作戰實驗演示若干基本問題研究

李蘇軍 戰曉蘇

(1.軍事科學院 作戰理論和條令研究部，北京100091;2.中國人民解放軍73311部隊，福建 晉江362200)

1 引言

隨著科學技術，特別是信息技術的快速發展，作戰實驗成為繼戰爭實踐、演習訓練、軍事理論研究之后，第四種認識戰爭的新途徑。由于作戰實驗是一個交叉性學科，其基本原理、方法、過程比較抽象復雜，作戰實驗中又存在許多未知信息和諸多不確定因素，致使作戰實驗的基本理論和方法在推廣應用中存在一定難度。為了直觀、形象地展現作戰實驗的基本原理、內容和過程，從而使作戰實驗的科學作用得到充分認識和發揮，本文緊緊圍繞作戰實驗演示的若干基本問題，進行一些初步研究。

2 作戰實驗演示研究的必要性和意義

2.1 作戰實驗演示研究的必要性

(1)快速演示作戰實驗想定的客觀需要。作戰實驗想定的設計與撰寫是一個復雜而艱巨的任務，需要在軍事人員與技術人員之間構建一個可視化的交流對接平臺，一方面將軍事人員關于作戰實驗的一些初步構想通過可視化形式進行快速演示，輔助軍事人員豐富完善作戰實驗構想，快速形成作戰實驗想定;另一方面將制訂好的作戰實驗想定以可視化方式快速展現給作戰實驗分析論證人員，以便于其準確地理解分析論證的任務、內容及要求。

(2)綜合演示作戰實驗態勢的現實需要。作戰實驗信息多、數量大、時空變化快，因此作戰實驗態勢瞬息萬變，如何綜合采用多種形式的手段來完整、全面、準確、及時地反映作戰實驗的態勢，就成為作戰實驗必須解決的核心問題之一。通過將作戰實驗態勢數據以圖形化的方式實時地顯示出來，一方面使實驗人員對作戰實驗的條件、要點、過程和結果等從整體、全局上獲得一個直觀形象的認知，為理解和操控作戰實驗提供可能;另一方面為實驗人員發現新知識、洞察新規律、提出新理論提供輔助支持。

(3)實時演示作戰實驗細節的迫切需要。作戰實驗是一個復雜的巨系統，諸多作戰實驗指標、方案、因子水平交互影響，論證過程非常復雜，作戰實驗的很多理論、方法、技術也還處于發展完善之中。限于認知能力、技術水平等因素，整個作戰實驗的仿真、分析、評估等環節基本上在后臺運行，很多實驗細節處于“黑箱”之中。實驗研究人員迫切需要通過直觀可視的形式感知實驗論證細節是否合理、可信，以及存在哪些問題，以便及時對作戰實驗方案、計劃、模型、算法等進行修改和完善，進一步提高實驗論證的質量。

2.2 作戰實驗演示的意義

研究作戰實驗演示，無論對于各級各類作戰實驗研究人員，還是指揮人員和參謀人員而言，都有著重要的理論意義和應用價值。

(2)完善作戰實驗手段。通過演示作戰實驗過程，可以洞察各種實驗手段在實驗條件設置、實驗方法運用、實驗工具操作、實驗流程實施等方面存在的具體問題，提出有針對性的改進措施，進一步拓展和完善作戰實驗手段。

(3)傳播作戰實驗理論。利用作戰實驗演示平臺，采用圖形化方式將抽象的作戰實驗數據、模型、方法和過程可視化，能夠使不同領域和不同視角的人員站在同一平臺上，學習、討論和交流作戰實驗的思想、方法、技術，使作戰實驗理論在不同領域和不同專業的作戰實驗人員之間得到廣泛傳播。

3 作戰實驗演示研究的若干基本問題

3.1 作戰實驗演示的基本概念

作戰實驗演示是作戰實驗的核心功能之一，主要有兩層含義，一是演示性實驗，二是實驗中演示。演示性實驗，是通過文字、圖、表、視頻、動畫等形式，把作戰實驗的條件、要點、方法、進程、結果等所涉及的作戰實驗理論和技術演示出來。同物理實驗中演示杠桿原理、化學實驗中演示氫氣制作等相似，演示性實驗的主要目的是講清作戰實驗的基本原理，進行作戰實驗培訓、教學等。實驗中演示，即實驗可視化，就是將實驗過程以可視化方式展示出來，便于觀察、分析和操作。實驗中演示的目的是驗證實驗是否按作戰實驗人員所構想的方式進行，起到一個傳感器和放大鏡的作用，引發作戰實驗人員思考，輔助作戰實驗人員進行正確的實驗。

