鄭華利，陳鐵健，徐 蕾，郭慧鑫，楊 鈾

（1.解放軍32180 部隊，北京100072；2.北方自動控制技術研究所，太原 030006；3.華中科技大學，武漢 100487）

0 引言

在現(xiàn)代聯(lián)合作戰(zhàn)過程中，隨著信息化、無人化、智能化等高技術作戰(zhàn)裝備廣泛投入使用，戰(zhàn)場對抗強度急劇提升［1］。指揮信息系統(tǒng)需要具備強大和全面的輔助決策能力，通過標準流程、科學方法、專業(yè)團隊、系統(tǒng)工具，設計戰(zhàn)爭、組織打仗、管理戰(zhàn)場［2-3］。為應對聯(lián)合作戰(zhàn)面臨的戰(zhàn)爭復雜性、人性復雜性以及技術復雜性，現(xiàn)代作戰(zhàn)輔助決策系統(tǒng)應對作戰(zhàn)數(shù)據(jù)整理、規(guī)則知識建立、軍事模型構建、戰(zhàn)場信息展現(xiàn)、場景分析判斷等多項功能進行有機地整合，使指揮人員及參謀機關從超強度腦力勞動及繁瑣手工作業(yè)中解放出來，以精煉的內容、直觀的形式，提供真正有價值的決策支持，輔助作戰(zhàn)人員更加科學、高效地研判戰(zhàn)場形勢、定下決心、規(guī)劃資源、調整方案等，并逐步引領作戰(zhàn)體系向智能化、無人化方向發(fā)展。

作戰(zhàn)輔助決策是軍事理論、數(shù)學模型和信息技術的深度融合，其本質是針對不確定的作戰(zhàn)問題，基于作戰(zhàn)概念和戰(zhàn)術規(guī)則建立數(shù)學模型，通過技術整合完成系統(tǒng)實現(xiàn)，形成對該問題相對確定的建議［4-5］，從而達成提高指揮決策科學性與效率的目的。然而，在目前輔助決策模型研究中，存在著數(shù)學建模與作戰(zhàn)實際脫節(jié)、決策空間及約束條件模糊、模型驗證不充分諸多問題，從而導致模型可信度低、可用性差等一系列問題。以火力分配模型為例，目前大多研究停留在多目標優(yōu)化算法上，而對關鍵的目標分析、毀傷能力、射擊時機、基礎數(shù)據(jù)等研究較少。同時，當前缺乏對模型的評估及分級機制，導致指揮員對輔助決策建議的合理性無法判斷。

本文針對當前輔助決策模型研究面臨的普遍問題，借鑒軟件工程化的思想，提出了作戰(zhàn)輔助決策模型開發(fā)的一般方法；借鑒成熟度劃分原則，提出了輔助決策模型評估分級方法；最后結合項目實例，對提出的模型設計與驗證方法進行詳細說明。

1 作戰(zhàn)輔助決策需求與挑戰(zhàn)

作戰(zhàn)輔助決策主要服務于作戰(zhàn)籌劃、指揮控制及武器運用，應用場景的特殊性決定了其必須具備以下特性：

1）準確性，輔助決策建議要與作戰(zhàn)實際相符，必須達到一定的準確度，通常應不低于人工決策的準確度。

2）時效性，實時性應能夠滿足具體應用場景需求，通常應小于人工決策時間1/2。

3）穩(wěn)定性，在各種可能的輸入條件下，輔助決策結果應都達到準確性要求。

4）可解釋性，輔助決策建議不應只包含結果，應該對原因進行說明。

由于作戰(zhàn)問題的復雜性，模型設計要同時滿足上述基本要求，面臨著諸多難題，主要包括：

1）影響決策結果的因素眾多，且某些因素難以量化、缺乏必要的支撐數(shù)據(jù)，導致模型難以完全準確。以火力分配為例，除作戰(zhàn)任務與編組、武器彈藥配備、作戰(zhàn)部署、作戰(zhàn)目標、地形、氣象環(huán)境等主要因素外，敵方意圖、武器操控水平等諸多難以量化的因素也影響實際結果。

2）各因素的影響關系復雜，難以全面考慮、精確建模。以火力分配為例，戰(zhàn)場環(huán)境因素對火力分配的影響關系十分復雜，只能分別對溫度、風速風向、能見度對武器觀察、射擊的影響進行分析，對關系進行簡化。

3）在實際應用中，總是面臨著各種突發(fā)情況，事先無法完全預測。

4）敵我對抗中作戰(zhàn)規(guī)則靈活多變，人類經(jīng)驗無法精確模擬。由于作戰(zhàn)的強對抗性，戰(zhàn)術戰(zhàn)法在指揮員決策中占據(jù)重要位置，而這些大多是計算機難以精確模擬的。

