王 偉胡 丹

（1.91550部隊 大連 116023）（2.91180部隊 大連 116041）

1 引言

艦艇編隊是海軍遂行任務(wù)時的重要作戰(zhàn)力量，生成周密的艦艇編隊作戰(zhàn)計劃需要較完備的戰(zhàn)場信息和較充裕的決策時間，但在面對海上突發(fā)軍事沖突等復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境時，充滿著動態(tài)性、模糊性和不確定性，周密作戰(zhàn)計劃的生成方式很難完全滿足時間緊迫、環(huán)境復(fù)雜的決策條件。如何在短時間內(nèi)針對戰(zhàn)場環(huán)境快速生成編隊作戰(zhàn)計劃，做出合理決策，成為艦艇編隊作戰(zhàn)所面臨的突出問題。

2 自然決策的概念

決策是指個人或集體為了達到或?qū)崿F(xiàn)某一目標，借助一定的科學(xué)手段和方法，從若干備選方案中選擇或綜合成一個滿意合理的方案，并付諸實施的過程［1］。傳統(tǒng)決策理論將經(jīng)過分析、計算的結(jié)果作為決策依據(jù)，但在處于時間緊迫、目標不清晰等復(fù)雜環(huán)境下，人做出的決策往往與傳統(tǒng)決策理論給出的決策不一致。

20世紀八十年代，美軍發(fā)現(xiàn)在面臨突發(fā)事件或動態(tài)環(huán)境時，傳統(tǒng)決策理論做出的決策也并不符合人在同樣環(huán)境下的認知規(guī)律。為此，美軍開始研究那些不確定環(huán)境下的、時間緊迫條件下人的真實決策過程。美軍于1989年舉辦的一次學(xué)術(shù)會議上正式提出了自然決策的概念，并由Klein等將會議成果編纂成冊［2］。

自然決策理論強調(diào)，當(dāng)處在決策時間緊迫的環(huán)境時，決策的形成依賴于已知的認知經(jīng)驗。決策者通常會跳過繁瑣的分析步驟，以信息和經(jīng)驗為基礎(chǔ)對決策情境進行分析與判斷，形成適當(dāng)?shù)臎Q策方案。自然決策重點關(guān)注復(fù)雜、動態(tài)現(xiàn)場環(huán)境下的決策問題，強調(diào)經(jīng)驗在決策過程中的重要性，展現(xiàn)了與傳統(tǒng)決策理論單純追求理性分析的不同。而研究也表明，經(jīng)驗豐富的決策者的主要決策手段并不是傳統(tǒng)決策理論［3］。

3 艦艇編隊作戰(zhàn)計劃生成的決策分析

作戰(zhàn)計劃是為完成作戰(zhàn)任務(wù)而制定的指導(dǎo)作戰(zhàn)準備和作戰(zhàn)行動的指揮文書，是指揮員決心和意圖的具體體現(xiàn)，是部隊作戰(zhàn)準備和作戰(zhàn)行動的依據(jù)。其實質(zhì)是作戰(zhàn)力量在一定時空、資源約束條件下，采取適當(dāng)方法實現(xiàn)作戰(zhàn)目標的預(yù)想。本文主要討論艦艇編隊在戰(zhàn)斗-戰(zhàn)役級別下對海突擊作戰(zhàn)行動的計劃生成。

通常情況下，艦艇編隊作戰(zhàn)計劃制定首先利用情報、偵察等手段從戰(zhàn)場收集大量的信息、數(shù)據(jù)等情報資源；而后對所獲得的情報資源進行分析，將敵我兩方的作戰(zhàn)兵力、作戰(zhàn)部署進行綜合比對，判斷敵方的作戰(zhàn)企圖，評估對我方造成的威脅；再通過對上級下達的作戰(zhàn)使命及意圖的理解，在上一步態(tài)勢評估的基礎(chǔ)上，在軍事規(guī)則和運籌計劃的共同作用下，制定若干作戰(zhàn)計劃；再選取適當(dāng)指標對計劃進行評估，選擇其中最優(yōu)的計劃作為最終作戰(zhàn)計劃；最后，監(jiān)視計劃在實施過程中的任務(wù)完成情況，必要時對計劃進行調(diào)整。以上作戰(zhàn)計劃的生成過程是以分析思維為主的軍事決策，其中的各項工作都是建立在理性分析的基礎(chǔ)上，為指揮員提供了若干可供選擇的作戰(zhàn)計劃。適用于目標狀態(tài)清晰、決策信息完備、決策時間充裕的決策情境。

