周智威， 李海華， 水忠明， 蔡 晶

(1.陸軍軍事交通學(xué)院學(xué)員五大隊(duì)研究生隊(duì)，天津 300161；2.陸軍軍事交通學(xué)院聯(lián)合投送系，天津 300161；3.31626部隊(duì)，廣東 廣州 510800)

長期以來，海上投送指揮訓(xùn)練有多種形式，一種是依托軍委、戰(zhàn)區(qū)或者軍隊(duì)院校組織的指揮演練實(shí)施，表現(xiàn)形式一般為網(wǎng)上作業(yè)、流程推演等，這些方式基于固定的流程，無法體現(xiàn)實(shí)際投送過程中的動(dòng)態(tài)變化屬性。另一種是結(jié)合年度的實(shí)兵實(shí)裝演訓(xùn)活動(dòng)開展指揮訓(xùn)練，但是組織實(shí)兵實(shí)裝訓(xùn)練需要?jiǎng)佑密娒翊ВM訓(xùn)成本很高。利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)，通過模擬海上氣象、水文、敵情等動(dòng)態(tài)環(huán)境，能使指揮員置身于計(jì)算機(jī)構(gòu)建的虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中實(shí)施海上投送需求測算和方案擬制、海上航線選擇、渡航艦船控制、海上對敵防衛(wèi)等指揮技能訓(xùn)練。這種方式不需要實(shí)際動(dòng)用運(yùn)輸工具、不涉及裝卸載實(shí)際操作，便可以進(jìn)行指揮技能訓(xùn)練，符合當(dāng)前部隊(duì)指揮員訓(xùn)練的新要求。本文提出研發(fā)一種基于HLA(High Level Architecture，高層體系結(jié)構(gòu))的海上投送指揮模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，其以紅藍(lán)攻防對抗為作戰(zhàn)背景，以先進(jìn)的建模仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，將海上投送行動(dòng)籌劃、海上會合編隊(duì)、編隊(duì)行進(jìn)控制、作戰(zhàn)兵力掩護(hù)等行動(dòng)模擬呈現(xiàn)，為部隊(duì)海上投送指揮提供了一種新的模擬訓(xùn)練方法。

1 HLA的基本概念

HLA是一種通用的分布式交互仿真的技術(shù)框架。它為各仿真應(yīng)用提供運(yùn)行支撐環(huán)境RTI和標(biāo)準(zhǔn)化的接口規(guī)范，并通過這個(gè)接口與各仿真應(yīng)用構(gòu)建一個(gè)聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)。RTI通過與各聯(lián)邦成員的信息交互，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)聯(lián)邦的控制和仿真過程推進(jìn)。基于HLA，可以將若干個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)建成一個(gè)龐大的仿真系統(tǒng)，并保持各子系統(tǒng)的獨(dú)立性同時(shí)實(shí)現(xiàn)信息的有效交互[1]。

2 模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的聯(lián)邦開發(fā)方法

基于HLA的仿真系統(tǒng)開發(fā)方法有兩種：一是集成現(xiàn)有的系統(tǒng)，為各個(gè)仿真系統(tǒng)提供RTI接口，從而搭建起一個(gè)聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)。該方法構(gòu)建的系統(tǒng)的通用性相對較差。二是在RTI接口的規(guī)范下完全從底層開發(fā)仿真應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)開放，應(yīng)用的信息交互效率更高；缺點(diǎn)是開發(fā)周期相對較長，工作難度較大。因?yàn)楹Ｉ线\(yùn)輸投送的指揮訓(xùn)練目前沒有現(xiàn)成的模擬系統(tǒng)，所以本文采用這種方案，在RTI接口的規(guī)范下從底層開發(fā)仿真應(yīng)用。

海上投送指揮模擬訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)步驟為：①定義聯(lián)邦目標(biāo)，根據(jù)海上投送指揮活動(dòng)流程，對系統(tǒng)功能進(jìn)行分析，確定聯(lián)邦開發(fā)目標(biāo)和仿真系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，根據(jù)功能需求建立聯(lián)邦成員。②開發(fā)聯(lián)邦概念模型，確定聯(lián)邦成員公布訂購關(guān)系。③設(shè)計(jì)聯(lián)邦。根據(jù)各聯(lián)邦成員的功能需求進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，給各聯(lián)邦成員分配功能。④開發(fā)聯(lián)邦。開發(fā)聯(lián)邦對象模型(FOM)，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)邦目標(biāo)。⑤集成和測試聯(lián)邦。把所有的聯(lián)邦成員都集成到一個(gè)環(huán)境中，測試聯(lián)邦成員的互操作程度是否滿足需求，根據(jù)測試結(jié)果來調(diào)整完善系統(tǒng)。⑥運(yùn)行聯(lián)邦并準(zhǔn)備結(jié)果。運(yùn)行聯(lián)邦并對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對輸出結(jié)果進(jìn)行分析，并評估聯(lián)邦目的是否達(dá)到。

