動態(tài)指揮控制體系研究*

秦海軍 李敏勇

(海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033)

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動態(tài)指揮控制體系研究*

秦海軍 李敏勇

(海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033)

兵力系統中指揮控制(C2)體系的相對穩(wěn)定性與面對任務的多樣性和復雜性使兩者經常處于不匹配的狀態(tài),兩者之間的匹配程度決定兵力系統完成給定任務的效能,解決不匹配的矛盾是C2創(chuàng)新的需要。針對不匹配的根源,提出了動態(tài)C2體系概念,在建立C2體系空間與任務構成空間的基礎上,設計了動態(tài)調節(jié)律,提出的思路和研究方法是構建新型C2體系的新途徑,結論在C2體系設計和作戰(zhàn)系統效能分析中都具有理論和應用意義。

C2體系; 自同步; 指揮方法; 動態(tài)調節(jié)

Class Number E0-03

1 引言

指揮控制(Command Control,C2)體系是兵力系統中組織結構、信息流程、指揮關系、指揮方法等相關要素的總和,它構成兵力系統的核心組成部分。傳統上C2體系一旦確定,在訓練和應用中保持相對穩(wěn)定,以求運作流暢和有效。但面對信息時代更為多樣和復雜的作戰(zhàn)任務,靜態(tài)的C2體系已難以滿足完成各種復雜和瞬變作戰(zhàn)任務的需求,構建動態(tài)C2體系已成為必要的選擇。動態(tài)C2是一種C2構成要素能實時適應任務特征、并能動態(tài)匹配調節(jié)、可最大限度滿足作戰(zhàn)資源發(fā)揮效能的一種未來的C2體系。C2是中性的,不存在最優(yōu)也不存在最差的類型,適應任務的就是最好的,新一代C2體系應具備自適應和動態(tài)調節(jié)的特性已逐步成為軍事學術界的共識[1～3]和實戰(zhàn)條例[4]。與任務相匹配的C2體系是其功能有效性的保障,為實現C2體系與任務的匹配,可通過引入自適應、自調節(jié)機制,增強C2體系的靈活性,以應對復雜多變的環(huán)境因素。依據C2體系創(chuàng)新需求,下面從定量分析的角度研究動態(tài)C2的機理,建立框架和模型,并設計調節(jié)律。

2 任務構成

動態(tài)C2體系依據任務特征調節(jié)自身參數,因此分析任務構成是設計動態(tài)C2體系的前提。任務構成可在任務空間中表述,考慮到C2體系的控制要素、個體對任務適應性等方面,選擇任務類型和時間壓力兩維分析任務構成。

2.1 任務類型

軍事任務的分類與劃分標準有關,在此分類目的是區(qū)分任務的復雜程度,因此涉及影響C2體系效能的任務特征、履行任務的個體因素、執(zhí)行任務的信息支持能力等方面,綜合權衡后選擇標志任務特征的三個主要因素:

· 任務變化速率。指作戰(zhàn)任務的變化跨度和階段轉換的多寡,一個任務可劃分多個階段,每個階段又可分為許多環(huán)節(jié),每個環(huán)節(jié)還可分為更細的不同操作,如果任務涉及的環(huán)節(jié)多、地域廣、行動轉換跨度大等,則任務的變化速率高,反之變化速率低。

· 對任務的熟悉程度。反映個體對任務的適應性,任務復雜性是相對的,與個體的訓練、知識和能力等有關,個體對任務越熟悉、經驗越多,則對其中的相互作用模式理解越透徹,決策權運用越有效率。

· 信息優(yōu)勢度。信息優(yōu)勢度描述關于任務的相對信息優(yōu)勢,C2體系的效能更依賴于信息的相對優(yōu)勢,這是競爭性任務特點決定的。

(1)