然而戰(zhàn)場環(huán)境瞬息萬變，作戰(zhàn)計劃的制定無法始終處于理想的決策環(huán)境，很多時候都是在環(huán)境復(fù)雜、時間緊迫的情況下做出的。有經(jīng)驗的指揮員經(jīng)常會將當(dāng)前問題歸為他們曾經(jīng)經(jīng)歷過的一類情境，從而迅速制定一個初步的行動方案，隨后在內(nèi)心對該方案進行評估和判斷，如果可行，則立刻付諸于行動，而不追求其是否最優(yōu)；如果不可行，則細化、修正該方案或?qū)ふ倚碌姆桨?。可以看出，在非理想化的情況下作戰(zhàn)計劃生成的決策過程更符合自然決策理論的認知過程和特征。

4 基于自然決策的作戰(zhàn)計劃生成技術(shù)框架設(shè)計

4.1 自然決策RPD模型分析

自然決策理論發(fā)展至今，由于眾多學(xué)者的研究側(cè)重點各不相同，因此并未構(gòu)成一致的決策模型。其中Klein提出的RPD模型是其中影響力最大、最經(jīng)典的自然決策模型［4］。RPD模型認為戰(zhàn)場指揮員在時間緊迫、形勢復(fù)雜的情況下進行作戰(zhàn)決策時，并不會進行大量的計算分析，而是通過將當(dāng)前情境與指揮員記憶中的經(jīng)驗進行對比，提取出存儲在記憶中的可行方案，并迅速對方案進行可行性評估，如果可行則直接作為執(zhí)行方案，否則，根據(jù)方案可行的程度，對方案進行調(diào)整或直接放棄該方案轉(zhuǎn)而提取其他方案進行以上操作?？梢钥闯觯琑PD模型并未充分考慮其他可能方案，所得方案也并非最優(yōu)決策，而是利用經(jīng)驗在復(fù)雜環(huán)境下快速得到滿意決策。RPD模型提出后，通過對美軍師旅級指揮官決策過程的研究，發(fā)現(xiàn)在不同情境中，符合RPD模型的比例為50%～95%［5］。RPD模型如圖1所示。

圖1 RPD模型示意圖

RPD模型主要由一個前提和兩個步驟組成。

1）豐富的經(jīng)驗。經(jīng)驗是基于記憶的知識結(jié)構(gòu)［6］，是知識、經(jīng)歷經(jīng)過信息加工后在人腦中的長期沉淀。自然決策要發(fā)揮作用，首要的前提是指揮員頭腦中要有足夠的經(jīng)驗，只有具備豐富的經(jīng)驗才能在面對復(fù)雜環(huán)境時做到胸有成竹。這也是為什么經(jīng)驗豐富的指揮員更傾向于利用經(jīng)驗進行決策的原因。同時，這一前提條件也明確了自然決策解決問題的范疇，當(dāng)不具備豐富經(jīng)驗時，依然需要利用分析決策對問題進行處理。

2）情境識別。首先收集當(dāng)前情境下的相關(guān)信息，判斷當(dāng)前情境是否與以前的經(jīng)歷相似，如果有相似的經(jīng)歷則對情境進行評估：搜索當(dāng)前情境中的重要線索，建立可能達到的合理目標；對結(jié)果做出預(yù)期判斷。情境評估之后，需要確定下一步采取的方案及過程。若此時情境與記憶中出現(xiàn)過的情境相似，則可采用相對應(yīng)的行動作為方案，為下一環(huán)節(jié)做好準備。

