左欽文，田旭光，孫茂盛，黃李洲，韓維濤，仲 妍

（軍事科學(xué)院防化研究院，北京 102205）

0 引言

當(dāng)前，由大國競爭及地區(qū)利益沖突導(dǎo)致的傳統(tǒng)核生化威脅依然存在。以核生化恐怖活動、核生化災(zāi)害、核生化事故、核生化設(shè)施遭襲等為代表的非傳統(tǒng)核生化威脅，呈現(xiàn)日益加劇的趨勢［1］。為應(yīng)對未來可能的核生化威脅，減少人員傷亡、消除污染后果、盡快恢復(fù)戰(zhàn)斗力，必須加強裝備技術(shù)及作戰(zhàn)理論研究。

仿真是繼理論研究和科學(xué)實驗后，人類認識世界的第三種范式，作戰(zhàn)仿真公認為是和平時期裝備體系論證、戰(zhàn)法研究、效能評估的有效手段。通過對戰(zhàn)場環(huán)境、作戰(zhàn)實體、作戰(zhàn)行為進行建模仿真，不僅為作戰(zhàn)人員提供了一種體驗戰(zhàn)爭的途徑，也為研究戰(zhàn)爭、分析戰(zhàn)爭搭建了平臺。

使用仿真推演手段對作戰(zhàn)行動過程進行定量研究，目前有類似工作。文獻［2-4］并未具體針對特定的作戰(zhàn)背景及模型進行研究。文獻［5-7］提出了陸軍體系作戰(zhàn)仿真試驗的基本框架及要素，但并未涉及防化相關(guān)內(nèi)容。文獻［8-9］未深入研究模型及體系構(gòu)建方法。目前還未見從作戰(zhàn)整體行動角度，通過仿真手段定量分析防化保障整體行動效能方面的研究。

本文以典型條件下防護作戰(zhàn)保障行動為背景，利用某仿真平臺建立關(guān)鍵作戰(zhàn)實體、戰(zhàn)場化學(xué)環(huán)境的仿真模型?；谝欢ㄗ鲬?zhàn)規(guī)則和指揮流程，開展了仿真實驗。通過對仿真結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，分析作戰(zhàn)保障行動中的關(guān)鍵指標(biāo)和敏感因素，為針對性提高作戰(zhàn)保障能力提供參考。

1 總體研究思路

作戰(zhàn)仿真實驗實施過程如圖1 所示，主要包括5 部分［9］：1）仿真實驗設(shè)計。包括仿真需求分析、指標(biāo)體系設(shè)計、想定設(shè)計和實驗方案設(shè)計；2）仿真實驗準(zhǔn)備。包括作戰(zhàn)實體和環(huán)境仿真模型的設(shè)計與開發(fā)，作戰(zhàn)想定的設(shè)計與開發(fā)；3）仿真實驗運行。依據(jù)作戰(zhàn)想定，調(diào)用各類仿真模型、軍事規(guī)則和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對行動全過程進行仿真，收集試驗產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并在態(tài)勢圖中顯示仿真過程；4）仿真結(jié)果分析。根據(jù)仿真目的，對實驗產(chǎn)生數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得到所需的定量結(jié)論；5）仿真結(jié)果應(yīng)用。分析結(jié)論可供裝備研制部門進行裝備需求論證和關(guān)鍵指標(biāo)確定以提高裝備實戰(zhàn)化水平，可供指揮決策部門進行分析以優(yōu)化作戰(zhàn)理論。

