面向自動仿真實驗的作戰方案數據化研究

彭 勇

(石家莊機械化步兵學院教研部， 河北 石家莊 050083)

面向自動仿真實驗的作戰方案數據化研究

彭 勇

(石家莊機械化步兵學院教研部， 河北 石家莊 050083)

對作戰方案數據化的概念進行了界定，對作戰方案數據化的要求進行了探討，提出了指導作戰方案數據化的作戰實體、預想情況、作戰任務、作戰行動、作戰條件(Entities，Predicted Situations，Tasks，Actions，Conditions，EPSTAC)方法，并對作戰方案數據化的過程進行了設計。最后，對作戰方案數據化理論的有效性進行了實驗驗證，結果表明：該理論較好地滿足了實驗需求。

自動仿真實驗； 作戰方案； 數據化

作戰方案是一種基于自然語言，主要采用文字、圖表等形式進行表述的作戰文書。對于作戰方案自動仿真實驗，由于其仿真運行的整個過程全部由計算機程序自動完成對方案數據的解析、計算等操作，因此作戰文書式作戰方案難以滿足仿真實驗自動仿真運行需求。作戰方案數據化是指按照仿真實驗自動仿真需求對作戰方案進行抽象、表示和處理，使之成為計算機可識別的結構化、格式化和精確化方案數據的活動過程。將作戰文書式作戰方案向符合自動仿真需求的方案數據轉化，已經成為自動仿真實驗必須解決的首要問題。為此，筆者提出采用作戰實體、預想情況、作戰任務、作戰行動、作戰條件(Entities,Predicted Situations, Tasks,Actions,Conditions,EPSTAC)方法指導作戰方案數據化，為仿真實驗自動仿真運行提供理論支持。

1 自動仿真對方案數據化的要求

1.1 方案數據的粒度應與仿真實體模型的粒度相匹配

數據粒度，即數據分辨率，指對數據描述的詳略程度和精確程度。只有方案數據的粒度與仿真環境中仿真實體模型的粒度相匹配，才能方便仿真實體模型對方案數據的訪問、調用和處理。根據方案數據的種類，方案數據粒度可細分為作戰實體粒度、作戰任務粒度和作戰行動粒度。

1)作戰實體粒度，即作戰實體的分辨精度，一般用來描述作戰實體可識別的最小單位。在仿真實驗中，如果需模擬的最小作戰單位為連級，則方案中對作戰實體的描述精度和仿真環境中仿真實體模型的粒度也需到連級，只有這樣，在方案仿真過程中各級作戰實體才能找到相應的仿真實體模型，并與之建立相應的仿真映射關系。

2)作戰任務粒度，即作戰任務的描述精度。作戰系統的總體作戰任務是通過所有最小粒度作戰實體的協同動作來完成的，因此作戰任務的最小粒度應與作戰實體及仿真實體模型的最小粒度保持一致。如：坦克兵的最小粒度為連級，則坦克兵作戰任務應細化到連級，只有這樣，在仿真運行時連級坦克兵實體模型才有匹配的作戰任務可以執行。

3)作戰行動粒度，即作戰行動的描述精度。作戰實體擔負的作戰任務需通過一系列的作戰行動來完成，有什么級別的作戰任務，就有什么級別的作戰行動，因此作戰行動的粒度應與作戰任務的粒度保持一致，同樣也應與作戰實體和作戰仿真實體模型的粒度保持一致。1.2 方案數據應具有結構化、格式化和精確化等特征

結構化是指幾項數據按照一定結構組合后應該能夠表達具體明確的方案內容，如：“作戰實體名稱+編成+配置”可以明確表達作戰實體的編成及部署情況。格式化是指每項數據都應有嚴格的格式規范和數據約束，以確保數據在運算和使用過程中具有較強的一致性，如：地點類數據統一按高斯坐標表示，時刻型數據統一按“年-月-日 時：分”格式表示等。精確化是指數據的表述不能出現模棱兩可的現象，必須用精確的數值、時刻等來表述地點坐標、兵力規模和作戰時間等。在自動仿真實驗的整個仿真運行過程中，所有的數據處理過程全部由計算機程序自動完成，計算機程序對參與計算的數據在結構、格式和精確性上有明確的要求，因此通過數據化得到的方案數據只有具有結構化、格式化和精確化的特征，才能驅動計算機程序自動運行。1.3 方案數據應能被準確、不失真地加載到仿真環境

在仿真初始化時，仿真環境需對方案數據進行初始加載，對仿真環境中各種仿真模型進行初始賦值，形成初始仿真態勢。隨著仿真時鐘的推進，在仿真引擎的控制下，方案數據被不斷加載到仿真環境中，映射為仿真模型的運行規則、參數和約束條件等，驅動仿真模型運行，產生作戰行動過程，推動仿真自動、連續運行。因此，方案數據能夠被加載到仿真環境中是對方案數據化工作的必然要求，而且還要準確、不失真地加載。只有這樣，仿真實驗產生的實驗結果才是可信的。

