２０１６年３月 第３Ｏ卷第１期 军事运筹与系统工程 Ｍａｒ． ２０１６ Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．３０ Ｎｏ．１ 联合作战方案仿真推演控制研究 胡红云 ’ 郑世明 （１．海军指挥学院，江苏南京２１００１６；２．南京陆军指挥学院，江苏南京２１００４５） 摘 要：基于作战模型、交战规则和基础数据，通过推演控制完成对作战方案中各类行动的仿真和推 演，以评估作战方案的科学性、有效性和可行性，为作战方案优化提供定量和定性的参考依据。主要从军 事需求入手，研究了仿真推演过程，重点分析了基于实时干预、暂停干预和回退干预的三种仿真推演控制 模式，实现了多种形式下的联合作战方案推演和优化。 关键词：联合作战方案；仿真推演；控制与管理；随机干预 中图分类号：ＴＰ３９１．９ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２—８２１１（２０１６）０１—００７６—０５ １ 引言 作战方案推演是在作战行动实施前或者实施 过程中，按照作战方案规定的作战意图、顺序和进 程，对作战方案中不同作战阶段的部署、行动所达 成的态势、目标或结果进行演练分析的过程 Ｊ，其 本质是一种实验活动。考虑到联合作战方案筹划 的系统性和复杂性，为提升精确筹划、精细筹划的 能力，迫切需要对联合作战方案进行推演论证，为 战略战役作战决策提供辅助手段，辅助决策机关解 决联合战役层次带有全局性的重难点问题，确保在 未来信息化作战中夺取决策优势，赢得制胜 先机 。 ２仿真推演控制方式 随机干预是仿真推演控制的一种重要手段。 在仿真推演过程中，方案论证分析人员或作战模拟 人员依据原始作战方案，通过获得的作战模拟信 息，对仿真推演过程进行有效控制与管理，实现对 作战方案的多视角、全维度的推演评估，并根据系 统模拟提供的战果统计数据和作战过程动态场景， 分析检验前一阶段作战方案的执行过程、行动细节 和作战效果，在一定干预条件下，细化或调整部分 作战方案，继续下一步模拟推演的控制过程。在仿 真推演过程中，采用构造仿真的方式对作战方案进 行运行推演，并在仿真的运行过程中进行随机干预 从实践效果来看，联合作战方案推演最直接的 办法就是严格按照方案的实施步骤和具体内容，以 时间为基本参照轴线，基于作战模型、交战规则和 基础数据，对作战方案中涉及的各类行动进行仿 真，用战斗结果来评价衡量作战方案的优劣 Ｊ。 基于这一认识，本文主要通过对仿真推演控制与管 理模式研究，根据不同的推演需求，实现对作战方 案动态调整和优化。 控制，包括实时干预、暂停干预和回退干预，实现方 案的全过程推演和多次反复推演。 下面主要从区别与联系、控制的难点、解决方 法以及运用时机等方面简单描述实时干预、暂停干 预和回退干预三者的相互关系。 实时干预主要是在时间步长内，将调整执行的 内容进行融合后实现对仿真推演的控制，但仿真并 不暂停，对实时陛计算的要求很高，需要在短暂的 收稿日期：２０１５—０６—２５；修回日期：２０１５—１１—１１ 基金项目：原总装预研项目（０９ＫＪｌ５）；中国博士后科学基金资助项目（２０１３Ｍ５０３２０２） 作者简介：胡红云（１９７４一），女，副教授，博士研究生，主要研究方向为作战仿真研究；郑世明（１９８１一），男，讲师，博士， 主要研究方向为军事运筹与作战仿真、数据挖掘。 