譚玉璽,孫　鵬

(南京陸軍指揮學(xué)院作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)中心,江蘇南京　210045)

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基于規(guī)則庫(kù)的陸軍作戰(zhàn)指揮活動(dòng)仿真建模

譚玉璽,孫鵬

(南京陸軍指揮學(xué)院作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)中心,江蘇南京210045)

摘要:為了更好地滿足聯(lián)合作戰(zhàn)方案實(shí)驗(yàn)論證對(duì)陸軍作戰(zhàn)行動(dòng)的要求,提出了一種基于規(guī)則庫(kù)的陸軍作戰(zhàn)指揮活動(dòng)仿真模型構(gòu)建方法。這種模型將作戰(zhàn)行動(dòng)中的各種指揮行為和行動(dòng)行為規(guī)則化入庫(kù),以行為規(guī)則調(diào)用的方式組織構(gòu)建,該方法只要對(duì)實(shí)體(指揮實(shí)體、執(zhí)行實(shí)體)和規(guī)則庫(kù)進(jìn)行組織和維護(hù),就可以構(gòu)建出能夠滿足各種作戰(zhàn)樣式下作戰(zhàn)方案實(shí)驗(yàn)論證的陸軍作戰(zhàn)指揮活動(dòng)仿真模型,避免了依托人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論進(jìn)行模型構(gòu)建帶來(lái)的不確定因素。

關(guān)鍵詞:規(guī)則庫(kù);實(shí)體;指揮活動(dòng);仿真模型

修回日期： 2015-11-26

孫鵬(1981-),男,博士,講師。

近年來(lái),作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)蓬勃發(fā)展,對(duì)“人不在回路”的推演實(shí)驗(yàn)需求也更為強(qiáng)烈,因此，探尋陸軍作戰(zhàn)指揮活動(dòng)內(nèi)在的規(guī)律性,深化對(duì)陸軍作戰(zhàn)指揮活動(dòng)的認(rèn)識(shí),運(yùn)用信息技術(shù)研究構(gòu)建陸軍作戰(zhàn)指揮活動(dòng)模型,成為各國(guó)軍隊(duì)模擬系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題[1]。

美軍將涉及人的指揮活動(dòng)建模問(wèn)題列為六大建模難題。DARPA從20世紀(jì)90年代執(zhí)行CFOR計(jì)劃,目的是開(kāi)發(fā)一類(lèi)具有完全自主能力的CGF指揮實(shí)體,能夠描述特定指揮員的功能,能夠?qū)Σ粩嘧兓膽?zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)做出反應(yīng),而無(wú)需人的輸入或參與。在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了“先進(jìn)合成指揮兵力(ASCF, Advanced Synthetic Command Forces)”項(xiàng)目,其目的是研究、開(kāi)發(fā)一個(gè)能有效地仿真更高指揮層次決策行為的高級(jí)指揮實(shí)體模型。我軍也對(duì)指揮實(shí)體的指揮活動(dòng)進(jìn)行研究,在任務(wù)規(guī)劃、路徑規(guī)劃、戰(zhàn)術(shù)決策等決策內(nèi)容上運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)的優(yōu)化方法、結(jié)構(gòu)化分析方法建立了一些模型。但該研究還處于較低水準(zhǔn),還處于探索階段,模型的實(shí)用性和系統(tǒng)性還不夠強(qiáng),沒(méi)有形成可行方案。

指揮活動(dòng)仿真模型是直接仿真人腦對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)情況的指揮,如果按照人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論來(lái)建設(shè),則不僅沒(méi)有成熟的示例可以參考,而且系統(tǒng)復(fù)雜性過(guò)高,會(huì)造成系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的難度增加、系統(tǒng)可維護(hù)性差,更重要的是系統(tǒng)的運(yùn)算實(shí)時(shí)性得不到保障[2]。因此,本文研究了用基于規(guī)則庫(kù)方式的指揮活動(dòng)仿真模型,指揮活動(dòng)仿真模型的構(gòu)建主要依賴指揮規(guī)則庫(kù),即通過(guò)預(yù)先設(shè)置情況處置的軍事規(guī)則,由模型系統(tǒng)在仿真推演過(guò)程中根據(jù)狀態(tài)動(dòng)態(tài)查詢和匹配,從而完成指揮決策的過(guò)程。指揮活動(dòng)仿真模型是陸軍作戰(zhàn)模型體系中的重要組成部分,主要功能是仿真陸軍師、旅(團(tuán))兩級(jí)指揮結(jié)構(gòu)的一般作戰(zhàn)指揮活動(dòng)的過(guò)程和決策。

