面向維和裝備保障的模擬訓練系統研究*

康警予,劉晶,陳忠,鄭振國,王暉

(1.陸軍裝甲兵學院演訓中心，北京 100072；2.陸軍通用裝備研究所，北京 100093；3.國防科技大學信息通信學院，陜西 西安 710106；4.中國電子科技集團公司第二十八研究所，江蘇 南京 210007；5.中國人民解放軍32187部隊，廣東 汕尾 516600)

0 引言

當前，我國派遣國際維和部隊主要為工程、運輸、醫療以及自我警衛等分隊及人員，工作任務主要是修建及維護道路、營房、機場、橋梁，給水，排雷，運送物資，醫療救護等后勤保障及人道救援任務[1-2]。國際維和任務多樣化，攜帶的裝備也較多，主要包括工程、車輛、裝甲、后勤、醫療和步兵武器等類別。裝備保障是指為使維和裝備得到適時補充、合理使用并保持良好狀態而進行的保障活動，一般可分為裝備調配保障、裝備管理保障和裝備維修保障。為國際維和部隊進行裝備保障，是持續保證其開展各類維和行動、遂行使命任務的必要條件。

由于境外在基礎設施、人員支持等條件的限制，需要依靠維和人員本身或者少量的專業人才開展裝備保障活動，因此提升人員素質、開展維和保障訓練成為提升裝備保障能力的必須。目前維修保障訓練主要立足于維和部隊國內籌組待命階段，由各個維和部隊派遣單位自行組織實施，教材自籌自編、教員自定自選，主要采取自我訓、統籌訓和送廠訓等培訓方式。而從訓練系統的角度，主要還是實裝訓練、半實物訓練、教材、網上教學等模式，各類訓練系統獨立運行，不成體系，訓練內容有限，且沒有考慮人員在境外時的繼續教育培訓問題。

模擬訓練是“部隊、分隊及人員使用模擬訓練系統或器材，模仿武器裝備性能、戰場環境和作戰行動進行的訓練。分為裝備操作模擬訓練、作戰指揮模擬訓練、實兵對抗模擬訓練”[3]。近年來，隨著計算機模擬仿真、人工智能等技術的發展，特別是軍事訓練在“能打仗、打勝仗”要求中的重要支撐作用，模擬訓練技術得到了極大發展，廣泛應用于虛擬裝備操作、戰場環境認知、分隊戰術對抗、作戰實驗、指揮對抗訓練等應用場景中[4]。

圍繞國際維和裝備保障訓練需求，著眼維和裝備保障力量戰斗力的有效生成、常態保持、不斷優化，考慮到綜合訓練、境內外一體訓練等因素，以提高遂行典型國際維和任務中的裝備維修能力、指揮調度能力、協同保障能力、臨機處置能力為核心目標，綜合運用虛擬現實技術、計算機生成兵力技術等先進技術手段，在與維和保障裝備、半實物仿真模擬器、VR顯示設備等各類設備互聯互通的條件下，構造一種戰場環境逼真、保障要素齊全、兵力和裝備模型可信、高度沉浸交互的綜合性、動態性模擬訓練支撐環境。

1 模擬訓練系統國內外發展現狀

1.1 外軍發展現狀分析

美軍為加強其模擬訓練工作，從機構設置、管理體制、系統建設等多方面建立了較為完善的體系。在模擬訓練系統建設方面，依據其國防部強制統一的通用HLA技術框架和體系架構，建設了涵蓋戰略、戰役、戰術各層級的模擬訓練系統，并得到廣泛應用[5]。

2002年，美軍就推出了軍方專用的America’s Army軍事訓練系統。2011年美軍又推出了用于單兵訓練的模擬系統美國陸軍步兵訓練系統(US army dismounted solider training system，DSTS)。2014年美國著名的101王牌空降師是利用DSTS進行軍事訓練，單兵實戰素養得到了極大的提升。2012年美國海軍陸戰隊基于增強現實技術，研制了“增強沉浸式團隊訓練系統”(augmented immersive team training，AITT)，該系統能讓訓練場景逼真地呈現在受訓者的視野里，使受訓者不再受到有限的訓練設施和模擬設備的限制，通過特殊設計的AR智能眼鏡，可以讓受訓者看到虛擬的坦克以及頭頂盤旋的武裝直升機。2012年美國Cubic公司研制了任務預演系統(MRPS)，該系統能夠讓指揮人員完全沉浸在戰場環境之中，使指揮人員能夠迅速作出判斷。該系統的特點是可同時用于作戰人員及指揮人員的訓練。

