李 策， 申天良， 彭 勇， 王永峰， 王春雷

(陸軍步兵學(xué)院， 河北 石家莊 050083)

1 引言

仿真實驗是評估優(yōu)化陸軍合同戰(zhàn)斗方案的信息化手段，其中，基于自動控制的仿真實驗是驗證陸軍合同戰(zhàn)斗方案的重要方式,具有決定性影響。本文結(jié)合多年的戰(zhàn)斗方案仿真實驗理論與實踐研究成功經(jīng)驗，提出了基于決策點的陸軍合同戰(zhàn)斗方案仿真實驗自動控制方法，實現(xiàn)了陸軍合同戰(zhàn)斗方案的自動仿真。

1.1 仿真實驗自動控制面臨的困難

戰(zhàn)斗方案仿真實驗是在可控制、可測量、可分析環(huán)境下，控制虛擬戰(zhàn)斗發(fā)生、發(fā)展和變化，并通過觀察以獲得虛擬作戰(zhàn)事實的實踐活動。實驗控制是虛擬戰(zhàn)斗實施過程中，建立和維護仿真運算秩序的技術(shù)方法和途徑。

仿真實驗控制有兩種主要形式。一種是手工控制，即仿真計算過程中由人根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢演變，隨機決策且輸入指令控制仿真計算進程。這種方式的長處是能夠充分發(fā)揮人的智能優(yōu)勢，不足之處在于受人主觀影響較大，客觀性、穩(wěn)定性相對較弱；另一種是自動控制，仿真計算開始前，人把各種可能行動方案按照一定的規(guī)則輸入系統(tǒng)當(dāng)中，整個仿真計算過程不需要人的干預(yù)，控制系統(tǒng)自動完成仿真計算。自動控制的長處是便于進行大樣本空間的仿真，并進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和產(chǎn)生新的知識。

仿真實驗自動控制面臨的主要困難在于需要不斷地根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢變化，自動產(chǎn)生驅(qū)動對抗雙方實體的行動指令，控制仿真模型模擬行動過程和效果。國內(nèi)外針對戰(zhàn)斗方案仿真實驗自動控制問題展開了大量研究，提出了諸如基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論的Agent建模、基于指揮控制理論的指揮控制建模等技術(shù)途徑，但由于這些技術(shù)方法難以滿足陸軍合同戰(zhàn)斗方案自動仿真的需求，其解決實際問題的能力、軍事人員認可度和推廣運用等方面受到極大限制。

1.2 基于決策點的自動控制方法

針對目前仿真實驗自動控制面臨的困難，本文提出了基于決策點的自動控制方法。所謂決策點是指需要指揮員在特定的戰(zhàn)場態(tài)勢下，必須做出行動決策的時間點、空間點和事件觸發(fā)點等。例如，在部隊在開進出發(fā)地域是否可以出發(fā)的決策中，開進計劃規(guī)定的出發(fā)時刻是指揮員進行決策的關(guān)鍵因素。那么，計劃規(guī)定的出發(fā)時刻即為時間決策點。部隊是否發(fā)起沖擊首先取決于其是否到達沖擊地線，如果按時到達沖擊出發(fā)地線應(yīng)及時發(fā)起沖擊，反之，需要繼續(xù)等待。那么，規(guī)定的沖擊出發(fā)線即為空間決策點。當(dāng)守方發(fā)起反沖擊時，攻方應(yīng)抗擊敵反沖擊，那么守方實施反沖擊即為攻方反沖擊行動的事件決策點。

基于決策點自動控制就是把決策點和行動方案預(yù)置在作戰(zhàn)實體行動過程中的各個環(huán)節(jié)，由自動控制模型根據(jù)預(yù)置決策點和行動方案控制仿真計算自動運行。指揮員對作戰(zhàn)過程設(shè)計和預(yù)想，用決策點的方式體現(xiàn)指揮控制行動，并融入作戰(zhàn)行動方案中，代理指揮員控制指令的產(chǎn)生和下達，實現(xiàn)方案的自動仿真，從而充分發(fā)揮人的判斷能力和機器的計算優(yōu)勢，避免構(gòu)建復(fù)雜的知識庫及由此引起的仿真過程的可信性等問題。

