楊國(guó)強(qiáng),張 昱

(軍事科學(xué)院戰(zhàn)爭(zhēng)研究院,北京 100091)

1 引言

美國(guó)陸軍上校約翰·博伊德提出的OODA(Observe Orient Decide Act)環(huán)[1,2]是對(duì)體系作戰(zhàn)行動(dòng)整個(gè)過(guò)程的一種高度抽象,能較為清晰地描述整個(gè)體系作戰(zhàn)行動(dòng)的全過(guò)程:“觀察(O)—判斷(O)—決策(D)—行動(dòng)(A)”。觀察,就是運(yùn)用各種探測(cè)手段進(jìn)行目標(biāo)情報(bào)收集,包括目標(biāo)位置信息、目標(biāo)狀態(tài)信息等;判斷,就是對(duì)收集的情報(bào)信息進(jìn)行融合及分析,判明情報(bào)的真?zhèn)?研判當(dāng)前形勢(shì),分析目標(biāo)意圖和威脅程度;決策,即基于當(dāng)前形勢(shì)定下決心,制定行動(dòng)計(jì)劃和任務(wù)方案;行動(dòng),即根據(jù)決策采取相應(yīng)的行動(dòng)。通過(guò)OODA環(huán)可以將各種作戰(zhàn)力量按照作戰(zhàn)流程進(jìn)行整合,形成完整的作戰(zhàn)體系[3,4]。美軍提出的馬賽克戰(zhàn)概念[5,6]中,進(jìn)一步將OODA功能分散到大量簡(jiǎn)單功能單元,并根據(jù)軍事行動(dòng)的類(lèi)型和任務(wù)需要?jiǎng)討B(tài)組合成OODA環(huán)和殺傷鏈,實(shí)現(xiàn)集群分布式協(xié)同感知、分布式智能決策和分布式火力打擊[7,8]。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,基于計(jì)算機(jī)模擬的兵棋系統(tǒng)成為研究戰(zhàn)爭(zhēng)的重要手段[9,10]。兵棋系統(tǒng)對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境和戰(zhàn)爭(zhēng)過(guò)程進(jìn)行模擬,可用于戰(zhàn)爭(zhēng)分析、戰(zhàn)爭(zhēng)人員訓(xùn)練、戰(zhàn)爭(zhēng)所需武器裝備的采辦和研制等[11]。

兵棋系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中將模擬結(jié)果數(shù)據(jù)等寫(xiě)入文件或數(shù)據(jù)庫(kù),其中與OODA環(huán)相關(guān)的數(shù)據(jù)通常僅包含單個(gè)仿真事件信息如探測(cè)事件、毀傷事件等,并沒(méi)有包含仿真事件之間的關(guān)聯(lián)信息如事件之間的因果關(guān)系。如果能夠從仿真事件中分析出事件間的因果關(guān)系,從而提取作戰(zhàn)過(guò)程中形成的OODA環(huán),將對(duì)作戰(zhàn)過(guò)程理解有很大幫助。

2 OODA事件與因果鏈

一次作戰(zhàn)行動(dòng)通常由多個(gè)作戰(zhàn)實(shí)體協(xié)作完成。如圖1所示為一個(gè)典型防空反導(dǎo)作戰(zhàn)體系,T是目標(biāo)實(shí)體,可能為敵方飛機(jī)或?qū)?S1和S2是具有探測(cè)功能實(shí)體,如預(yù)警雷達(dá),S1同時(shí)具有情報(bào)融合功能;D是具有決策功能實(shí)體,如區(qū)域防空指揮中心;A是可以進(jìn)行作戰(zhàn)行動(dòng)的實(shí)體,如地空導(dǎo)彈發(fā)射架、機(jī)場(chǎng)或飛機(jī)。S2探測(cè)到目標(biāo)T后,將關(guān)于目標(biāo)T的情報(bào)信息通過(guò)通信鏈路發(fā)送給情報(bào)融合中心S1;S1自身也有傳感器探測(cè)到目標(biāo)T從而生成目標(biāo)T的情報(bào)信息;S1將多個(gè)來(lái)源的關(guān)于目標(biāo)T的情報(bào)信息進(jìn)行融合后得到融合情報(bào)信息,并通過(guò)通信鏈路發(fā)送給決策中心D;決策中心D收到融合情報(bào)信息后進(jìn)行決策,制定行動(dòng)計(jì)劃,并向A下達(dá)攻擊T的指控命令;A收到指控命令后對(duì)T采取作戰(zhàn)行動(dòng)。這樣的協(xié)同作戰(zhàn)過(guò)程可以抽象為一個(gè)OODA環(huán),不同的作戰(zhàn)實(shí)體在OODA環(huán)的不同階段完成不同的作戰(zhàn)任務(wù),并協(xié)同完成一次作戰(zhàn)行動(dòng)。

