王洪軍，孫 濤，鄭世明

(南京陸軍指揮學(xué)院作戰(zhàn)實驗中心，江蘇 南京 210045)

軍事概念模型是獨立于實現(xiàn)的真實世界的實體、任務(wù)等作戰(zhàn)要素的表示，是軍事建模仿真系統(tǒng)開發(fā)中重要的一環(huán)，對于仿真的可信度具有重要的影響。軍內(nèi)對軍事概念模型的研究是在吸取美軍任務(wù)空間概念模型(Conceptual Models of the Mission Space-CMMS)概念和技術(shù)的基礎(chǔ)上［1］，根據(jù)我軍作戰(zhàn)仿真實際特點提出的。它的提出可以大大減小問題域和求解域之間的差異，更容易為軍事人員和建模人員掌握和運用，使其理解所研究的問題并達成一致意見。隨著建模仿真技術(shù)的發(fā)展，軍事建模與仿真已經(jīng)越來越受到各級領(lǐng)導(dǎo)的重視，軍事概念模型的提出從一定程度上消除了問題域與求解域之間的差異［2］，為軍事人員和技術(shù)人員對作戰(zhàn)問題的一致性理解提供了很大的幫助。但由于技術(shù)機制和管理體制等原因，各科研單位對概念模型的重視程度不一，還存在諸多問題。1)概念模型描述缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)［3］。特別是對于大型復(fù)雜系統(tǒng)而言，不同的單位可能承擔(dān)不同的模型開發(fā)任務(wù)，在模型對接時，往往會存在很多描述上的偏差。2)概念模型設(shè)計方法不一致。由于存在著多種概念建模工具，每一種工具對同一問題的描述的表現(xiàn)形式不同，使得概念模型在語法和語義上缺少一致性，概念描述存在二義性［4］。3)概念模型內(nèi)容不全面。對于同一類型模型而言，不同的兵種單位描述角度不同、描述屬性不同、建模元素不同，使得模型在組合過程中出現(xiàn)邏輯關(guān)系不清晰、數(shù)據(jù)流不明確等問題［5］。因此，有必要規(guī)范軍事概念建模過程、明確建模內(nèi)容和固化概念模型描述模板。

1 建模思路

通過作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)實現(xiàn)對戰(zhàn)場環(huán)境、戰(zhàn)斗進程以及作戰(zhàn)方式的模擬是一種較為科學(xué)的作戰(zhàn)研究手段，通過定量與定性相結(jié)合的方式對作戰(zhàn)規(guī)律進行研究。而要實現(xiàn)上述目標(biāo)，首先要構(gòu)建一個層次合理、內(nèi)容全面、易于調(diào)用和組合的模型體系，在這個模型體系中，每一個模型都由軍事概念、數(shù)學(xué)邏輯和程序模型三個部分組成，這是仿真建模的三個重要階段［6］。

軍事概念模型是軍事人員依據(jù)條令、條例和軍事經(jīng)驗，面向仿真建模領(lǐng)域，用軍事人員習(xí)慣的軍事語言，對各類基本作戰(zhàn)實體、作戰(zhàn)行動、作戰(zhàn)環(huán)境、影響因素［7］，以及各類實體與實體之間、行動與行動之間、條件與行動之間相互作用的規(guī)則化軍事描述，是一種結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的抽象描述。其目的是為建立邏輯數(shù)學(xué)模型和程序仿真模型提供軍事依據(jù)，確保軍事與技術(shù)人員對同一軍事問題理解的一致性。

從建模的過程上看，軍事概念模型建模分為面向領(lǐng)域的建模和面向設(shè)計的建模，只有將領(lǐng)域問題弄清楚后才能完成模型設(shè)計，基本步驟分為軍事需求分析、軍事概念描述、軍事概念抽象和軍事概念表示，如圖1所示。

圖1 軍事概念建?；静襟E

需求分析主要分為軍事問題分析、建模任務(wù)分析和功能需求分析，緊緊圍繞模型所要解決的問題、模型需要完成的任務(wù)以及模型應(yīng)具備的功能等方面，借助軍事專家的指導(dǎo)完成各個細(xì)節(jié)特征的描述，確保需求分析的一致性、完備性和準(zhǔn)確性。

