吳　亮

(中國(guó)人民解放軍91336部隊(duì)，河北 秦皇島 066000)

0　引言

作戰(zhàn)仿真是部隊(duì)訓(xùn)練、武器裝備作戰(zhàn)效能檢驗(yàn)的重要手段，而其可信性是能否取得良好應(yīng)用效果的關(guān)鍵。影響作戰(zhàn)仿真的可信性的因素主要包括需求分析、模型及其轉(zhuǎn)換、算法和數(shù)據(jù)等方面，而絕大多數(shù)模型與仿真對(duì)數(shù)據(jù)的依賴程度非常大。如果驅(qū)動(dòng)一個(gè)仿真的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或不適應(yīng)目前的任務(wù)，將很可能使結(jié)果驗(yàn)證失敗。因此，數(shù)據(jù)是影響作戰(zhàn)仿真可信性的一個(gè)重要方面。在M&S過程中，當(dāng)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)被使用或者正確的數(shù)據(jù)被不當(dāng)使用時(shí)，仿真結(jié)果就會(huì)變得混亂而不可信。所以，恰當(dāng)?shù)厥占褪褂每尚诺臄?shù)據(jù)對(duì)作戰(zhàn)仿真具有十分重要的意義。而作戰(zhàn)仿真數(shù)據(jù)的可信性主要由數(shù)據(jù)的校核、驗(yàn)證和認(rèn)可(Data Verification , Validation and Certification, VV&C)活動(dòng)來保證[1]。

1　數(shù)據(jù)VV&C的概念及數(shù)據(jù)分類

1.1　數(shù)據(jù)VV&C的概念[1-2]

數(shù)據(jù)校核：包括數(shù)據(jù)提供者校核和數(shù)據(jù)用戶校核兩個(gè)方面。數(shù)據(jù)提供者校核是利用技術(shù)和相關(guān)程序保證數(shù)據(jù)滿足數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限制條件并滿足由過程與數(shù)據(jù)建模中得到的業(yè)務(wù)規(guī)則。數(shù)據(jù)用戶校核是利用技術(shù)和相關(guān)程序保證數(shù)據(jù)滿足數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)確定的用戶專用的限制條件，以及從過程與數(shù)據(jù)建模中得到的業(yè)務(wù)規(guī)則，并保證數(shù)據(jù)的正確轉(zhuǎn)換與格式化。

數(shù)據(jù)驗(yàn)證：由領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行的有文檔的評(píng)估，以及該評(píng)估與已知數(shù)值的對(duì)比。數(shù)據(jù)提供者的驗(yàn)證是指在規(guī)定準(zhǔn)則和假設(shè)下進(jìn)行的評(píng)估；數(shù)據(jù)用戶的驗(yàn)證是指對(duì)數(shù)據(jù)適用于預(yù)定模型的評(píng)估。

數(shù)據(jù)認(rèn)可：確定數(shù)據(jù)已依照文檔要求的標(biāo)準(zhǔn)或準(zhǔn)則經(jīng)過了校核與驗(yàn)證。包括數(shù)據(jù)提供者認(rèn)可和數(shù)據(jù)用戶認(rèn)可。

1.2　數(shù)據(jù)分類

根據(jù)作戰(zhàn)仿真自身的特點(diǎn)，可以將作戰(zhàn)仿真數(shù)據(jù)分為五類，如表1所示。

表1　作戰(zhàn)仿真數(shù)據(jù)分類

2　作戰(zhàn)仿真數(shù)據(jù)VV&C過程研究

在作戰(zhàn)仿真中，為了獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)和與特定仿真應(yīng)用相關(guān)的可用的和可信的數(shù)據(jù)，應(yīng)該從數(shù)據(jù)提供者和數(shù)據(jù)用戶兩個(gè)角度對(duì)數(shù)據(jù)VV&C進(jìn)行研究。

2.1　數(shù)據(jù)提供者的VV&C過程研究

從數(shù)據(jù)提供者的角度看，數(shù)據(jù)VV&C過程包含任務(wù)活動(dòng)，需要有VV&C角色參與，活動(dòng)中還需要一些數(shù)據(jù)和文檔資源，并形成一些VV&C產(chǎn)品。

