聯合作戰籌劃與方案推演研究＊

王相生

（北京西三環中路19號 北京 100071）

1 引言

聯合作戰籌劃，是聯合作戰指揮員及指揮機關為實現聯合作戰意圖和戰略決心，根據各方面情況，結合聯合作戰任務和戰場實際，對聯合作戰進行一系列運籌、謀劃和設計。在當今以網絡中心化環境為作戰背景的條件下，聯合作戰籌劃越來越需要“預演”，在信息化技術的支撐下，對聯合作戰進行籌劃、優化和推演。聯合作戰籌劃者不再僅僅憑構想和思維簡單推理，而是將聯合作戰籌劃的內容、戰場環境、戰場綜合態勢、作戰過程等更加具象的展現，以便于對籌劃的作戰方案、任務計劃等進行預先驗證，及時做出調整和優化。

2 聯合作戰方案描述與校驗

2.1 作戰方案的本體描述

聯合作戰環境的復雜性決定了聯合作戰行動過程的表示應當是多層次、多認知域映射的。其涉及到不同的作戰單位、作戰資源，許多的信息和知識模型。這些信息和知識地理上是分布的，對其模型的描述也不一致。通過建立聯合作戰方案本體，對知識、信息模型進行共享和集成，進而為聯合作戰方案檢驗奠定基礎［1］。

聯合作戰方案的本體模型是基于目標域、作戰過程域、作戰力量域、資源域、時間描述域、空間描述域、環境域的七元組。需要對這七個域按形式化描述結構闡述其概念與概念層次、數據屬性和關系屬性的研究。對它們的描述即實現了對聯合作戰方案的描述。

根據聯合作戰方案的特點，聯合作戰方案的核心內容是對作戰目標、作戰過程（行動）、作戰兵力、資源、環境，通過時間和空間概念進行描述。本體概念可用作戰目標、作戰過程、作戰力量、資源、時間描述、空間描述、環境七個概念來表示。

目標域描述聯合作戰方案的使命、目標以及擬實現的計劃效果。作戰過程域描述聯合作戰方案的結構，通常聯合作戰方案包括多個作戰階段，一個作戰階段包括多個作戰行動。兵力編成域描述該次作戰計劃的參與者（actor）或組織。包括海、陸、空等各軍兵種的參戰力量［2］。時間描述域描述聯合作戰方案中作戰階段或作戰行動所在的時間點、持續時段以及時間關系。空間描述域描述聯合作戰方案中目標、兵力、資源的位置以及空間關系。環境域描述聯合作戰方案中的作戰背景和各種環境因素。

2.2 基于SWRL規則的方案校驗

聯合作戰方案制定后，需要對其進行校驗才能夠保證由于復雜性導致聯合作戰方案各概念域之間、概念域內部諸要素之間的一致性。以基于本體的聯合作戰方案的描述為基礎，使用SWRL（Semantic Web Rule Language）規則對聯合作戰方案本體進行校驗，實現聯合作戰方案的校驗。作戰行動是聯合作戰方案的核心，必須保證作戰行動的正確性以及作戰行動與其他概念域的一致性［3］。故聯合作戰方案的校驗圍繞著關鍵因素行動（Action）展開，分別校驗作戰行動與行動，作戰行動與資源（Resource），作戰行動與作戰兵力（Strength），作戰行動與作戰目標（Objection）之間的關系，通過時間描述（Time Spec）和空間描述（Space Spec）表示各因素的時間、空間描述以及各因素間的時間、空間關系并實現時間空間關系的校驗。

作戰行動－行動之間主要校驗行動的依賴和約束，當前行動只有在它的前提行動完成時才能進行，行動－行動的校驗主要實現對校驗聯合作戰方案中每個行動預設的行動時間與行動先后行關系是否一致。

作戰行動－資源之間校驗計劃中資源配置是否滿足當前行動需求的資源類型和數量，首先通過校驗資源類型對行動的約束，再檢驗重用型資源的可使用時間和消耗型資源的資源數量是否滿足行動需求。

作戰行動－兵力之間，主要實現作戰兵力類型和數量對行動的約束的校驗，與作戰行動－資源的校驗類似，首先校驗兵力類型是否滿足行動，再校驗兵力數量的滿足性。

作戰行動－目標之間校驗內容是作戰行動必須包含一個以上目標以及作戰目標必須被一個以上行動執行。

3 聯合作戰方案生成與任務規劃

3.1 基于智能推理的聯合作戰方案生成

方案生成技術研究旨在針對聯合作戰的任務規劃要求，建立方案實時生成與協同編制所需的共性支撐和功能構件，為聯合作戰輔助決策領域方案處理提供任務規劃手段。本文擬定了聯合作戰方案的生成與協同編制方法，如圖1所示。