3）頭腦仿真。在選擇出對應(yīng)的行動方案后，并不是立即執(zhí)行。因為基本不可能存在完全照搬過去經(jīng)驗而解決問題的情況，所以需要在頭腦中對檢索出的方案進行可行性評估，檢驗其是否能夠滿足目標和要求，如發(fā)現(xiàn)方案大體可行，但是有不當(dāng)之處，則分析產(chǎn)生不當(dāng)之處的原因，進而對問題之處進行修改。如發(fā)現(xiàn)方案不具有可實施性，則直接忽略該方案，重新選擇。這一過程尋找的是滿意解，根據(jù)時間的緊迫性決定評估方案的個數(shù)。頭腦仿真是一種在想象中進行演練的腦部活動，從長期記憶形成的經(jīng)驗角度對方案的發(fā)展進程進行想象。進行頭腦仿真不是為了像傳統(tǒng)決策分析那樣計算最優(yōu)方案，而是為了判斷方案是否可行。因為進行分析的時間不夠充裕，決策時間緊迫，決策者對方案的選擇依據(jù)是是否可行，而不會分析在各角度上的優(yōu)劣。頭腦仿真的優(yōu)勢還體現(xiàn)在可以對模擬過程中發(fā)現(xiàn)的問題隨時進行修改，并從修改之處重新模擬，判斷修改后的方案是否可行。

4.2 基于RPD模型的作戰(zhàn)計劃生成技術(shù)框架構(gòu)建

本文的研究內(nèi)容并非從認知心理學(xué)角度提升指揮員的作戰(zhàn)計劃生成能力，而是以自然決策RPD模型為基礎(chǔ)，將模型中的各個環(huán)節(jié)由單純的人腦活動向人機結(jié)合的半自動化方式轉(zhuǎn)變。RPD模型中的主要環(huán)節(jié)是“經(jīng)驗”、“情境識別”和“頭腦仿真”，將其分別映射為“作戰(zhàn)計劃表示層”、“作戰(zhàn)計劃檢索層”和“作戰(zhàn)計劃仿真層”，構(gòu)成作戰(zhàn)計劃生成技術(shù)框架的層次結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對作戰(zhàn)計劃生成的半自動化輔助支持。如圖2所示。

圖2 RPD模型向作戰(zhàn)計劃生成框架的映射

4.2.1 作戰(zhàn)經(jīng)驗向作戰(zhàn)計劃表示層的映射

作戰(zhàn)經(jīng)驗要轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀挥嬎銠C使用的形式，需要將人腦中的經(jīng)驗提取出來，對經(jīng)驗進行符號化、形式化或模型化的表示，形成機器能處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在各種演習(xí)和訓(xùn)練中，形成了大量的作戰(zhàn)計劃，它們是指揮員經(jīng)驗和智慧的集中體現(xiàn)，是大量軍事人員傾注心血，運用專業(yè)知識和經(jīng)驗?zāi)Y(jié)而成的，是蘊含著經(jīng)驗的文字性表述。將指揮員頭腦中作戰(zhàn)經(jīng)驗映射為凝集著經(jīng)驗的作戰(zhàn)計劃，可以解決提取經(jīng)驗困難的問題，是現(xiàn)階段替代經(jīng)驗的理想選擇。

4.2.2 情境識別向作戰(zhàn)計劃檢索層的映射

情境識別是將當(dāng)前的問題情境與記憶中的經(jīng)驗進行比對，從中搜索、檢索出相似情境下的解決方案?；诎咐耐评恚–ase Based Reasoning，CBR）可以對這一過程進行可計算化描述。CBR是對人腦處理復(fù)雜問題過程的模擬，通過檢索已有案例，得出當(dāng)前問題解決方案的推理過程［7］。已在醫(yī)療診斷［8～9］、司法判決、產(chǎn)品設(shè)計等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。CBR是人類解決問題的一種認知模型，反映了人類解決問題的一種類比推理過程，其核心思想是“相似問題具有相似的解決方案”，是利用過去的經(jīng)驗來理解和解決新的問題。CBR利用經(jīng)驗類比出解決新問題的方案，和RPD模型中情境識別表示的與記憶中經(jīng)驗進行比對的認知過程一致。因此可利用CBR理論的方法對PRD模型中的情境識別進行可計算化描述。

