基于“公共平臺”的炮兵營作戰(zhàn)行動模型構(gòu)件開發(fā)

楊艾軍，葉文虎，馬勝輝

（1.解放軍炮兵學院，安徽 合肥 230031；2.安徽送變電工程有限公司，安徽 合肥 230601；3.解放軍75230部隊，廣東 韶關(guān) 512000）

聯(lián)合作戰(zhàn)仿真是當前作戰(zhàn)仿真領(lǐng)域研究的熱點，也是難點，要實現(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn)仿真必須有大量可重用性好的各軍兵種、戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)層次的軍事模型，且各模型系統(tǒng)具有良好的互聯(lián)互通互操作性。傳統(tǒng)的作戰(zhàn)仿真模型由于不是按標準開發(fā)的，缺少統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、體系結(jié)構(gòu)、建模方法，可重用性差。為此，引進構(gòu)件開發(fā)技術(shù)，采用“平臺+構(gòu)件”的開發(fā)模式實現(xiàn)軍事模型的構(gòu)件化開發(fā)是實現(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn)仿真的一條可行之路，本文以炮兵營作戰(zhàn)行動模型構(gòu)件的開發(fā)為例，論述基于“公共平臺”的作戰(zhàn)行動模型開發(fā)過程。

1 基本概念

“公共平臺”是整個軍事仿真系統(tǒng)的公共部分，是介于計算機操作系統(tǒng)與具體應用之間的能夠?qū)唧w應用提供強大支撐的二次開發(fā)平臺，也是一個構(gòu)件運行環(huán)境。它具備模型開發(fā)的統(tǒng)一標準和接口，為模型開發(fā)提供了以構(gòu)件形式存在的通用基礎(chǔ)功能服務如標圖、文書等和形成具體應用操作所需的基本函數(shù)，且能夠搭載相應構(gòu)件運行，生成具體領(lǐng)域應用系統(tǒng)。

構(gòu)件即“組件”，是指基于“公共平臺”開發(fā)的具有良好封裝性、可組合性和可擴展性的，需要搭載到平臺上才能運行的功能程序模塊。構(gòu)件具有“即插即用”特性，可輕易實現(xiàn)動態(tài)加載和模型的可重用性。

2 作戰(zhàn)行動的規(guī)范描述模型

炮兵營作戰(zhàn)行動是炮兵營作戰(zhàn)實體按照指揮實體的命令或交互信息的要求在給定戰(zhàn)場環(huán)境下的不可分或不必要再分的自主基本戰(zhàn)斗反應[1-2]。任務牽引著行動，任何作戰(zhàn)任務都是通過一定序列的作戰(zhàn)行動來完成的。因此，我們首先進行作戰(zhàn)任務的分析。

2.1 炮兵營作戰(zhàn)任務分析

炮兵營所承擔的作戰(zhàn)任務多種多樣，可分進攻、防御、炮戰(zhàn)三種戰(zhàn)斗類型，每種戰(zhàn)斗類型還有各自不同的作戰(zhàn)樣式。針對不同作戰(zhàn)樣式，對所有作戰(zhàn)任務進行分階段、分層次的描述，得到各任務所包含的子任務（或稱基本任務）以及完成子任務所需的行動序列[4]。炮兵營作戰(zhàn)任務具有一定的邏輯時序順序，為了更加清晰地描述任務之間的關(guān)系，可通過任務層次圖表現(xiàn)任務之間存在的或順序、或并列、或選擇、或條件的邏輯關(guān)系。

2.2 炮兵營作戰(zhàn)行動的規(guī)范化描述

表1 炮兵營作戰(zhàn)行動規(guī)范化描述列表

戰(zhàn)3 射擊炮分隊敵目標接上級命令或達到開始時間/任務完成作戰(zhàn)單位、射擊方式、射擊類型、射擊要求、目標屬性、表尺、方向、裝藥、彈藥量、火炮數(shù)量類型、目標對抗性、人員素質(zhì)等射擊效率、毀傷目標數(shù)

通過炮兵營任務行動層次分析，可得到完成各作戰(zhàn)任務的基本行動序列。該基本作戰(zhàn)行動假定為不可再分或不必再分的層次，抽取炮兵營基本作戰(zhàn)行動，并從執(zhí)行實體、開始/結(jié)束條件、影響因素和行動效果等方面對基本作戰(zhàn)行動進行規(guī)范化描述。炮兵營部分作戰(zhàn)行動規(guī)范化描述如表1所示，其中影響因素對應構(gòu)件輸入，行動效果對應構(gòu)件輸出。

2.3 炮兵營作戰(zhàn)行動的UML建模

在UML建模中，類是具有共同的結(jié)構(gòu)特征、行為特征、聯(lián)系和語義的對象集合[4]。通過對炮兵營實體模型中所有實體的描述，從作戰(zhàn)行動的執(zhí)行實體角度，可以歸納得出炮兵營實體模型的各實體類：炮兵營公有實體類、觀察所實體類、戰(zhàn)炮實體類、戰(zhàn)斗保障實體類、后勤裝備保障實體類等；其中戰(zhàn)斗保障實體類包括通信實體類、構(gòu)工實體類等，偵察分隊屬于觀察所實體類，戰(zhàn)炮實體類主要描述炮兵營實體和炮兵連實體。類的圖標包含類的名字、屬性、操作等成分，實體的相同屬性對應了類的屬性；實體的相同行動（動作）對應了類的操作。類圖是對實體模型的靜態(tài)結(jié)構(gòu)關(guān)系的描述，炮兵營執(zhí)行實體的分類及結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖1所示。

