)場態(tài)勢表達方式,豐富戰(zhàn)場態(tài)勢表達效果,眾多學(xué)者對戰(zhàn)場態(tài)勢表達開展了研究,提出了滿足特定應(yīng)用環(huán)境需要的戰(zhàn)場態(tài)勢表達模型。文獻[2]提出了“基于模型驅(qū)動的態(tài)勢顯示框架”,實現(xiàn)了對新增仿真實體模型可視化的擴展,但對態(tài)勢顯示框架在功能上的擴展性未進行深入研究。文獻[3]中提出的“適時在線顯示與數(shù)據(jù)記錄回放一體化的態(tài)勢顯示整體框架”,則解決了系統(tǒng)在功能上的擴展性,但對系統(tǒng)在仿真實體模型方面的擴展未進行研究。文獻[4]提出了“采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)對仿真實體類視圖進行管理和通過OSG的場景管理技術(shù)對渲染視圖進行管理的三維空中態(tài)勢引擎”,解決了戰(zhàn)場“態(tài)”三維立體化展現(xiàn)的問題,但對“態(tài)”的顯示擴展、“勢”的呈現(xiàn)以及引擎功能擴展未展開研究。

綜上所述,態(tài)勢組件化表達模型研究旨在借鑒組件化建模的思想,通過組合各類“態(tài)”表達組件和“勢”表達組件,并構(gòu)建以態(tài)勢圖層為中心的管理機制和以圖層服務(wù)為手段的擴展機制的態(tài)勢表達模型,來實現(xiàn)戰(zhàn)場“態(tài)”和戰(zhàn)場“勢”的靈活顯示和系統(tǒng)功能的靈活擴展。

1　綜合戰(zhàn)場態(tài)勢表達內(nèi)容

綜合戰(zhàn)場態(tài)勢表達的內(nèi)容主要分為兩個部分:一是戰(zhàn)場“態(tài)”的表達,其主要反映當前實時的戰(zhàn)場狀態(tài)；二是戰(zhàn)場“勢”的表達,其主要反映當前的戰(zhàn)場局勢以及戰(zhàn)場未來發(fā)展的趨勢。戰(zhàn)場“勢”包括靜態(tài)“勢”和動態(tài)“勢”兩個方面。其中,靜態(tài) “勢”是指由仿真實體某一方面靜態(tài)的作戰(zhàn)能力形成的一種能力場。動態(tài)“勢”是指能夠反映戰(zhàn)局發(fā)展方向的一種趨勢,其可由若干歷史時刻點上形成的動態(tài)“點勢”串聯(lián)而成的動態(tài)“線勢”來予以表現(xiàn)。

戰(zhàn)場“態(tài)”與戰(zhàn)場“勢”相輔相成,戰(zhàn)場“態(tài)”側(cè)重于反映戰(zhàn)場外在的形態(tài),而戰(zhàn)場“勢”則側(cè)重于反映戰(zhàn)場內(nèi)在的規(guī)律。戰(zhàn)場“勢”是在戰(zhàn)場“態(tài)”提供的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上,通過挖掘分析而形成的對局勢的判斷。戰(zhàn)場“態(tài)”又是在歷史戰(zhàn)場“勢”判別的基礎(chǔ)上,通過調(diào)整決心和行動,形成的新的戰(zhàn)場形態(tài)。

1.1戰(zhàn)場“態(tài)”表達內(nèi)容

戰(zhàn)場“態(tài)”表達內(nèi)容主要包括以下四個方面。一是狀態(tài)信息。即反映仿真實體在某一時刻的狀態(tài)信息,其又可分為靜態(tài)信息和動態(tài)信息兩部分。靜態(tài)信息是指在仿真過程中始終保持不變的信息。如仿真實體標識、單位代字、仿真實體性質(zhì)、軍標碼、初始實力等。動態(tài)信息是指隨著時間或作戰(zhàn)進程而發(fā)生變化的信息。如仿真實體位置、朝向、傷亡狀態(tài)、現(xiàn)有實力等。二是戰(zhàn)場標志信息。即表示戰(zhàn)場地面位置、地域和控制線情況的信息。如集結(jié)地域、疏開展開地區(qū)、沖擊出發(fā)線、火力殲敵區(qū)、雷場、障礙、基本陣地等。三是行動信息。即表示兵力遂行各種作戰(zhàn)行動的信息。如地面機動路線、反沖擊路線、穿插迂回路線、撤離路線、運動軌跡以及反映敵對雙方之間進行的交戰(zhàn)線、探測線、跟蹤線等。四是結(jié)構(gòu)邏輯信息。即反映作戰(zhàn)組織各個作戰(zhàn)單位之間存在的指揮、控制、通信等信息交互關(guān)系的邏輯結(jié)構(gòu)信息。如編成結(jié)構(gòu)、指揮層次結(jié)構(gòu)、通信網(wǎng)系編配結(jié)構(gòu)等。