一７６— 联合作战方案仿真推演控制研究 时间内计算并保存仿真运行数据，并将保存的数据 估与优化的效果。包括以下三个步骤： 作为新的仿真运行的初始状态，主要的解决方法是 （１）问题设计。对推演问题的设计和规划，包 根据时间步长点保存仿真运行数据，采用多线程并 括仿真对象的分析，提出命题与假设，建立作战方 行计算的方法解决运算时效性问题，通常应用于对 案评估与优化的指标体系、自变量与干扰变量。 抗性的仿真推演。 （２）方案的形式化描述。将传统的作战方案 暂停干预主要是在暂停命令发出后，运行状态 转换为可供计算机进行自动仿真运行的作战方案 变为暂停状态，但同时要将本步长内的仿真任务执 数据。 行完毕，对实时性计算的要求相对较高，需要在规 （３）仿真设计。在问题设计和方案形式化描 定的时间内计算并保存仿真运行数据，从时间上 述的基础上，对仿真运行进行具体规划。包括对仿 看，仿真有一定的连续性，主要采用多点并行计算 真运行控制参数、运行方式、仿真时长等内容的设 的方法解决运算时效性问题，通常应用于研讨式的 仿真推演。 计，以确保方案仿真推演的高效运行。 仿 问题设计 回退干预是在暂停干预的基础上实施的一种 盏 惟 － 特殊干预，接收到回退干预命令后，不仅要求仿真 引擎运行状态变为暂停状态，同时要将模型执行状 态停留在某个指定的时间点，然后再按照新的要求 …捕 方案的形式化描述 谖 计 …仿真设计 一一Ｌ一……一 ｒ 仿 方案输入 调整执行方案，其难点在于：一是要能保存并获取 回退点的作战实体状态数据及战场环境动态数据； 二是由于干预的随机性，需要每隔一个时间间隔保 蠹 演 仃 ’…仿真运行与控制 数据采集与分析 一一一一一Ｌ＿一一一…一一 ‘ ‘ 存仿真运行的数据，对于容量存储提出了更高的要 求。从时间上看，仿真不具有连续性，主要采用断 点续存的方法解决合理存储问题，通常应用于演示 式的仿真推演。 通过随机干预的形式可对作战方案进行边推 演、边论证、边修改、边完善，最终形成一个比较完 仿 真 推 统计分析 ‘ 数据挖掘 综合分析 演 分 析 ‘ 形成结论 图１仿真推演过程示意图 整或比较合理的作战方案和战法，调整的内容主要 ３．２仿真推演运行 包括兵力部署、力量编组、装备配备、任务分配、行 仿真运行是作战方案输入系统开始仿真运行， 动时间和步骤等 Ｊ。基于作战模型、交战规则和基 并在仿真人员的控制下产生相应数据的过程 。 础数据完成对作战过程和指挥控制活动的仿真，通 在这个过程中，作战方案在仿真人员的控制下进行 过实时干预、暂停干预和回退干预，实现对作战方 反复的仿真推演，产生不同的样本数据，为作战方 案的动态调整和优化。 案的评估和优化提供参考。 这个过程包括方案的输人、方案的仿真运行与 ３仿真推演过程分析 控制、数据采集与实时分析三个步骤，这三个步骤 是个循环反复的过程。仿真人员根据不断产生的 仿真推演的基本过程由三个部分组成，分别是 数据进行分析，对仿真运行过程进行控制，修改方 仿真推演设计、仿真推演运行和仿真推演分析。仿 案，以观察在不同条件下不同方案内容仿真运行的 真推演过程如图１所示。 ３．１仿真推演设计 效果。 ３．３仿真推演分析 设计是仿真推演的首要步骤和基本环节，是在 从层次上分，仿真推演分析可以区分为统计分 对作战方案进行深入分析的基础上，根据仿真目 析、挖掘分析和综合分析三种。统计分析主要是通 的，对推演的步骤和方法进行的预先制定。