2 決策點設(shè)計

決策點是可能導(dǎo)致作戰(zhàn)進程發(fā)生重大變化，促使指揮員必需做出行動決策的特定戰(zhàn)場態(tài)勢中的時間、空間或事件要素。它是構(gòu)想作戰(zhàn)實施過程中的必需元素，是各兵種組織協(xié)同行動的主要依據(jù)，通常由指揮員依據(jù)作戰(zhàn)原則和經(jīng)驗確定。

2.1 決策點設(shè)計原則

2.1.1 客觀性原則

客觀性原則是指要符合本身力量資源大小、戰(zhàn)場環(huán)境和一般戰(zhàn)術(shù)規(guī)律等客觀實際條件和原則。力量資源大小決定了本身客觀的進攻和防御能力，戰(zhàn)場環(huán)境客觀制約了能力的發(fā)揮，戰(zhàn)術(shù)規(guī)律約束著一定條件下的能力的客觀運用方式。貫徹這一設(shè)計原則，要求主觀能動性的發(fā)揮必須以客觀條件為基礎(chǔ)，必須因地制宜、量敵用兵。

2.1.2 略敵從寬原則

略敵從寬原則是指立足對強敵作戰(zhàn)，重視戰(zhàn)術(shù)行動細節(jié)，對敵人的能力、行動方式以及主觀能動性的發(fā)揮等方面盡量不加限制。按照博弈論的思想，設(shè)想給予敵方更多的行動自由，使己方處于不利位置來尋找最佳應(yīng)對措施，確保形成一個完備穩(wěn)定的作戰(zhàn)方案。貫徹這一設(shè)計原則，要求思想上必須重視對手思維上的靈活性、應(yīng)對策略上注重細節(jié)處理、行動協(xié)同上形成整體效果。

2.1.3 連貫性原則

連貫性原則是指決策點之間存在著一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系，在時空整體上要形成一個從前到后的鏈路。連貫性明確了為達到最終態(tài)勢，需要進行中間過程控制的一系列應(yīng)對措施。貫徹這一設(shè)計原則，要求行動的整體安排與局部安排結(jié)合、節(jié)點的緊前行動與緊后行動結(jié)合，從而控制作戰(zhàn)進程向預(yù)想態(tài)勢演進。

2.2 決策點分類

決策點按照不同的分類方法，可分為不同的類型。按照戰(zhàn)斗類型,決策點可分為進攻類決策點和防御類決策點。按照戰(zhàn)斗樣式，可分為陣地進攻戰(zhàn)斗類決策點、陣地防御戰(zhàn)斗類決策點等類型。不同的戰(zhàn)斗類型和戰(zhàn)斗樣式，決策點的類型不盡相同，但有一些基本決策點。基本決策點是按照作戰(zhàn)條令和戰(zhàn)術(shù)原則抽象的通用性決策點。按照特征屬性，決策點可分為時刻類決策點、空間類決策點、事件類決策點和狀態(tài)類決策點。每種決策點類型又包含若干個具體的決策點。譬如，空間類決策點包括我進至、敵進至、我退至、敵退至等決策點；事件類決策點包括發(fā)起攻擊、實施火力突擊、實施機降、實施反機降、實施反沖擊、停止攻擊等決策點。

2.3 決策點表達

決策點的結(jié)構(gòu)主要描述其構(gòu)成的要素和關(guān)系，令S1為作戰(zhàn)階段集合，S2為敵情況預(yù)想集合，S3為我情況預(yù)想集合，D為決策點集合，則映射：f:S=S1×S2×S3→D定義了某次戰(zhàn)斗的一組決策點，S構(gòu)成了條件集合。決策點的發(fā)生一定具備某個特定的條件，同時該條件也描述了主要的態(tài)勢要素。條件的構(gòu)成要素與決策點類似，不在單獨描述。

