基于目標(biāo)態(tài)勢的陸戰(zhàn)場情況分析判斷技術(shù)

杜思良,韓 東

(中國電子科技集團公司第二十八研究所,江蘇 南京 210007)

現(xiàn)代戰(zhàn)爭敵我雙方力量構(gòu)成更加多元,多維遠(yuǎn)程打擊手段日益豐富,戰(zhàn)場從傳統(tǒng)物理空間向新型空間拓展,各作戰(zhàn)要素的網(wǎng)絡(luò)鏈接日益緊密,都對指揮決策人員快速研判戰(zhàn)場態(tài)勢帶來了挑戰(zhàn)。然而,目前指揮信息系統(tǒng)對戰(zhàn)場態(tài)勢的分析大都停留在客觀數(shù)據(jù)層,欠缺對戰(zhàn)場目標(biāo)的體系性關(guān)聯(lián)分析和敵目標(biāo)動向預(yù)測的能力,有“態(tài)”無“勢”的現(xiàn)狀嚴(yán)重制約了指揮員科學(xué)的決策與指揮[1]。當(dāng)前以深度強化學(xué)習(xí)、類腦計算、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、智能體等為代表的智能技術(shù)的快速發(fā)展[2],為解決戰(zhàn)場態(tài)勢作戰(zhàn)體系建模,保證模型演變規(guī)律與真實戰(zhàn)場態(tài)勢演變趨勢的一致性等難點問題,創(chuàng)造了成熟的技術(shù)條件,提升陸戰(zhàn)場態(tài)勢的研判與預(yù)測能力,從而便于指揮人員全面、深刻地感知戰(zhàn)場全局。

1 分析判斷流程

分析判斷情況作為戰(zhàn)術(shù)作業(yè)流程的第一步,是后續(xù)進行任務(wù)規(guī)劃、戰(zhàn)斗實施的基礎(chǔ),重點完成理解戰(zhàn)斗任務(wù),分析敵情、我情、戰(zhàn)場環(huán)境,形成情況分析判斷結(jié)論等步驟,指揮員通常需要圍繞戰(zhàn)場目標(biāo)態(tài)勢開展工作,結(jié)合指揮信息系統(tǒng)構(gòu)建和技術(shù)實現(xiàn),分析判斷的內(nèi)容和流程如圖1所示。

為支撐指揮人員實現(xiàn)對敵情、我情、戰(zhàn)場環(huán)境的自動化分析研判,本文重點圍繞目標(biāo)價值分析、作戰(zhàn)重心分析、敵我作戰(zhàn)能力分析及戰(zhàn)場態(tài)勢預(yù)測等內(nèi)容,研究突破其中涉及的核心技術(shù)。

2 關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)途徑

2.1 基于關(guān)聯(lián)性分析的目標(biāo)價值分析技術(shù)

目標(biāo)價值分析通過建立、分析目標(biāo)體系,依托大數(shù)據(jù)多情報源提供的目標(biāo)基本屬性、作戰(zhàn)地位、關(guān)聯(lián)關(guān)系等信息,結(jié)合上級作戰(zhàn)任務(wù)要求,分析目標(biāo)體系效能和摧毀影響域,最終確定影響作戰(zhàn)任務(wù)達(dá)成的關(guān)鍵目標(biāo),即重點打擊目標(biāo)。

1)目標(biāo)體系建立

上級作戰(zhàn)任務(wù)要求是目標(biāo)分析的主要輸入,對整個目標(biāo)分析過程都起到約束作用。如果上級明確了重點打擊目標(biāo),可直接運用,否則需要通過上級作戰(zhàn)任務(wù)約束條件,如作戰(zhàn)范圍等確定初始目標(biāo)列表,從情報源中獲取目標(biāo)基本屬性、關(guān)聯(lián)關(guān)系等詳細(xì)信息,構(gòu)建目標(biāo)體系。