4.2.3 頭腦仿真向作戰(zhàn)計劃仿真層的映射

通過情境識別找到解決方案后，指揮員還將通過對該方案的可行性進行評估，以檢查是否有不當(dāng)之處。如果發(fā)現(xiàn)有任何問題，則對這一方案進行修正。為評估方案是否令人滿意，指揮員會在大腦中摸擬方案的執(zhí)行過程，包括要采取的步驟，這些步驟的潛在結(jié)果，可能會遇到的問題，如果遇到問題該如何處理等。與分析決策方法不同，進行頭腦仿真是為了預(yù)防不加鑒別的思維可能導(dǎo)致的錯誤，而不是計算最優(yōu)方案。因為決策時間有限，指揮員會根據(jù)經(jīng)驗圍繞最有可能成功的方案展開思維。由上述可知，頭腦仿真的目的是評估過去的解決方案在當(dāng)前環(huán)境下是否可行，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時對方案進行調(diào)整，調(diào)整內(nèi)容來自于對頭腦仿真結(jié)果的分析。從輔助支持作戰(zhàn)計劃生成角度看，可利用計算機仿真替代頭腦仿真，為指揮員提供可視化的仿真過程，實現(xiàn)判斷作戰(zhàn)計劃可行性目的。

5 技術(shù)框架功能分析

技術(shù)框架整體分為三大組成部分：作戰(zhàn)計劃表示層、作戰(zhàn)計劃檢索層和作戰(zhàn)計劃仿真層。在作戰(zhàn)計劃進行表示的基礎(chǔ)上，方可進行作戰(zhàn)計劃的檢索；在檢索出作戰(zhàn)計劃的前提下，才能夠進行作戰(zhàn)計劃的調(diào)整，最終生成可行的作戰(zhàn)計劃。

5.1 作戰(zhàn)計劃表示層

作戰(zhàn)計劃表示層的功能是將文本化表述的作戰(zhàn)計劃形式化表示為計算機可理解的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在對作戰(zhàn)計劃進行形式化表示之前，首先需要構(gòu)建作戰(zhàn)計劃的概念模型。概念模型是從文本化的作戰(zhàn)計劃到計算機可讀的形式化表示之間的重要環(huán)節(jié)，是面向編隊作戰(zhàn)軍事領(lǐng)域的統(tǒng)一表示，是實現(xiàn)艦艇編隊作戰(zhàn)計劃相關(guān)內(nèi)容的一致性描述。構(gòu)建編隊作戰(zhàn)計劃概念模型需滿足兩方面的需求：一是有效對編隊作戰(zhàn)計劃進行描述的需求，即從作戰(zhàn)計劃的領(lǐng)域知識中提取出規(guī)范化的內(nèi)容進行描述；二是概念模型要在形式和結(jié)構(gòu)上便于進行檢索，為后續(xù)的作戰(zhàn)計劃檢索打下基礎(chǔ)。

本體理論是對領(lǐng)域知識中概念、術(shù)語及相互關(guān)系進行規(guī)范化描述的方法［10］，可利用本體論的研究方法，對作戰(zhàn)計劃中的實體、時間、空間、行動等基本元素及元素間關(guān)系進行描述。在基本元素本體描述的基礎(chǔ)上，建立面向檢索的概念模型整體結(jié)構(gòu)，將作戰(zhàn)計劃概念模型的總體結(jié)構(gòu)表示為問題描述域和解描述域兩部分。作戰(zhàn)計劃的問題描述域表明了作戰(zhàn)計劃的使用條件，是作戰(zhàn)計劃的約束條件；作戰(zhàn)計劃的解描述域是針對戰(zhàn)場環(huán)境而制定的作戰(zhàn)任務(wù)。根據(jù)艦艇編隊對海突擊作戰(zhàn)的特點，可選取作戰(zhàn)目標、敵情描述、作戰(zhàn)兵力等要素作為問題描述域的組成部分，選取作戰(zhàn)編成、作戰(zhàn)行動等要素作為解描述域的組成部分。構(gòu)成編隊作戰(zhàn)計劃概念模型結(jié)構(gòu)=<問題描述域（作戰(zhàn)目標，敵情描述，作戰(zhàn)兵力），解描述域（作戰(zhàn)編成，作戰(zhàn)行動）＞。最后以基本元素為材料完成對結(jié)構(gòu)中要素的填充，形成完整的概念模型。

在明確了作戰(zhàn)計劃的概念模型后，可選擇XML表示法、謂詞邏輯表示法，框架表示法，語義網(wǎng)表示法等方法對概念模型進行計算機可讀的形式化表示［11～12］，最終將若干文本化的作戰(zhàn)計劃通過形式化表示構(gòu)成作戰(zhàn)計劃庫。