1.2戰(zhàn)場“勢”表達內(nèi)容

戰(zhàn)場“勢”表達內(nèi)容則主要包括三個方面。一是能力信息。即反映全部仿真實體或某一方向部分仿真實體在某一方面作戰(zhàn)能力的信息。該類信息通常依據(jù)仿真實體配備的武器裝備性能而定,并通過疊加處理形成體現(xiàn)能力覆蓋范圍的包絡(luò)。通過能力信息,可以衡量對抗雙方靜態(tài)實力的優(yōu)劣。二是效能信息。即體現(xiàn)仿真實體綜合運用武器系統(tǒng)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)所能達到預(yù)期目標的程度。該類信息具有典型的時間特性和統(tǒng)計特征,既可以是某一時刻的統(tǒng)計數(shù)據(jù),也可以是某一時段或作戰(zhàn)全程的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。通過將多個時刻的統(tǒng)計數(shù)據(jù)按照作戰(zhàn)進程排列,形成體現(xiàn)作戰(zhàn)效能的發(fā)展變化的趨勢信息,可以較好地輔助把握對抗雙方實力此消彼長的過程。三是戰(zhàn)局信息。即體現(xiàn)敵對雙方于一定時間或階段內(nèi)在作戰(zhàn)全局或一定區(qū)域通過一系列交戰(zhàn)所形成的戰(zhàn)場態(tài)勢和軍事形勢。該類信息是通過對兵力分布、實力分布、行動趨勢等多種信息進行深層次挖掘而獲取的對戰(zhàn)場局勢的判斷。如合圍局勢、焦灼局勢、鉗擊局勢等。通過戰(zhàn)局信息,可以了解戰(zhàn)場局勢發(fā)展走向,為裁決評判對抗結(jié)果提供支撐。

2　綜合戰(zhàn)場態(tài)勢組件化表達模型構(gòu)建方法

戰(zhàn)場態(tài)勢組件化表達模型構(gòu)建借鑒了組件化建模技術(shù)的概念,采用按照態(tài)勢表達組件為中心的原則進行建模。其核心思想是將待表達的對象作為一個容器,按照仿真實體所要體現(xiàn)的效果特征進行拆解,采用分而治之的方法封裝為表達組件,由一系列表達組件的聚集來描述待表達的對象。組件化表達的關(guān)鍵是對研究對象進行分解,按照某種原則將每個具有個性特征的對象分解成若干個具有獨立功能的子模塊,即組件。通過對具有相同特征的表達組件進行統(tǒng)一描述,可以最大程度地實現(xiàn)表達組件重用。另外,由于表達組件提供了統(tǒng)一的接口標準,遵循此標準,可以實現(xiàn)態(tài)勢表達的靈活擴展。

采用組件化技術(shù)進行戰(zhàn)場態(tài)勢表達模型構(gòu)建,其基本的建模流程可以分為以下五個步驟:1)首先進行戰(zhàn)場態(tài)勢表達內(nèi)容的梳理分析,歸納匯總所有要表達的態(tài)勢內(nèi)容要素；2)將歸納出來的態(tài)勢內(nèi)容要素進行拆分,將具有同類特征的表達內(nèi)容進行歸類；3)步將具有同類特征的表達內(nèi)容依據(jù)表達組件標準封裝成獨立的表達組件；4)依據(jù)仿真實體所要表現(xiàn)的特征,將與其相關(guān)的表達組件進行組裝,形成系列態(tài)勢要素表達模板；5)依據(jù)模板,通過解析態(tài)勢數(shù)據(jù),生成具有完整表達特征的一個個態(tài)勢要素實例。在上述步驟中,步驟3)和4)決定了態(tài)勢表達的靈活性,對于新的態(tài)勢表達要素,可以遵循組件接口標準開發(fā)滿足需要的表達組件,而后通過外部編輯態(tài)勢要素表達模板的方式,就可以實現(xiàn)新的要素的顯示。采用此方式進行設(shè)計,可以極大地提高態(tài)勢表達的重用性和可擴展性。