陸戰(zhàn)場目標(biāo)體系通常劃分為五類:指揮控制體系、情報支援體系、作戰(zhàn)力量體系、通信保障體系和后裝保障體系。每類目標(biāo)體系,主要包含兩大要素:核心節(jié)點和關(guān)聯(lián)關(guān)系[3],體系結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

圖1 情況分析判斷的內(nèi)容和流程示意圖

圖2 目標(biāo)體系結(jié)構(gòu)示意圖

2)目標(biāo)價值分析

根據(jù)建立的目標(biāo)體系,分析各個目標(biāo)的價值,包括目標(biāo)基本價值和體系價值兩類[3];再結(jié)合本次作戰(zhàn)任務(wù)要求,確定各體系權(quán)重進行綜合分析,輔助指揮員選擇和確定重點打擊目標(biāo)。

目標(biāo)基本價值主要通過知識庫中的各類目標(biāo)能力數(shù)據(jù)來計算,類型不同計算方法可能不同。本文選取典型目標(biāo)為例,采用層次分析法分析其基本價值,以指揮所類目標(biāo)為例,其權(quán)重指標(biāo)、權(quán)重系數(shù)及計算公式見表1。基本價值計算公式:

V指揮所=(A1*pA1+A2*pA2)*qA+(B1*pB1+B2*pB2)*qB+(C1*pC1+C2*pC2+C3*pC3)*qC

目標(biāo)體系價值可通過復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)建模[4-5],從指揮控制體系、情報支援體系、作戰(zhàn)力量體系、通信保障體系和后勤裝備保障體系五個層面展開目標(biāo)體系價值分析,分析目標(biāo)失效后對各個體系能力的下降程度,建立目標(biāo)對各體系效能影響指標(biāo)。

以打擊某觀察所為例,該觀察所被摧毀后,偵察探測及情報支援能力下降,對情報支援體系,影響到了偵察范圍(如偵察范圍下降了45%);同時影響指揮控制體系(如指揮控制范圍下降了15%),作戰(zhàn)力量體系(如持續(xù)打擊時間縮短了10%,火力打擊半徑下降了20%)等,這些參數(shù)可作為計算觀察所對各個體系價值的依據(jù)。

在分析得出目標(biāo)各體系價值后,由指揮員根據(jù)此次作戰(zhàn)目的類型,確定各體系在此次作戰(zhàn)中所占權(quán)重(不同的作戰(zhàn)目的對應(yīng)一組默認(rèn)值),結(jié)合目標(biāo)基本價值,最終確定目標(biāo)總價值,進而確定打擊目標(biāo)。

3)打擊目標(biāo)清單生成

通過計算單個或多個目標(biāo)被毀傷后對體系能力下降的百分比,體系效能下降趨勢來分析判斷如何打擊盡可能少、效費比盡可能高的目標(biāo),以滿足作戰(zhàn)任務(wù)中對體系的毀傷要求。若有多個可選方案,由指揮員進行決策。

表1 指揮所類目標(biāo)基本價值計算權(quán)重表

根據(jù)分析出來的重點打擊目標(biāo),結(jié)合與重點打擊目標(biāo)關(guān)聯(lián)的目標(biāo),構(gòu)成目標(biāo)體系并分析敵體系薄弱區(qū),進而輔助指揮員確定作戰(zhàn)主攻方向;依據(jù)主攻方向,分析打擊重點打擊目標(biāo)時對我構(gòu)成威脅的目標(biāo),即關(guān)聯(lián)依賴目標(biāo),不斷循環(huán)迭代,最終生成完整的打擊目標(biāo)清單列表。

2.2 基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)建模的作戰(zhàn)重心分析

重心在物理學(xué)上是指物體各部分所受的重力的合力作用點,克勞塞維茨認(rèn)為:重心是一個為整體所依賴的、力量和運用的中心[3]。軍事上,作戰(zhàn)重心是指敵方作戰(zhàn)力量的關(guān)鍵特點、能力或地點,通過毀傷或影響其作戰(zhàn)重心,可以有效遲滯敵方作戰(zhàn)行動、削弱敵方作戰(zhàn)能力、動搖敵方作戰(zhàn)決心。因此,戰(zhàn)局的成敗通常歸結(jié)于對作戰(zhàn)重心的把握。