決策點由實體(屬性)、軍事術(shù)語、邏輯謂詞、變量和自由文本字符串等基本元素組成。其中實體(屬性)是仿真中區(qū)分的小分辨率單位，包括兵力實體和環(huán)境實體，屬性是實體所具有的特征值；軍事術(shù)語是軍事上定義明確的戰(zhàn)術(shù)術(shù)語；邏輯謂詞包括 “與”和“或”；變量主要包括坐標(biāo)、線段、多變形區(qū)域、時刻、整數(shù)和浮點型數(shù)據(jù)等；自由文本字符串是為了銜接其前后要素形成語句而隨機添加的文本。

各要素之間的關(guān)系模板如下：

{【實體】*[自由文本]*<軍事術(shù)語>*[自由文本]*(變量)* [自由文本]}*{【實體(屬性)】*[自由文本] *<軍事術(shù)語>*[自由文本]*(變量)* [自由文本]}+。

其中，

{}中內(nèi)容表示一個含義明確的描述語句且僅必須含有一個變量；

【】中內(nèi)容表示實體或具有某類性質(zhì)的實體；

[]中內(nèi)容表示隨機增加的字符串；

()中內(nèi)容表示必須是某種變量；

<> 中內(nèi)容提供從軍事術(shù)語集中選擇項；

* 表示連接其前后的邏輯關(guān)系，邏輯“或”用“|”，不注明時為邏輯“與”；

+ 表示可重復(fù)一次或多次。

例如，“抗擊敵反沖擊”決策點的表達方式為：

{[當(dāng)敵向](地點坐標(biāo))[方向]<實施反擊>}{[，且其兵力](小于)|(大于)(數(shù)值)[連時][以]【戰(zhàn)斗實體名稱)】[為主]<消滅|抗擊>[反擊之?dāng)砞}。

3 基于決策點的作戰(zhàn)方案構(gòu)成

作戰(zhàn)方案的構(gòu)成要滿足四個要求：一是設(shè)計上便于軍事人員和技術(shù)人員的理解交互；二是仿真使用上便于轉(zhuǎn)換成控制數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；三是功能上便于多種形式表現(xiàn)；四是評估上便于提供必要的條件數(shù)據(jù)。遵循簡便易行的原則，最終形成數(shù)據(jù)化方案的目標(biāo)，本文提出如下的作戰(zhàn)方案構(gòu)成方法。

3.1 建立全局要素層次結(jié)構(gòu)

依據(jù)作戰(zhàn)條令和相關(guān)戰(zhàn)術(shù)教材對決心方案和作戰(zhàn)計劃的表述內(nèi)容要求，從中提取出軍事短語和術(shù)語，按照樹形層次進行組織，從而在整體上形成作戰(zhàn)方案的要素結(jié)構(gòu)。表1是進攻戰(zhàn)斗方案部分要素的層次結(jié)構(gòu)示意表。

3.2 確定方案要素的關(guān)聯(lián)關(guān)系

確定關(guān)聯(lián)關(guān)系是指確定要素間的依賴關(guān)系，元素B依賴元素A表明B依賴A產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。確定依賴關(guān)系通常依據(jù)其要素所包含的內(nèi)容信息和作戰(zhàn)籌劃的工作步驟。建立完整的要素依賴關(guān)系圖，可為后續(xù)作戰(zhàn)方案要素輸入流程以及數(shù)據(jù)模型主鍵和外鍵的設(shè)計奠定基礎(chǔ)。圖1是使用IDEF1X語法確定的一個開進展開方案依賴示例。

3.3 設(shè)計方案要素的表格方式

表格方式是一種最常用和通俗易懂的表現(xiàn)方式，方案要素的表格方式就是對方案要素再進行細分，直到成為含義單一的信息元素。表格中的表頭字段表示這些信息元素并注明其獲取方式。按照分解的過程可劃分為兩種形式。

