車輛裝備保障模擬訓練系統研究

陳祥斌，史 蕓，劉亞東，李 超

(1.軍事交通學院 裝備保障系，天津300161;2.軍事交通學院 汽車指揮系，天津300161)

軍事模擬訓練系統就是利用先進的計算機模擬仿真技術對未來各種作戰環境進行模擬，在模擬的作戰環境中進行訓練，輔助進行戰法、訓法研究和作戰指揮輔助決策的研究［1］。軍事模擬訓練系統作為部隊信息化建設的重要部分越來越受到各國的重視，應用模擬訓練系統進行軍事訓練，是部隊進行軍事訓練的重要形式，也是適應未來高技術條件下作戰的一種重要的訓練手段，對提高部隊軍事訓練的質量效益具有重要作用。

車輛裝備作為我軍編配數量最大、分布最廣泛、動用最頻繁的大型裝備，長期以來由于受裝備數量、訓練場地、訓練環境等因素的制約，利用實裝進行訓練的傳統訓練方法，難以達到預期的作戰訓練目的和要求。模擬訓練的出現在很大程度上彌補了實裝訓練存在的不足，特別是利用現代仿真技術，開發模擬訓練器材和軟件平臺，在軍地裝備維修技能培訓和指揮人才培養方面都取得了良好的效果。目前，我軍車輛裝備保障模擬訓練器材和軟件平臺開發還遠落后于地方和軍隊通用裝備其他專業。因此，研究車輛裝備保障模擬訓練系統，形成符合我軍車輛裝備保障訓練體制編制與部隊實際的總體規劃，對推動我軍車輛裝備保障模擬訓練器材和軟件開發、促進模擬訓練的全面展開，具有十分重要的現實意義。

1 模擬訓練系統的發展與現狀

1.1 外軍發展與現狀

20 世紀后期，世界主要軍事強國在軍事訓練領域中大力開展模擬化訓練，其本質核心就是運用以計算機為基礎的現代模擬技術實現軍事訓練的躍升。20 世紀80 年代初期，美軍就開始利用模擬技術進行模擬訓練;20 世紀90 年代，美軍成立了美軍國家模擬中心，專門負責研制、開發、管理模擬訓練系統，用以支持美軍的模擬訓練，特別是虛擬現實技術和分布交互仿真技術的應用，極大地推動了美軍計算機模擬訓練的廣泛應用［2］;目前，美軍的模擬訓練系統已經在院校教學、武器裝備操作訓練、復雜專業技術訓練、指揮決策訓練、戰役戰術訓練乃至戰略訓練得到全面普及［3］。

1.2 我軍的發展與現狀

在學習、借鑒外軍先進經驗的基礎上，結合我軍特點研制了一批應用于不同層次、不同軍兵種的指揮模擬訓練系統，形成了適合我軍實際的指揮模擬訓練系統的模型設計規范和統一的數據交互標準，實現了指揮模擬訓練演習場地的遠程異地開設和同步模擬，使作戰指揮模擬訓練從過去單一軍兵種訓練發展為多軍兵種聯合訓練，為我軍指揮模擬訓練器材走向實用化邁出堅實的一步。在裝備保障領域中，裝甲專業已經建立了較為完整的模擬訓練與仿真體系，在教學訓練中發揮了重要的作用。同時，也應看到我軍目前的模擬訓練系統多數是面向戰術層次開發的，由于缺乏頂層規劃，難以發揮綜合效力，還存在與各級自動化作戰指揮系統缺乏聯系的問題。

2 模擬訓練系統總體設計

2.1 總體框架

從總體框架上考慮，車輛裝備保障模擬訓練系統主要由仿真中心、保障模擬訓練中心、虛擬戰場3 部分組成(如圖1 所示)。

圖1 車輛裝備保障模擬訓練系統總體結構示意

其中，仿真中心負責整個推演模擬訓練系統 的導調監控、指揮調度、命令下達、組織協調、考核評估;保障模擬訓練中心負責車輛裝備保障模擬訓練，并將模擬訓練情況向仿真中心匯報;虛擬戰場主要負責生成虛擬戰場環境和進行戰場態勢顯示，構造保障訓練過程中不同的虛擬環境。

2.2 邏輯結構

車輛裝備保障模擬訓練系統從邏輯結構上可分為人員組織層、功能層和資源服務層(如圖2 所示)。人員組織層由車輛裝備保障指揮機關、部(分)隊人員、相關人員及終端構成，終端實際上是一種計算機用戶環境;功能層為用戶提供各種車輛裝備保障指揮模擬訓練功能;資源及服務層由車輛裝備保障模擬訓練總控系統和各種數據庫、模型庫、知識庫，以及各種公共服務平臺、仿真系統協調程序等組成。