敵方作戰(zhàn)重心分析通常從情報偵察、火力打擊、指揮控制、信息作戰(zhàn)、綜合保障等體系要素方面入手,判明其發(fā)揮作用的能力,以及所依賴的條件、資源和手段,找出其易于攻擊或壓制的脆弱點,分別確定各要素的配置重心。作戰(zhàn)重心可能隨著作戰(zhàn)進程的發(fā)展而變化[3],信息系統(tǒng)應(yīng)能夠快速提供分析結(jié)果,供指揮員重新確認(rèn)。

戰(zhàn)場上敵我雙方的作戰(zhàn)力量、設(shè)施資源、環(huán)境因素等對象眾多,對象屬性、能力、特點各異,相關(guān)之間的指揮、協(xié)同、保障、交互等關(guān)系錯綜復(fù)雜,可以定位于具有體系性特征的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。進行數(shù)據(jù)建模時,將作戰(zhàn)看作是以基本作戰(zhàn)功能單元為節(jié)點,節(jié)點之間的指揮、協(xié)同、偵察、打擊等聯(lián)系和關(guān)系為邊所形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò);運用圖論方法將關(guān)系的抽象和關(guān)系的度量通過加權(quán)鄰接矩陣表示,權(quán)重根據(jù)實體屬性、目標(biāo)屬性、環(huán)境屬性及相關(guān)規(guī)則確定。

典型的基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的評估方法按照基于節(jié)點的度(網(wǎng)絡(luò)中與該節(jié)點相連邊的數(shù)量)和介數(shù)(網(wǎng)絡(luò)中所有最短路徑中通過該節(jié)點的路徑數(shù)量之和)進行計算,該方法簡單可行,但準(zhǔn)確度卻不高。為此,提出基于節(jié)點接近度(C(i),節(jié)點距離中心節(jié)點的程度)和節(jié)點關(guān)鍵度(K(i),節(jié)點在其鄰域中的重要程度)的重心分析方法,綜合考慮網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中節(jié)點的全局和局部重要度,即節(jié)點的接近度越大,該節(jié)點越居于網(wǎng)絡(luò)的中心,在網(wǎng)絡(luò)中越重要;節(jié)點在其鄰域中的關(guān)鍵度越大,該節(jié)點對其鄰域越重要[5]。

將敵方作戰(zhàn)重心通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重要度(D(i))進行度量,定義為節(jié)點接近度和關(guān)鍵度的線性加權(quán)和方式,并且在具體計算過程中對C(i)和K(i)進行了歸一化處理,定義為

D(i)=α·C(i)+β·K(i)

式中，α、β為取值[0,1]之間的調(diào)節(jié)數(shù)[5]。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重要度反映了敵方作戰(zhàn)節(jié)點在其體系中的重要程度,是作戰(zhàn)重心的體現(xiàn)。對作戰(zhàn)重心分析報告中,將按照重要度數(shù)值排序,給出前5位,以支持指揮員選擇決策。

2.3 基于戰(zhàn)斗力指數(shù)的敵我作戰(zhàn)能力分類對比分析

部隊作戰(zhàn)能力,是指部隊完成作戰(zhàn)任務(wù)的能力,亦稱戰(zhàn)斗力[6]。對部隊作戰(zhàn)能力的定量分析是指揮決策過程中進行敵情分析、我情分析、敵我作戰(zhàn)能力對比功能的基礎(chǔ)。通過分析部隊作戰(zhàn)能力的構(gòu)成要素以及戰(zhàn)斗實力指數(shù)、戰(zhàn)斗潛力指數(shù)、戰(zhàn)斗力指數(shù)計算方法中的各類參數(shù)、系數(shù),提出各類作戰(zhàn)能力的計算方法和對比分析形式,滿足信息化聯(lián)合作戰(zhàn)條件下陸軍作戰(zhàn)部隊的作戰(zhàn)能力量化分析需求。