2 方案數據化的EPSTAC方法

2.1 EPSTAC方法的提出

為保證方案數據化生成的方案數據能夠滿足仿真實驗的自動仿真需求，自動仿真實驗需要有一套切實可行的方法來指導作戰方案數據化的進行。目前，大部分仿真實驗系統采用面向對象(實體)的方法進行設計和開發，仿真實驗系統中的大部分對象類和實例與作戰方案中的作戰實體具有天然的對應關系[1]。如果采用面向實體的方法對作戰方案進行數據化，則很容易得到仿真模型直接訪問和使用的數據。因此，作戰方案的數據化可以抓住作戰實體這個核心要素，并通過分析作戰實體與其他要素之間的關系來確定需要數據化的內容。

基于上述分析，借鑒系統論、面向對象思想，實體、行動、任務、交互(Entities，Actions，Tasks，Interactions，EATI)方法[2-4]，以及實體、行為、交互(Entity，Behavior，Interaction，EBI)方法[5]，筆者提出了EPSTAC方法，用于指導作戰方案的數據化，為仿真實驗自動仿真提供所需的數據。EPSTAC方法中的5個要素是仿真實驗自動仿真必需的5類方案數據，它們以作戰實體為核心相互關聯，既能較好地反映出作戰方案的宏觀性、整體性、預想性和關聯性等特點，又能滿足仿真實驗自動仿真需求，其中，“預想情況”要素地位和作用非常重要，在仿真實驗中起著控制指揮實體作出決策和行動處置的重要作用。

2.2 EPSTAC方法的各要素內涵

2.2.1 作戰實體

作戰實體(Entities，E)是作戰方案的核心要素，是構成仿真戰場空間的基本單元，是所有作戰行動的指揮者或執行者。作戰實體在作戰方案中可以分為指揮實體和行動實體2大類，但都可以從靜態屬性和動態屬性2個方面進行描述[6]。靜態屬性主要描述固定不變的信息，如作戰實體的名稱、所屬兵種和級別等；動態屬性主要描述經常發生變化的信息，如作戰實體的運動屬性、空間屬性和任務屬性等。這些屬性在某一時刻的具體數值將表征作戰實體的狀態，如作戰實體在某一時刻的作戰部署情況。所有作戰實體在某一時刻的狀態將構成作戰系統的狀態空間，形成某一時刻的戰場態勢，戰場態勢將影響指揮實體的決策和行動實體的作戰行動。對作戰實體的屬性進行數據化，將有利于對戰場態勢數據的采集，便于指揮實體進行態勢判斷和行動決策。因此，作戰方案中的作戰實體是需要數據化的關鍵內容。

2.2.2 預想情況

預想情況(Predicted Situations，PS)是對作戰過程中可能出現的某種戰場態勢進行的設想。作戰過程充滿隨機性和蓋然性，隨時會出現一些不確定性的情形或態勢。只有在作戰方案中對這些情形或態勢進行充分的預想并給出明確行動對策(行動方案)，在作戰方案仿真過程中當該情形或態勢達成時才能有相應的對策可以執行。預想情況及行動方案是作戰方案的核心組成部分，體現了指揮員的指揮藝術和指揮謀略。在作戰方案仿真過程中，當戰場態勢與預想情況一致時，該預想情況被激活，同時觸發圍繞該預想情況提前制定的行動對策(行動方案)，下發所屬部隊執行。由此可見：預想情況是觸發指揮實體進行指揮決策和行動實體執行作戰行動的總開關，在作戰方案仿真實驗中發揮著重要作用。因此，作戰方案中的預想情況是需要數據化的關鍵內容。

2.2.3 作戰任務

作戰任務(Tasks，T)是帶有明確作戰意圖和作戰目的的行動過程[7]，是作戰編組采取相應作戰行動的直接驅動。在作戰方案仿真實驗中，針對某一預想情況制定的某一作戰行動方案，其包含著為完成同一個作戰目標，具有協同關系的作戰實體各自所擔負的具體作戰任務。作戰任務的內容將會影響作戰實體執行的作戰行動以及執行效果，進而影響作戰結果。因此，作戰方案中的作戰任務是需要數據化的關鍵內容，也是控制作戰實體采取作戰行動的驅動源。