式中,e1為任務變化速率因素,取值為1≥e1≥0,任務的目標和環(huán)節(jié)越多,過程越復雜,e1越大,反之越小;e2為熟悉任務程度要素,取值為1≥e2≥0,個體對任務越熟悉,訓練越有素,e2越小,反之越大;e3為信息優(yōu)勢度要素,取值為1≥e3≥0,相對信息優(yōu)勢越大,e3越小,反之越大;l1,l2,l3為復雜性要素的權重因子,取值為1≥li≥0(i=1,2,3),l1+l2+l3=1,反映各復雜性要素的影響程度。

(2)

2.2 時間壓力

(3)

式中:Ta為完成任務的設定時間,由上級依作戰(zhàn)任務決定;Te為完成任務時間的期望值,取決于執(zhí)行節(jié)點的能力,是先驗參數。

(4)

當壓力指數ux大于0后,時間偏緊,小于0時,時間比較寬松。對于有最后期限的情況,設定時間應小于最后期限。

2.3 任務構成坐標系

將任務類型和時間壓力參數作為兩維構建任務構成坐標系,見圖1,任務構成劃分為四象限,每種任務依據兩維的量化值,在坐標系上占據一個點。

圖1 任務構成坐標系

3 C2體系

在考慮調控C2體系適應任務構成時,需要構建C2空間[5～7],其中的關鍵是要確定C2的可控參量,既要簡潔、可控和易于量化,又要能刻畫C2體系的本質。

3.1 C2空間坐標系

在考慮任務特征和分析C2體系可控因素后,確定C2空間的可控參量為指揮關系結構和耦合強度,定義如下:

指揮關系結構。即指揮相互作用聯系的總和,可用網絡圖來描述,指揮關系結構具有層級的多寡、環(huán)路的數量和規(guī)模大小等差別,指揮關系結構越復雜,C2功能和適應性則越強,靈活性越高。

耦合強度。描述C2體系中指揮關系的特性,包括節(jié)點之間可容許的緩沖、松馳度和緊密度等內容,耦合強度主要與指揮方法有關,涉及權力配置問題,耦合緊密的系統權力集中,指令詳盡,命令頻率高,松散的系統的權力相對分散,指令簡潔,決策權傾向現場。

以C2體系的指揮關系結構和耦合強度為狀態(tài),構成C2空間坐標系,見圖2,將各維歸一化到區(qū)間[-1,1]后構成四象限。各種不同的C2體系可看作空間中的一個點,原則上坐標系中的不同點是中性的,沒有優(yōu)劣之分,只有相對于任務的適用性。

圖2 C2空間坐標系

3.2 指揮關系結構

指揮關系結構是兵力系統中指揮關系和指揮鏈的集合,可用網絡圖的形式表示,見圖3,如果兩指揮節(jié)點之間存在指揮關系,則有指揮鏈相聯,圖中根節(jié)點為第1層指揮節(jié)點,內部節(jié)點為各層指揮節(jié)點,葉節(jié)點為執(zhí)行節(jié)點。為適應信息化戰(zhàn)爭,常采用自組織、自同步的指揮方法,因此指揮關系結構不一定能用嚴格的樹圖來描述。為反映C2體系中的“自同步”功能,引入自同步指揮鏈路概念,兩個葉節(jié)點非常規(guī)協調路徑的長度是自同步指揮鏈路長度。為反映指揮關系結構的靈活性,引入扁平度和自同步能力概念。

圖3 C2結構的網絡圖

3.2.1 扁平度

(5)

由于平均指揮鏈長度與指揮網的規(guī)模有關,并不完全反映指揮關系結構的扁平化程序,還需要作歸一化處理,以使得對指揮關系結構的描述具有可比性。引入指揮路徑長度歸一化系數k=log2(N/2),其中N是圖G的節(jié)點數,可以證明,具有N個節(jié)點的對稱樹圖的最大結構層數為k,從而指揮關系結構的扁平度可定義為

(6)

L″G的取值區(qū)間為[0,1],為方便設計調節(jié)律,將其擴展到區(qū)間[-1,1]后并倒向后得到扁平度LG為

LG=1-2L″G

(7)

式(7)描述了指揮網的相對扁平程度,數值越接近1,指揮關系結構越扁平。

3.2.2 自同步能力

(8)