仿真推 过数理统计的方法获得战果战损、指挥命令、战场 演设计的合理性与科学性，直接关系到作战方案评 报告及情报统计的各类数据。挖掘分析是以各类 一７７— 《军事运筹与系统工程》２０１６年第１期 基础数据和统计数据为基础，采用智能化、推理化 （３）仿真模型运行，按照设定的时间步长推进 方法探索性分析隐藏在这些数据背后的知识和规 并保存相关运行结果。 律，增强对多种不确定因素的关联性和整体性认 （４）在统一时间步长控制机制下，按照作战方 识，从知识层面认识和把握作战规律 Ｊ。综合分析 案中的具体内容，各模型保持同步推演和动态 则是以定量与定性相结合、计算机与人相结合的方 交互。 式对各类数据进行评估、分析与预测。 （５）根据作战方案推演的需要，选择推演干预 控制模式。 （６）如果需要干预调整，则要看采取的干预方 ４仿真推演控制模式设计与分析 式是暂停干预、回退干预，还是实时干预。如果是 则下达临时指挥命令驱动仿真模型对相 仿真推演的本质是一种受控的活动，而有效的 实时干预，控制是仿真推演的核心，对仿真推演的控制可采用 应作战实体发生作用，并将指令转化为新的方案数 实时干预、暂停干预和回退干预等三种方式。在对 据注入仿真引擎，驱动模型运行；如果是采用回退 则需要首先删除联邦，并回退到指定的 仿真推演实施随机干预时，主要是依托仿真服务类 干预方式，模型和仿真行动类模型完成，通过服务类模型和行 时间点，接收新的方案命令后重建联邦驱动引擎运 动类模型的交互实现对推演过程的控制，随机干预 行；如果是采用暂停干预的方式，接收到方案命令 后，与暂停点态势及新的命令相结合后，更新方案 控制过程如图２所示。 数据驱动模型运行。 （７）系统可以按照暂停或回退所需的作战时 间点，控制仿真模型系统暂停或回退若干步，依据 各时间点的战场态势和推演结果，研讨分析作战方 案，根据需要对后续作战任务及方案进行调整和补 充，主要包括：调整兵力部署、调整作战编组、调整 协同计划、调整或赋予新的作战任务。 （８）按照调整后的方案生成后续推演的作战 方案数据，并加载到仿真模型系统。 （９）仿真引擎做出响应，从暂停点或回退点继 续运行推演。 （１０）直至出现下一次随机干预或全程模拟 结束。 ４．１实时干预控制 ４．１．１模式设计 实时干预模式是在仿真模型运行不中断情况 下，由仿真人员通过方案编辑器适时调整作战方案 中的后续任务和行动，并以方案调整命令的形式， 驱动仿真模型执行新方案内容的推演控制活动。 当仿真人员通过动态显示器观察到仿真运行 中的某个实体所执行的任务或动作没有达到作战 方案的目标和企图时，则通过方案编辑器的方案输 入界面将新的方案调整内容录入推演引擎。推演 图２仿真推演干预控制过程示意图 引擎再将方案调整内容以方案调整命令的形式提 （１）进入系统，加载数据。 （２）启动仿真推演引擎，并完成数据初始化。 一供给正常运行中的仿真模型，驱动模型中相应作战 实体执行最新的任务 。在作战方案数据方面，方 ７８— 联合作战方案仿真推演控制研究 案编辑器将新调整的内容与原作战方案数据相融 个时间步长，即：不管实时干预的指令何时发出，为 合，形成新的作战方案数据。 ４．１．２仿真运行分析 了确保仿真推演的一致性、协同性、可控性、可靠性 和稳定性，需要将当前时间步长内的仿真运行任务 为支持三种推演控制模式的仿真运行能够反 执行完毕后，在下一个时间步长内执行实时干预的 复进行，各联邦成员模型必须具备下列功能： 具体内容，否则会影响到前面仿真运行的结果。