圖1 聯合作戰方案實時生成與協同編制方法

方案實時生成與協同編制技術研究，將根據現有作戰方案的構成，圍繞實體、動作、任務和交互等要素，建立作戰方案基于本體的規范化、形式化描述。在方案生成方面，首先以基礎框架中的作戰方案庫為依托，通過基于歷史資源的多庫／跨庫／并庫快速匹配查詢方法研究，實現作戰方案的快速生成；其次以查找到的歷史方案為基礎藍本，依據戰術規則、首長決心和編隊內的可用資源進行作戰任務自主規劃，自動生成作戰方案。在方案協同編制方面，首先根據作戰方案的規范化描述和協同編制的流程，建立作戰方案要素跨平臺實時互通協議；其次通過會商業務活動模型和動態工作流模型的研究形成作戰方案會商方法，最后針對資源調度方法和沖突判斷方法的研究，實現作戰方案的跨平臺協同編制。

3.2 聯合作戰任務規劃

多兵種聯合作戰任務規劃的核心是任務和行動，而作戰任務規劃問題的關鍵是在一定的時限內分配有限的資源，以獲取完成任務流程的最佳效益。

典型的聯合作戰方案問題的描述為給定一個任務圖和可獲取的資源集合。任務圖確定了需要處理的所有任務，任務之間的執行順序（包括任務的串行、并行以及交叉關系）、信息和數據流向，任務處理時間需求，資源需求等任務特征；資源具備處理任務的功能，資源和任務之間通過任務的能力需求和資源的功能能力關聯，以此進行資源—任務分配［4］。

有效的任務規劃是聯合作戰任務處理策略的關鍵，而聯合作戰任務的有效規劃需要考慮資源的分配和任務的并行處理。對這一問題的解決有許多調度算法的研究，而對復雜的調度問題，目前，國際大多采用了MDLS算法（Multidimensional dynamic list scheduling，多維動態時間列表規劃算法）。

在聯合作戰中，任務規劃需要在一個指定的窗口給每個任務分配為完成這一任務的必要資源。每個任務的執行都在某一具體的地理位置，并且該任務所需的資源應該在任務執行之前到達此位置。每種資源都有多個屬性，不同的資源又有不同的屬性，因此這些資源常常組合起來滿足某一指定任務的屬性需求。任務和任務間的關系就像是總的作戰使命在執行程序上的具體的方方面面一樣，必須從總的作戰使命分解才能得到，以便精確地模擬實時資源需求和地理資源需求。

在聯合作戰任務規劃中，作戰平臺所擁有的作戰資源與作戰具體對應的子任務的匹配實際上需要多維變量來測度，然后逐個執行任務，作戰任務需要不同資源或異構平臺的協同處理，可能根據需要某些平臺要先分配給優先級較低的任務。假設平臺資源個體能同時處理多個任務的情況下，這一資源調度問題的復雜性將會大大增加，同時在這種情況下采用MDLS算法也將會表現出較好的性能，但是這一算法在資源分配過程中又存在任務選擇資源組執行的局部最優搜索，而沒有綜合考慮到后序任務的最優需求，并且平臺所擁有的資源同一時間不可能執行兩項具體的作戰任務，這都導致了MDLS算法在解決這一復雜調度問題上的不足。針對這一問題本文提出了平臺任務雙向選擇的方法，即：作戰任務對平臺資源的選擇、平臺資源對作戰任務的自主選擇以及對兩者選擇過程中存在的沖突消除的改進方法，以解決MDLS算法的不足，這將在聯合作戰資源調度的實際問題的輔助規劃中更高效地完成平臺資源對作戰任務的分配。

4 聯合作戰方案的推演引擎研究

聯合作戰方案推演引擎是聯合作戰方案進行推演的軟件環境，負責對聯合作戰方案的解析，仿真模型組件的動態加載、類型解析和數據交互等功能，是仿真模型組件的加載器和運行容器，因此方案推演引擎的擴展性、靈活性將影響聯合作戰方案的可移植性［5］。為了解決仿真模型組件在方案推演引擎上的動態加載和即插即用［6］，本文從引擎體系結構、仿真模型組件動態加載等方面研究和構建方案推演引擎。