縱觀美軍模擬訓練系統發展歷程及建設現狀，具備如下幾個方面特點：

(1) 注重頂層規劃和體制統一

20世紀70年代，是美軍各類模擬訓練系統快速發展時期，但由于缺乏統籌，在開展多軍種聯合作戰演習時，出現嚴重的互聯互通問題。后來，美國國防部于1995年，充分吸納前期SIMNET,DIS,ALSP等仿真成果，確立了以HLA為核心的通用仿真技術框架，至此與HLA不兼容的項目一律不準立項，現有非HLA體制的必須進行改進以滿足兼容性要求。

(2) 基于統一的技術體制，成體系化發展相應模擬訓練裝備

美軍針對不同層級、不同類型的訓練對象，設計了相對比較完善的模擬訓練裝備體系，涵蓋范圍從單兵技能訓練到戰術協同訓練，從單一兵種訓練到聯合作戰訓練，從作戰隊員訓練到指揮員訓練等等。而這些不同層級不同類型的模擬訓練裝備，盡管配屬單位和地域不同，但具備網絡化集成應用能力，可針對某一任務，在同一虛擬作戰環境下，開展分布式聯合演練。

(3) 注重虛擬現實等新技術的應用

美軍認為虛擬現實訓練和推演是21世紀的主要訓練方式。采取虛擬現實技術，可模擬出逼真的三維作戰環境，還可從視覺、聽覺和觸覺，甚至嗅覺等方面展現戰場上出現的各種狀況，使受訓人員最大限度的體驗并參與到近似實戰環境，如上述的美陸軍DSTS系統，以及坦克、飛機等主戰平臺的模擬器，均使用虛擬現實技術，使訓練效率和實戰化水平得到大幅度提升。

1.2 我軍發展現狀分析

在學習借鑒外軍模擬訓練經驗和成果基礎上，結合我軍作戰特點，已經研制了實兵交戰系統、半實物模擬器、虛擬仿真系統、指揮模擬訓練等多類模擬訓練系統，適用于不同層次、不同軍兵種，形成了相應的模型標準規范，在訓練基地、軍事院校、典型作戰部隊等進行了大量的部署應用，對部隊實戰化能力形成起到了重要的作用[6]。同時，也應看到，目前仍然缺乏綜合性、體系性的模擬訓練系統，與各級作戰指揮系統缺乏深度互聯，尚無針對國際維和任務的定制化訓練產品，缺乏在境外運用的實踐經驗。

2 面向國際維和裝備保障訓練需求分析

2.1 國際維和裝備保障訓練的特點分析

相對于國內裝備保障，維和任務量大、地域廣，裝備使用強度高，任務區域保障條件差，缺乏完整的保障體系支撐。相應地，在訓練方面，更加注重多能化、常態化、境內外一體化等能力生成，具體特點為：

(1) 常態化訓練。維和部隊保障人員輪換周期在10個月左右，操作人員對裝備的維護保養程度相對較低，需要常態化地對輪換人員進行訓練，形成標準化訓練機制，確保保障能力快速形成與常態化保持。

(2) 多能化訓練。當前維和裝備維修保障力量編制人員較少，維和裝備類型和數量較多，需要培養“一專多能”型人才，在訓練內容、訓練手段上要求更加豐富。

(3) 一體化訓練。由于境外條件下缺乏教員、教材等訓練條件，需要充分利用國內優質訓練資源，構建境內外一體的訓練環境，通過遠程教育、在線輔導等模式，充分發揮網絡化訓練的優勢。

(4) 體系化訓練。維和保障面臨著需求多樣化、保障條件有限、保障聯動要素多等特點，為了高效遂行各類場景下體系化保障任務，需要構建綜合化、一體化的訓練環境，調動指揮要素、保障要素、技術支撐要素、協調要素等各類主體，將虛擬、實裝、半實物、訓練場等各類訓練設施進行體系集成，強化各類要素在保障任務背景下的綜合運用能力。

2.2 訓練內容分析

維和條件下的裝備保障具有“小行動、大體系”的特點，在保障準備階段，各類管理機構需要對保障計劃、保障資源進行綜合調度；在保障實施階段，境內外保障指揮要素，需要實時指揮控制各類保障力量，與軍民資源進行協調，相應的保障分隊根據任務要求開展具體的保障活動；在保障任務完成后，保障分隊需要常態地對裝備進行狀態監控與故障預測，管理機構需要不斷調整保障計劃。