圖2 車輛裝備保障模擬訓練系統邏輯體系結構

2.3 模塊設計

車輛裝備保障模擬訓練系統模塊主要包括導調監控子系統、指揮作業子系統、戰場環境仿真子系統、輔助決策子系統以及輔助功能模塊等(如圖3 所示)。

(1)導控想定子系統。該子系統主要實現訓練想定的生成、運行過程的自動運算求解、訓練過程的人為干預、訓練過程數據的跟蹤記錄及態勢的顯示等。主要用于導調監控人員對訓練課目、訓練條件、訓練過程的控制與監視，記錄運行過程與結果數據。過程數據可用于訓練的再現，以及訓練方式、訓練過程出現問題的仿真研究。

(2)指揮作業子系統。該子系統由受訓人員操控，實現車輛裝備保障指揮受訓人員的訓練，主要包括指揮控制、文電傳輸、作業支持、信息查詢等功能模塊。該子系統接收導調系統的訓練課目，需要戰場環境子系統的支持，還可采用輔助決策子系統幫助完成訓練課目，同時還可用于車輛裝備保障指揮的研究。

(3)戰場環境仿真子系統。該子系統為指揮作業子系統提供虛擬的二維或三維戰場環境，主要具有戰場環境、三維標繪及態勢實時顯示等功能。考慮到車輛裝備保障任務的多樣性，需要建立各種作戰環境的地理、天候、人文等數據庫，以滿足多樣化軍事任務條件下車輛裝備保障指揮訓練的需求。

(4)輔助決策子系統。該子系統主要由決策支持知識庫、決策支持模型庫、保障信息資源數據等模塊構成。主要用來協助受訓人員(車輛裝備保障部(分)隊指揮員角色)分析判斷情況、擬制保障計劃和制訂保障方案。系統以人工智能、軍事運籌學和信息處理技術為工具，以數據庫、專家系統和數學模型為基礎，通過計算、推理和仿真等手段輔助受訓人員擬制保障計劃，制訂保障方案。通過輔助決策，可對各種保障方案進行比較，篩選 出較為科學合理的方案。

圖3 車輛裝備保障模擬訓練系統模塊設計示意

(5)系統輔助功能。該系統主要完成系統管理、維護、數據安全與備份，是保證系統正常運行的輔助功能，是保證系統實現功能拓展與更新的必須功能，也是進行車輛裝備保障仿真研究的必備功能。

2.4 運行過程

車輛裝備保障模擬訓練系統的運行過程可劃分為準備、模擬和分析3 個階段(如圖4 所示)。

圖4 車輛裝備保障模擬訓練系統運行過程示意

(1)準備階段。主要完成:①根據訓練的任務與目標，按照模擬系統功能結構，選取合適構件完成系統的組裝;②利用系統提供的工具完成訓練想定的開發與數據準備。

(2)模擬階段。主要完成:①根據訓練想定生成訓練環境;②想定系統依據想定為受訓人員出情況;③受訓人員分析判斷情況，利用作業系統展開作業，并將作業結果輸入模擬系統;④輔助決策系統接收指令，調度相關模型，完成相關活動模擬，并將系統運行結果反饋給受訓人員，重復③的動作;⑤導控系統完成模擬數據收集，記錄模擬訓練過程，監控模擬訓練狀態，根據訓練需要發出干預指令，重復②的動作，或直接干預模型運行，重復④的動作;⑥環境仿真系統和其他輔助系統為整個模擬訓練過程提供軟硬件技術支持。如此反復進行，直至達到訓練目標，結束模擬訓練。

(3)分析階段。主要是根據模擬階段收集的數據、記錄的過程對整個訓練過程進行分析。分析結果的主要用途:①檢驗、評估模擬訓練效果，驗證、探討模擬訓練理論;②形成訓練模擬歷史數據，可用于模擬重演和指導下一次的訓練模擬;③發現訓練模擬中存在的問題，為車輛裝備保障模擬訓練系統的完善提供依據。

3 模擬訓練系統的關鍵技術

3.1 體系結構以及標準、規范技術

為了建立一個規范且開放的典型系統，使其適用各層次訓練，應借鑒國外在分布交互仿真系統中的先進經驗，采用分布交互仿真高層體系結構(HLA)及其信息交換和運行管理機制。在HLA框架下，成員通過RTI 構成一個開放性的分布式作戰模擬訓練系統，整個系統具有可擴充性，其中成員可以是真實仿真系統、構造或虛擬仿真系統以及一些輔助性的仿真應用，使訓練系統符合通用化、系列化、組合化要求［4］。在系統組成方面，以分布交互仿真系統的標準和規范為基礎，構建滿足車輛裝備保障訓練需求的應用標準和規范，以提高模擬訓練系統的標準規范性。