圖1 OODA環(huán)示例

一個(gè)OODA環(huán)實(shí)際上由一系列事件組成,稱(chēng)為OODA事件。如圖1中OODA環(huán)的事件包括:“S2探測(cè)到T”事件,“S2將對(duì)T的情報(bào)信息發(fā)送給S1”事件,“S1將對(duì)T的融合后情報(bào)信息發(fā)送給D”事件,“D向A1下達(dá)攻擊T命令”事件等。

一個(gè)OODA事件具有兩個(gè)或三個(gè)相關(guān)實(shí)體,如“S2探測(cè)到T”事件有兩個(gè)相關(guān)實(shí)體S2和T,而“S2將對(duì)T的情報(bào)信息發(fā)送給S1”事件則有三個(gè)相關(guān)實(shí)體S2、S1和T。在OODA事件的相關(guān)實(shí)體中必然有一個(gè)敵方實(shí)體,稱(chēng)為事件的目標(biāo)實(shí)體;有三個(gè)相關(guān)實(shí)體的事件中有兩個(gè)我方相關(guān)實(shí)體,分別稱(chēng)為事件的源實(shí)體和對(duì)象實(shí)體,情報(bào)或指控信息從源實(shí)體流向?qū)ο髮?shí)體;有兩個(gè)相關(guān)實(shí)體的事件中只有一個(gè)我方實(shí)體,稱(chēng)為源實(shí)體。如“S2將對(duì)T的探測(cè)信息發(fā)送給S1”事件中,T是目標(biāo)實(shí)體,S2是源實(shí)體,S1是對(duì)象實(shí)體。

因此,一個(gè)OODA事件的要素包括:發(fā)生時(shí)間M,事件類(lèi)型S,目標(biāo)實(shí)體T,源實(shí)體A,對(duì)象實(shí)體B。其中事件類(lèi)型決定了該事件具有兩個(gè)還是三個(gè)相關(guān)實(shí)體。相關(guān)實(shí)體數(shù)為三個(gè)的事件有對(duì)象實(shí)體,而相關(guān)實(shí)體數(shù)為兩個(gè)的事件沒(méi)有對(duì)象實(shí)體。

以典型防空反導(dǎo)體系為例,涉及到的OODA事件按類(lèi)型可分為(設(shè)事件的目標(biāo)實(shí)體為T(mén),源實(shí)體為A,對(duì)象實(shí)體為B):

● 探測(cè)到目標(biāo)事件:實(shí)體A探測(cè)到了敵方實(shí)體T;

● 新建情報(bào)信息事件:實(shí)體A新建了關(guān)于敵方實(shí)體T的情報(bào)信息;

● 更新情報(bào)信息事件:實(shí)體A更新了關(guān)于敵方實(shí)體T的情報(bào)信息;

● 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送情報(bào)信息事件:實(shí)體A通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向?qū)嶓wB發(fā)送敵方實(shí)體T的情報(bào)信息信息;

● 被識(shí)別為威脅事件:實(shí)體A收到敵方實(shí)體T的情報(bào)信息后將實(shí)體T識(shí)別為威脅;

● 指定作戰(zhàn)目標(biāo)事件:上級(jí)指揮實(shí)體A命令下級(jí)指揮實(shí)體B將敵方實(shí)體T作為作戰(zhàn)目標(biāo);

● 設(shè)定作戰(zhàn)目標(biāo)事件:實(shí)體A將敵方實(shí)體T作為作戰(zhàn)目標(biāo);

● 交戰(zhàn)事件:實(shí)體A與敵方實(shí)體T進(jìn)入交戰(zhàn)狀態(tài);

● 飛機(jī)起飛事件:飛機(jī)實(shí)體B從機(jī)場(chǎng)實(shí)體A起飛攻擊敵方實(shí)體T;

● 導(dǎo)彈發(fā)射事件:導(dǎo)彈發(fā)射實(shí)體A向敵方實(shí)體T發(fā)射導(dǎo)彈B;

● 實(shí)體被摧毀事件:實(shí)體A摧毀了敵方實(shí)體T;