1規(guī)則庫(kù)設(shè)計(jì)

基于規(guī)則庫(kù)的作戰(zhàn)指揮活動(dòng)模型,對(duì)于各種戰(zhàn)場(chǎng)情況,當(dāng)需要由上級(jí)指揮員進(jìn)行指揮決策時(shí),模型會(huì)查詢指揮決策的規(guī)則庫(kù),從規(guī)則庫(kù)中查找對(duì)應(yīng)的指揮規(guī)則數(shù)據(jù),并進(jìn)行應(yīng)用,從而有效地解決了系統(tǒng)自動(dòng)決策指揮的問(wèn)題。并且由于指揮規(guī)則庫(kù)可以由軍事人員直接外部進(jìn)行維護(hù),因此,當(dāng)出現(xiàn)沒(méi)有指揮規(guī)則的戰(zhàn)場(chǎng)情況時(shí),可以由軍事人員進(jìn)行外部添加指揮規(guī)則數(shù)據(jù)[3]。

規(guī)則庫(kù)又分為指揮決策規(guī)則庫(kù)和行動(dòng)決策規(guī)則庫(kù)兩類(lèi)。指揮決策規(guī)則庫(kù)、行動(dòng)決策規(guī)則庫(kù)是兩個(gè)獨(dú)立的規(guī)則庫(kù)。行動(dòng)決策規(guī)則庫(kù)用于設(shè)定各類(lèi)陸軍實(shí)體的行動(dòng)規(guī)則,指揮決策規(guī)則庫(kù)用于設(shè)定指揮機(jī)構(gòu)根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)情況做出指揮決策行為的相關(guān)規(guī)則。為滿足規(guī)則庫(kù)的編寫(xiě)和解釋要求,需要專門(mén)的規(guī)則輸入模塊和專門(mén)的規(guī)則解釋模塊。

1.1規(guī)則庫(kù)作用機(jī)制設(shè)計(jì)

規(guī)則庫(kù)作用機(jī)制如圖1所示。在指揮活動(dòng)仿真模型中,規(guī)則分為兩大類(lèi),即指揮行為規(guī)則和執(zhí)行行為規(guī)則。對(duì)于規(guī)則作用機(jī)制的分析也將從這兩個(gè)方面進(jìn)行。

圖1　規(guī)則庫(kù)作用機(jī)制示意圖

指揮行為規(guī)則主要定義了將任務(wù)命令分解為行動(dòng)命令的相關(guān)規(guī)則。當(dāng)指揮實(shí)體接受到上級(jí)命令時(shí),進(jìn)行決策過(guò)程如圖右上方的流程圖所示。首先對(duì)命令進(jìn)行分析,得到任務(wù)的相關(guān)屬性,如類(lèi)型、時(shí)間、目標(biāo)、要求等。按照相關(guān)環(huán)境實(shí)體狀態(tài),如氣象條件、地形條件等[4],以及相應(yīng)的任務(wù)屬性選擇完成任務(wù)的具體方式,即將任務(wù)劃分為不同時(shí)序的一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行實(shí)體的行動(dòng),然后根據(jù)規(guī)則對(duì)這些行動(dòng)進(jìn)行定義,形成一系列對(duì)應(yīng)相應(yīng)執(zhí)行實(shí)體的行動(dòng)命令。