圖1　數(shù)據(jù)提供者VV&C的靜態(tài)描述

圖1為數(shù)據(jù)提供者VV&C過程的靜態(tài)結(jié)構(gòu)描述。圖中VV&C資源主要包括數(shù)據(jù)字典、史料數(shù)據(jù)、演習(xí)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等；VV&C產(chǎn)品主要有：數(shù)據(jù)VV&C計(jì)劃、數(shù)據(jù)校核報(bào)告、數(shù)據(jù)驗(yàn)證報(bào)告、數(shù)據(jù)認(rèn)可報(bào)告以及經(jīng)過認(rèn)可的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)提供者VV&C過程的五個(gè)步驟的主要任務(wù)如表2所示。

表2　數(shù)據(jù)提供者VV&C的主要任務(wù)

2.2　數(shù)據(jù)用戶的VV&C過程研究[3-4]

數(shù)據(jù)提供者對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行VV&C后，可以確保數(shù)據(jù)在一定的條件下是正確的、可信的，但不能保證數(shù)據(jù)能夠滿足所有的應(yīng)用要求；另外仿真過程中，數(shù)據(jù)并不能完全被直接使用，往往需要根據(jù)實(shí)際情況經(jīng)過轉(zhuǎn)換后才能使用；而且在對(duì)模型進(jìn)行VV&A時(shí)，也需要一定的數(shù)據(jù)支持。因此，數(shù)據(jù)用戶還必須在仿真全過程中進(jìn)行VV&C。

數(shù)據(jù)用戶VV&C是基于特定的仿真應(yīng)用而進(jìn)行的，與仿真過程緊密相連。下面以基于HLA的聯(lián)合作戰(zhàn)仿真為例，從數(shù)據(jù)用戶的角度研究數(shù)據(jù)VV&C過程。如圖2所示，與數(shù)據(jù)VV&C相關(guān)的基于HLA的聯(lián)合作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)FEDEP主要為六個(gè)階段：定義聯(lián)合作戰(zhàn)聯(lián)邦目標(biāo)、進(jìn)行聯(lián)合作戰(zhàn)概念分析、設(shè)計(jì)聯(lián)合作戰(zhàn)聯(lián)邦、開發(fā)聯(lián)合作戰(zhàn)聯(lián)邦以及計(jì)劃、集成和測(cè)試聯(lián)邦以及執(zhí)行聯(lián)邦。相應(yīng)地，數(shù)據(jù)VV&C的過程也分為六個(gè)階段。

階段一：確定和鑒別聯(lián)邦數(shù)據(jù)需求、制定VV&C計(jì)劃。首先確定和鑒別聯(lián)合作戰(zhàn)聯(lián)邦的數(shù)據(jù)需求，包括數(shù)據(jù)的意義、類型、質(zhì)量要求、權(quán)威性要求等。其次對(duì)數(shù)據(jù)需求進(jìn)行校核，逐一審查輸入數(shù)據(jù)是否符合聯(lián)合作戰(zhàn)仿真要求、輸出數(shù)據(jù)是否支持作戰(zhàn)仿真程序需求。最后，制定詳細(xì)的數(shù)據(jù)VV&C計(jì)劃，計(jì)劃內(nèi)容包括數(shù)據(jù)V&V的目標(biāo)、意義、原則、內(nèi)容、方法、角色、階段性產(chǎn)品、可接受性標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)間節(jié)點(diǎn)等。

階段二：校核數(shù)據(jù)源及元數(shù)據(jù)。首先檢驗(yàn)數(shù)據(jù)源及其可用性，檢查數(shù)據(jù)源的元數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)源的權(quán)威性、適用性和時(shí)效性。其次檢驗(yàn)輸入數(shù)據(jù)庫(kù)，確保作戰(zhàn)數(shù)據(jù)的完備性。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)一般包括作戰(zhàn)損耗數(shù)據(jù)、作戰(zhàn)編制數(shù)據(jù)、武器的性能和效能指標(biāo)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、氣象和天候數(shù)據(jù)等。就一般情況來看，這些都是普通作戰(zhàn)樣式的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)，不一定都適合于聯(lián)合作戰(zhàn)樣式的數(shù)據(jù)要求，需要用戶進(jìn)行修改或創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)以填補(bǔ)空缺。接著檢驗(yàn)輸出數(shù)據(jù)的特征描述。輸出數(shù)據(jù)一定要滿足聯(lián)合作戰(zhàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出需求，主要與輸出數(shù)據(jù)的用途有關(guān)，如用于態(tài)勢(shì)顯示、在線統(tǒng)計(jì)、事后評(píng)估等。最后生成驗(yàn)證數(shù)據(jù)。驗(yàn)證數(shù)據(jù)主要用作評(píng)判聯(lián)合作戰(zhàn)模型的輸出結(jié)果的參照數(shù)據(jù)。