● 導(dǎo)彈命中目標(biāo)事件:導(dǎo)彈A命中了敵方實(shí)體T;

● 導(dǎo)彈爆炸事件:導(dǎo)彈A在向敵方實(shí)體T飛行過(guò)程中爆炸(原因可能是:命中、未命中、被攔截、故障等);

上述OODA事件的相關(guān)實(shí)體數(shù)為兩個(gè)或三個(gè),其中導(dǎo)彈發(fā)射事件、飛機(jī)起飛事件、指定作戰(zhàn)目標(biāo)事件、網(wǎng)絡(luò)發(fā)送情報(bào)信息事件的相關(guān)實(shí)體數(shù)為三個(gè),其它類(lèi)型的事件的相關(guān)實(shí)體數(shù)為兩個(gè)。

每個(gè)OODA事件類(lèi)型對(duì)應(yīng)OODA環(huán)的不同階段。Observe階段發(fā)生的事件包括:探測(cè)到目標(biāo)事件;Orient階段發(fā)生的事件類(lèi)型包括:網(wǎng)絡(luò)發(fā)送情報(bào)信息事件,新建情報(bào)信息事件,更新情報(bào)信息事件;Decide階段發(fā)生的事件類(lèi)型包括:指定作戰(zhàn)目標(biāo)事件,被識(shí)別為威脅事件;Act階段發(fā)生的事件類(lèi)型包括:實(shí)體被摧毀事件,導(dǎo)彈命中目標(biāo)事件,導(dǎo)彈爆炸事件,交戰(zhàn)事件,設(shè)定作戰(zhàn)目標(biāo)事件,飛機(jī)起飛事件,導(dǎo)彈發(fā)射事件。

3 OODA事件的因果關(guān)系

OODA事件之間并不是孤立的,而是具有一定的因果關(guān)系。如果事件E2發(fā)生在事件E1之后,且事件E1是事件E2發(fā)生的必要條件,則事件E1與事件E2具有因果關(guān)系,事件E1是原因事件而事件E2是結(jié)果事件。

如圖1中兩個(gè)事件:“S2探測(cè)到T”事件E1和“S2將對(duì)T的探測(cè)信息發(fā)送給S1”事件E2,如果事件E1沒(méi)有發(fā)生則事件E2也不會(huì)發(fā)生,即事件E1是事件E2發(fā)生的必要條件,因此事件E1與事件E2具有因果關(guān)系。

OODA事件的類(lèi)型決定了其原因事件可能有哪些類(lèi)型。以典型防空反導(dǎo)體系為例,分析各類(lèi)型事件可以得到各類(lèi)型事件可能的原因事件類(lèi)型:

● 實(shí)體被摧毀事件的原因事件類(lèi)型包括:交戰(zhàn)事件,導(dǎo)彈命中目標(biāo)事件;

● 導(dǎo)彈命中目標(biāo)事件的原因事件類(lèi)型包括:導(dǎo)彈爆炸事件,導(dǎo)彈發(fā)射事件;

● 導(dǎo)彈爆炸事件的原因事件類(lèi)型包括:導(dǎo)彈發(fā)射事件;

● 導(dǎo)彈發(fā)射事件的原因事件類(lèi)型包括:設(shè)定作戰(zhàn)目標(biāo)事件,指定作戰(zhàn)目標(biāo)事件,被識(shí)別為威脅事件;

● 飛機(jī)起飛事件的原因事件類(lèi)型包括:設(shè)定作戰(zhàn)目標(biāo)事件,指定作戰(zhàn)目標(biāo)事件,被識(shí)別為威脅事件;

● 交戰(zhàn)事件的原因事件類(lèi)型包括:交戰(zhàn)事件,飛機(jī)起飛事件,設(shè)定作戰(zhàn)目標(biāo)事件,指定作戰(zhàn)目標(biāo)事件,被識(shí)別為威脅事件,新建情報(bào)信息事件,更新情報(bào)信息事件;

● 設(shè)定作戰(zhàn)目標(biāo)事件的原因事件類(lèi)型包括:指定作戰(zhàn)目標(biāo)事件,飛機(jī)起飛事件,被識(shí)別為威脅事件,新建情報(bào)信息事件,更新情報(bào)信息事件,網(wǎng)絡(luò)發(fā)送情報(bào)信息事件;