3　綜合戰(zhàn)場態(tài)勢組件化表達模型架構(gòu)

戰(zhàn)場態(tài)勢表達模型架構(gòu)決定了態(tài)勢表達系統(tǒng)的靈活性和功能的可擴展性。為了實現(xiàn)對態(tài)勢要素的統(tǒng)一組織和管理,態(tài)勢表達模型架構(gòu)采用態(tài)勢圖層的方式對態(tài)勢要素進行組織、管理和調(diào)度。同時,為了提高架構(gòu)的可擴展性,采用全局圖層服務(wù)的方式對輔助功能進行設(shè)計,如為了實現(xiàn)態(tài)勢的復(fù)線,在實時顯示態(tài)勢的過程中,以態(tài)勢數(shù)據(jù)采集服務(wù)的方式實現(xiàn)態(tài)勢數(shù)據(jù)的實時記錄和存儲功能。綜合戰(zhàn)場態(tài)勢組件化表達模型架構(gòu)設(shè)計如圖1所示。其中,態(tài)勢圖層管理器是整個態(tài)勢表達模型架構(gòu)的核心,負責組織和維護所有管理器之間的邏輯關(guān)系。

態(tài)勢要素管理器負責維護態(tài)勢要素管理工廠和創(chuàng)建態(tài)勢要素管理實例。態(tài)勢組件管理器負責態(tài)表達組件工廠和勢表達組件工廠以及組件實例的創(chuàng)建。態(tài)勢圖層服務(wù)管理器負責維護態(tài)勢圖層服務(wù)工廠以及實例的創(chuàng)建和管理,為獲取態(tài)勢圖層服務(wù)提供統(tǒng)一的接口。態(tài)勢圖層是所有態(tài)勢要素的容器,匯集了所有表達的態(tài)勢信息,其通過態(tài)勢要素管理來創(chuàng)建、組織和維護所有的態(tài)勢要素。同時,通過引用態(tài)勢圖層服務(wù)管理器來獲取態(tài)勢圖層所需的擴展功能。態(tài)勢圖層服務(wù)遵循統(tǒng)一的服務(wù)接口標準,可依據(jù)該接口標準擴展所需功能,從而為系統(tǒng)功能的靈活擴展提供途徑。同樣,態(tài)勢要素管理也規(guī)定了統(tǒng)一的管理接口標準,可依據(jù)應(yīng)用需要靈活地設(shè)計態(tài)勢要素的組織結(jié)構(gòu),如數(shù)組結(jié)構(gòu)、鏈表結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)、圖結(jié)構(gòu)等。態(tài)要素和勢要素分別是態(tài)表達組件和勢表達組件的容器,通過聚集不同類型的組件來表達態(tài)勢信息。所有的態(tài)表達組件和勢表達組件遵循各自統(tǒng)一的組件接口標準,以實現(xiàn)組件的靈活擴展。

圖1　戰(zhàn)場態(tài)勢組件化表達模型架構(gòu)圖

采用上述態(tài)勢組件化表達模型架構(gòu),構(gòu)建態(tài)勢表達模型的時序具體分為三個階段。第一階段是管理器實例創(chuàng)建及注冊階段。首先,創(chuàng)建各態(tài)表達組件工廠實例和各勢表達組件工廠實例,創(chuàng)建態(tài)勢組件管理器、態(tài)勢要素管理器、態(tài)勢圖層管理器、態(tài)勢圖層服務(wù)管理器實例。而后向態(tài)勢組件管理器注冊各態(tài)表達組件和各勢表達組件,向態(tài)勢要素管理器注冊態(tài)勢組件管理器,向態(tài)勢圖層管理器注冊態(tài)勢要素管理器和態(tài)勢圖層服務(wù)管理器。第二階段是態(tài)勢圖層、圖層要素管理、態(tài)勢要素以及態(tài)勢表達組件實例創(chuàng)建階段。首先通過