圖2　基于HLA的聯(lián)合作戰(zhàn)聯(lián)邦的開發(fā)及VV&C過程

階段三：校核數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及輸入數(shù)據(jù)。首先檢查數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方法與過程。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換需要滿足數(shù)據(jù)的精度和完整性要求，轉(zhuǎn)換過程要符合一定的規(guī)范要求。其次檢查輸入的實(shí)例數(shù)據(jù)。檢查實(shí)例數(shù)據(jù)的描述特征是否符合要求，如果不符合數(shù)據(jù)要求，還要按一定的規(guī)范進(jìn)行轉(zhuǎn)換。最后校核固定數(shù)據(jù)。固定數(shù)據(jù)通常被固化在一定的表達(dá)式中，被引用后可能與原目的不相符，需要檢驗(yàn)；另外，固定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成仿真程序時(shí)，也有可能在格式上出現(xiàn)差錯(cuò)。

階段四：校核初始化數(shù)據(jù)及驗(yàn)證固定數(shù)據(jù)。首先審查初始化數(shù)據(jù)，確保它們與原始數(shù)據(jù)相一致。其次驗(yàn)證固定數(shù)據(jù)。采用獨(dú)立的算法對(duì)固定數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，并與驗(yàn)證數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

階段五：校核與驗(yàn)證(V&V)交換數(shù)據(jù)及評(píng)估輸出數(shù)據(jù)。首先對(duì)參與聯(lián)邦對(duì)象的交換數(shù)據(jù)進(jìn)行校核與驗(yàn)證。檢查交換數(shù)據(jù)是否滿足交換格式要求以及是否能夠成功交換。其次校核輸出數(shù)據(jù)。審查輸出數(shù)據(jù)的描述特征是否滿足要求，以及是否與驗(yàn)證數(shù)據(jù)保持形式上的一致性。接著驗(yàn)證輸出數(shù)據(jù)。將輸出數(shù)據(jù)與驗(yàn)證數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，計(jì)算數(shù)據(jù)的靈敏度和偏差，判斷聯(lián)合作戰(zhàn)模型的正確性。最后并評(píng)估數(shù)據(jù)。對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，聘請(qǐng)領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行裁定。

階段六：聯(lián)合作戰(zhàn)聯(lián)邦數(shù)據(jù)認(rèn)可。收集前面五個(gè)階段的VV&C產(chǎn)品和成果，根據(jù)聯(lián)合作戰(zhàn)樣式的要求，由權(quán)威部門對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)判，決定是否被認(rèn)可。

3　作戰(zhàn)仿真輸出數(shù)據(jù)的驗(yàn)證策略研究

作戰(zhàn)仿真(特別是聯(lián)合作戰(zhàn)仿真)的輸出數(shù)據(jù)具有一些典型的特點(diǎn)：一是輸出的數(shù)據(jù)類型多，如模型計(jì)算的結(jié)果數(shù)據(jù)、態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、想定數(shù)據(jù)及參考數(shù)據(jù)等；二是輸出數(shù)據(jù)的表達(dá)方式具有多樣性，如虛擬戰(zhàn)場(chǎng)表達(dá)、作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)的表示及綜合態(tài)勢(shì)的顯示等；三是輸出數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式豐富，如圖形、圖像、表格、曲線等。因此，為了達(dá)到全面驗(yàn)證輸出數(shù)據(jù)的效果，應(yīng)該研究有一個(gè)行之有效的驗(yàn)證策略。