● 指定作戰(zhàn)目標(biāo)事件的原因事件類(lèi)型包括:指定作戰(zhàn)目標(biāo)事件,設(shè)定作戰(zhàn)目標(biāo)事件,被識(shí)別為威脅事件,新建情報(bào)信息事件,更新情報(bào)信息事件,網(wǎng)絡(luò)發(fā)送情報(bào)信息事件;

● 被識(shí)別為威脅事件的原因事件類(lèi)型包括:新建情報(bào)信息事件,更新情報(bào)信息事件;

● 新建情報(bào)信息事件事件的原因事件類(lèi)型包括:更新情報(bào)信息事件,探測(cè)到目標(biāo)事件;

● 更新情報(bào)信息事件的原因事件類(lèi)型包括:新建情報(bào)信息事件,更新情報(bào)信息事件,網(wǎng)絡(luò)發(fā)送情報(bào)信息事件,探測(cè)到目標(biāo)事件;

● 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送情報(bào)信息事件的原因事件類(lèi)型包括:新建情報(bào)信息事件,更新情報(bào)信息事件,網(wǎng)絡(luò)發(fā)送情報(bào)信息事件,探測(cè)到目標(biāo)事件;

● 探測(cè)到目標(biāo)事件沒(méi)有原因事件類(lèi)型。

各種事件類(lèi)型之間的因果關(guān)系圖如圖2所示,圖中箭頭方向?yàn)閺脑蚴录?lèi)型指向結(jié)果事件類(lèi)型。

圖2 事件類(lèi)型間因果關(guān)系圖

根據(jù)OODA事件因果關(guān)系定義,對(duì)于兩個(gè)OODA事件E1和E2,設(shè)其類(lèi)型分別為S1和S2,發(fā)生時(shí)間分別為M1和M2,目標(biāo)實(shí)體分別為T(mén)1和T2,源實(shí)體分別為A1和A2,對(duì)象實(shí)體分別為B1和B2。則E1是E2的原因事件的必要條件包括四條:

● M1

● 事件類(lèi)型S1是事件類(lèi)型S2的原因事件類(lèi)型;

● T1和T2必須是同一個(gè)實(shí)體,即事件E1的目標(biāo)實(shí)體與事件E2的目標(biāo)實(shí)體相同;

● 如果E1的相關(guān)實(shí)體有三個(gè),則B1和A2必須為同一個(gè)實(shí)體,即事件E1的對(duì)象實(shí)體必須與事件E2的源實(shí)體相同;如果E1的相關(guān)實(shí)體有兩個(gè),則A1和A2必須為同一個(gè)實(shí)體,即事件E1的源實(shí)體必須與事件E2的源實(shí)體相同。

即事件E1必須要滿(mǎn)足上述時(shí)間、類(lèi)型和相關(guān)實(shí)體約束條件,才可能是事件E2的原因事件。

具有因果關(guān)系的多個(gè)OODA事件構(gòu)成一個(gè)OODA事件因果鏈。例如,若事件E1為事件E2的原因事件,事件E2為事件E3的原因事件,則E1-E2-E3構(gòu)成一條OODA事件因果鏈。一個(gè)OODA環(huán)對(duì)應(yīng)一條OODA事件因果鏈,然而并不是每個(gè)OODA事件因果鏈都對(duì)應(yīng)一個(gè)OODA環(huán)。以圖1中作戰(zhàn)過(guò)程為例,假設(shè)發(fā)生了“S2探測(cè)到T”事件E1,“S2將對(duì)T的情報(bào)信息發(fā)送給S1”事件E2,“S1將對(duì)T的融合后情報(bào)信息發(fā)送給D”事件E3,而決策節(jié)點(diǎn)D判斷目標(biāo)節(jié)點(diǎn)T不構(gòu)成威脅,并沒(méi)有向A下達(dá)攻擊T命令,則E1、E2、E3構(gòu)成了一個(gè)OODA事件因果鏈,但因?yàn)槿鄙貯ction階段事件,因此并沒(méi)有構(gòu)成一個(gè)完整的OODA環(huán)。

4 OODA環(huán)提取方法

兵棋系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)將模擬結(jié)果數(shù)據(jù)等寫(xiě)入文件或數(shù)據(jù)庫(kù),從中可以提取出各OODA事件的發(fā)生時(shí)間、事件類(lèi)型、源實(shí)體、目標(biāo)實(shí)體等信息,而OODA事件之間的因果關(guān)系及OODA環(huán)則不能從事件數(shù)據(jù)中直接獲得。