2.2.4 作戰行動

在作戰方案仿真實驗中，作戰實體擔負的作戰任務將會驅動作戰實體執行一系列的作戰行動(Actions，A)。作戰實體的作戰行動將會導致執行實體與作用實體(目標實體)狀態的變化，從而驅動戰場態勢的變化和作戰進程的動態演進。戰場態勢的變化又將可能給作戰實體帶來新的作戰任務，周而復始地推進戰場態勢的變化和作戰進程的動態演進，直至仿真活動結束。在作戰方案仿真實驗中，作戰行動的驅動數據是由作戰任務經過分解、細化而來的，是產生作戰行動過程和效果的數據源。制定明確的作戰行動參數模板，將作戰任務參數映射為行動參數，將是作戰方案數據化的關鍵內容。

2.2.5 作戰條件

作戰仿真的順利進行離不開包括戰場環境、敵情、我情在內的作戰條件(Conditions，C)的支持和制約。戰場環境中的地形、天候、電磁、工事、障礙物、雷場等所包含的信息只有進行數據化，才能計算其對作戰行動過程和效果的影響；敵情在仿真過程中將成為敵方作戰部署和作戰行動的數據來源，只有對其進行數據化，才能支持作戰方案的仿真；我情是指本級的上級部隊的有關情況，其規定了本級的作戰任務、作戰范圍和作戰力量編配等，是本級部隊實施作戰行動的約束條件，因此也需對其進行數據化。

2.3 EPSTAC方法的各要素關系

EPSTAC方法的各要素之間關系如圖1所示。各類數據并不是孤立存在的，它們之間形成了一個以作戰實體數據為核心，各類數據之間相互影響和制約的有機整體。

圖1 EPSTAC方法各要素之間關系

作戰條件數據對其他4類數據均具有影響和制約作用。它是作戰實體進行編組和任務區分的依據，是情況預想時需要考慮的約束條件，是行動效果好壞的影響因素。

作戰實體數據對預想情況、作戰任務和作戰行動3類數據均具有影響和制約作用。作戰實體數據不僅影響作戰實體擁有的作戰能力和可以承擔的作戰任務以及執行的作戰行動，還影響指揮員在制定方案時對預想情況的設計和處置。

預想情況數據對作戰任務數據具有影響和制約作用。每一種預想情況都有相應的處置，即圍繞預想情況都有明確的作戰行動方案，作戰行動方案中包含了各個作戰編組擔負的具體作戰任務。

作戰任務數據對作戰行動數據具有影響和制約作用。作戰實體擔負的作戰任務決定了其應該采取的作戰行動種類，并通過一系列作戰行動的有序執行來完成。

3 作戰方案數據化的過程

作戰方案的數據化是一個活動過程，它包含對作戰方案進行數據建模、設計數據錄入工具、錄入作戰方案數據以及生成方案數據庫(或數據文件)等環節，如圖2所示。

圖2 作戰方案數據化的過程

3.1 數據建模

數據建模，即通過對作戰方案進行抽象、描述和處理，建立起計算機能夠識別、處理和存儲的，具有一定數據結構和約束關系的數據庫(或數據文件)的活動過程[8]。數據建模的目的為：1)為方案數據的錄入提供規范和標準的數據結構；2)為仿真環境提供規范的數據支持，以滿足仿真環境對方案數據進行加載和處理的要求。由此可知：數據建模是溝通作戰方案和仿真運行的橋梁。

本文采用基于EPSTAC方法的“三階段”方案數據建模過程框架(如圖3所示)來建立數據模型，實現從作戰方案內容到概念模型、邏輯模型、數據模型的逐層轉化，最終為仿真實驗所用。

在概念模型建立階段，對作戰實體、預想情況、作戰任務、作戰行動和作戰條件進行抽象，利用格式化的文字、圖表等形式對其進行格式化描述[9]，為實現方案各要素從格式化描述向邏輯描述的轉化提供依據。

在邏輯模型建立階段，利用UML對方案各要素進行邏輯描述。依據格式化描述文檔資料，按照格式化描述向邏輯描述的映射規則，利用UML類圖、狀態圖、活動圖和交互圖等實現方案各要素從格式化描述向邏輯描述的轉化。該階段產生的UML類圖、狀態圖、活動圖和交互圖等既可作為方案各要素從邏輯描述向數據描述轉化的中間視圖，也可作為仿真程序開發的技術視圖[10]。

圖3 基于EPSTAC方法的“三階段”方案數據建模過程框架

在數據模型建立階段，依據邏輯描述產生的UML類圖、狀態圖、活動圖和交互圖等，利用映射規則實現方案各要素從邏輯描述向數據描述的轉化，生成關系型數據庫、數據表或XML數據文件。