3 系統(tǒng)需求分析

系統(tǒng)針對戰(zhàn)場環(huán)境下部隊(duì)海上投送指揮行為過程進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，面向海上運(yùn)輸投送指揮人員和院校學(xué)員，其能夠直觀、全面、準(zhǔn)確、快速地表現(xiàn)海上投送行動(dòng)籌劃計(jì)劃和控制協(xié)調(diào)的作業(yè)過程，并具有一定的通用性和擴(kuò)展性。

在海上投送行動(dòng)中，指揮員主要完成的指揮任務(wù)有：一是籌劃投送任務(wù)。在充分收集情報(bào)的基礎(chǔ)上，圍繞實(shí)現(xiàn)投送目標(biāo)，對投送方法、步驟、措施等進(jìn)行預(yù)先籌劃和計(jì)劃。二是控制投送保障行動(dòng)。特別是對投送實(shí)施過程中的各部隊(duì)實(shí)施指揮，主要內(nèi)容有明確航線、航向、會合點(diǎn)、調(diào)整點(diǎn)、在登陸海區(qū)中的位置、處置航行過程中的各種情況、控制和協(xié)調(diào)各部隊(duì)和運(yùn)輸艦船的行動(dòng)等。

為使構(gòu)建的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)滿足海上投送指揮員訓(xùn)練的需求，系統(tǒng)應(yīng)具備如下功能：①投送籌劃功能，提供指揮員在航渡行動(dòng)前進(jìn)行方案計(jì)劃的擬制功能，主要有擬制運(yùn)輸輸送計(jì)劃和運(yùn)輸投送保障計(jì)劃。②海上氣象水文環(huán)境生成功能。以海上投送活動(dòng)為主要對象，構(gòu)建“岸—?！币惑w的虛擬海上投送場景數(shù)據(jù)，包括裝載海岸、登陸海區(qū)、登陸海岸、氣象水文等。③導(dǎo)調(diào)與管理功能。導(dǎo)調(diào)功能主要體現(xiàn)在發(fā)布想定文書，生成仿真環(huán)境上，并對仿真整個(gè)過程進(jìn)行控制和管理。④投送力量和支援力量生成功能。提供可實(shí)時(shí)控制的各編隊(duì)的運(yùn)輸艦船隊(duì)，在各編隊(duì)控制臺的控制下，進(jìn)入目標(biāo)海區(qū)和登陸海岸。⑤綜合態(tài)勢顯示功能。將投送地域環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)的顯示，顯示目標(biāo)海區(qū)內(nèi)艦船編隊(duì)的實(shí)時(shí)位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并能夠隨著投送行動(dòng)的推進(jìn)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示[2]。

4 模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

海上投送指揮模擬訓(xùn)練系統(tǒng)由兩個(gè)子系統(tǒng)組成：任務(wù)籌劃系統(tǒng)、航渡控制系統(tǒng)。其中任務(wù)籌劃系統(tǒng)用于制定海上運(yùn)輸投送方案，訓(xùn)練指揮員籌劃海上投送行動(dòng)；航渡控制系統(tǒng)為海上運(yùn)輸部隊(duì)的指揮訓(xùn)練提供作戰(zhàn)背景，指揮員按照海上運(yùn)輸投送方案所編排的序列組織投送，根據(jù)戰(zhàn)場環(huán)境和敵情變化處置突發(fā)情況。

4.1 任務(wù)籌劃子系統(tǒng)

任務(wù)籌劃系統(tǒng)主要用于訓(xùn)練受訓(xùn)人員的運(yùn)輸投送計(jì)劃能力。該系統(tǒng)主要包括兩個(gè)主要功能模塊：任務(wù)想定模塊和運(yùn)輸方案擬制模塊。任務(wù)想定模塊負(fù)責(zé)提供上級命令、敵我情況和戰(zhàn)場環(huán)境情況，在訓(xùn)練開始前由施訓(xùn)人員導(dǎo)入數(shù)據(jù)或者設(shè)定內(nèi)容。運(yùn)輸方案擬制模塊提供受訓(xùn)人員展開部隊(duì)海上投送方案計(jì)劃的擬制功能，包括繪制裝卸載地域要圖、船舶需求計(jì)算、制定部隊(duì)海上投送計(jì)劃表、繪制船舶配積載圖、制定裝(卸)載計(jì)劃、制定投送保障計(jì)劃等。