1)單一式

單一式是可直接表現(xiàn)用表格表示，如表2的重點打擊目標(biāo)的格式。其中手工輸入是指需要在文本輸入框內(nèi)輸入字符串，選擇輸入是從下拉列表中選擇其中一項或多項輸入，圖上確定是指在地圖上用鼠標(biāo)點擊輸入，自動匹配輸入是根據(jù)前面選擇輸入項自動關(guān)聯(lián)輸入。

2)關(guān)聯(lián)式

關(guān)聯(lián)式是需要引用其他表中的信息元素，反映了他們之間的先后關(guān)系和依賴性。表3是各階段決策點表需要依賴作戰(zhàn)階段劃分表。

表2 重點打擊目標(biāo)表

表3 各階段決策點表

4 仿真自動控制框架

4.1 自動控制框架

自動控制框架描述控制的整體結(jié)構(gòu)，主要由數(shù)據(jù)化的作戰(zhàn)方案、自動控制規(guī)則、仿真環(huán)境、仿真模型、態(tài)勢顯示、交互關(guān)系等組成，如圖2所示，其中虛線部分描述是控制框架的輔助部分。其中：作戰(zhàn)方案為仿真自動運行提供數(shù)據(jù)支持；自動控制規(guī)則為仿真自動運行提供規(guī)則支持；仿真模型(包括實體模型、自動控制模型和行動模型)為仿真自動運行提供模型支持；仿真環(huán)境為方案數(shù)據(jù)和自動控制規(guī)則的加載、仿真模型的調(diào)度以及仿真時間的推進等提供服務(wù)；仿真運行中產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)化為態(tài)勢數(shù)據(jù)進行輸出顯示；紅藍雙方通過各種作戰(zhàn)行動進行對抗?？刂瓶蚣軆?nèi)各組成部分之間除了具有以上的顯性作用關(guān)系，還存在以下幾種內(nèi)隱的作用關(guān)系。

自動控制模型與作戰(zhàn)方案之間的“數(shù)據(jù)—模型”驅(qū)動關(guān)系。在仿真過程中，方案數(shù)據(jù)將驅(qū)動自動控制模型產(chǎn)生作戰(zhàn)指令，進而控制作戰(zhàn)行動的模擬仿真。因此，用于驅(qū)動自動控制模型運行的方案數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上需要與自動控制模型的參數(shù)結(jié)構(gòu)相匹配，才能完成方案數(shù)據(jù)的仿真映射。

自動控制模型與自動控制規(guī)則之間的“模型—規(guī)則”的調(diào)用關(guān)系。在仿真過程中，規(guī)則是模型運行的觸發(fā)器，由模型通過接口調(diào)用相應(yīng)的規(guī)則對各種事件進行處置。規(guī)則在一定程度上決定模型該做什么和如何做。

作戰(zhàn)方案和自動控制規(guī)則之間的“數(shù)據(jù)—規(guī)則”轉(zhuǎn)化關(guān)系。在仿真過程中，有些方案數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)化為規(guī)則使用。比如，方案中的預(yù)想情況數(shù)據(jù)包含了“在何種情況下采取何種行動處置”的描述，在仿真過程中可以轉(zhuǎn)化為指揮實體的決策規(guī)則，供指揮實體決策使用。

4.2 運行機制

仿真運行中，決策點由指揮實體負責(zé)模擬，它實時感知、判斷當(dāng)前的戰(zhàn)場態(tài)勢，并結(jié)合作戰(zhàn)規(guī)則，與預(yù)想的作戰(zhàn)情況進行匹配，若匹配成功則觸發(fā)針對該情況制定的一系列實體行動方案并將方案內(nèi)容自動轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的一組作戰(zhàn)指令直接下發(fā)給行動實體，并監(jiān)控行動實體的行動過程；行動實體接到作戰(zhàn)指令后，結(jié)合自身狀態(tài)和戰(zhàn)術(shù)原則，判斷有無執(zhí)行的條件，如有則將作戰(zhàn)指令進一步解析為行動序列，驅(qū)動相應(yīng)的行動模型模擬作戰(zhàn)行動，并在作戰(zhàn)過程中按照控制規(guī)則自主地處置一些簡單的突發(fā)情況；行動實體將作戰(zhàn)情況和結(jié)果報告給指揮實體，作為指揮實體下一步指揮決策的依據(jù)；如此循環(huán)往復(fù)，直至模擬結(jié)束。如圖3所示為自動控制的運行機制圖。