1)部隊作戰(zhàn)能力構(gòu)成要素

再舉一個例子 ，“the dog that will fetch a bone will carry a bone”，當(dāng)它被翻譯成中文時，狗和骨頭不能按字面翻譯，所以需要翻譯其隱含義：“說別人壞話的人，也會說你的壞話”。

部隊作戰(zhàn)能力的量化分析需要考慮武器裝備、客觀影響和人力影響等多方面因素,基于對戰(zhàn)斗力生成的作用及影響效果,可以分為基本因素、生成因素和輔助因素,典型的因素分類如圖3所示?；疽蛩貙?zhàn)斗力形成起著最直接的決定作用,生成因素在一定程度上制約基本因素,并影響對輔助因素的利用程度;輔助因素自身雖然不產(chǎn)生作戰(zhàn)能力,但對部隊作戰(zhàn)能力的發(fā)揮影響很大,如果加以正確利用,就可以產(chǎn)生出強大的戰(zhàn)斗力。

圖3 部隊作戰(zhàn)能力構(gòu)成要素

2)戰(zhàn)斗力指數(shù)量化模型

部隊作戰(zhàn)能力可基于上述因素的知識庫參數(shù)采用層次分析法實現(xiàn),其中武器裝備殺傷力計算最常用的量化方法是杜派提出的戰(zhàn)斗力指數(shù)法,取其中一種武器為基準(zhǔn),然后得出其他武器殺傷力相對基準(zhǔn)的數(shù)值,稱為TLI值(理論殺傷力指數(shù))。同時,結(jié)合實際作戰(zhàn)時武器的配置與杜派的假設(shè)條件不一致,采用“疏散因子DI”和考慮武器平臺的特殊因子去修正TLI值,從而得到實際情況下武器的“實際殺傷力指數(shù)”O(jiān)LI。在得到每種武器殺傷力指數(shù)的基礎(chǔ)上,累計部隊所屬各類武器的殺傷力指數(shù)之和,即為部隊作戰(zhàn)實力W。部隊作戰(zhàn)實力乘以作戰(zhàn)行動變量(包括地形、氣象、空中優(yōu)勢影響等因素)得到部隊的作戰(zhàn)潛力指數(shù)S。最終,用部隊作戰(zhàn)潛力指數(shù)乘以戰(zhàn)斗力合成變量(包括戰(zhàn)場機動因子、指揮能力因子、部隊質(zhì)量因子、易損性因子等),可得到部隊的戰(zhàn)斗力值P。

3)陸軍部隊作戰(zhàn)能力的分類量化方法

陸軍部隊的主戰(zhàn)兵種通常指步兵、裝甲兵、炮兵、防空兵、陸軍航空兵等,通過對這些兵種的作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)樣式、作戰(zhàn)方式進行分析梳理,其具備的主要能力可概括為地面突擊能力、空地突擊能力、對地火力打擊能力、防空能力、反裝甲能力等5類。這5類能力均可建立在戰(zhàn)斗力指數(shù)模型的基礎(chǔ)上,根據(jù)部隊實際裝備種類,將部隊的戰(zhàn)斗力指數(shù)按不同武器類型、武器不同射擊方向分類計算,根據(jù)武器類型對應(yīng)不同能力的貢獻系數(shù)可得到一支部隊對應(yīng)的各分類作戰(zhàn)能力。

根據(jù)裝備類型和部隊兵種類別分別細(xì)化計算出敵我部隊的各分類作戰(zhàn)能力后,按照如圖4所示的對比形式進行分析,實現(xiàn)敵我作戰(zhàn)能力的分類對比,輔助指揮分析判斷敵我強弱點。其他專業(yè)性較強兵種的能力則根據(jù)各自專業(yè)量化模型的計算結(jié)果進行敵我對比。