3.2 設計方案數據錄入工具

作戰方案數據化的最終目的是將作戰方案數據錄入到仿真實驗系統中，驅動方案的自動仿真。因此，設計方案數據錄入工具是輔助軍事人員完成作戰方案數據錄入的必要前提。在設計方案數據錄入工具時，應按照數據建模中對數據類型、格式、結構等的約定來設計人機交互界面，保證錄入的作戰方案數據能夠存入數據建模所設計的數據庫或數據文件中。

所設計的方案數據錄入工具需滿足以下要求：1)便于軍事人員理解其錄入數據的含義和數據之間的關系；2)支持不同類型數據錄入的需求；3)錄入操作簡單易行；4)錄入界面美觀大方。

方案數據的錄入，一般可采用文本式錄入、表格式錄入和地圖注記式錄入等方式[11]，具體如下：

1)文本式錄入。即通過制定一定的語法規則，將相關數據基元串聯為一份具有完整語義的語句，并按照統一規范的格式顯示為一份完整的文書。以作戰實體的機動攻擊任務為例：[實體名稱]擔負機動攻擊任務，于[時刻]開始沿[路線點1]、[路線點2]、[路線點3]路線機動，在[地點1]位置展開，向[地點2]地點之敵發起攻擊。在這份文書中，表述方法是固定的，其中“[]”內為需要填入的關鍵數據。這些關鍵數據在編輯完成后就可以作為作戰實體的機動攻擊任務保存到相應數據庫或數據文件中，供仿真時使用。

2)表格式錄入。即將關鍵數據以表格方式顯示，表格的結構與數據庫中相應數據表或數據文件的結構相同，數據值在編輯完成后存入相應數據庫的數據表或數據文件之中。

3)地圖注記式錄入。即在數字地圖上以軍標符號和圖形的方式直接錄入方案數據，如錄入各作戰編組的作戰配置地域、機動路線和作戰目標等。

3.3 錄入方案數據，得到數據庫或數據文件

在方案數據錄入工具和數據模型的支持下，完成對作戰方案數據的錄入，并將數據存入數據庫或數據文件中。在仿真時，由仿真實驗系統或仿真模型按照仿真實驗自動仿真的要求，完成數據的加載、調用和更新等操作。

4 可行性驗證

圖4 作戰實體數據錄入的部分界面

圖5 作戰任務數據錄入的部分界面

筆者采用EPSTAC方法，按照作戰方案數據化過程，對戰術級別的陸軍合同戰斗方案數據化進行了研究，將作戰實體仿真粒度確定為連級(個別為排級)，分別建立了不同類型作戰實體、預想情況、作戰任務、作戰行動及作戰條件的概念模型、邏輯模型和數據模型，并開發了陸軍合同戰斗仿真實驗系統。仿真實驗系統提供的作戰實體、作戰任務數據錄入的部分界面分別如圖4、5所示。以陣地攻防戰斗作戰想定為背景，在擬制了多個合同戰斗方案的基礎上，對EPSTAC方法和作戰方案數據化過程進行了可行性驗證。首先，使用方案數據錄入工具對方案數據的錄入過程進行測試，通過多次測試和完善，實現了作戰方案的一次性整體錄入；其次，啟動實驗系統的仿真運行，對方案數據的加載、運算、存儲等過程進行測試，經過多次修改和完善，實現了系統無需人工指令干預即可順利完成自動仿真的目的，從而驗證了EPSTAC方法和作戰方案數據化過程的可行性和有效性。

5 結論

作戰方案數據化是一項細致且繁重的系統性工作，任何一項數據設計不合理或不科學均可能影響仿真實驗的自動運行。EPSTAC方法和作戰方案數據化過程僅是從宏觀上為作戰方案的數據化提供方法指導，具體到某一作戰規模或作戰兵種的作戰方案數據化還需進行深入的細化研究，根據相應的仿真需求，明確仿真粒度，并分別建立不同類型作戰實體、預想情況、作戰任務、作戰行動及作戰條件的概念模型、邏輯模型和數據模型，以及開發相應的方案數據錄入工具等。

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(責任編輯: 尚彩娟)

Research on Operational Plan Datamation of Automatic Simulation Experiment

PENG Yong

(Department of Teaching Research, Shijiazhuang Mechanized Infantry Academy, Shijiazhuang 050083, China)

The author makes clear the concept of operational plan datamation, discusses the demand of operational plan datamation, puts forward the guiding operational plan datamation method of Entities, Predicted Situations, Tasks, Actions, Conditions (EPSTAC), and designs the process of operational plan datamation. Finally, the availability of operational plan datamation theory is verified by automatic simulation experiment, and the result shows that the operational plan datamation well satisfies the experimental requirements.

automatic simulation experiment; operational plan; datamation

2016-10-17

彭 勇(1976-)，男，講師，博士。

TP391.9

：ADOI：10.3969/j.issn.1672-1497.2016.06.018

1672-1497(2016)06-0095-05