態(tài)勢圖層管理器創(chuàng)建態(tài)勢圖層實例,并通過態(tài)勢圖層服務(wù)管理器將態(tài)勢圖層實例與所需服務(wù)建立關(guān)聯(lián)；其次,態(tài)勢圖層實例通過態(tài)勢要素管理器創(chuàng)建態(tài)勢要素管理實例；而后,態(tài)勢要素管理實例創(chuàng)建態(tài)要素實例和勢要素實例,并維護管理所創(chuàng)建的要素句柄；最后,依據(jù)要素模板定義的要素組件構(gòu)成,態(tài)要素實例和勢要素實例通過態(tài)勢組件管理器來創(chuàng)建組件實例。第三階段是態(tài)勢圖層、圖層要素管理、態(tài)勢要素以及態(tài)勢表達組件實例效果繪制以及圖層服務(wù)實時調(diào)度階段。上述三個階段的具體處理步驟如圖2所示。

圖2　態(tài)勢組件化表達模型構(gòu)建時序圖

4　綜合戰(zhàn)場態(tài)勢表達組件模型

依據(jù)共性特征組件化處理的原則和應(yīng)用中表達各類信息的細分需求,在設(shè)計組件模型構(gòu)成時,盡量將組件的劃分進行細化,每一類組件只針對某一方面信息進行專項描述。

4.1綜合戰(zhàn)場“態(tài)”表達組件模型

綜合戰(zhàn)場“態(tài)”表達組件模型是對當前戰(zhàn)場狀態(tài)中各類信息的描述。為了完整表達戰(zhàn)場“態(tài)”信息的全部內(nèi)容,戰(zhàn)場“態(tài)”表達組件模型構(gòu)成必須包括基礎(chǔ)信息類組件、軍標圖形類組件、行動信息類組件、邏輯結(jié)構(gòu)類組件等四類。其中,基礎(chǔ)信息類組件包括軍事屬性信息組件、實力組件和狀態(tài)組件,分別用來描述實體的軍事屬性信息(如單位標識、單位代字、隸屬方、單位性質(zhì)、目標性質(zhì)等)、作戰(zhàn)實力信息(如裝備構(gòu)成、人員組成、戰(zhàn)斗力指數(shù)、探測范圍、火力壓制距離、火力地境等)以及實體狀態(tài)信息(如傷亡狀態(tài)、任務(wù)狀態(tài)、運動靜止狀態(tài)、被發(fā)現(xiàn)被識別狀態(tài)等)。軍標圖形類組件包括點軍標圖形組件、線軍標圖形組件和特殊效果組件,分別用來描述以點、線軍標方式呈現(xiàn)仿真實體的顯示方式和以象形或示意方式顯示炸點、爆炸、煙霧等效果的方式。行動信息類組件包括機動計劃組件、運動軌跡組件、交互組件,分別描述機動計劃信息(如路徑、運動速度、調(diào)整點等)、運動軌跡信息和實體之間的交互信息(如探測交互、跟蹤交互、交火交互、通信交互、指揮交互、協(xié)同交互等)。邏輯結(jié)構(gòu)類組件包括指揮關(guān)系組件和通信網(wǎng)系拓撲組件,分別描述仿真實體之間的指揮層次和指揮跨度信息以及通信組網(wǎng)的組織結(jié)構(gòu)、通信鏈路和通信設(shè)備等信息。具體構(gòu)成如圖3所示。

圖3　戰(zhàn)場“態(tài)”表達組件模型構(gòu)成圖

4.2綜合戰(zhàn)場“勢”表達組件模型

綜合戰(zhàn)場“勢”表達組件模型是對當前戰(zhàn)場局勢和發(fā)展趨勢信息的描述,其主要由三類組件構(gòu)成。一是能力勢組件,主要描述由仿真實體某一方面能力聚合形成的能力勢場。針對軍事上重點關(guān)注的偵察、打擊、通信、干擾四個方面的能力,能力勢組件主要包括探測能力勢組件、打擊能力勢組件、通信能力勢組件和干擾能力勢組件四類,并以包絡(luò)形式予以體現(xiàn)。