綜合上述兩層含義，將作戰實驗演示的基本概念定義為:在虛擬可控的戰場環境中，以直觀形象的可視化方式，多視角展現作戰實驗的實驗條件、實驗分隊、實驗結果、實驗過程、實驗分析過程和實驗結論，進一步完善作戰實驗新方案、驗證作戰實驗新結論、傳播作戰實驗新理論、推廣作戰實驗新成果。

3.2 作戰實驗演示的主要內容

(1)演示作戰實驗構想。在作戰實驗前，將軍事人員或實驗人員的實驗概略構想或初步方案，以直觀、形象的可視化方式展現出來，經過直觀分析判斷和專家研討，逐步將其變成實際可行的作戰實驗方案，縮短作戰實驗設計的時間和進程，提高作戰實驗方案的科學性。

Yuichi Hamada[20]等在空氣源熱泵蒸發器側設置了1臺蓄冰罐，在冷凝器側增設了2臺蓄熱罐，利用夜間制冰，同時在冷凝側利用廢熱進行蓄熱，提高了整體機組的能源效率。

(2)演示作戰實驗過程。在作戰實驗中，從縱向視角，將作戰實驗中的關鍵要素、關鍵節點、關鍵條件和實驗人員感興趣的信息演示清楚;從橫向視角，將作戰實驗中的全局情況、整體布勢和通用信息等演示清楚;從感知視角，將實驗“黑箱”演示清楚;從分析決策視角，將驅動實驗結果變化的關鍵因素演示清楚。通過作戰實驗過程的演示，可以使實驗人員掌控整個實驗進程、感知當前實驗態勢、打開局部實驗“黑箱”、澄清部分實驗認知。

(3)演示作戰實驗結果。在作戰實驗后，將作戰實驗的問題、條件、流程、結果、分析過程和結論等，以可視化方式展示出來，進一步說明作戰實驗過程、演示作戰實驗結果，為將作戰實驗得出的新理論、新方法、新思想轉變成戰斗力提供輔助支持。

3.3 作戰實驗演示的基本要素

作戰實驗演示應包括6個基本要素:

(1)實驗條件。即實驗在什么環境條件下進行，準備采用哪些新思想、新戰法、新技術等，來提高作戰效能。

(2)實驗分隊。即執行實驗任務并發生作用的單位。

(3)實驗結果。即實驗者最后判定的結果，它能使作戰效能的某些方面發生改變。

(4)實驗過程。把作戰實驗分隊置于實驗條件之下進行研究，考察實驗條件是否可以產生某種實驗結果，對因果關系進行判定，它包括實驗執行過程中的所有內容。

(5)實驗分析過程。對不同實驗過程中因果關系的判定進行比較，即對不同的實驗方案進行分析對比，根據不同的實驗目的，確定實驗結果的優劣。

(6)實驗結論。在分析比較的基礎上，針對提高基于信息系統的體系作戰能力、打贏未來高技術條件下局部戰爭等客觀需求，總結得出關于當前和未來作戰的新思想、新戰法、新技術等結論。

3.4 作戰實驗演示系統

作戰實驗演示系統是一個面向首長、機關、指揮人員、技術人員和保障人員等，綜合采用文字、圖表、聲音等多種表現形式、二維與三維相結合、真實與虛擬相結合，從多種視角將作戰實驗研究的問題、構想、過程、結論等演示清楚，為理解作戰實驗過程、驗證作戰實驗結論和傳播作戰實驗理論提供支撐的系統。

研發作戰實驗演示系統的主要目的是為作戰實驗演示提供方便、快捷和實用化的通用演示工具，為作戰實驗提供輔助支持。其設計指導思想是:將通用數據、基礎平臺與功能模塊相互分離，提高設計的科學性和系統的拓展性;系統應用時，根據不同的任務需要，將支撐平臺與相應的基礎數據和專業功能模塊隨機組合，提高解決具體問題的能力。

(1)通用可視數據(模型)。各種演示數據采用國標、軍標規定的通用數據和可視模型格式進行存儲、管理和調度，能支持各種演示系統進行調用和顯示。主要包括:一是基礎環境數據，如DEM、影像等;二是靜態應用數據，如二維軍標、武器裝備三維模型等;三是動態計算數據，如參數化火力打擊范圍模型、參數化偵察范圍模型、實時動態海面模型等;四是戰場特效數據，如爆炸、飛行尾跡、船行波等。

(2)基礎展現平臺。應采用數字地球作為基礎展現平臺，在統一的框架下，將陸、海、空、天、電等多維基礎環境信息進行綜合集成。一方面該平臺是演示系統的一個基礎支撐平臺，具備一些通用的展示功能，能對全局、全程、全域的基礎地理信息進行多視角展現，是一個通用可視數據調度和展現窗口，既與具體應用相分離，又不帶有數據;另一方面該平臺為各種專業功能模塊提供通用接口，各種專業應用通過該平臺調用通用作戰實驗數據，并在該平臺的窗口中進行展現。