行動(dòng)行為規(guī)則主要定義了將行動(dòng)命令分解為執(zhí)行實(shí)體一系列相關(guān)動(dòng)作并進(jìn)行執(zhí)行的相關(guān)規(guī)則。當(dāng)指揮實(shí)體接受到上級(jí)指揮實(shí)體的行動(dòng)命令時(shí),進(jìn)行行動(dòng)決策過(guò)程如圖右下方的流程圖所示。首先對(duì)行動(dòng)命令進(jìn)行分析,得到行動(dòng)的相關(guān)屬性,如行動(dòng)類(lèi)型、時(shí)間、目標(biāo)、要求等,然后根據(jù)與其相關(guān)的環(huán)境實(shí)體要素的狀態(tài)以及行動(dòng)要求來(lái)決定行動(dòng)的具體方式,即將其分解為一系列執(zhí)行實(shí)體的行動(dòng),在執(zhí)行實(shí)體執(zhí)行動(dòng)作的過(guò)程中,要與相應(yīng)的目標(biāo)實(shí)體發(fā)生信息交互,最終通過(guò)動(dòng)作規(guī)則得到運(yùn)算的結(jié)果,將這些結(jié)果發(fā)送給相關(guān)的實(shí)體。

由于規(guī)則庫(kù)不可能窮盡所有可能的情況及規(guī)則,因此當(dāng)實(shí)體不能匹配相應(yīng)規(guī)則時(shí),系統(tǒng)應(yīng)提供人機(jī)交互界面,由人來(lái)處理該情況。同時(shí)能夠?qū)l(fā)生規(guī)則失效的場(chǎng)景及人的處置方案記錄下來(lái),以方便使用者對(duì)規(guī)則庫(kù)進(jìn)行完善和擴(kuò)充。

1.2規(guī)則庫(kù)管理機(jī)制

指揮活動(dòng)模型的規(guī)則庫(kù)管理機(jī)制如圖2所示。

圖2　規(guī)則庫(kù)管理機(jī)制

作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)中需要實(shí)體能夠進(jìn)行自動(dòng)決策,這就對(duì)指揮實(shí)體或者執(zhí)行實(shí)體對(duì)應(yīng)的規(guī)則庫(kù)要求很高,作戰(zhàn)指揮決策本身十分復(fù)雜,因此在進(jìn)行決策的過(guò)程中,指揮行為規(guī)則庫(kù)以及行動(dòng)規(guī)則庫(kù)必須要不斷地進(jìn)行補(bǔ)充和豐富[5]。同時(shí),隨著作戰(zhàn)樣式和戰(zhàn)場(chǎng)情況的變化,部分規(guī)則有可能無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前的需要,這些都需要通過(guò)某種方式對(duì)相應(yīng)的規(guī)則進(jìn)行編輯。

規(guī)則庫(kù)主要提供了兩種訪問(wèn)接口：一個(gè)是提供給實(shí)體中的規(guī)則解釋器的接口;另一個(gè)是提供給規(guī)則編輯器的接口。規(guī)則編輯器是規(guī)則編輯人員對(duì)規(guī)則庫(kù)進(jìn)行修改、添加、刪除等操作的工具,該工具的用戶主要是軍事規(guī)則的制定人員,這些規(guī)則主要來(lái)源于對(duì)先驗(yàn)規(guī)律的總結(jié),包括專家知識(shí)以及對(duì)現(xiàn)實(shí)軍事行動(dòng)的總結(jié)。該工具很好地實(shí)現(xiàn)了程序員和規(guī)則制定人員在進(jìn)行開(kāi)發(fā)過(guò)程中的分離,可以大大提高軟件開(kāi)發(fā)的效率。

2規(guī)則庫(kù)構(gòu)建

規(guī)則庫(kù)的構(gòu)建主要采用“事件(條件)+行動(dòng)”的方法,即首先將各種作戰(zhàn)行動(dòng)的執(zhí)行過(guò)程劃分為若干階段,階段之間的過(guò)度點(diǎn)為事件發(fā)生點(diǎn),任務(wù)執(zhí)行的異常也作為事件輸入。根據(jù)規(guī)則實(shí)現(xiàn)制定針對(duì)事件的指揮規(guī)則,指揮活動(dòng)仿真模型只需根據(jù)事件(條件)調(diào)用相應(yīng)的處理規(guī)則即可[6-7]。

以機(jī)動(dòng)模型為例,部隊(duì)在沿地形機(jī)動(dòng)的過(guò)程中需要判別的條件如圖3所示。

圖3　機(jī)動(dòng)過(guò)程中的指揮決策

如圖3所示,在機(jī)動(dòng)模型中,執(zhí)行從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的直線機(jī)動(dòng)過(guò)程中,每個(gè)仿真周期都需要對(duì)多種條件進(jìn)行判斷。具體事件的劃分如下。