Sc=2S′-1

(9)

從式(9)可見,自同步潛力越大,Sc越接近1,反之接近-1。

3.2.3 指揮關系結構的靈活性

為了用單一參數描述指揮關系結構的靈活性,引入靈活性參數sy,它由扁平度和自同步性能力綜合而成。作線性綜合,靈活性參數為

sy=g1Sc+g2Lcg1+g2=1,g1≥0,g2≥0

(10)

式中:g1為扁平度權重系數;g2為自同步性能力權重系數。

3.3 耦合強度

C2體系中節(jié)點之間的關系可以是隸屬關系、磋商關系、合作關系等,在這里用耦合強度描述這種關系的緊密程度,通常集中指揮的耦合較為緊密,分散指揮的耦合較為松散。為定量描述耦合強度,引入越級指揮深度和命令頻度的概念,越級指揮深度指直接命令延伸的平均層級數,深度越大,指揮方法更傾向于集中C2,反之傾向于分散C2。命令頻度描述下達指揮命令的頻率,頻度越高,越傾向于集中C2,反之傾向于分散C2。

3.3.1 越級指揮深度

為簡化問題,在此只考慮樹網指揮關系結構,見圖4,對其它結構形式可參照調整算法。在此定義越級指揮深度為越級指揮鏈長度和無越級時指揮鏈長度之比的平均值,即:

(11)

式(11)已進行歸一化處理,β的取值區(qū)間為[-1,1],如果沒有越級指揮,則β=-1,越級指揮情況越多,β越大。

圖4 指揮關系樹網

3.3.2 命令頻度

命令頻度描述上級對下級下達命令的速率,頻度越高,越趨向集中指揮,命令頻度用單位時間下達命令的次數來衡量。由于對不同的指揮層級,命令頻度是有差別的,首先考慮第j層指揮節(jié)點的平均命令頻度:

(12)

通過加權綜合各層節(jié)點的命令頻度后,指揮系統的命令頻度為

(13)

式中:λ′為指揮系統的綜合指揮命令頻度;aj為第j層指揮節(jié)點關于命令頻度的權重系數。

為適應后面的調節(jié)律設計,將式(13)中λ′歸一化至區(qū)間[-1,1]:

(14)

從式(14)可見,下達命令的頻率越高,命令頻度λ越接近-1,反之越近1。

3.3.3 直接評估參數

由于實際測定指揮網的越級深度和命令頻度有難度,可依據指揮方法的分類[8]直接設定,表1給出了指揮方法分類及對應的參數,這種設定是基于對指揮方法譜的線性分割,由于深度和頻度參數與軍事訓練、指揮文化、指揮員個性、條令條例等因素有關,可由統計等方法獲取,并滿足(-1≤βi≤1),(-1≤λi≤1)。

表1 越級深度和命令頻度分級和參數設定

3.3.4 耦合強度計算

越級指揮深度和命令頻度反映了耦合強度的兩個側面,需要綜合考慮,由于沒有決定性的因素,在此作線性影響效果假設,從而耦合強度sx為

sx=h1β+h2λ,h1+h2=1,h1≥0,h2≥0

(15)式中h1和h2分別為越級深度和命令頻度的權重因子。

4 動態(tài)調節(jié)

動態(tài)調節(jié)的功能是依據任務構成對C2體系進行調整,以最大限度發(fā)揮兵力系統的作戰(zhàn)效能,調整的目標是最大限度地達成C2體系與任務構成的匹配。

4.1 匹配指數

C2體系和任務構成的匹配程度是調節(jié)的依據,這里引入匹配指數概念描述匹配程度。假定任務構成坐標為(ux,uy),C2體系坐標為(sx,sy),原則上采用增加C2體系靈活性應對任務復雜性、降低C2體系的耦合強度應對任務的時間壓力方法,從而可用歐幾里得距離衡量匹配程度,即定義C2體系和任務構成的匹配指數Ge為

(16)