圖1 作戰(zhàn)仿真試驗實施過程圖

2 仿真試驗設(shè)計

2.1 防化作戰(zhàn)保障行動想定設(shè)計

本文以簡化的典型保障行動［10-11］為例開展研究。防化保障行動主要由預(yù)警探測、防護、偵察和洗消等組成。同時，指揮信息系統(tǒng)負責(zé)收集各類探測和偵察信息、發(fā)布警報信息、生成保障方案，下發(fā)至專業(yè)分隊實施保障行動。主要想定流程為：1）在部署地域上風(fēng)方向發(fā)生化學(xué)襲擊事件，化學(xué)監(jiān)測哨發(fā)現(xiàn)后，立即向指揮所發(fā)布NBC-1 報告。NBC-1 報告是初步觀察報告，包括發(fā)現(xiàn)者的位置、觀測的開始時間、所發(fā)現(xiàn)的概率襲擊位置等；2）指揮所綜合來自不同渠道（傳感器、友鄰部隊等各渠道）NBC-1 報告后，分析形成NBC-2 報告。如需要，根據(jù)NBC-2報告并結(jié)合氣象、地形、人員分布信息，形成NBC-3報告。并將NBC-2 和NBC-3 報告分發(fā)至化學(xué)偵察車和可能受到危害的作戰(zhàn)單元；3）當(dāng)收到NBC-2、NBC-3 報告時，化學(xué)偵察車開赴染毒區(qū)域，執(zhí)行化學(xué)偵察。完成偵察后，化學(xué)偵察車使用NBC-4 報告向指揮所報告?zhèn)刹旖Y(jié)果；4）指揮所分析偵察情況后制定去污洗消方案，并下達命令至洗消分隊；5）洗消分隊開赴污染地區(qū)執(zhí)行洗消任務(wù)；6）洗消分隊完成任務(wù)，上報指揮所，防化作戰(zhàn)保障行動結(jié)束。

2.2 關(guān)鍵作戰(zhàn)行動實體仿真模型設(shè)計

依據(jù)作戰(zhàn)想定，將關(guān)鍵作戰(zhàn)行動實體簡化為6類模型［11-12］：化學(xué)毒劑模型、化學(xué)預(yù)警車模型、化學(xué)偵察車模型、指揮所模型、洗消車模型、作戰(zhàn)單元模型。仿真開始后，化學(xué)毒劑模型根據(jù)設(shè)定的氣象條件向作戰(zhàn)單元模型移動。到達作戰(zhàn)單元所在位置后，對作戰(zhàn)單元造成傷害，造成其作戰(zhàn)能力下降。當(dāng)洗消命令下達后，洗消車到達作戰(zhàn)單元所在位置實施洗消作業(yè)，當(dāng)達到洗消時間后，化學(xué)毒劑濃度下降為0，洗消任務(wù)完成。原子模型之間的信息交互關(guān)系如圖2 所示。

圖2 原子模型信息交互關(guān)系圖

2.2.1 化學(xué)毒劑模型

化學(xué)毒劑模型主要屬性為位置、濃度。根據(jù)初始設(shè)置的化學(xué)事件發(fā)生位置和初始濃度值，在一定氣象條件下（風(fēng)速、風(fēng)向）向作戰(zhàn)單元移動。當(dāng)化學(xué)毒劑移動至作戰(zhàn)單元后，根據(jù)作戰(zhàn)單元的防護等級，按照經(jīng)驗?zāi)Ｐ鸵鹱鲬?zhàn)單元的作戰(zhàn)能力的下降。

2.2.2 化學(xué)預(yù)警車模型

化學(xué)預(yù)警車模型主要屬性為：部署位置、預(yù)警距離?；瘜W(xué)毒劑飄移過程中，當(dāng)與化學(xué)預(yù)警車的距離達到預(yù)警距離時，化學(xué)預(yù)警車立即向面臨威脅的作戰(zhàn)單位發(fā)送“警告”信息，同時向指揮所發(fā)布NBC-1 警報。

2.2.3 化學(xué)偵察車模型

化學(xué)偵察車模型主要屬性為：位置、偵察時間。化學(xué)偵察車接收指揮車下達的偵察命令后，在指定的偵察時間內(nèi)完成偵察行動并生成NBC-4 向指揮所報告。

2.2.4 指揮所模型

指揮車模型的主要屬性為：警報生成時間、偵察命令生成時間、洗消命令生成時間。指揮車模型負責(zé)接收化學(xué)預(yù)警車的NBC-1 警報，分析向化學(xué)偵察車下達偵察命令，接收化學(xué)偵察車的NBC-4 偵察結(jié)果，分析后向洗消車下達洗消命令。