4.2 航渡控制子系統(tǒng)

航渡控制子系統(tǒng)是海上投送指揮模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，承擔(dān)為其他仿真對象提供紅藍(lán)對抗的作戰(zhàn)背景功能。在海上投送指揮模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中，對抗雙方的劇情想定如下：紅方海上投送部隊(duì)根據(jù)部隊(duì)投送方案和計(jì)劃中的出發(fā)區(qū)域、航速、任務(wù)和要求抵達(dá)登陸海區(qū)的時(shí)間，編組成分批次進(jìn)入登入海區(qū)的航渡群。登陸編隊(duì)的航行序列通常為：掃雷艦艇隊(duì)、直接火力支援隊(duì)、登陸輸送隊(duì)，直接掩護(hù)隊(duì)。直接掩護(hù)隊(duì)通常配置在登陸輸送隊(duì)可能受到威脅的方向上；掃雷艦艇隊(duì)和直接火力支援隊(duì)先于登陸輸送隊(duì)進(jìn)入海區(qū)，在先期對海上雷區(qū)進(jìn)行破障，而后奪占海上有利位置。在此過程中，可能遭到藍(lán)方艦船或者空中打擊。同時(shí)，紅方防空雷達(dá)可能發(fā)現(xiàn)藍(lán)方的小股襲擾部隊(duì)并向指揮員報(bào)告。紅方指揮員及時(shí)調(diào)整后續(xù)航行路線，根據(jù)對敵襲擾部隊(duì)的可能來襲方向，調(diào)整后續(xù)航渡群的航行路線盡可能遠(yuǎn)離敵襲擾的方向。

通過上述分析，選取紅方指揮中心、掃雷艦艇隊(duì)、直接火力支援隊(duì)、登陸輸送隊(duì)、直接掩護(hù)隊(duì)、藍(lán)方襲擾部隊(duì)、紅方防空雷達(dá)等實(shí)體作為聯(lián)邦成員，建立起基于HLA的仿真系統(tǒng)，氣象水文等地理環(huán)境則作為戰(zhàn)場環(huán)境加入仿真系統(tǒng)，共同構(gòu)建航渡控制子系統(tǒng)。

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上滿足上述需求分析的主要功能，其詳細(xì)設(shè)計(jì)如下：在HLA的體制下，一個(gè)完整的模擬系統(tǒng)可以看成一個(gè)大聯(lián)邦。航渡控制系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)聯(lián)邦成員通過RTI搭建了整個(gè)聯(lián)邦，每個(gè)成員負(fù)責(zé)特定的功能模塊。其中，掃雷艦艇隊(duì)、直接火力支援隊(duì)和直接掩護(hù)隊(duì)聯(lián)邦成員由獨(dú)立的計(jì)算機(jī)設(shè)備構(gòu)成，人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)對各船隊(duì)的控制，主要仿真其掃雷破障、火力打擊等戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)；紅方指揮中心聯(lián)邦成員主要仿真指揮員完成任務(wù)籌劃后進(jìn)行海上航渡控制和協(xié)調(diào)功能，通過RTI建立與各船隊(duì)和防空雷達(dá)聯(lián)邦成員的信息交互；紅方防空雷達(dá)聯(lián)邦成員主要仿真聯(lián)邦中我方作戰(zhàn)實(shí)體的偵查和情報(bào)收集功能，登陸輸送隊(duì)與火力支援隊(duì)的功能類似，主要仿真我方運(yùn)輸部隊(duì)在指揮員控制下的按編隊(duì)序列行進(jìn)功能；藍(lán)方襲擾部隊(duì)聯(lián)邦成員主要仿真對紅方部隊(duì)進(jìn)行空中火力打擊和海上襲擾，從而達(dá)到影響紅方運(yùn)輸船隊(duì)控制和協(xié)調(diào)的功能，該聯(lián)邦成員是提供指揮控制干擾的主要成員，由施訓(xùn)人員進(jìn)行人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)控制；導(dǎo)演顯控聯(lián)邦成員主要用于確定初始作戰(zhàn)態(tài)勢，對實(shí)時(shí)作戰(zhàn)態(tài)勢進(jìn)行綜合顯示，并且能夠?qū)β?lián)邦的運(yùn)行進(jìn)行管理、記錄仿真過程中的數(shù)據(jù)，為仿真結(jié)束后的復(fù)盤分析提供數(shù)據(jù)支撐。聯(lián)邦的體系結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 海上投送指揮模擬訓(xùn)練系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