圍繞境外保障作戰要求，按照訓練能力形成的科學規律，在訓練內容上，應該能夠支持保障人員、保障要素、保障指揮、保障體系等不同層次的訓練要求。保障人員需要通過理論學習、裝備操作技能訓練等手段，強化對多類裝備的操作使用；區分裝備搶救、裝備修理、裝備儲供等要素，開展任務背景下要素集成訓練，使其能夠全流程、無依托遂行任務；對于裝備保障指揮人員，開展指揮系統操作、裝備保障方案擬制、裝備保障指揮調度等訓練，使其能夠指揮調度國內外、軍內外各類裝備保障力量；按計劃、分層次、常態化開展綜合演練，包括保障單元合成訓練、區域綜合演練、全要素綜合演練等，聚合內、外部要素，打通信息鏈路，不斷提升整體保障效能。

3 綜合模擬訓練系統構建

3.1 系統總體架構

從總體上考慮，構建綜合模擬訓練系統，需要考慮境內外、室內外、實裝與模擬、軍內外、上下級等各類關系，在境內，設計室內綜合模擬訓練中心以及野外訓練場(可依托訓練基地展開)，并與上級領導機構、地方協調部門、相關任務部隊能夠進行一體聯動[7]。在綜合模擬訓練中心，設置導演部、訓練支撐后臺、理論學習/虛擬操作訓練區、指揮模擬訓練區、半實物操作訓練區等區域，將前后臺進行分離。在野外，通過導控車、導調終端等方式對實裝訓練進行綜合調理。在境外每個維和區域，依托駐地，通過仿真模擬、網上教學等方式，開展繼續教育與深化學習。各類訓練系統能夠在統一導調控制下進行聯合訓練，系統總體架構如圖1所示。

圖1 系統總體架構Fig.1 System architecture

3.2 系統組成

綜合采用指揮系統軟件、模擬仿真、半實物模擬、實兵訓練等方式，以導控評估系統、云平臺、安全保密為支撐，構建一套適用于國際維和裝備保障需求的綜合模擬訓練系統，包括綜合導控評估系統、指揮模擬訓練系統、仿真模擬訓練系統、半實物模擬訓練系統、野外訓練支撐系統和訓練支撐環境等分系統，系統組成如圖2所示。

圖2 系統組成Fig.2 System composition

(1) 綜合導控評估系統

綜合導控系統主要完成訓練綜合管理、導調控制和考核評估，包括數據管理、想定編輯、計劃制定、方案推演、導調控制、監控顯示和考核評估等。在訓練準備階段，通過訓練綜合管理進行基礎數據管理和訓練規劃；在訓練實施階段通過通用導控和專業導控進行對訓練情況進行導調控制、態勢顯示和訓練監控。在訓練總結階段，通過訓練考核評估軟件實現對訓練成績的考核與分析。應用中，訓練導控分系統配置在導演部。

(2) 指揮模擬訓練系統

指揮模擬訓練系統主要為受訓人員在提供作業平臺，可以接收導控系統發布的訓練想定、戰術情況和導調控制命令；具備文書處理、要圖標繪、量算分析、保障專業指揮控制等功能，其指揮控制命令可以被仿真模型解析。應用中，指揮模擬分系統主要配置在指揮所或受訓部位。在訓練中，除了能夠使指揮人員熟悉掌握各類系統操作使用、運用流程，還應該充分鍛煉其在各類復雜場景之下，能夠精確、快速地對保障力量進行指揮調度[8]。

(3) 仿真模擬訓練系統

仿真模擬訓練系統主要是采用模擬仿真的方法，對虛擬兵力、戰場環境、裝備保障任務、維和裝備、保障器材等進行模擬，在此基礎上，通過虛擬現實、桌面操作等方式，支持裝備保障人員熟練掌握單裝保障操作，強化保障單元內部協同[9]。由于模擬仿真的虛擬性質，該系統很容易地部署于國內和境外各類環境中，易于開設與常態化訓練，訓練效益較高，且升級方便。