成 （１）仿真时间记忆功能。在传统模型基础上 员模型Ｅ 在Ｓ 一５ 时间内的某一时刻接收到了干 增加模型对仿真运行初始化和继续推演的标志 预命令，并向推演引擎发送指令，在仿真运行到Ｊｓ 识别。 真时间和时间步长进行仿真推演，要在时间步长内 时刻，Ｅ 执行推演引擎指令，受到实时干预。Ｅ 中 （２）时间步推演功能。即严格按照统一的仿 模型执行的任务或动作与方案调整命令中的内容 相融合，当原任务中的内容与调整后的任务内容相 完成所有仿真实体的当前事件处理。 （３）保存与恢复信息功能。能按照联邦保存 规范，保存和恢复模型的相关状态信息和控制信 息，并按步长间隔保存仿真运行信息。仿真运行信 息内容包括状态变化信息、方案执行信息和信息交 互记录。 冲突时，作战实体执行新的任务。 仿真时间 ｓｏ ｓｉ ｓ３ ｓ● ｓｓ （４）优先完成本步长内所有方案设计内容的 仿真运行功能。受到干预控制时，无论接收到何种 现实时间 方案调整命令，也不管是何时接收的，模型都应首 图３实时干预模式仿真运行示意图 先完成本步长内所有方案设计内容的仿真运行。 ４．２ 暂停干预控制 模式设计 并在保存本步长所有输出数据之后，再响应干预控 ４．２．１制指令和处理方案调整命令内容。这也体现了仿 暂停干预是仿真人员通过推演控制器发出暂 真推演中联邦成员模型在仿真时间步长内运行的 停的指令，暂停仿真运行，并通过方案编辑器发出 方案调整命令驱动模型在暂停点以新的方案内容 单一性。 （５）新调整命令优先功能。模型对推演控制 运行的控制活动。暂停干预模式需要仿真模型由运行状态变为 中方案调整命令的处理原则是：与原方案内容相矛 盾的以新调整命令内容为准，对于未修改的部分， 暂停状态，仿真人员通过动态显示器提供的战场损 耗数据和战斗过程动态场景，分析前一阶段作战方 则继续按原方案内容执行。 行动细节和作战效果＿８Ｉ９］。在模型暂 （６）在受到干预控制的时间点做标志记忆功 案的执行过程、能。将该时间点的相关仿真运行数据发给推演引 停时间点，通过方案编辑器对暂停点之后能够有效 擎，以便通过推演引擎为方案编辑器实施后续方案 内容调整提供必要服务。 执行的方案内容进行调整和补充，将调整后的作战 方案数据与暂停点的当前状态数据相结合，驱动模 实时干预的过程可以由图３描述。在仿真推 型从暂停点继续仿真运行。演过程中，无论是采取超实时还是欠实时的仿真， ４．２．２ 仿真运行分析 暂停干预实施过程中的仿真运行如图４所示。 仿真时间都与自然时间成线性比例关系。仿真推 ｓ，＋时刻接收到“暂停”的指令。 演开始后，推演引擎创建联邦，联邦中的各成员模 联邦在仿真时间．型 模拟一个作战实体按照统一的时间步长进行 此时，联邦成员 的仿真运行并未停止， 将继续 直到本步长结束点 仿真运行。仿真时间轴上的各节点是每个时间步长 完成本步长时间内的仿真运行，联邦暂停运行，Ｅ 对当前的状态进行保存。在联 的起始点。在时间步长△ｓ内，Ｅ 完成所模拟实体在 ｓ ，此时间段内任务的执行，并在每个步长结束点保存 邦暂停期间，Ｅ 根据方案控制命令更新自己的模型 本联邦成员的仿真运行信息。实时干预的方式主要 运行内容。是通过格式化指令驱动完成，其时间性要求小于一 －－——７９．．—— 《军事运筹与系统工程》２０１６年第１期 当联邦的仿真运行在．ｓ 结束时，联邦成员Ｅ ｒ 一 一 １ ．退出推演，推演引擎删除联邦。将仿真时间重新回 滚到回退点Ｌｓ 。