(3)專項演示功能。將各種專業功能從邏輯上進行分離，專業功能模塊作為一個獨立模塊或插件，采用面向對象的方法進行開發，在需要時直接與支撐平臺接口連接。主要專項演示功能包括態勢標繪、構想演示、態勢展現、感知展現、分析演示、過程演示和結論演示等。

3.5 作戰實驗演示關鍵技術

3.5.1 作戰實驗演示需求分析技術

主要研究作戰實驗演示究竟“演什么、用什么演、如何演”等基本需求問題。要結合作戰實驗論證的實際需求，從作戰實驗設計、分析、保障等多個視角，采用會議、座談、問卷調查、專家訪談和實驗實踐等多種形式，系統梳理作戰實驗演示的總體應用需求，重點理清“演示內容、演示方式、功能需求、應用模式”四個問題，達成一致的需求共識，為作戰實驗演示系統的研發和應用提供有力支持。

3.5.2 作戰實驗演示支撐平臺設計技術

主要研究不同用戶的演示需求、不同作戰實驗要素的演示形式需求、不同演示平臺的優缺點、不同演示技術的成熟度，在此基礎上擇優選擇合適的平臺，然后進行總體設計和開發。

3.5.3 實驗要素分類和抽取技術

從服務于作戰實驗多視角演示和態勢評估相結合的角度，對實驗要素的定義、特征和分類進行研究，為實驗要素的提取提供技術支持;要依據專家知識、作戰規則等，采用人工智能等技術，研究一種能從海量作戰實驗信息中實時提取出各類作戰實驗人員感興趣的要素信息的方法，為作戰實驗參數化、組合化的控制顯示策略提供支持，實現首長機關、科研團體、基層作戰部隊感興趣的要素的實時自動化演示。

3.5.4 實驗要素可視化建模技術

主要研究綜合采用幾何建模、物理建模、行為建模等多種建模技術，構建一個基礎的、參數化的實驗要素多分辨率可視模型。通過對這些參數化的基礎可視模型的簡單組合、拼裝和調整，快速生成相應要素的可視化模型。

3.5.5 可視化模型聚合與解聚技術

主要研究視距、像素等作為聚合與解聚的判據，運用規則、關鍵實體等方法進行可視模型的聚合和解聚。通過作戰實體可視模型的聚合與解聚，實現在不同分辨率的展示窗口內，用大約相同數量的作戰聚合與解聚模型表示當前可視范圍內的作戰實驗境況，使作戰實驗演示更加直觀、準確、清晰。

3.5.6 人機交互控制技術

主要研究基于時間軸的作戰事件編輯技術，將戰場上錯綜復雜的作戰事件在時間軸上進行隨機拖拉、插入和刪除等編排，實現作戰實驗事件的有序演示;研究基于作戰事件的作戰場景實時切換技術，能根據全景縮略圖和作戰事件發生地對作戰場景進行快速切換;研究基于熱區的作戰實體控制技術，能對選定熱點區域內實體的運動軌跡、作戰能力、作戰行為和屬性信息等進行編輯、操作和控制;研究基于觸摸屏技術的作戰實驗構想和態勢實時標繪技術，實現作戰實驗演示的人機一體化;研究相機的推、拉、搖等控制技術，實現實驗場景的多方位展現。

3.5.7 快速計算和繪制技術

主要研究協同工作、云計算、GPU計算和并行計算等快速智能算法，對作戰實驗中涉及的大量實體交互和復雜模型構建進行快速計算;研究視域裁剪、背景裁剪和遮擋剔除等算法，對可視范圍內的可視模型進行快速渲染;研究四叉樹、投影網格等LOD技術，對可視模型進行多分辨率快速繪制。

3.5.8 海量數據存儲、管理和調度技術

主要研究作戰實驗數據采集技術，做到一數一源，提高數據可信度;研究異構作戰實驗統一表示和儲存技術，提高數據的通用性;研究快速查詢和調度技術，提高作戰實驗演示數據的實用性。

4 結束語

作戰實驗演示是當前作戰實驗研究的重點和難點，必須全面統籌、聚力攻關。要加強演示需求分析，牽引系統建設;選定演示支撐平臺，加快系統研發;加強基礎理論研究，破解關鍵技術;加強專用功能開發，推進系統建設。基于數字地球平臺，綜合采用文字、圖形、動畫等形式，將作戰實驗的條件、要點、方法、進程、結果等進行多視角可視化演示，為作戰實驗人員提供輔助支持。

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