2.2.5 洗消車模型

洗消車模型主要屬性為：洗消所需時間。洗消車模型接收指揮車模型的洗消命令，當(dāng)洗消時間到達后，作戰(zhàn)單元的化學(xué)毒劑濃度降為0。

2.2.6 作戰(zhàn)單元模型

作戰(zhàn)單元模型主要屬性為：位置、防護所需時間、防護狀態(tài)、作戰(zhàn)能力。當(dāng)作戰(zhàn)單元接收到來自指揮車的報警信息后，將防護等級轉(zhuǎn)換為2 級。當(dāng)毒劑到達作戰(zhàn)單位所在位置之前，將防護等級轉(zhuǎn)換為4 級。未實施4 級防護等級前，作戰(zhàn)能力下降主要由化學(xué)毒劑危害造成；實施全身防護后，作戰(zhàn)能力下降主要由熱效應(yīng)造成。兩類作戰(zhàn)能力變化依據(jù)經(jīng)驗?zāi)Ｐ痛_定。

2.3 參數(shù)設(shè)置和性能度量

仿真參數(shù)包括靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)。靜態(tài)參數(shù)為仿真過程中保持不變的輸入?yún)?shù)，由于化學(xué)毒劑模型受氣象影響，將氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向和毒劑初始濃度作為靜態(tài)參數(shù)。動態(tài)參數(shù)是仿真設(shè)計中動態(tài)輸入的參數(shù)。通過分析想定中關(guān)鍵影響要素并進行簡化，確立了6 個控制因素：1）探測范圍：為化學(xué)預(yù)警車的屬性。代表化學(xué)監(jiān)測車的最大探測距離；2）防護等級轉(zhuǎn)換時間：為作戰(zhàn)單元的屬性，代表了作戰(zhàn)單元的訓(xùn)練水平；3）NBC 報告編制時間：防化偵察車、指揮所生成NBC 報告，指揮所擬制偵察、洗消命令所需的時間。反映了指揮車、偵察車的信息處理能力和指揮決策自動化水平。假設(shè)以上時間均相同；4）報告?zhèn)鬟f時間：報告（命令）傳遞至其他單位所需的時間。該指標(biāo)反映了信息化水平與通信保障能力；5）化學(xué)偵察時間：化學(xué)偵察車完成偵察行動，標(biāo)識污染范圍，并形成NBC 報告所需的時間。該指標(biāo)與化學(xué)偵察車的作業(yè)能力、人員訓(xùn)練水平、偵察路線的規(guī)劃及偵察車數(shù)量等相關(guān)；6）洗消時間：洗消車完成洗消任務(wù)所需的時間。該指標(biāo)與洗消車的作業(yè)能力、車輛數(shù)量等相關(guān)。

為了度量防化保障行動效果，選取了作戰(zhàn)單元的“作戰(zhàn)能力”指標(biāo)。當(dāng)完成防化保障行動后，通過比較作戰(zhàn)單元所剩的作戰(zhàn)能力來度量保障行動效果。

表1 仿真參數(shù)設(shè)置情況表

3 仿真試驗

3.1 仿真系統(tǒng)構(gòu)建

基于某型數(shù)字化仿真平臺構(gòu)建［13］仿真系統(tǒng)，系統(tǒng)由基礎(chǔ)層、中間件層、數(shù)據(jù)層、工具支撐層、構(gòu)件層、應(yīng)用層組成，如下頁圖3 所示。其中，基礎(chǔ)層、中間件層、工具支撐層為系統(tǒng)提供軟硬件及應(yīng)用工具支撐。數(shù)據(jù)層為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)管理支撐。構(gòu)件層包含各類模型和想定。應(yīng)用層通過試驗設(shè)計，提供各類應(yīng)用服務(wù)。

想定中，戰(zhàn)斗單元部署于某地域，化學(xué)襲擊后，毒劑云團向作戰(zhàn)單元移動?；瘜W(xué)預(yù)警車位于作戰(zhàn)地域外通視范圍較好的地帶。防化部隊、指揮所等位于作戰(zhàn)地域后方。圖4 為戰(zhàn)場典型作戰(zhàn)單元部署圖。