4.3 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)海上投送指揮模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的功能要求和HLA體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)兼顧到系統(tǒng)的擴(kuò)展能力，海上投送指揮模擬訓(xùn)練系統(tǒng)采用DMSO的RTI1.3-NG版本的RTI，為提高運(yùn)行效率，特配置一個(gè)只負(fù)責(zé)全局操作(如時(shí)間管理等)的中心服務(wù)器。因此，模擬訓(xùn)練系統(tǒng)主要由以下硬件構(gòu)成：導(dǎo)調(diào)臺、紅方指揮控制臺、紅方運(yùn)輸編隊(duì)控制臺、紅方支援隊(duì)控制臺、氣象水文生成控制臺、綜合顯示設(shè)備、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、RTI中心服務(wù)器等節(jié)點(diǎn)和設(shè)備。其中導(dǎo)調(diào)控制臺和紅方指揮臺構(gòu)成獨(dú)立的任務(wù)籌劃子系統(tǒng)，在該子系統(tǒng)內(nèi)完成海上投送任務(wù)籌劃任務(wù)的模擬訓(xùn)練。以上硬件設(shè)備是人機(jī)交互的主要載體。

5 開發(fā)聯(lián)邦概念模型和開發(fā)聯(lián)邦

開發(fā)聯(lián)邦概念模型：概念模型確定組成每個(gè)事件的對象和活動(dòng)，以及影響仿真結(jié)果的關(guān)鍵因素。圖2表述了某關(guān)鍵事件的對象、活動(dòng)和因素。

圖2 某事件的對象、活動(dòng)、因素

開發(fā)聯(lián)邦：聯(lián)邦對象模型(FOM)記錄聯(lián)邦成員之間的交互數(shù)據(jù)。根據(jù)海上航渡指揮訓(xùn)練的劇情和聯(lián)邦概念模型以及聯(lián)邦成員功能構(gòu)造FOM。利用對象模型開發(fā)工具形成聯(lián)邦執(zhí)行數(shù)據(jù)，成員的數(shù)據(jù)發(fā)布和訂購關(guān)系、對象類結(jié)構(gòu)表和交互類結(jié)構(gòu)表以及參數(shù)表，最終形成運(yùn)行所需的聯(lián)邦執(zhí)行數(shù)據(jù)文件。當(dāng)各成員能夠表現(xiàn)出概念模型中與之對應(yīng)的對象和活動(dòng)，這就完成了FOM的開發(fā)。

6 仿真流程設(shè)計(jì)

聯(lián)邦成員向RTI發(fā)出請求創(chuàng)建聯(lián)邦，RTI初始化后各個(gè)仿真對象加入聯(lián)邦，并通過RTI服務(wù)完成公布對象類、注冊對象類的實(shí)例等交互操作。按照海上投送指揮行動(dòng)進(jìn)行模擬訓(xùn)練操作，發(fā)出各種行為實(shí)踐并通過模型對象進(jìn)行計(jì)算，把結(jié)果通過RTI發(fā)送給各聯(lián)邦成員。綜合顯示設(shè)備依據(jù)各成員發(fā)布的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新顯示戰(zhàn)場態(tài)勢。隨著仿真的推進(jìn)，在各聯(lián)邦成員退出聯(lián)邦后仿真結(jié)束[3]。仿真執(zhí)行流程為：開始→裝載數(shù)據(jù)→創(chuàng)建聯(lián)邦→加入聯(lián)邦→聲明公布/訂購關(guān)系→設(shè)置時(shí)間管理模式→注冊對象實(shí)例→接收交互→時(shí)間推進(jìn)→更新對象實(shí)例發(fā)送交互→退出聯(lián)邦→結(jié)束。

7 結(jié)束語

伴隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭樣式的不斷變化，部隊(duì)海上投送指揮訓(xùn)練對綜合仿真和復(fù)雜系統(tǒng)仿真的需求越來越大，僅僅依靠預(yù)定的導(dǎo)演劇本進(jìn)行指揮訓(xùn)練顯然不符合戰(zhàn)場形勢瞬息萬變的特點(diǎn)。本文提出的基于HLA的技術(shù)方案則引入了動(dòng)態(tài)的虛擬戰(zhàn)場環(huán)境以及紅藍(lán)對抗的作戰(zhàn)背景，同時(shí)又保留了以往運(yùn)輸投送的籌劃訓(xùn)練模塊。以這種方式構(gòu)建模擬訓(xùn)練系統(tǒng)并運(yùn)用于部隊(duì)訓(xùn)練中可以更好的做到戰(zhàn)訓(xùn)統(tǒng)一，對提高部隊(duì)指揮員的指揮決策能力、提高部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力具有一定現(xiàn)實(shí)價(jià)值。