概念描述主要分為模型實體描述、模型關(guān)系描述和模型行為描述，模型實體描述是對不同層次不同類型實體的區(qū)分，將需求描述中的實體類型等相關(guān)信息進行梳理。模型關(guān)系描述是對行動實體在執(zhí)行特定戰(zhàn)斗動作過程中，與其它實體之間和實體動作之間關(guān)系的總體描述，目的是對行動實體在不同層次使命空間中所涉及的關(guān)系類型進行梳理。模型行為描述是對特定行動實體完成指定作戰(zhàn)行動的抽象描述。

概念模型抽象主要分為模型屬性抽象、模型規(guī)則抽象和模型行為抽象等。軍事概念抽象主要是通過對作戰(zhàn)編組、作戰(zhàn)階段、主要作戰(zhàn)任務(wù)行動以及作戰(zhàn)環(huán)境等分析，對模型屬性、規(guī)則和行為等形式進行描述?？捎妙悎D描述作戰(zhàn)過程中的實體及實體間的靜態(tài)關(guān)系，用活動圖描述實體、動作及任務(wù)之間的動態(tài)關(guān)系，用交互圖描述出各實體間的信息交互流程［8］。

針對軍事概念表示問題，本文主要采用EATI方法對作戰(zhàn)過程進行抽象描述，形成實體元模型、關(guān)系元模型、行動元模型和交互元模型等，并通過填寫概念模型模板對描述對象及其動作過程和軍事規(guī)則給出一個集中的、規(guī)范化的描述。

2 基于模板的概念模型描述與設(shè)計

概念建模目的是為數(shù)學(xué)模型、邏輯模型和驗證模型的建立提供軍事依據(jù)，確保軍事人員與技術(shù)人員對同一軍事問題理解的一致性。本文提出一種基于模板的軍事概念模型建模方法(Military Concept Model based on Template)，主要從原子角度對概念模型進行劃分，通過實體元模型、動作元模型、關(guān)系元模型、屬性元模型和數(shù)據(jù)元模型等對軍事概念模型進行描述，本文提出的建模思路主要是針對陸軍部隊作戰(zhàn)仿真實體的。

2.1 實體元模型描述

實體元模型(ENM)描述主要是對模型的名稱、類別、編號、功能、所屬兵種、應(yīng)用層次等信息進行描述，采用六元組表示:

ENM::= ＜ ENS，ETS，ECS，EFS，EAS，ELS ＞ 。

ENS名稱段，表示模型的名稱，與模型ID綁定;

ETS類別段，表示模型所屬的專業(yè)類別;

EFS功能段，用來說明模型的主要用途;

ECS編號段，是模型的ID，通過編碼對模型進行唯一性標(biāo)識;

EAS軍兵種段，模型所屬的軍種、兵種;

ELS應(yīng)用層級段，說明模型的粒度。

以122mm火箭炮模型為例，其模板描述如表1所示。

表1 實體元模型描述示例

2.2 動作元模型描述

動作是由實體模型執(zhí)行的，主要對模型主體所涉及的所有動作行為及其功能進行描述。動作元模型可以表示為如下的八元組:

ACM::= ＜ ACES，ACSS，ACNS，ACCS，ACFS，ACSS，ACOS，ACCS ＞ 。

ACES執(zhí)行實體段，執(zhí)行動作的主體名稱和編號(與模型中的ENS關(guān)聯(lián));

ACSS動作集合段，描述所能完成動作的類型列表，如進攻、射擊和機動等;

ACNS名稱段，賦予每一個動作的名稱;

ACCS編號段，與名稱相對應(yīng)的動作編號，即與名稱綁定的動作ID;

ACFS功能段，描述每一個動作執(zhí)行所能完成的具體功能;

ACIS輸入段，描述動作的觸發(fā)條件，即執(zhí)行動作的輸入信息;

ACOS輸出段，描述動作執(zhí)行后的輸出信息;

ACCS控制段，根據(jù)作戰(zhàn)條令，對所有作戰(zhàn)動作進行規(guī)劃;

以坦克模型為例，其動作元模型描述如表2所示。

表2 動作元模型描述示例

2.3 關(guān)系元模型描述

關(guān)系元模型主要是以行動為中心的交互關(guān)系，交互關(guān)系區(qū)分為實體間的關(guān)系、實體與動作間的關(guān)系、動作與任務(wù)間的關(guān)系以及任務(wù)間的關(guān)系四大類［9］，如通信關(guān)系、指揮關(guān)系、配屬關(guān)系、控制關(guān)系、供給關(guān)系、對抗關(guān)系等。上述關(guān)系經(jīng)過統(tǒng)一抽象后變成兩種關(guān)系，即前驅(qū)交互關(guān)系和后繼交互關(guān)系。關(guān)系元模型可用五元組表示為:

RENM::= ＜ RNS，RTS，RAS，RIS，RDS ＞ 。

RNS名稱段，包括前驅(qū)、后繼交互關(guān)系的名稱和編號;

RTS類型段，說明前驅(qū)、后繼交互關(guān)系的類型，如指揮關(guān)系、配屬關(guān)系等;

RAS動作段，包括前驅(qū)、后繼交互關(guān)系涉及的動作名稱和類型;

RIS接口段，描述與其他模型交互時的輸入、輸出接口的名稱與編號;

RLS邏輯執(zhí)行段，主要描述關(guān)系執(zhí)行的時間順序、邏輯順序等。

以行動為中心的關(guān)系元模型其模板描述如表3所示。

2.4 屬性元模型描述

屬性元模型(ATTM)描述主要是對模型各種屬性進行具體描述，主要分為標(biāo)識屬性、實力屬性、動態(tài)屬性、任務(wù)屬性、效能屬性等。采用五元組表示:

表3 關(guān)系元模型描述示例

ATTM::= ＜ ATIS，ATOS，ATDS，ATTS，ATES ＞ 。

ATIS標(biāo)識屬性段，主要描述模型所屬方、級別、對應(yīng)單位編制名稱和代字;

ATOS實力屬性段，模型配備人數(shù)、裝備數(shù)、上級單位和作戰(zhàn)編成名稱等;

ATDS動態(tài)屬性段，描述模型的行動方式、空間位置、生存狀態(tài)和行動方向;

ATTS任務(wù)屬性段，描述具體執(zhí)行的任務(wù)內(nèi)容、任務(wù)等級和任務(wù)執(zhí)行情況的狀態(tài);

ATES效能屬性段，描述的是模型的火力指數(shù)、機動能力指數(shù)、防護能力指數(shù)、戰(zhàn)斗力指數(shù)和信息共享能力指數(shù)等。

以機械化步兵連模型為例，其模板描述如表4所示。

表4 屬性元模型描述示例(機械化步兵連模型)

2.5 數(shù)據(jù)元模型描述

數(shù)據(jù)元模型(DAM)主要是對模型屬性定量數(shù)據(jù)的描述，主要分為位置數(shù)據(jù)、戰(zhàn)斗力指數(shù)數(shù)據(jù)、速度數(shù)據(jù)、時間數(shù)據(jù)、裝備數(shù)據(jù)、人員數(shù)據(jù)、通信距離數(shù)據(jù)、戰(zhàn)場防護數(shù)據(jù)、彈藥量數(shù)據(jù)和戰(zhàn)損數(shù)據(jù)等。采用以下十元組表示:

DAM::= ＜ DLS，DIS，DVS，DTS，DES，DPS，DCS，DFS，DAS，DDS ＞ 。

DLS位置段，主要描述模型的坐標(biāo)和高程信息;

DIS戰(zhàn)斗指數(shù)段，主要描述模型針對不同目標(biāo)的火器指數(shù);

DVS速度段，描述模型的運動速度;

DTS時間段，描述模型執(zhí)行任務(wù)、完成動作的各種時間;

DES裝備數(shù)量段，描述模型配備裝備的數(shù)量;

DPS人員數(shù)量段，主要描述模型配置的人員數(shù)量;

DCS通信距離段，模型與其他實體通信的有效距離等;

DFS戰(zhàn)場防護段，描述模型的戰(zhàn)場防護能力;

DAS彈藥量段，描述模型攜帶的彈藥數(shù)量;

DDS戰(zhàn)損段，描述模型的戰(zhàn)損情況。

以坦克連模型為例，其模板描述如表5所示。

表5 數(shù)據(jù)元模型描述(坦克連模型)

元數(shù)據(jù)屬性注冊代碼如下:

BEGIN－METADATA(DATAMETAMODEL)

REG－BASE(DAM)

REG－PROP(LocationData，“位置數(shù)據(jù)”)

REG－PROP(StrengthIndexData，“戰(zhàn)斗力指數(shù)數(shù)據(jù)”)

REG－PROP(Velocity Data，“速度數(shù)據(jù)”)

REG－PROP(TimeData，“時間數(shù)據(jù)”)

REG－PROP(Equipment Data，“裝備數(shù)據(jù)”)