二是效能勢組件,主要描述達成某一方面作戰(zhàn)目的的效果和程度。效能勢包括某一時刻的點效能勢和在某一時間段內(nèi)由點效能勢體現(xiàn)出的線效能勢,通過線效能勢能夠分析和預(yù)測未來的發(fā)展趨勢。效能勢組件主要包括情報偵察效能勢組件、通信組網(wǎng)效能勢組件、火力打擊效能勢組件和指揮控制效能勢組件等。分別用以描述由偵察范圍覆蓋率、目標發(fā)現(xiàn)率、目標識別率、目標丟失率等指標體現(xiàn)出偵察效能;由網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、聯(lián)通率、到達率、丟包率等指標體現(xiàn)出的通信效能;由目標毀傷率、目標覆蓋率、裝備損失率、彈藥消耗率、費效比等指標體現(xiàn)出的火力打擊效能;由指揮頻度、指揮時效性、指令到達率、延遲率等指標體現(xiàn)出的指揮控制效能。三是戰(zhàn)局勢組件,主要描述某一局部或全局的高度抽象的戰(zhàn)場態(tài)勢。戰(zhàn)局勢組件主要包括合圍局勢組件、卷擊局勢組件、夾擊局勢組件、焦灼局勢組件以及奪占局勢組件等。具體構(gòu)成如圖4所示:

圖4　戰(zhàn)場“勢”表達組件模型構(gòu)成圖

5　應(yīng)用案例

本文提出的戰(zhàn)場態(tài)勢組件化表達模型已成功應(yīng)用于多個重點軍事項目的研制中。系統(tǒng)1為基于態(tài)勢的評估分析系統(tǒng),系統(tǒng)構(gòu)建了各類“態(tài)”表達組件和戰(zhàn)場局勢組件,并采用二維方式予以呈現(xiàn)如圖5、6所示。系統(tǒng)2為三維戰(zhàn)場態(tài)勢顯示系統(tǒng),系統(tǒng)采用三維形式構(gòu)建了各類“態(tài)”表達組件，如圖7所示。

圖5　系統(tǒng)1二維“態(tài)”表達組件效果圖

圖6　系統(tǒng)1戰(zhàn)場局勢組件效果圖

圖7　系統(tǒng)2戰(zhàn)場局勢組件效果圖

6　結(jié)束語

戰(zhàn)場態(tài)勢組件化表達借鑒了組件化建模的思想,通過分解、聚焦描述、聚合的過程實現(xiàn)態(tài)勢要素的組件化描述。組件化表達模型采用統(tǒng)一組件接口和外部編輯要素構(gòu)成模板的方式來實現(xiàn)戰(zhàn)場態(tài)和戰(zhàn)場勢的靈活

擴展和展現(xiàn)。同時,通過規(guī)范統(tǒng)一的態(tài)勢圖層服務(wù)接口來實現(xiàn)系統(tǒng)功能的擴展。采用態(tài)勢組件化表達模型來構(gòu)建態(tài)勢顯示系統(tǒng),不僅可以靈活地展現(xiàn)戰(zhàn)場態(tài)勢,而且可以系統(tǒng)清晰地組織各類態(tài)勢信息,從而為基于數(shù)據(jù)做深層次的態(tài)勢分析提供支撐。

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Component-based Expression Model of Integrated Battlefield Situation

LI Lu-yao, DU Guo-hong, XU Xin-wei

(Operation Research Center, Nanjing Army Command College, Nanjing 210045, China)

Battlefield situation is the important way to control operation rhythm and master combat progress. Learn from component-based modeling ideology, a brand new battlefield situation expression model was put forward which combines components to form situation element. The model constructs the layer-centered management mechanism and modeling mechanism which combines state expression component and tendency expression component to describe situation element. Meanwhile, function extend mechanism by means of layer service was also constructed. It was very useful to enhance the flexibility of battlefield situation display and improve the expandability of system function.

battlefield situation; component-based expression; situation layer; situation element; situation component

1673-3819(2016)04-0013-05

2016-05-11

2016-06-07

2015國家社科基金軍事學(xué)項目資助(15GJ004-136)

李路遙(1973-),男,河北邯鄲人,博士,教授,研究方向為軍事運籌。

杜國紅(1982-),男,碩士,講師。

E917

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2016.04.003

徐新偉(1984-),男,講師。