實(shí)際上,基于上一節(jié)中分析得到的OODA事件間因果關(guān)系的必要條件,對(duì)于每個(gè)事件E,可以通過(guò)回溯遍歷所有仿真事件尋找滿(mǎn)足四個(gè)約束條件的事件,從而得到事件E可能的原因事件。通過(guò)回溯遍歷尋找每個(gè)OODA事件的原因事件的過(guò)程如下:

設(shè)仿真事件E的發(fā)生時(shí)間為M,事件類(lèi)型為S,源實(shí)體為A,目標(biāo)實(shí)體為T(mén);設(shè)事件類(lèi)型S的原因事件類(lèi)型為S1,S2,…,Sn;

對(duì)于每個(gè)原因事件類(lèi)型Si(i=1,2…,n):若Si的相關(guān)實(shí)體數(shù)為2,則從所有仿真事件中尋找發(fā)生時(shí)間早于M,目標(biāo)實(shí)體為T(mén),且源實(shí)體為實(shí)體A的Si類(lèi)型的事件E2;若Si的相關(guān)實(shí)體數(shù)為3,則從所有仿真事件中尋找發(fā)生時(shí)間早于M,且對(duì)象實(shí)體為實(shí)體A的Si類(lèi)型的事件E2;將找到的事件E2放入事件E的原因事件集合。

一個(gè)事件的原因事件可能有多個(gè),例如:導(dǎo)彈A命中目標(biāo)T事件,原因事件可能有導(dǎo)彈A爆炸事件和實(shí)體B向目標(biāo)T發(fā)射導(dǎo)彈A事件。通常只需要尋找一個(gè)原因事件即可,因?yàn)楦髟蚴录g也存在因果關(guān)系,例如:在上述兩個(gè)原因事件中,實(shí)體B向目標(biāo)T發(fā)射導(dǎo)彈A事件是導(dǎo)彈A爆炸事件的原因事件。因此,在搜尋原因事件的過(guò)程中應(yīng)優(yōu)先尋找最直接的原因事件類(lèi)型,例如:上述兩個(gè)原因事件類(lèi)型中,應(yīng)優(yōu)先搜索導(dǎo)彈爆炸事件,若沒(méi)有搜索到導(dǎo)彈爆炸事件再搜索發(fā)射導(dǎo)彈事件。

在找到每個(gè)OODA事件的原因事件之后,就可以進(jìn)一步根據(jù)事件之間的因果關(guān)系得到所有的OODA事件因果鏈。

由于只有探測(cè)到目標(biāo)事件類(lèi)型沒(méi)有原因事件類(lèi)型,因此OODA事件因果鏈的第一個(gè)事件都是探測(cè)到目標(biāo)事件。從一個(gè)探測(cè)到目標(biāo)事件E1出發(fā),尋找原因事件集合中有E1的事件E2,原因事件集合中有E2的事件E3,……,直到找到事件En,沒(méi)有任何事件的原因事件集合中存在En,即En沒(méi)有結(jié)果事件,這樣就找到了一條OODA因果鏈:E1-E2-……-En。

重復(fù)上述過(guò)程即可找到所有的OODA因果鏈。由于并不是每條OODA事件因果鏈都對(duì)應(yīng)一個(gè)OODA環(huán),需要對(duì)OODA事件因果鏈中所有事件的事件類(lèi)型進(jìn)行統(tǒng)計(jì),判斷其包含哪些階段的事件,只有當(dāng)其包含Observe、Orient、Decision、Action四個(gè)階段的事件才認(rèn)為其構(gòu)成了一個(gè)完整的OODA環(huán)。

5 總結(jié)

本文介紹了一種基于因果關(guān)系回溯的兵棋系統(tǒng)OODA環(huán)提取方法,將兵棋系統(tǒng)輸出的各種OODA事件進(jìn)行詳細(xì)分類(lèi),并對(duì)各類(lèi)型事件間的因果關(guān)系進(jìn)行深入分析;在此基礎(chǔ)上根據(jù)事件間因果關(guān)系的必要條件回溯尋找事件的原因事件,構(gòu)建OODA事件因果鏈,并進(jìn)一步篩選出完整的OODA環(huán)?；谠摲椒?我們針對(duì)現(xiàn)有兵棋系統(tǒng)的輸出,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)OODA環(huán)的可視化分析工具:基于事件的OODA環(huán)回溯分析工具、基于實(shí)體的OODA環(huán)回溯分析工具,對(duì)兵棋系統(tǒng)使用人員深入理解體系作戰(zhàn)運(yùn)行機(jī)理提供了很大幫助。