圖4 陸軍部隊作戰(zhàn)能力分類對比示意圖

2.4 基于機器學(xué)習(xí)的態(tài)勢預(yù)測技術(shù)

敵方行動的預(yù)測涉及面廣、計算復(fù)雜、耗時較長,可基于平時訓(xùn)練預(yù)測樣本,結(jié)合本次作戰(zhàn)我方的狀態(tài)信息進行針對性預(yù)測。首先需要掌握敵部隊各種作戰(zhàn)能力,如機動能力、打擊能力、偵察能力、通信能力等,以及當(dāng)前的作戰(zhàn)環(huán)境,此類信息可以通過對戰(zhàn)前準(zhǔn)備階段獲取的各種數(shù)據(jù)進行分類構(gòu)建知識庫,同時模擬敵方狀態(tài)、可能采取的行動,作為機器學(xué)習(xí)輸入的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。通過對作戰(zhàn)過程預(yù)測的多次訓(xùn)練學(xué)習(xí),形成訓(xùn)練預(yù)測結(jié)果,以及敵我方作戰(zhàn)真實狀態(tài)信息,作為預(yù)測階段的輸入,以便快速形成預(yù)測結(jié)果。

結(jié)合英國科學(xué)家阿蘭圖靈提出的人工智能系統(tǒng)中學(xué)習(xí)智能體[7]方法,以及復(fù)雜適應(yīng)性理論和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法,本文構(gòu)建基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的多智能體模型,采用機器學(xué)習(xí)技術(shù),以實現(xiàn)地方作戰(zhàn)行動的預(yù)測分析。多智能體模型由實體模型、關(guān)系模型、相互作用模型、決策模型、自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型等構(gòu)成。戰(zhàn)場中敵方作戰(zhàn)系統(tǒng)的各要素就可以抽象成由感應(yīng)智能體、決策智能體、執(zhí)行智能體三類節(jié)點連接組成的網(wǎng)絡(luò),再加上敵方的目標(biāo)節(jié)點,整個戰(zhàn)場就成為一個由感應(yīng)器、決策器、執(zhí)行器、目標(biāo)四類節(jié)點組成的作戰(zhàn)模型[8]。智能體節(jié)點間的指揮、偵察、打擊等關(guān)系可以用圖論加權(quán)鄰接矩陣表示,權(quán)重根據(jù)實體屬性、目標(biāo)屬性、環(huán)境屬性及相應(yīng)規(guī)則確定。通過通信模型控制節(jié)點的加入與斷開,以模擬網(wǎng)絡(luò)動態(tài)演化過程。

在訓(xùn)練階段,為模型輸入有針對性的訓(xùn)練數(shù)據(jù)(離線學(xué)習(xí)與在線學(xué)習(xí)相結(jié)合),通過機器學(xué)習(xí)的方式得到模型的參數(shù)[9];在預(yù)測階段,利用訓(xùn)練好的模型,結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)演化規(guī)律和多智能體行為規(guī)律,生成敵方行動決策,形成敵方態(tài)勢預(yù)測,技術(shù)思路示意如圖5所示。

圖5 態(tài)勢預(yù)測技術(shù)思路示意圖

3 結(jié)束語

部隊編制體制改革、聯(lián)合作戰(zhàn)模式變化和人工智能技術(shù)[2]高速發(fā)展,為信息系統(tǒng)戰(zhàn)斗力的提高提供了創(chuàng)新的機遇和條件。研究和增強陸戰(zhàn)場情況分析判斷技術(shù),是提升陸軍指揮信息系統(tǒng)智能高效指揮決策能力的基礎(chǔ)和關(guān)鍵,本文的研究成果可作為該部分功能實現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ),由于陸戰(zhàn)場分析判斷涉及內(nèi)容較多,仍有待進一步加強研究。