當(dāng)時氣象條件為：風(fēng)速：2.0 m/s，風(fēng)向：正西。襲擊區(qū)化學(xué)毒劑初始濃度假定為1 000 mg/m3。

引入探測范圍、防護等級轉(zhuǎn)換時間、NBC 報告的編制時間、報告?zhèn)鬟f時間、化學(xué)偵察時間、洗消時間6 個獨立變量。根據(jù)實際情況，每個變量設(shè)置3個不同數(shù)值，得到486 個仿真案例，每個案例重復(fù)試驗50 次，共進行24 300 次仿真試驗。

3.2 仿真結(jié)果分析

圖3 仿真系統(tǒng)體系架構(gòu)圖

圖4 仿真試驗單元部署位置及信息交互關(guān)系圖

表2 仿真試驗初始參數(shù)設(shè)置

圖5 不同參數(shù)對作戰(zhàn)能力影響關(guān)系圖

根據(jù)仿真結(jié)果［14］，快速的化學(xué)偵察和洗消行動是整個作戰(zhàn)行動中最敏感的指標(biāo)，報告?zhèn)鬟f時間是其次的關(guān)鍵因素。增加探測距離或縮短防護等級轉(zhuǎn)換時間的重要性相對較低。表明化學(xué)偵察車和洗消車的作業(yè)能力非常重要，同時，可靠的通信傳輸能力也對作戰(zhàn)有重要影響。圖5 顯示了不同參數(shù)對作戰(zhàn)單元最終作戰(zhàn)能力的影響關(guān)系。

為驗證仿真實驗的嚴謹性，對仿真結(jié)果數(shù)據(jù)進行深入分析。選擇最小的偏差平方和來近似估計誤差的偏差平方和。顯著性水平選擇為0.05 和0.1，可知F0.9（2，2）=9.0，F(xiàn)0.95（2，2）=19.0。當(dāng)Fj≥F0.95（2，2），稱為因素高度顯著，若F0.9（2，2）≤Fj

仿真結(jié)果還顯示了造成作戰(zhàn)能力降低的主要原因。當(dāng)探測距離大于1 000 m 和防護等級轉(zhuǎn)換時間小于50 s 時，化學(xué)毒劑基本不會造成傷害，作戰(zhàn)能力降低主要來自人員防護帶來的熱效應(yīng)。因此，在提高裝備化學(xué)防護能力的同時，還需考慮提高其作戰(zhàn)舒適性，同時增加戰(zhàn)場情況預(yù)報，盡量減少全身防護時間。

表3 方差分析表

4 結(jié)論

為提高防化作戰(zhàn)保障行動效果，需定量分析各要素對保障效果的影響程度。利用仿真平臺建立了仿真系統(tǒng)并進行了初步探索。試驗結(jié)論為：

1）盡量短的化學(xué)偵察與洗消時間是提高保障效果最重要的因素。因此，增加裝備數(shù)量、合理的偵察洗消任務(wù)分配、提高裝備訓(xùn)練操作水平至關(guān)重要。

2）快速可靠的通信能力也是重要因素。加強作業(yè)車輛的通信手段建設(shè)非常重要。

3）作戰(zhàn)單元戰(zhàn)斗力的降低主要來自防護產(chǎn)生的熱效應(yīng)而非毒劑本身，因此，應(yīng)加大對戰(zhàn)場情況的監(jiān)控，在合適時機采用合適的防護等級，避免過度防護。

4）現(xiàn)有指揮體系在信息反復(fù)上報、流轉(zhuǎn)中消耗了大量的時間，對其進行扁平化設(shè)計優(yōu)化指揮關(guān)系、縮短信息鏈路是提高保障水平的有效途徑。

由于作戰(zhàn)過程的復(fù)雜性，研究中進行了大量理想情況的假設(shè)，并采用了部分經(jīng)驗公式。后續(xù)將對模型進行完善，提高仿真精度和可靠性。