機(jī)動(dòng)模型正常事件包括:

1)機(jī)動(dòng)開(kāi)始。事件編號(hào)101,處理規(guī)則:按照理想狀況下的機(jī)動(dòng)計(jì)算本步長(zhǎng)應(yīng)該機(jī)動(dòng)到的位置。

2)機(jī)動(dòng)到拐點(diǎn)。事件編號(hào)102,處理規(guī)則:發(fā)實(shí)體位置報(bào)告,用下一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)作為當(dāng)前機(jī)動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)并繼續(xù)向新的目標(biāo)點(diǎn)機(jī)動(dòng)。

3)機(jī)動(dòng)結(jié)束。事件編號(hào)103,處理規(guī)則:發(fā)機(jī)動(dòng)結(jié)束報(bào)告,清除實(shí)體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)位,防御方自動(dòng)占領(lǐng)防御陣地。

機(jī)動(dòng)模型異常事件包括:

1)油料不足。事件編號(hào)110,處理規(guī)則:①尋找最近的油料補(bǔ)給單位,并命令其給機(jī)動(dòng)部隊(duì)補(bǔ)充油料;②原地待命,取消機(jī)動(dòng)任務(wù);③放棄車(chē)輛,徒步機(jī)動(dòng)。

2)敵地面炮兵火力襲擊。事件編號(hào)111,處理規(guī)則:①停止機(jī)動(dòng),就地隱蔽;②繼續(xù)前進(jìn),快速通過(guò);③繼續(xù)前進(jìn),快速通過(guò),同時(shí)呼喚伴隨支援火力壓制敵炮兵;④停止機(jī)動(dòng),并后撤至安全地域。

3)敵空中火力襲擊。事件編號(hào)112,處理規(guī)則:①停止機(jī)動(dòng),就地隱蔽;②停止機(jī)動(dòng),就地隱蔽,同時(shí)組織火力對(duì)空射擊;③繼續(xù)前進(jìn),快速通過(guò);④繼續(xù)前進(jìn),快速通過(guò),同時(shí)組織火力對(duì)空射擊。

4)坡度、崩巖等地理障礙。事件編號(hào)113,處理規(guī)則:①停止前進(jìn),取消機(jī)動(dòng)任務(wù);②調(diào)用路徑規(guī)劃模型,重新調(diào)整機(jī)動(dòng)路線,繼續(xù)機(jī)動(dòng)。

5)水系障礙。事件編號(hào)114,處理規(guī)則:①滿足涉水條件則直接涉水前進(jìn);②如果是大海則直接停止前進(jìn),取消機(jī)動(dòng)任務(wù);③判斷水面條件,滿足架橋條件則命令工兵分隊(duì)架橋,如無(wú)伴隨保障工兵部隊(duì)則停止前進(jìn);④前三個(gè)規(guī)則都不適用,則調(diào)用路徑規(guī)劃模型重新產(chǎn)生機(jī)動(dòng)路線,如果規(guī)劃失敗,則取消機(jī)動(dòng)任務(wù)。

6)人工障礙(雷場(chǎng)、鐵絲網(wǎng)、三角錐等)。事件編號(hào)115,處理規(guī)則:①停止前進(jìn),給最近的工兵部隊(duì)下命令進(jìn)行破障處理,如果處理失敗轉(zhuǎn)入規(guī)則②;②強(qiáng)行通過(guò),按照雷場(chǎng)毀傷模型計(jì)算毀傷,如不能通過(guò)則轉(zhuǎn)入規(guī)則③;③調(diào)用路徑規(guī)劃模型重新產(chǎn)生機(jī)動(dòng)路線,如失敗則停止前進(jìn),取消機(jī)動(dòng)任務(wù)。

7)與敵遭遇。事件編號(hào)116,處理規(guī)則:調(diào)用遭遇戰(zhàn)模型,與敵建立交戰(zhàn)關(guān)系。

8)速度修正。事件編號(hào)117,處理規(guī)則:機(jī)動(dòng)方式與地貌類(lèi)型匹配修正;坡度修正;高原修正;戰(zhàn)場(chǎng)密度修正;敵火力襲擊修正;障礙修正。