REG－PROP(PersonData，“人員數(shù)據(jù)”)

REG－PROP(CommunicationDistanceData，“通信距離數(shù)據(jù)”)

REG－PROP(FenseData，“戰(zhàn)場防護數(shù)據(jù)”)

REG－PROP(Ammunition Data，“彈藥量數(shù)據(jù)”)

REG－PROP(DamageData，“戰(zhàn)損數(shù)據(jù)”)

END－METADATA()

3 作戰(zhàn)實體、行動與元動作模型之間的關(guān)系

作戰(zhàn)仿真模型中作戰(zhàn)實體、行動和元動作模型的相互關(guān)系如圖2所示，通過該圖能夠簡要說明實體是如何按照行動計劃完成相關(guān)動作的。

圖2 實體、行動計劃與元模型關(guān)系

模型的驅(qū)動主要是采用作戰(zhàn)實體與行動關(guān)聯(lián)的方式來實現(xiàn)，即作戰(zhàn)實體按照上級賦予的作戰(zhàn)任務(wù)形成若干個作戰(zhàn)行動［10］，以行動計劃列表的形式發(fā)布行動命令，而后根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)對命令按照專業(yè)、行動類別進行區(qū)分，對作戰(zhàn)行動計劃進行分解后，以元動作的方式分別調(diào)用射擊、進攻、公共計算和環(huán)境等組件模型完成相應(yīng)作戰(zhàn)任務(wù)。

1)元模型庫

元模型庫是作戰(zhàn)仿真模型系統(tǒng)的核心，主要是將陸軍部隊各兵種主要作戰(zhàn)行動進行細(xì)化后形成基礎(chǔ)行動的集合，以模型服務(wù)的方式提供給各行動模型組合調(diào)用。將其中最基本最通用的部分抽取出來形成“元動作模型”。包括機動、進攻、反沖擊、射擊、布雷、破障等基本模型，同時還可以結(jié)合公共服務(wù)和計算模型，如毀傷計算、地形計算、坐標(biāo)計算等模型，形成“元模型庫”。這樣的模型調(diào)用機制便于模型的開發(fā)、集成、管理、調(diào)用和維護。

2)行動計劃列表

行動計劃列表的主要功能是按照計劃執(zhí)行的時間順序、集中保存指揮員(作戰(zhàn)方案制定者)所制定的作戰(zhàn)行動計劃數(shù)據(jù)，便于管理和調(diào)用。在一條行動計劃中可能會包含多條行動命令，如多條機動路線、攻擊任務(wù)等。將其分解后統(tǒng)一存放在行動計劃列表中統(tǒng)一管理。行動計劃列表是一個動態(tài)管理的數(shù)組，以圖2中為例，存放了用戶針對1營1連、炮兵連、坦克1連的三條計劃任務(wù)，這三條計劃任務(wù)分別被拆分為5、4、3條元動作，通過實體模型中的當(dāng)前命令指針的關(guān)聯(lián)，從而達到實體模型按照時間順序執(zhí)行作戰(zhàn)計劃的命令。

3)實體當(dāng)前行動計劃數(shù)據(jù)指針

實體模型中都包含一個“CurCmd”指針，該指針指向行動計劃列表中該實體正在執(zhí)行的行動任務(wù)，在行動計劃任務(wù)表中包含實體執(zhí)行該任務(wù)所需要的輸入、輸出參數(shù)。當(dāng)實體執(zhí)行完當(dāng)前的行動計劃后，按照邏輯順序自動執(zhí)行下一條命令指針，如果下一個行動元任務(wù)中沒有該實體應(yīng)該執(zhí)行的，則置該實體的當(dāng)前行動計劃指針為空，從而達到行動計劃統(tǒng)一管理和調(diào)用的目的。

4 結(jié)束語

通過上述分析研究可以看出，軍事概念模型是作戰(zhàn)仿真軟件開發(fā)的階段性成果，同時又是作戰(zhàn)仿真軟件開發(fā)過程的可視化顯示，加強對概念建模的研究，對推動我軍作戰(zhàn)仿真工作的進一步發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。同時，我們應(yīng)加強對概念建模過程工具的開發(fā)［11］。因為工具往往帶有一定的“強制”性，所以開發(fā)過程工具化既有助于規(guī)范化概念建模過程的實施，又能夠有效推動概念建模規(guī)范化工作的進一步發(fā)展。

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