指揮實體與行動實體之間通過作戰(zhàn)指令和情況報告進行交互。作戰(zhàn)指令可以看作是行動實體的命令式任務(wù)，這些命令式任務(wù)來源于合同戰(zhàn)斗方案中的行動方案，是行動實體執(zhí)行作戰(zhàn)行動的主要依據(jù)。但行動方案中一般不會包含對一些突發(fā)或臨時情況的處置，如遇障、遇襲等，可以把這些情況稱為行動實體的自主式任務(wù)，這些任務(wù)只能依靠行動實體的行動控制規(guī)則來自主決定應(yīng)該采取哪些行動。

5 仿真自動控制實例

本文一個簡化的陸軍機步旅進攻戰(zhàn)斗方案，基于上述自動控制原理研制的“陸軍合同戰(zhàn)斗實驗系統(tǒng)”進行驗證。

5.1 基本想定

藍軍機步旅約1個機步營和1個戰(zhàn)車營的兵力，在某地域組織防御，企圖依托陣地，固守待援，阻紅軍向縱深發(fā)展進攻。

紅方機步旅配屬2個坦克營、2個加榴炮營、1個攻擊直升機大隊、1個高炮連以及通信、電抗和工程等保障力量。在上級聯(lián)合作戰(zhàn)力量的協(xié)同與支援下，采取“多路立體突擊，分區(qū)割殲制要”戰(zhàn)法，奪控防御地域內(nèi)諸要點，攻殲敵藍軍旅。

5.2 作戰(zhàn)方案決策點設(shè)置

1)“發(fā)起攻擊”決策點行動

左翼攻擊群左翼連擔(dān)負主攻任務(wù),采取乘車沖擊方式,在火力掩護下,迅速通過通路,向一線排陣地內(nèi)重點目標(biāo)實施打擊。穿插分隊在左翼攻擊群后通過通路，沿翼側(cè)向縱深的敵指揮所實施穿插。機降戰(zhàn)斗隊在敵縱深有利地形實施機降，迅速收攏隊形，破襲敵縱深戰(zhàn)術(shù)指揮所。

2)“抗擊敵反沖擊”決策點行動

當(dāng)藍方預(yù)備隊實施反沖擊之時，炮兵群122榴彈炮營對反沖擊之?dāng)尺M行攔阻射擊，在反沖擊路線上設(shè)置2道火力攔阻線，持續(xù)射擊5分鐘，使用彈藥為爆破榴彈2個炮標(biāo)準(zhǔn)，打擊遲滯反沖擊之?dāng)?，支援抗反分隊?wèi)?zhàn)斗。障礙設(shè)置隊在敵反沖擊路線和展開地區(qū)快速機動布雷，遲滯反沖擊之?dāng)承袆印?/p>

3)“殲滅被圍之?dāng)场睕Q策點行動

藍方縱深防守力量，依托要點頑強抗擊，并從后方向前機動約1個連的兵力，對縱深要點陣地實施機動增援。紅方縱深攻擊群在空地火力和前沿攻擊群部分力量協(xié)同下，對縱深防守之?dāng)痴归_攻擊，奪控縱深要點陣地。機動炮隊對機動增援之?dāng)硨嵤r阻射擊。

5.3 仿真過程

1)實體初始態(tài)勢

戰(zhàn)斗方案仿真開始時紅藍雙方實體初始位置及狀態(tài)如圖4所示。從圖4可以看出，方案模擬開始前，藍方正依托陣地，組織防御。紅方各攻擊群隊已占領(lǐng)進攻出發(fā)陣地。

2)前沿突破

仿真開始后，紅方各攻擊群隊按照預(yù)定的作戰(zhàn)計劃，向沖擊出發(fā)陣地機動。當(dāng)?shù)竭_沖擊出發(fā)時間時，“發(fā)起沖擊”決策點觸發(fā)，紅方前沿攻擊實體向藍方前沿防守之?dāng)嘲l(fā)起沖擊。圖5是執(zhí)行“發(fā)起攻擊”后的態(tài)勢圖。