(4) 半實物模擬訓練系統

裝備半實物模擬訓練系統通常根據不同裝備性能、構造和操作流程設計，主要包括兩個方面：一是1∶1比例研制裝備操作模擬實物模擬器；二是環境仿真系統。其中實物模擬器主要是給受訓者提供與實裝一致的操作平臺，環境仿真系統主要是根據各種維和裝備性能和作戰運用，提供與實際駕駛操作、現地作業相似的作業環境，讓受訓者在虛擬的環境中模擬裝備的應用操作。

(5) 野外訓練支撐系統

野外實裝訓練是裝備保障能力的最重要環節，但由于野外作業在場景設置、動態變化、裝備展開、訓練費用、危險性等方面問題，如何最大程度地模擬實際復雜環境，成為主要問題。本文提出通過調理終端、訓練監控的方式，不斷地下達各類模擬作業場景，監控作業過程和結果，反復演練。

(6) 訓練支撐環境

訓練支撐環境主要提供云平臺、安全保密、通用硬件等各類環境支撐，為境外多支維和部隊提供統一的后臺基礎設施以及各類互連互通手段，確保跨域聯合訓練的高效實施[10]。

3.3 系統技術架構

按照資源層、服務層、應用層3層結構，在統一的技術體制約束下，保證系統互聯互通互操作以及各類資源的網絡化管理和調控，系統軟件技術架構如圖3所示，其中：

圖3 系統軟件技術架構Fig.3 Technical architecture of system software

資源層主要包括虛擬現實技術、虛擬仿真、通用硬件、半實物模擬等4類資源。虛擬現實資源主要包括VR訓練專用軟件、VR眼鏡、手部動作跟蹤設備、三維立體聲耳麥、動作傳感器等；虛擬仿真裝備主要包括基礎數據庫、仿真模型庫、仿真數據庫等；通用硬件資源主要包括計算機存儲設備、通用網絡設備、音視頻設備、供電設備等；半實物模擬資源主要包括道路類模擬器、橋梁類模擬器、舟橋類模擬器、筑城類模擬器、偽裝類模擬器、爆破類模擬器和搶建搶修類模擬器。

服務層基于資源層要素，提供資源管理服務、公用軟件、數據規則庫、應用支撐服務。資源管理服務主要包括實時傳輸服務、仿真傳輸服務、訓練資源接入服務、訓練資源管理服務與分布式互聯中間件；公用軟件主要包括操作系統、數據庫、辦公軟件、地理信息系統；數據規則庫主要包括訓練作業數據庫、訓練過程采集數據庫、評估指標及模型；應用支撐服務主要包括三維模擬仿真平臺、導調控制服務、場景構設服務、教學考核服務、分析評估服務、態勢顯示服務、綜合管控服務。

應用層是面向特戰訓練需要，構建的各類應用系統，包括理論學習、技能訓練、單元合成訓練、要素演練、綜合演練等。

3.4 系統信息交互關系

系統信息交互關系如圖4所示。

圖4 信息交互關系圖Fig.4 Relational graph of information interaction

(1) 系統能夠感知上級指揮信息系統的指揮命令、計劃文書、態勢情報等信息，并能夠向上級指揮信息系統發送訓練科目、導調文書以及計劃想定等信息。

(2) 系統能夠獲取相關任務部隊與武器平臺系統的指揮命令、計劃文書、態勢情報等信息，并能夠向著任務部隊與武器平臺系統發送訓練科目、導調文書以及計劃想定等信息。

(3) 系統能夠獲取戰場環境構設和保障裝備的狀態信息，并能夠向戰場環境構設和保障裝備發送導調指令。

(4) 系統具備與其他任務部隊、國際維和部隊聯合訓練能力，開展異地同步訓練。

4 系統關鍵技術

4.1 沉浸式三維虛擬戰場環境建模技術

逼真的三維虛擬戰場環境是實現沉浸式虛擬現實模擬仿真的基礎，為了使用戶能夠規劃裝備保障方案和沉浸式模擬裝備保障行動，系統需要為用戶提供虛擬戰場環境編輯工作環境，使用戶能夠依據作戰地域地理信息數據，航天、航拍影像，照片等資料，快速構建相關地域三維虛擬戰場環境。基于三維戰場的高精度訓練系統，對戰場環境的建模與仿真精度要求非常高。彈藥爆炸產生的彈坑、設置的障礙、排除的障礙等動態戰場環境將影響受訓人員對戰場的觀察以及車輛的運動，需要對動態戰場環境進行建模與仿真。通過采用國內已引進并改造的先進的仿真支撐平臺，解決動態戰場環境的建模與仿真，仿真系統接收到爆炸、工程保障等信息后，可以對彈坑等地形改變情況進行實時三維建模與渲染，并仿真彈坑等對車輛機動的影響[11-13]。