4.1 聯合作戰方案推演引擎體系結構

引擎的設計在技術方案上采用基于高層體系結構HLA的標準之上進行構建模型組件的運行環境，實現其動態加載。基于高層體系結構HLA的標準構建仿真組件運行環境不僅可以減少技術風險，而且有利于與現有基于HLA的大量仿真應用系統集成，有利于現有仿真模型資源的重用和升級等［7］。

基于仿真計算引擎的仿真應用計算層次式體系結構如圖2所示，由基礎層、通信層、計算引擎層、模型資源層、仿真應用層五層結構組成。基礎層由仿真計算節點的硬件環境、操作系統等基本環境構成。通信層和計算引擎層是仿真模型組件的軟件運行環境，負責仿真模型的動態加載、模型之間的數據交互、協同計算以及仿真計算節點的資源狀態監視等重要任務，是整個體系結構的核心部分；仿真計算引擎之上是仿真模型資源層和仿真應用層，模型資源運行與仿真計算引擎之中提供模型計算服務，各種模型服務組合集成協同計算實現作戰模擬、裝備論證、系統鑒定與測試等仿真應用。

4.2 作戰方案推演的模型體系

模型是方案推演的基礎，針對聯合作戰的樣式、兵力及其作戰對手建立模型體系，是進行方案推演分析、評估優選的前提［8～9］。建立模型體系的關鍵難點在于通用可擴展的模型框架。

本文提出了基于戰場空間實體BSE為核心的模型體系構建方法，該構建方法將推演模型體系分為編隊編群層、兵力平臺層、設備物理層。其中BSE實體模型，如圖3所示，包含物理模型和行為模型兩大部分，物理模型包含平臺模型、感知設備模型、武器設備模型、通信設備模型等，行為模型包含指揮決策模型、動作模型等。

4.3 智能兵力生成與對抗模擬推演

方案推演分析的可信程度取決于兵力行為仿真和戰場對抗仿真的逼真程度，兵力生成以及智能對抗行為模擬是方案推演的重要關鍵環節。

在分析了各類計算機生成兵力的方法的基礎上提出了智能兵力的仿真模擬方法。智能實體的模擬主要以 OODA（觀測 Observe－評估 Orient－決策 Decide－行動Act）環組織其運行流程，如圖4所示。兵力智能自治行為的模擬主要是根據戰場態勢、戰術規則庫和兵力動作庫，通過基于規則的戰術決策進行動作的規劃和執行［10］，給實體動態模型發出相應的控制命令，如平臺加速、導彈發射、信息共享等。

圖4 智能兵力自治行為的產生原理圖

本文還提出了基于作戰模擬的方案推演，如圖5所示，將敵我雙方兵力組成的對抗體系分解為BSE實體單元和BSE指揮機構，并通過代表敵我雙方的相應BSE實體模型之間的信息交互來完成方案的推演模擬。方案推演的粒度可以根據推演需求配置為戰術編隊級、兵力平臺級、設備級等多個粒度的推演，方案推演還可以通過推演步長以及推演變速比等實現推演速率的按需調整。

圖5 基于作戰模擬的方案推演方法

4.4 仿真模型組件動態加載

在運行時對組成仿真應用的各個仿真模型進行實時動態加載和啟動，組成一個完整的仿真應用系統，是取得仿真應用系統可擴展性和靈活性的關鍵所在。模型組件的動態加載是實現仿真模型重用與靈活部署、實現仿真集成運行框架獨立于具體仿真模型和應用的關鍵技術［11］。

動態加載、類型反射以及對象構造是實現仿真模型組件形式重用的四個重要環節，如圖6所示。模型加載部件動態監測組件部署目錄以及仿真任務通過網格傳輸方式分配部署的組件文件，把監測到的模型組件實時載入計算運行環境，模型加載部件對模型組件進行結構分析和類型識別，獲取模型組件的功能、屬性元素、接口函數等信息，根據仿真任務需要，運行調度部件利用模型組件實現的通用接口創建仿真對象并對其進行運算調度以及生命周期管理等，以此來實現仿真模型的即插即用。

圖6 模型組件動態加載示意圖

5 結語

作戰方案的本體描述和預先校驗實現了聯合作戰方案的多方面信息有效描述和方案的邏輯有效性校驗。在方案本體描述的基礎上，提出了基于智能推理的聯合作戰方案生成方法和基于MDLS算法的聯合作戰任務規劃方法，為籌劃者提供了方案快速籌劃和作戰任務高效規劃的方法。聯合作戰方案推演引擎從推演引擎體系結構、模型體系、推演兵力生成、對抗模擬、模型動態加載等方面給出了具體實現方法。本文提出的聯合作戰籌劃和推演方法為聯合作戰規劃系統的研制提供了參考和支撐。

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