通過參加科研項(xiàng)目的數(shù)據(jù)VV&C實(shí)踐，本文認(rèn)為：以作戰(zhàn)想定為依據(jù)，設(shè)計(jì)一個(gè)多觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證的測(cè)試用例，由多個(gè)領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)多觀測(cè)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行定性與定量相結(jié)合方法來綜合驗(yàn)證。實(shí)踐表明，這是一種非常有效的驗(yàn)證策略。觀測(cè)點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)該由數(shù)據(jù)的輸出形式與內(nèi)容，以及研究的目的來決定。一般地，為了全面驗(yàn)證作戰(zhàn)仿真的輸出數(shù)據(jù)，應(yīng)該設(shè)置四個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。

觀測(cè)點(diǎn)一：想定觀測(cè)點(diǎn)。想定觀測(cè)點(diǎn)顯示的數(shù)據(jù)主要有想定數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及參考數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式一般為數(shù)據(jù)元素、數(shù)據(jù)值或數(shù)據(jù)表格。這些數(shù)據(jù)可以作為輸出數(shù)據(jù)的參考依據(jù)。有時(shí)為了檢驗(yàn)輸出數(shù)據(jù)的合理性，也可以通過修改想定觀測(cè)點(diǎn)的輸入數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)。

觀測(cè)點(diǎn)二：態(tài)勢(shì)顯示觀測(cè)點(diǎn)。從態(tài)勢(shì)顯示觀測(cè)點(diǎn)獲取的數(shù)據(jù)主要有態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、軍標(biāo)及綜合態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)等。態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)，它反映作戰(zhàn)活動(dòng)及其演變的過程。常見的態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)有武器的運(yùn)動(dòng)軌跡、性能變化，作戰(zhàn)過程中各戰(zhàn)斗單元的位置、狀態(tài)及交戰(zhàn)過程；戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)包括地理環(huán)境數(shù)據(jù)、電磁環(huán)境數(shù)據(jù)、氣象環(huán)境數(shù)據(jù)和核化環(huán)境數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)有些是動(dòng)態(tài)的，如電磁環(huán)境、氣象環(huán)境數(shù)據(jù)等；有些是靜態(tài)的，如地理環(huán)境數(shù)據(jù)等；綜合態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)一般體現(xiàn)在高層作戰(zhàn)仿真中，如戰(zhàn)略作戰(zhàn)。它反映的不僅是作戰(zhàn)方面的數(shù)據(jù)，還要反映政治、經(jīng)濟(jì)、外交、輿論及社會(huì)環(huán)境等。

觀測(cè)點(diǎn)三：在線實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)觀測(cè)點(diǎn)。在線實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)觀測(cè)點(diǎn)可以將作戰(zhàn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和挖掘，通過各種方法將它直觀地呈現(xiàn)出來，如統(tǒng)計(jì)表格、直方圖、餅狀圖等，VV&C人員和領(lǐng)域?qū)＜铱梢岳眠@些圖表來驗(yàn)證輸出數(shù)據(jù)。

觀測(cè)點(diǎn)四：事后評(píng)估觀測(cè)點(diǎn)。作戰(zhàn)仿真的結(jié)果不僅僅是考察作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)，還要評(píng)估作戰(zhàn)效能和武器系統(tǒng)的效能，后兩個(gè)方面的數(shù)據(jù)可以從事后評(píng)估觀測(cè)點(diǎn)獲取。

通過綜合以上四個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的輸出數(shù)據(jù)，便可以全面地驗(yàn)證作戰(zhàn)仿真的數(shù)據(jù)。

4　結(jié)束語

對(duì)于作戰(zhàn)仿真而言，數(shù)據(jù)VV&C是一個(gè)重要的研究?jī)?nèi)容。廣義上說，數(shù)據(jù)VV&C是仿真VV&A的一部分，應(yīng)該貫穿于仿真的全過程。本文從數(shù)據(jù)VV&C的基本理論、過程及驗(yàn)證策略三個(gè)方面進(jìn)行了研究。首先介紹數(shù)據(jù)VV&C的基礎(chǔ)，包括數(shù)據(jù)VV&C及其相關(guān)概念、數(shù)據(jù)的分類；其次，對(duì)數(shù)據(jù)作戰(zhàn)仿真VV&C的過程進(jìn)行了研究；最后以作戰(zhàn)仿真為例，研究了輸出數(shù)據(jù)的驗(yàn)證策略。本文研究的大部分內(nèi)容已經(jīng)在科研項(xiàng)目中得到了應(yīng)用，并取得了良好的效果?！?/p>