3)抗敵反沖擊

當(dāng)模擬至紅方攻擊藍方縱深防守之?dāng)硶r，紅方預(yù)備隊進行反沖擊行動，觸發(fā)紅方設(shè)置的“抗擊敵反沖擊”決策點，圖6是執(zhí)行“抗擊敵反沖擊”決策點后的行動態(tài)勢圖，從圖中可以看出，紅方使用兵力建立對內(nèi)對外正面，使用火力建立攔阻線，使用設(shè)障兵力設(shè)置障礙場，綜合實施抗反行動。

4)殲滅被圍之?dāng)?/p>

圖7是執(zhí)行“殲滅被圍之?dāng)场钡膽B(tài)勢圖。圖中，藍方縱深防守之?dāng)骋驯患t方包圍，紅方正在對被圍之?dāng)嘲l(fā)起攻擊，同時，綜合運用兵、火、陣、障等手段，阻滯機動增援之?dāng)场?/p>

6 結(jié)束語

本文針對仿真自動控制面臨的困難，以決策點為核心概念，提出了基于決策點的自動控制方法，對決策點進行了詳細設(shè)計，研究了基于決策點的作戰(zhàn)方案構(gòu)成，構(gòu)建了仿真實驗自動控制框架，并在“陸軍合同戰(zhàn)斗實驗系統(tǒng)”中進行了技術(shù)實現(xiàn)，實現(xiàn)了陸軍合同戰(zhàn)斗方案仿真實驗的自動控制。經(jīng)過多年的實踐運用，軍事人員認為基于決策點的自動控制方法理念比較先進，能夠較為全面地模擬戰(zhàn)斗中的主要情況，并且方案的輸入形式、仿真過程是可行的，對作戰(zhàn)方案的數(shù)據(jù)化籌劃、作戰(zhàn)理論的定量研究以及大樣本的仿真實驗具有重要支撐作用。

[1] 劉衛(wèi)國，等.數(shù)據(jù)化作戰(zhàn)指揮研究[M].北京：解放軍出版社，2012.

[2] 肖濱，孫永忠，衡軍.作戰(zhàn)想定的形式化表述方法研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2008，20(11):2978-2981.

[3] 卜先錦，張德群.作戰(zhàn)實驗學(xué)教程[M].北京：軍事科學(xué)出版社，2013.

[4] 岳秀清，張磊，別曉峰.外軍指揮控制建模研究現(xiàn)狀及啟示[J].軍事運籌與系統(tǒng)工程,2009，23(1):70-73.

[5] 彭勇,彭春光，龔建興.作戰(zhàn)管理語言研究綜述[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2009，21(17):5336-5339.

[6] 曹占廣，于屏崗，王闊.基于決策點控制的作戰(zhàn)方案并行仿真[J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報，2015，24(4):669-676．

[7] 劉祖煌，程啟月.基于關(guān)鍵行動點的作戰(zhàn)計劃動態(tài)評估[J].火力與指揮控制,2011，36(12):5-7.

[8] 楊瑞平，黃曉冬.計算機生成兵力智能決策方法及其應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[9] Robert Siegfried，Alexander Laux，Martin Rother, Dieter Steinkam. Paper 12S-SIW-014 Scenarios in Military (distributed) Simulation Environments，F(xiàn)all Simulation Interoperability Workshop,September， 2012.

[10] Peter Amstutz,Cortney Eldridge,Felicia Nguyen, Daniel Rice,Thomas Stanzione.Paper 13S-SIW-012 Reasoning, Planning, and Goal Seeking for Small Combat Unit Simulatio, Fall Simulation Interoperability Workshop,September 2013.

[11] 姜曉平，朱奕，傘冶.基于復(fù)雜系統(tǒng)的信息化作戰(zhàn)仿真研究進展[J].計算機仿真，2014，31(2)：8-13.