5.2 作戰(zhàn)計劃檢索層

作戰(zhàn)計劃檢索層的功能是從作戰(zhàn)計劃庫中搜索出與當(dāng)前作戰(zhàn)環(huán)境相似的計劃。這涉及兩方面內(nèi)容：用于檢索的特征屬性和檢索方法。

1）特征屬性是判斷作戰(zhàn)計劃相似性的依據(jù)，表示用于檢索的內(nèi)容。作戰(zhàn)計劃的問題描述域是區(qū)分作戰(zhàn)計劃應(yīng)用環(huán)境的重要依據(jù)，表明了作戰(zhàn)計劃的使用條件和作戰(zhàn)環(huán)境，因此可根據(jù)問題描述域中的內(nèi)容從作戰(zhàn)計劃庫中尋找最相似的計劃。而問題描述域包含豐富的內(nèi)容，需要從中提煉出用于檢索的特征屬性，利用特征屬性的相似性計算完成計劃檢索。特征屬性的提煉依靠軍事領(lǐng)域知識，且需要對特征屬性進行量化處理，便于檢索的實施。

2）檢索方法可采用灰色關(guān)聯(lián)度方法。利用作戰(zhàn)計劃中的特征屬性和當(dāng)前作戰(zhàn)環(huán)境之間的灰色關(guān)聯(lián)度，來衡量作戰(zhàn)計劃和當(dāng)前作戰(zhàn)環(huán)境之間的相似程度，關(guān)聯(lián)度越高，相似程度越高。計算灰色關(guān)聯(lián)度時，因作戰(zhàn)計劃的某些特征屬性所蘊含的軍事意義及表現(xiàn)形式，不適宜直接利用灰色關(guān)聯(lián)度公式進行計算，故需將相應(yīng)特征屬性的灰色關(guān)聯(lián)度計算進行適用性轉(zhuǎn)換。同時，為體現(xiàn)特征屬性間不同的重要程度，在計算灰色關(guān)聯(lián)度時應(yīng)為各屬性賦予相應(yīng)的權(quán)重。

5.3 作戰(zhàn)計劃仿真層

作戰(zhàn)計劃仿真層在對檢索出的作戰(zhàn)計劃進行適應(yīng)性修改后，對計劃進行仿真。如仿真結(jié)果不符合決策者預(yù)期，則利用因果分析模型對仿真輸出結(jié)果進行分析，由決策者根據(jù)產(chǎn)生問題的原因?qū)τ媱澾M行調(diào)整后再次進行仿真，直至仿真結(jié)果符合預(yù)期。作戰(zhàn)計劃仿真層體現(xiàn)了頭腦仿真中評估-調(diào)整-再評估這一快速迭代的過程。

作戰(zhàn)計劃仿真層中，仿真系統(tǒng)可采用基于離散事件的仿真策略來模擬作戰(zhàn)進程。為便于對仿真結(jié)果進行分析，仿真系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)需包含事件間因果關(guān)系的信息。利用事件圖等因果關(guān)系模型完成對仿真結(jié)果的因果分析，對問題的原因進行事件點定位。仿真系統(tǒng)支持回退機制，由決策者回退至事件點，修改影響事件的參數(shù)后再次仿真，并將修改的內(nèi)容映射到原作戰(zhàn)計劃，完成對作戰(zhàn)計劃的調(diào)整。

6 結(jié)語

自然決策是人在處置危機情形時的真實決策過程，為在瞬息萬變的戰(zhàn)場環(huán)境下快速生成艦艇編隊作戰(zhàn)計劃，本文以自然決策的RPD模型為基礎(chǔ)，將模型中的各個環(huán)節(jié)由單純的人腦活動映射為人機結(jié)合的半自動化過程，設(shè)計了基于自然決策的作戰(zhàn)計劃生成技術(shù)框架，詳細闡述了作戰(zhàn)計劃表示層、作戰(zhàn)計劃檢索層、作戰(zhàn)計劃仿真層的功能。如何構(gòu)建面向因果分析的模型、設(shè)計支持回退式調(diào)整機制的作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)是未來的研究重點。