5）受制于當前數(shù)學建模與信息技術水平，某些模型無法求解或難以滿足性能要求。

2 輔助決策模型構建與工程化方法

為了滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭對輔助決策技術的巨大需求，同時最大程度消解功能性能需求與現(xiàn)實困難之間的矛盾，需要對輔助決策模型構建與評估的一般方法進行研究。

2.1 輔助決策模型構建流程

由于輔助決策需求來源于軍事活動，通過工程技術上的突破，最終又應用到指揮信息系統(tǒng)建設中去；因此，整個流程可劃分為“需求分析-設計測試-集成測試”3 個主要過程，同時借鑒軟件工程化的思路［6-7］，提出模型構建的一般流程，具體如下頁圖1 所示。

圖1 作戰(zhàn)輔助決策模型設計的一般流程

流程各個階段的主要工作如下：

1）軍事需求分析階段。主要分析模型的軍事應用背景、在作戰(zhàn)環(huán)節(jié)中的地位和作用、應用流程與信息流程、支撐其該模型運行的決策邏輯和軍事規(guī)則、預期達到的效果以及面臨的難點和風險等，形成軍事需求分析報告，作為模型研制的依據(jù)，確保數(shù)學建模與作戰(zhàn)實際高度符合。

2）功能性能需求分析階段。將軍事需求轉化為具體的功能性能指標，并且對指標進行論證；明確模型的外部接口關系以及軟硬件運行環(huán)境，確定模型的最終形態(tài)及應用方式；形成模型研制要求，約束模型輸入輸出及功能性能要求，明確模型決策空間與約束條件。

3）可行性分析階段。對模型研制面臨的諸多難題進行分析決策，判斷決策邏輯和軍事規(guī)則能否進行量化、關鍵難點能否攻克、人機分工是否合理，依據(jù)現(xiàn)有的技術水平指標能否達成、需要的關鍵數(shù)據(jù)和條件能否滿足，并通過實驗驗證了模型原理的可行性；形成可行性分析報告，確?，F(xiàn)有技術能夠解決各項難題，并滿足功能性能要求。

4）數(shù)學建模階段。依據(jù)功能性能要求設計處理流程、內部接口和數(shù)據(jù)，對功能性能覆蓋性進行分析，確保滿足需求；對各個功能模塊進行攻關、實現(xiàn)和組裝，實現(xiàn)完整的模型功能；形成模型設計報告，完成模型技術攻關。

5）功能性能測試階段。根據(jù)功能性能要求，設計測試方案，在模型環(huán)境下對功能性能指標逐條進行測試；對試驗數(shù)據(jù)進行記錄及分析，對指標滿足情況進行評估并形成測試報告。對于不滿足的指標進行分析，用于模型迭代。

6）系統(tǒng)集成階段。對于通過測試的模型，在目標機軟硬件環(huán)境下完成工程化實現(xiàn)，通過代碼審查；與現(xiàn)有系統(tǒng)進行互聯(lián)互通，形成工程樣機。

7）定型測評階段。在（準）實裝環(huán)境下進行系統(tǒng)集成，并進行功能性能測評，驗證模型是否符合軍事需求；聽取用戶反饋意見，對樣機進行改進。

8）迭代更新階段?；诩夹g進步以及新的需求，對模型進行完善及改進，實現(xiàn)更新?lián)Q代。

上述各個環(huán)節(jié)層層銜接，通常只有完成上一階段設計或測試后，才能夠進入下一個階段。當某一階段無法完成時，根據(jù)具體情況返回前一個或前幾個環(huán)節(jié)進行迭代；若仍然無法要求，說明該模型研發(fā)當前不具備可行性。

2.2 輔助決策模型等級劃分

為了對模型進行科學評估及管理，借鑒軟件成熟度標準［7］，根據(jù)模型研制所處的階段及其成果，將輔助決策模型劃分為不同等級，如表1 所示。

表1 輔助決策模型等級劃分

基于上述分類方法，可建立模型的研制履歷表，對每個模型的研制過程進行跟蹤，對其成果進行有效管理，有效促進模型體系的持續(xù)完善。

3 輔助決策模型設計實例

為了直觀理解本文提出的模型設計與評估方法，下面結合某突擊系統(tǒng)火力分配輔助決策模型的開發(fā)過程進行闡述。該模型的研制目標是：基于未來突擊作戰(zhàn)編配及其火力運用模式，針對作戰(zhàn)實施階段火力打擊輔助決策的需求，實現(xiàn)目標分析、打擊方案生成等功能，滿足協(xié)同作戰(zhàn)需求［9］。

