劉朝暢， 許衛(wèi)東， 楊 鑫， 李晨光， 郝有斌， 楊 潔， 肖菲菲

（陸軍工程大學(xué) 野戰(zhàn)工程學(xué)院， 江蘇 南京 210007）

0 引言

在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭中，戰(zhàn)場態(tài)勢瞬息萬變，作戰(zhàn)節(jié)奏越來越快， 正確的決策取決于能否對戰(zhàn)場態(tài)勢及時、準(zhǔn)確的處理[1-3]而未來復(fù)雜電磁環(huán)境的信息化戰(zhàn)場下作戰(zhàn)偽裝需要關(guān)注的點多、線長、面廣，決策時效要求又高，容易產(chǎn)生空間盲區(qū)，對指揮決策的精度、速度和強度提出了更高的需求[4]，為實現(xiàn)作戰(zhàn)偽裝規(guī)劃的精確化和科學(xué)化，需要借助于智能化方法輔助決策。 作戰(zhàn)偽裝規(guī)劃的核心內(nèi)容是偽裝力量的編成及部署，而在現(xiàn)代作戰(zhàn)集群目標(biāo)偽裝保障中，面臨的偽裝目標(biāo)數(shù)量和種類不一樣，目標(biāo)所處的背景差異較大，為了達(dá)到偽裝效果對各個目標(biāo)使用的偽裝手段也不一樣，這就會涉及到多個偽裝目標(biāo)的優(yōu)化及決策問題，并且受偽裝任務(wù)屬性、資源類別、任務(wù)時限及作業(yè)環(huán)境等多種因素的影響和制約，而不是簡單單個目標(biāo)的累加問題。 因此集群目標(biāo)作戰(zhàn)偽裝規(guī)劃問題相對于單目標(biāo)偽裝問題來說，考慮因素多，復(fù)雜程度高，求解難度大。

近年來，智能化方法廣泛應(yīng)用于作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃方面。例如，馬悅等[5]闡述智能方法在威脅判斷、時空推理、策略生成與評估、 策略學(xué)習(xí)與成長等方面輔助作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃的必要性， 進(jìn)一步給出作戰(zhàn)任務(wù)智能規(guī)劃的框架設(shè)計及理論依據(jù)。 趙國宏等[6]闡述了作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的概念內(nèi)涵，分析了作戰(zhàn)管理、任務(wù)規(guī)劃、指揮控制等概念的相互關(guān)系。 李洪彬等[4]設(shè)計了一種戰(zhàn)場偽裝規(guī)劃模型，可實現(xiàn)戰(zhàn)場偽裝方案的計算機輔助設(shè)計、生成與評估優(yōu)選。 賀慶[7]利用知識工程理論中的本體表示、知識圖譜和語義推理等技術(shù)， 提出了基于作戰(zhàn)行動狀態(tài)轉(zhuǎn)移理論的作戰(zhàn)行動計劃制定方法。 杜正軍等[8]用不完全信息博弈分析敵對雙方之間的對抗， 建立了基于影響網(wǎng)絡(luò)和不完全信息多階段博弈的作戰(zhàn)行動序列模型，并給出了求解方法。 在前人作戰(zhàn)任務(wù)智能規(guī)劃的基礎(chǔ)上，使用貪婪策略實現(xiàn)任務(wù)與資源的匹配及任務(wù)時序的調(diào)整， 自動生成作戰(zhàn)偽裝規(guī)劃甘特圖，滿足每個目標(biāo)偽裝行動之間的因果關(guān)系、時間約束、資源限制等要求，并縮短整個偽裝行動計劃時間，充分利用偽裝資源， 輔助偽裝指揮員進(jìn)行偽裝方案的設(shè)計和生成。