3.2 建模仿真技術

仿真模型及其建模方法是研制訓練系統的基礎，其本質是利用建模工具和預定義的接口協議進行有機合作的共同建模過程，明確建模各個階段的內容以及相互之間的轉化方法，把軍事概念模型與程序模型緊密地聯系在一起，建立模型與程序之間的映射機制，實現軍事概念模型與程序代碼之間的轉化。車輛裝備保障模擬訓練系統中涉及的模型非常多，包括指揮中心(所)模型、實體模型、環境模型、傳感器模型、作戰模型、裝備模型、數據處理和效能評估模型等。為保證模型的準確性，提高仿真模型的開發效率，應首先對各種模型的機理進行研究分析，然后借助于目前成熟的建模工具來完成各類仿真模型的建立。同時，隨著裝備保障理論的不斷創新，仿真模型內容必須隨之不斷變化才能與客觀實際相符。因此，可利用模型模板引導工具將填寫好的模板引入一體化建模平臺，當新的仿真應用需要已有的模型加入時，只需針對新的仿真平臺開發一套模型程序映射關系即可，從而實現模型的可重用。

3.3 數據庫建模技術

為了實現模擬訓練系統的數據共享和管理，模擬訓練系統中應構建相應的數據存儲庫，如地理目標數據庫、裝備性能數據庫、戰斗編成數據庫、戰斗想定數據庫、作戰計劃數據庫和各種模型數據庫等;同時，還要保存仿真方案、仿真日志和保存記錄等管理信息。因此，為發揮各類數據在模擬訓練中的作用，實現數據建設與模型建設的互動發展，確保各類數據實用、管用、可靠，必須構建科學合理的系統數據庫，從而形成完備實用的數據工程體系，為車輛裝備保障模擬訓練系統研發提供必要的基礎條件。

3.4 戰場環境視景顯示技術

綜合戰場態勢顯示主要為參訓人員提供近似實戰的綜合戰場顯示效果，要能根據實際需要進行二三維態勢顯示切換。三維態勢顯示主要基于多分辨率戰場地形顯示基礎，準確運用模擬訓練的實時態勢數據，全面、清晰、形象直觀地顯示戰場綜合態勢。將車輛裝備保障訓練的動態變化過程和結果數據以及所處的多維戰場空間環境，以環境特征、抽象符號、三維模型、戰斗特效、文字和圖表的方式綜合顯示，在本地進行計算處理后將結果數據顯示在本地屏幕上，全面、準確地展示模擬訓練過程中的局部細節及整體態勢。三維態勢顯示功能可作為獨立軟件嵌入模擬訓練環境仿真系統中，實時獲得實體對象與交換對象信息，在訓練模擬系統的支撐運行控制下，實現模擬訓練運行過程的同步顯示。

3.5 訓練效果評估技術

車輛裝備保障模擬訓練系統，其重要作用就是通過系統對訓練效果進行客觀公正的評估。訓練效果評估應根據模擬訓練對象和內容，從模擬結果數據的深層次入手，以長期積累的模擬訓練數據為基礎，將模型背后的數據關系加以理論提煉，通過典型化、數理化與模型化的數學提煉，在數學層面展開模擬訓練數據的關聯性研究，間接展開模型檢驗方法的應用研究，用于檢驗衡量仿真模型和仿真數據的可靠性，揭示模擬訓練反映的部分隱形規律。同時，系統需要提供輸出結果生成與分析工具，由導控分析人員來分析模擬系統所輸出的評估結果。

4 結 語

車輛裝備保障模擬訓練系統作為作戰模擬技術在裝備保障中的應用，將為受訓者提供一個逼真的訓練環境和指揮作業平臺，既可達到訓練目的，又可在平時演練戰時，而且經濟效益好。同時，車輛裝備保障模擬訓練系統的開發也是一項復雜的系統工程，涉及領域廣、技術難題多。本文圍繞模擬系統的總體框架、邏輯結構、功能模塊、運行過程以及關鍵技術進行了先期的研究，初步建立了車輛裝備保障模擬訓練系統的理論框架，為下一步我軍車輛裝備保障模擬訓練系統的開發與運用提供了理論支撐。

［1］ 周曉宇.軍事訓練研究［M］. 北京:國防大學出版社，2014:122-123.

［2］ 梁志平，唐川.美軍模擬訓練經驗淺析［J］. 外國軍事學術，2010(12):70-71.

［3］ 吳敏文，孟詳春. 美軍模擬訓練發展研究［J］. 外國軍事學術，2005(1):48-51.

［4］ 李軻，楊金展，許慶峰，等.基于虛擬現實技術的軍用車輛維護仿真訓練系統研究［J］. 軍事交通學院學報，2013，15(9):39-42.