4.2 分布異構系統的數據采集與處理技術

為了對維和裝備保障訓練效果進行客觀地分析評估以及對訓練過程進行有效管理，需要實時與指揮信息系統、模擬仿真系統、半實物模擬器、野外調理終端、戰場監控系統等各類分布異構系統交互，實時采集態勢數據、裝備操作數據以及音視頻數據等，并按需進行數據的匯總收集和關聯處理。可采用統一的數據采集和存儲機制，利用數據中心的大數據平臺，存儲各類結構化、非結構化的采集數據，并在訓練過程中對各類數據進行關聯標記，訓練結束后對數據進行統計分析和關聯處理。

4.3 基于云計算的信息服務技術

在綜合模擬訓練系統的構建中，云計算是支撐各類復雜、異地訓練系統開設與常態化訓練的重要功能，如果將各類系統到云端去完成，國內外一體運行，如何確保安全、可靠、高效等，都是需要研究的問題。首先制定統一的技術體制和標準規范，構建聯合訓練導控平臺。通過基礎通信網絡，連接廣域分布的保障裝備感知、通信網絡、計算存儲、時空基準、安全保密、綜合管理、基礎數據等資源，提供注冊發布、按需調度、規劃分配、計量評估等資源管理功能，為應用層提供各類信息和服務支撐。然后通過資源虛擬化技術，實現各類資源的虛擬化管理、統一監視與組織調度。通過云計算存儲資源管理調度系統，實現計算、存儲、網絡資源的虛擬化和動態擴展，同時承載虛擬化方式部署的應用服務。最后通過服務化集成技術，采用“前端應用+后臺服務”的方式，提供信息服務、主題服務等共性應用支撐，構建開放的業務服務集成環境，能夠按需加載各類應用服務。

4.4 異構系統集成技術

在綜合模擬訓練系統的構建過程中，由于各類訓練子系統種類繁多，功能不一，限于技術體制和數據標準不統一，難以有效融合，實現信息互聯互通和資源共享，亟需構建一個“公共平臺”，為所有異構系統綜合集成，實現訓練信息系統和各類實裝系統之間的信息交互提供支撐。借鑒美軍TENA技術架構，制定統一的技術架構、數據標準和信息交互協議，進行一體化設計，采用訓練實裝網絡和訓練支撐網絡相互獨立的“雙網”機制，通過中間件集成接入現有或在建的訓練導控平臺、實裝裝備系統、模擬仿真系統和訓練支撐工具，實現各類訓練資源的集成接入和有機融合，以及訓練資源的集中統管和訓練過程的導調控制。新研系統按照統一框架標準和接口規范提供集成接口，可實現靈活接入。

4.5 智能化訓練評估技術

智能化評估技術以基于知識圖譜的知識表述、智能化評估指標和數據管理和深度學習的評估指標優化等關鍵技術為基礎，通過面向問題的智能化評估指標設計、智能化評估數據采集與展示、基于大數據和深度學習的智能化評估優化等關鍵技術，支撐面向問題的智能化在線評估與自動優化的實現。主要解決以下問題：一是面向問題的評估指標構建問題。評估系統內數據容量和類別呈指數級增長趨勢，評估目的的涉及領域更加寬廣和精細，評估模型的建立愈發復雜[14-15]。評估人員面向問題進行評估指標分析，面對海量信息進行評估模型設計時將出現建模難度提高和信息過載的情況；二是智能化評估數據采集與展示的問題。核心在于指標體系的智能化構建的評估模型表述方法以及訓練數據的自適應調整對應；三是定性和定量相結合的指標在不同想定背景下的過擬合問題。

5 結束語

以導控評估、計算機仿真、LVC互連等技術為支撐的綜合模擬訓練系統，能夠為受訓者提供一個完整、逼真、實戰的訓練環境和作業平臺，能夠有效提升保障人員對各類裝備理論和技能的掌握，促進保障單元協同能力以及各類保障資源的統一管理與調度。本文開展了系統設計，設計了系統架構、系統組成、技術架構、信息關系等內容，對相關關鍵技術進行了初步探討，初步構建了維和裝備保障訓練的理論框架，為后續相關系統的開發與組織運用提供了參考依據。