針對這一目標，下面重點對該模型設計及驗證的關鍵環(huán)節(jié)進行說明。

3.1 軍事需求分析階段

通過調研與分析［10］，明確了如下背景及需求：①軍事背景，包括突擊系統(tǒng)編成與火力配置、作戰(zhàn)目標及特點、火力運用模式等；②輔助決策應用流程，包括火力打擊指控流程、模型地位和作用、輸入輸出信息，人機交互及模型應用方式等；③火力分配規(guī)則；④預期收益及面臨的難點；具體如表2 所示。

表2 輔助決策模型軍事需求

3.2 功能性能需求分析階段

明確模型研發(fā)要達成的指標，主要包括：①功能指標，包括目標分析、火力打擊方案生成、沖突檢測功能等；②性能指標，包括彈種類型、目標類型、實時性、準確性指標等；③接口指標，包括人機接口，等；④運行環(huán)境指標；具體如表3 所示。

表3 功能性能需求

3.3 可行性分析階段

分別從多個角度進行可行性評估，包括：①軍事需求可行性，包括軍事規(guī)則是否能夠被建模、難點是否能夠被攻克；②系統(tǒng)需求可行性，包括功能性能指標可行性、人機分工可行性；③支撐條件可行性；具體如下頁表4 所示。

表4 可行性分析

3.4 數(shù)學建模階段

進行輔助決策模型處理流程設計，將模型細分為多個邏輯處理模塊，如圖2 所示。

圖2 火力分配模型信息處理流程

在該流程中，首先接收并校驗輸入的目標、武器及人工干預數(shù)據(jù)，然后分別進行目標威脅分析排序和武器毀傷能力分析。在目標威脅分析過程中，首先根據(jù)目標特點，分為地面車輛、工事及空中目標3 類，分別對其威脅進行定量評估建模，評估指標及方法參考文獻［12-13］；基于威脅評估模型，分別對各個目標的威脅進行量化評估。在武器毀傷能力分析過程中，分別對每一種彈藥的每一種目標毀傷能力進行建模，建模方法參考文獻［14-15］；基于模型，對所有武器對所有目標的毀傷能力進行計算。

基于目標的威脅度及武器毀傷能力，分別選擇需要打擊的目標及能夠參與打擊的武器；并結合分配原則，全面考慮影響因素及其復雜關系，建立多武器多目標火力分配模型，并采用最優(yōu)化方法進行求解［16］，生成分配方案。對于生成的分配方案，進行沖突檢測消解，并且經(jīng)過人工干預或確認后，生成最終火力分配方案。

3.5 功能性能測試階段

采用仿真推演手段模擬突擊作戰(zhàn)系統(tǒng)實際交戰(zhàn)過程，為火力分配提供輸入條件，設計試驗方案對各項指標逐條進行測試，各指標的驗證方法如表5 所示。

表5 功能性能測試方法

4 結論

作戰(zhàn)輔助決策模型的建設與發(fā)展是一項長期、基礎性課題，應當理性把握作戰(zhàn)輔助決策問題求解的復雜程度和分布范圍，力爭模型好用、實用、管用，不可盲目求多、求新、求異。隨著軍事需求的不斷發(fā)展與技術不斷進步，未來輔助決策模型需向“輔助深度”和“輔助廣度”兩個方面拓展：“輔助深度”是指輔助決策模型能幫助和支持決策者求解的決策問題的復雜程度。若能輔助求解的決策問題愈復雜，如戰(zhàn)略（役）決策、情報決策，則稱輔助深度愈深；“輔助廣度”，是指輔助決策模型能幫助和支持決策者求解的決策問題的分布范圍。在輔助決策技術上，未來作戰(zhàn)輔助決策功能將由單目標決策向多目標決策、從非對抗性決策向對抗性決策、確定性決策向不確定決策、個體輔助決策向群體式輔助決策、結構化建模向非結構化輔助決策發(fā)展。

輔助決策模型建設是復雜的系統(tǒng)工程，要素眾多、關聯(lián)復雜、不確定性強。隨著未來作戰(zhàn)形態(tài)向智能化、無人化演進，作戰(zhàn)輔助決策將面臨更大挑戰(zhàn)，不僅要求在技術層面進行技術突破，更重要的是在管理層面進行統(tǒng)一規(guī)劃與協(xié)調，塑造好作戰(zhàn)模型培育、成長與成熟推廣的生態(tài)環(huán)境［17］，為軍民模型研集智眾創(chuàng)創(chuàng)造更好的發(fā)展制創(chuàng)造所需的各項條件。