推演引擎在回退点Ｊｓ 重建联邦。联 邦根据调整后的作战方案数据和前阶段仿真推演 ．／，＝ ‰ ｓ３ ／／＝＼、／，＝、、 ｓＩ ｆ △， 在 点存储的联邦仿真运行信息进行仿真运行的 初始化。仿真运行在回退点Ｊｓ 重新开始后，Ｅ 状态 ｓ０ ｃ 连ｓ ｆ调整为Ｅ：，实体对象开始执行调整后的作战方案。 图４暂１亭干预模式仿真运行示意图 ５结束语 信息化条件下的联合作战极其复杂，对作战方 案的制定提出了很高的要求 ，需要综合考虑目标、 ４．３ 回退干预控制 ４．３．１ 模式设计 回退干预是以暂停干预为前提的。它不仅需要 作战模型由运行状态变为暂停状态，而且需要将模 任务、战场环境、兵力协同等多方面因素，采用计算 型回退到指定时间点，再进行作战方案的调整。在 机仿真的方式对作战方案进行推演和优化对于提 推演引擎收到暂停和回退的指令后，驱动模型暂停 升作战方案的可靠性与科学性具有重要作用 他］。 运行并回退［１０，１１］。由方案编辑器对回退点之后能 够有效执行的方案内容进行调整和补充，将调整后 参考文献 的作战方案数据与回退点的作战实体状态数据及 战场环境动态数据相结合，驱动模型从回退点重新 开始仿真运行。 ４．３．２ 仿真运行分析 ［１］程路尧．作战方案推演系统的设计与实现［Ｊ］．舰船电子工 程，２０１４（３４）：９～１２． ［２］王相生．联合作战筹划与方案推演研究［Ｊ］．舰船电子工程， ２０１４（６）：１４—１７． 回退干预模式的前部分仿真运行与暂停干预 模式相似。如图５所示，当联邦运行在５ ＋时刻接 收到“回退”的控制指令时，联邦成员Ｅ．继续完成 本步长的仿真运行，直至本步长结束点｜ｓ 。随后，仿 真人员将仿真运行回退到Ｊｓ 时的状态，以调整后 ［３］谢斌，林华．作战资源规划方案生成时间分析［Ｊ］．指挥控制 与仿真，２０１３（６）：２４—２６． ［４］ 钟吟，胡博．联合战役推演系统中岸舰导弹兵力仿真模型设 计［Ｊ］．军事运筹与系统工程，２０１２，２６（３）：１１—１４． ［５］韩翎，康凤举，王圣洁．多分辨率建模在战役推演仿真系统中 的应用［Ｊ］．火力与指挥控制，２０１２（３）：７２—７７． ［６］ 王金树．联合作战模拟想定生成技术的研究与实现［Ｄ］．长 沙：国防科学技术大学，２００６． ［７］ ｂ先锦，董献洲．作战实验设计与运筹分析方法［Ｊ］．军事运 筹与系统工程，２００９，２３（３）：１６—１９． ［８］ 朱江，白海涛，马文．方案评估动态推演模型设计［Ｊ］．指挥控 制与仿真，２０１２（１）：１２１—１２４． 的方案重新进行仿真推演， 也称为回退点。但是， 在仿真世界里，仿真时间总是沿着时间轴向前流 动。各个联邦成员只能向前推进时间，如果强行修 改仿真时间，将会造成仿真运行在逻辑上的混乱。 ｒｆＩ ［９］张路青．作战方案智能推演技术研究［Ｊ］．舰船电子工程， ２０１１（１１）：５６—５９． ——— ——— Ｈｓ２ ｓ３ ｓ３ 、； ［１０］ 岳秀清，付东，毛一凡．联合作战仿真中的指挥控制建模研 仿真时间 ｓ４ ｓｌ 究［Ｊ］．火力与指挥控制，２０１０（９）：３１—３４． ［１１］史朝龙，刘博．基于仿真的推演评估系统方案研究［Ｊ］．战术 导弹技术，２０１２（２）：１２２—１２４． 现实时间 ［１２５王锋，李远华，许长鹏．基于动态推演的合同战斗作战方案 图５回退干预模式仿真运行示意图 评估研究［Ｊ］．装备指挥技术学院学报，２０１２（１）：４０—４２． 一８Ｏ一