1 問題描述

1.1 基本概念

作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃，是適應(yīng)信息化戰(zhàn)爭的特點，圍繞“任務(wù)式指揮”的主線，用智能化和工程化的方法設(shè)計戰(zhàn)爭，將作戰(zhàn)行動明確化具體化精確化， 以便快速生成作戰(zhàn)方案、行動計劃及任務(wù)指令，從而提高指揮員及其指揮機關(guān)的指揮效能[9]。 作戰(zhàn)偽裝規(guī)劃也就是用智能化和工程化的方法指導(dǎo)偽裝保障行動，對上接收作戰(zhàn)意圖和作戰(zhàn)構(gòu)想，對下明確偽裝任務(wù)和協(xié)調(diào)偽裝行動，見圖1，要解決得就是偽裝任務(wù)、 偽裝資源和任務(wù)時間三者之間在多約束條件下尋優(yōu)的匹配問題， 其最終匹配結(jié)果為某個偽裝任務(wù)在某個時間區(qū)間內(nèi)占用某種偽裝資源。 主要約束條件由偽裝任務(wù)間的順序約束關(guān)系、偽裝資源占用沖突、偽裝資源完成偽裝任務(wù)的能力限制、偽裝任務(wù)期限等構(gòu)成。最終解的現(xiàn)實作用是：①明確偽裝任務(wù)，主要依據(jù)目標(biāo)特性數(shù)據(jù)、背景特性數(shù)據(jù)、偽裝器材數(shù)據(jù)、偽裝效果綜合分析確定需要執(zhí)行的偽裝任務(wù)，形成偽裝任務(wù)清單；②合理分配偽裝資源，實現(xiàn)偽裝資源和偽裝任務(wù)的動態(tài)映射，主要解決資源沖突和資源利用率最大化等問題； ③生成任務(wù)序列， 充分認(rèn)識集群目標(biāo)的關(guān)鍵程度和相互聯(lián)系以及與敵方偵察對抗過程中可能發(fā)生的的種種意外情況，設(shè)計偽裝行動和偽裝任務(wù)流程，為偽裝資源分配和偽裝力量協(xié)同提供依據(jù)；④協(xié)調(diào)偽裝行動，在明確偽裝任務(wù)及其執(zhí)行偽裝分隊、所需偽裝資源、完成時間后，通過協(xié)調(diào)偽裝行動， 使執(zhí)行各個目標(biāo)的偽裝力量相互配合、密切協(xié)同、優(yōu)勢互補，從而形成集群目標(biāo)整體的偽裝行動。

圖1 作戰(zhàn)偽裝規(guī)劃的內(nèi)容和邊界

1.2 模型結(jié)構(gòu)

本文作戰(zhàn)偽裝規(guī)劃問題為了實現(xiàn)偽裝資源在時間和空間上的合理分配，生成相對較優(yōu)的偽裝任務(wù)序列。此問題可建立如下數(shù)學(xué)模型：

其中，式（1）為目標(biāo)函數(shù)，以偽裝計劃總時間最小為優(yōu)化目標(biāo)。 式（2）為緊前關(guān)系約束，指每個任務(wù)都必須要等到其所有的緊前任務(wù)完成之后才能開始[10]；TZi指得是集群目標(biāo)之間偽裝任務(wù)轉(zhuǎn)移時間，Te指得是躲避敵偵察的額外時間， 下一個任務(wù)執(zhí)行的開始時間必須大于上一個任務(wù)的的結(jié)束時間、 任務(wù)轉(zhuǎn)移時間和躲避敵偵察的額外時間之和。 式（3）為資源約束，指得是偽裝資源在實戰(zhàn)中的數(shù)量是有限的，偽裝資源包括實施偽裝的技術(shù)兵力、迷彩偽裝器材、遮障偽裝器材、假目標(biāo)偽裝器材、發(fā)煙器材和雷達(dá)干擾等器材。 記整個偽裝計劃共包含K 種資源，在任一時刻每種資源的容量有限，第k（k=1，2，…，K）種資源的總量為Rk。 任務(wù)i 在執(zhí)行過程中對第k 種資源的需求量為rk， 執(zhí)行所有所利用的資源總數(shù)不能超過現(xiàn)有資源總量。 式（4）為非負(fù)約束。

2 基于貪婪策略的求解方法

2.1 貪婪策略構(gòu)建

貪婪策略是一種解決最優(yōu)化問題的近似方法[11]， 是一種為選擇性問題求最優(yōu)解的方法，對比啟發(fā)式算法，求解速度快，求解效率高。其特征是求解問題時通過制定貪婪準(zhǔn)則將整體問題分解成多個子問題， 并在每次迭代過程中搜索子問題的局部最優(yōu)解，最終逼近整體最優(yōu)解[12]。這種方法適合解決集群目標(biāo)作戰(zhàn)規(guī)劃這種復(fù)雜性問題，本文基于集群目標(biāo)作戰(zhàn)偽裝規(guī)劃問題的特點，并以式（1）為目標(biāo)函數(shù)來構(gòu)建貪心策略，見圖2。

圖2 貪心策略構(gòu)建

2.2 調(diào)整任務(wù)序列

假設(shè)偽裝任務(wù)集i={i=1，2，…V}。任意一個任務(wù)都有開始時間STi和結(jié)束時間FTi，STi≤FTi。 如果任務(wù)i 和j 的時間 段[STi，F(xiàn)Ti]和[STj，F(xiàn)Tj]所 使用的偽裝資源小于總的偽裝資源，那么任務(wù)i 和j 就是可以并行的。 通過貪婪策略能夠求得在給定時間段內(nèi)，最大的并行任務(wù)數(shù)量。 貪婪策略為：

max（number[A]），A?i （5）

A 為滿足條件的并行任務(wù)集。 得到的任務(wù)集就是將串行任務(wù)序列依據(jù)偽裝資源約束裝換成并行和串行并存的任務(wù)序列。具體流程如下：①按照串行任務(wù)序列依次判斷單個任務(wù)所需要的資源量是否滿足資源約束條件；②若滿足條件就壓入任務(wù)隊列中，改變成并行模式，再進(jìn)行判斷同一時刻并行的任務(wù)資源總和是否滿足資源約束條件；③若不滿足就釋放任務(wù)序列，再加入后面的任務(wù)，計算資源總的使用量，判斷是否滿足，循環(huán)執(zhí)行。