實際上任務結構中的兩個要素具有一定的互補性,時間壓力增加和任務復雜性增加都會增加完成任務的難度,這可引入任務難度指數Ue來描述這種互補性,采用線性模型,任務難度指數可用任務空間兩要素加權和來表示:

Ue=kxux+kyuy

(17)

式中kx、ky為加權系數,假定滿足0≤kx、ky≤1和kx+ky=1。

同樣,C2體系空間中兩要素也有一定的互補性,松散耦合反映了權力的下放,也增加了C2系統的靈活性,引入系統結構的靈活性指數Se反映這種互補性:

Se=αxsx+αysy

(18)

式中αx、αy為加權系數,并且滿足0≤αx、αy≤1和αx+αy=1。

考慮互補性因素的任務和系統的匹配指數Gc為

Gc=|Ue-Se|

=|kxux+kyuy-(αxsx+αysy)|

(19)

式(16)和式(19)描述C2體系和任務構成的匹配程度,可以利用這個指標值調節(jié)兵力系統中的C2功能。

4.2 調節(jié)方法

調節(jié)方法是根據體系和任務的匹配指數Gc(Ge)進行,設定閾值hG,當Gc(Ge)≥hG時,對C2體系中的結構和方法進行適當調整,否則不作調整。調整的參數包括:

1) 調整指揮關系結構參數:增減指揮層級,增刪自同步鏈路。

2) 調整指揮方法參數:在集中指揮和分散指揮之間調整,從而改變越級深度和命令頻度。

5 結語

通過調整C2體系以適用任務特征的思路和實踐或多或少見諸于現實的一些軍事行動特例中,但只停留在定性理解和樸素的實踐階段,動態(tài)C2體系概念的提出、建模和定量分析是開發(fā)未來C2體系的有益嘗試,方法和結論是首創(chuàng),但模型的粒度、可操作性等方面仍需有改進和完善。對模型進行仿真分析、確定各參數調整的閾值是進一步研究的內容。

[1] David S. Alberts, Richard E. Hayes. Understanding Command and Control[M]. Washington, DC: CCRP,2006.

[2] Keith G Stewart. The Evolution of Command Approach[C]//15th ICCRTS, Santa Monica, CA,2010.

[3] Philip S. E. Farrell, Ph. D., David Connell. Organizational Agility[C]//15th ICCRTS, Santa Monica, CA,2010.

[4] FM6-0. Mission Command[S]. Washington, DC: Headquarters, Department of the Army,2011.

[5] Keith G Stewart. Mission Command in the Networked Era[C]//11th ICCRTS, Toronto, CANADA,2006.

[6] NATO Research Task Group, SAS-065. NATO NEC C2 Maturity Model[M]. Washington, DC, CCRP,2006:29-41.

[7] David S. Alberts. Agiligy, Focus, and Convergence: The Future of Command and Control[M]. THE INTERNATIONAL C2 JOURNAL Vol. 1,Number 1,2007:8-11.

[8] 李敏勇.信息戰(zhàn)與指揮控制[M].海軍工程大學出版,2004:24-25.

Research on Dynamic Command and Control Systems

QIN Haijun LI Minyong

(College of Electronic Engineering ,Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

Because of the relative stability of command control(C2) system in forces and the diversity, complexity of its facing tasks both are often in the states that do not match. The matching states decide the efficacy to complete the given task for forcessystem, it is necessary to resolve the contradiction for innovation in C2. Aiming at reasons for non-matching, the concept of dynamic C2 systems is put forward, a dynamic regulate law is designed on the basis of that C2 space and task space is constituted. The ideas and research methods develop fresh ways to build a new C2 system. The conclusion have both theoretical and apply value for C2 system design and combat system performance analysis.

C2 system, self-synchronous, command method, dynamic regulation

2014年7月5日,

2014年8月23日

秦海軍,男,碩士研究生,研究方向:信息作戰(zhàn)指揮。李敏勇,男,博士,副教授,碩士生導師,研究方向:信息作戰(zhàn)指揮。

E0-03

10.3969/j.issn1672-9730.2015.01.001