規(guī)則庫(kù)的構(gòu)建可以通過(guò)將行動(dòng)劃分為不同類(lèi)型的事件,每個(gè)事件都按照優(yōu)先級(jí)注明了幾種指揮規(guī)則。通過(guò)采用這種方式,可以構(gòu)建軍事人員直接維護(hù)的指揮規(guī)則庫(kù)。

3指揮活動(dòng)仿真模型

規(guī)則庫(kù)建立完成后,我們可以依托規(guī)則庫(kù)進(jìn)行指揮活動(dòng)仿真模型構(gòu)建[8]。

事件發(fā)生后,指揮活動(dòng)模型在一定的條件下,根據(jù)規(guī)則庫(kù)中的規(guī)則,進(jìn)行相應(yīng)的決策,從一系列的行動(dòng)中選擇一個(gè)行動(dòng)方案,完成任務(wù)并達(dá)到目標(biāo)。

指揮活動(dòng)模型首先要對(duì)實(shí)時(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)單地了解,態(tài)勢(shì)的屬性主要包括:兵力;初始補(bǔ)給水平、補(bǔ)給消耗、再補(bǔ)給率;機(jī)動(dòng)性;方向;位置;單位的縱深和正面寬度等。獲取初始態(tài)勢(shì)后,當(dāng)遇到某一“事件”(條件)時(shí),模型調(diào)用相應(yīng)事件的處理規(guī)則,進(jìn)行決策選擇行動(dòng)方案,行動(dòng)選擇的優(yōu)先級(jí)取決于規(guī)則中的制定標(biāo)準(zhǔn),選擇可能達(dá)到最好效果的行動(dòng)。

以機(jī)動(dòng)模型為例,指揮規(guī)則應(yīng)用示例如圖4所示。

圖4　機(jī)動(dòng)模型中指揮規(guī)則應(yīng)用示例

指揮活動(dòng)仿真模型的構(gòu)建主要是依賴指揮規(guī)則庫(kù),即通過(guò)預(yù)先設(shè)置情況處置的軍事規(guī)則,由模型系統(tǒng)在仿真推演過(guò)程中根據(jù)狀態(tài)動(dòng)態(tài)查詢和匹配,從而完成指揮決策的過(guò)程。

4結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種基于規(guī)則庫(kù)的陸軍作戰(zhàn)指揮活動(dòng)仿真模型構(gòu)建方法。通過(guò)該方法建立的指揮活動(dòng)仿真模型已經(jīng)應(yīng)用到某作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)中,應(yīng)用中的模型規(guī)則庫(kù)規(guī)則按照時(shí)間事件、空間事件、情報(bào)事件和情況事件四類(lèi)事件(條件)進(jìn)行構(gòu)建,指揮活動(dòng)模型根據(jù)具體的事件類(lèi)型進(jìn)行相應(yīng)的決策,有效地解決作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中指揮決策難的問(wèn)題,同時(shí)也避免了依托人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論進(jìn)行模型構(gòu)建帶來(lái)的困難和一些不確定因素,基本滿足了構(gòu)建“人不在回路”作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建設(shè)需求。

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Method of Constructing Land Command Simulation Model via Rule-Database

TAN Yu-xi, SUN Peng

(Operations Research Center of Nanjing Army Command College, Nanjing 210045, China)

Abstract:A method of constructing command simulation model based on rule-database is proposed to satisfy the actual requirement of the army operational scheme simulated deduction for army fighting action. The method puts forward the command and action in database by the rule, then constructs the model with the rule-database, this method can construct the model adopting many simulated deduction control methods, avoiding the indeterminacy factor of constructing model by the method of manual intelligent, neural networks etc.

Key words:rule-database; entity; command; simulation model

作者簡(jiǎn)介：譚玉璽(1979-),男,吉林磐石人,碩士,講師,研究向?yàn)殛戃娮鲬?zhàn)建模與仿真、陸軍模擬訓(xùn)練和作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。

收稿日期：2015-11-11

中圖分類(lèi)號(hào):TP391.9；E917

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1673-3819.2016.01.019

文章編號(hào)：1673-3819(2016)01-0090-04