經(jīng)過資源調(diào)整后得到單個任務(wù)解：

式中：i 指得是任務(wù)編號，Rk指得是該任務(wù)所需的偽裝資源數(shù)，[STi，F(xiàn)Ti]指得是該任務(wù)的開始時間和結(jié)束時間。

3 案例應(yīng)用

為了驗證所提出方法的可行性和有效性，本文選取典型集群目標(biāo)進(jìn)行仿真計算。仿真實驗平臺為Inter Core i5-7300HQ CPU，8GB，64 位Win10 操作系統(tǒng)筆記本。

3.1 參數(shù)設(shè)置

以6 組典型野戰(zhàn)集群目標(biāo)為例， 某偽裝分隊利用遮障偽裝、植物偽裝、迷彩偽裝等手段分別對其實施偽裝保障，保障過程中可利用的偽裝資源總數(shù)為40，需要在滿足現(xiàn)有資源的情況下自動生成作戰(zhàn)任務(wù)序列。 6 組典型集群目標(biāo)偽裝任務(wù)參數(shù)經(jīng)過戰(zhàn)術(shù)計算可得， 由于保密原因，數(shù)據(jù)經(jīng)過脫密處理，見表1。

表1 集群目標(biāo)偽裝任務(wù)參數(shù)

3.2 實驗結(jié)果及分析

使用所提出的方法對上述6 組典型典型目標(biāo)求解，分別得到作戰(zhàn)偽裝規(guī)劃任務(wù)甘特圖和偽裝計劃總時間。圖3～圖8 生成的甘特圖[13]顯示了滿足資源約束下6 組典型集群目標(biāo)在時間維度上任務(wù)的并行情況， 可以直觀地看到執(zhí)行每一類典型集群目標(biāo)偽裝保障任務(wù)的先后次序和同一時刻并行任務(wù)的數(shù)量， 能夠輔助指揮員實現(xiàn)對偽裝保障任務(wù)的精細(xì)化控制，提高決策效率。 表2 是完成6組典型集群目標(biāo)保障任務(wù)的總時間，可以看出，集群目標(biāo)類型越復(fù)雜，偽裝保障所需要的時間越長。 表3 以類型1集群目標(biāo)為例， 給出圖3 甘特圖對應(yīng)的任務(wù)排序和單個任務(wù)的開始時間和結(jié)束時間， 定量顯示任務(wù)順序和持續(xù)時間。 通過實驗可知所提出的方法能夠?qū)耗繕?biāo)作戰(zhàn)偽裝規(guī)劃問題求解， 并能生成偽裝任務(wù)甘特圖和任務(wù)排序表，輔助指揮員進(jìn)行決策。

表2 偽裝計劃總時間

表3 類型1 集群目標(biāo)任務(wù)序列表

圖3 第1 組集群目標(biāo)作戰(zhàn)偽裝任務(wù)規(guī)劃結(jié)果甘特圖

圖4 第2 組集群目標(biāo)作戰(zhàn)偽裝任務(wù)規(guī)劃結(jié)果甘特圖

圖5 第3 組集群目標(biāo)作戰(zhàn)偽裝任務(wù)規(guī)劃結(jié)果甘特圖

圖6 第4 組集群目標(biāo)作戰(zhàn)偽裝任務(wù)規(guī)劃結(jié)果甘特圖

圖7 第5 組集群目標(biāo)作戰(zhàn)偽裝任務(wù)規(guī)劃結(jié)果甘特圖

圖8 第6 組集群目標(biāo)作戰(zhàn)偽裝任務(wù)規(guī)劃結(jié)果甘特圖

4 結(jié)束語

通過以上研究工作， 建立了集群目標(biāo)作戰(zhàn)偽裝規(guī)劃問題模型， 設(shè)計了一種求解集群目標(biāo)作戰(zhàn)偽裝規(guī)劃問題的方法，并進(jìn)行仿真實驗，自動生成偽裝規(guī)劃甘特圖和任務(wù)序列表， 能夠較好地解決集群目標(biāo)偽裝規(guī)劃問題中的時間沖突和資源沖突， 使得有限的偽裝資源得到合理運用，提高偽裝資源的利用效率，能夠較好地輔助偽裝指揮員決策，對偽裝保障任務(wù)的實現(xiàn)有一定現(xiàn)實意義。