圖1 炮兵營實體類圖

有些作戰(zhàn)行動如機動、部署、轉(zhuǎn)移、撤離、構(gòu)筑工事等是全營所有實體都要執(zhí)行的，我們把它們封裝為炮兵營公有實體類的操作，并把炮兵營所有實體的公有屬性也封裝為公有實體類的屬性。這樣，其他實體類一方面繼承公有實體類的屬性和操作，另一方面具有自身特有的屬性和操作（行動）。炮兵營執(zhí)行實體類及所屬作戰(zhàn)行動如表2所示[4]。

表2 炮兵營執(zhí)行實體類及所屬作戰(zhàn)行動列表

3 作戰(zhàn)行動的數(shù)學模型

3.1 行動效應因素分析

真實戰(zhàn)場環(huán)境和作戰(zhàn)活動要素充滿了偶然性和隨機性，影響作戰(zhàn)行動的因素具有較大的不確定性。為了使生成的構(gòu)件具有較多的適應范圍，需要綜合考慮了多種因素對作戰(zhàn)行動的影響，如考慮指揮員、戰(zhàn)斗人員等人的因素對行動效應的影響；考慮氣候如凍土對構(gòu)工的影響、雨雪天氣對機動、偵察的影響、電磁環(huán)境對通信的影響、低溫對射擊、機動的影響；考慮了敵方目標的對抗性對射擊毀傷、偵察行動的影響。而且一些影響因素不能只是從平均意義上進行描述，或由以往的試驗結(jié)果統(tǒng)計計算得到，應盡可能地考慮行動效應數(shù)據(jù)從隨機模擬方法中得到。

3.2 可重用的數(shù)學模型

為了適合生成構(gòu)件，在作戰(zhàn)行動的數(shù)學建模階段就要設(shè)計好模型的層次結(jié)構(gòu)，如圖2所示為數(shù)學模型層次結(jié)構(gòu)圖。

圖2 數(shù)學模型層次結(jié)構(gòu)圖

4 基于“公共平臺”的炮兵營作戰(zhàn)行動模型構(gòu)件設(shè)計

4.1 炮兵營作戰(zhàn)行動模板設(shè)計

表3 炮兵營作戰(zhàn)行動公有參數(shù)列表

炮兵作戰(zhàn)指揮通常是以作戰(zhàn)文書和作戰(zhàn)命令的形 式下達的，但這種形式下達的指揮命令格式不一致，不便于達到一致性的理解。通過對炮兵任務行動的概念建模，建立各類炮兵實體的行動模板，對炮兵營各實體可能擔負的任務行動名稱、行動參數(shù)及參數(shù)類型進行規(guī)范說明，包括實體類型、行動名稱、開始時間、結(jié)束時間、參數(shù)列表、各參數(shù)數(shù)據(jù)類型等，統(tǒng)一了各類炮兵實體任務行動下達的形式。炮兵任務行動格式化輸入，是依據(jù)作戰(zhàn)想定和指揮機構(gòu)（人員）的決策，賦予下級作戰(zhàn)單位（實體）具體任務行動及參數(shù)。如表3所示為炮兵營作戰(zhàn)行動的公有參數(shù)列表，表4所示為炮兵營各種作戰(zhàn)行動的詳細參數(shù)列表。

表4 炮兵營作戰(zhàn)行動參數(shù)列表

JD_Attrib3 機動路線 初始點，調(diào)整點1、2…n，目的點 Struct JD_Attrib4 機動序列 （2連，1連，3連，4營直） Struct JD_Attrib5 人員素質(zhì) 分等級描述指揮員和士兵的訓練水平 Long

4.2 炮兵營作戰(zhàn)行動構(gòu)件設(shè)計

在炮兵營作戰(zhàn)行動模型構(gòu)件設(shè)計中，依托“公共平臺”，從構(gòu)件的功能需求開始，以功能結(jié)構(gòu)圖、構(gòu)件與平臺提供基礎(chǔ)構(gòu)件的支撐結(jié)構(gòu)圖、數(shù)據(jù)流圖和構(gòu)件實現(xiàn)流程圖等形式詳細設(shè)計機動、展開、射擊、偵察和通信等作戰(zhàn)行動構(gòu)件。這里以機動模型構(gòu)件為例，如圖3至4所示分別為機動模型構(gòu)件的拓撲結(jié)構(gòu)圖和數(shù)據(jù)流圖。

圖3 機動模型構(gòu)件的拓撲結(jié)構(gòu)圖

圖4 機動模型構(gòu)件數(shù)據(jù)流圖

5 基于炮兵營行動構(gòu)件的驗證系統(tǒng)

5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了驗證構(gòu)件的可用性和靈活性，基于“公共平臺”通過“公共平臺”的重構(gòu)與定制工具“加載”、“卸載”了部分構(gòu)件，生成了基于炮兵營行動模型構(gòu)件的仿真驗證系統(tǒng)。如圖所示為系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖，主要包含部署編組模塊、行動仿真模塊、態(tài)勢顯示模塊、信息記錄模塊和行動效應分析模塊。見圖5。

圖5 基于炮兵營行動構(gòu)件的驗證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5.2 系統(tǒng)運行

啟動平臺之后，首先要為用戶設(shè)置相應的席位和IP，通過席位可確定所屬部隊，然后調(diào)用作戰(zhàn)編成和編組模塊完成作戰(zhàn)編成和編組，并通過要圖標繪模塊進行部署標繪；這樣就形成了初始態(tài)勢。由行動仿真模塊根據(jù)下達給該實體的作戰(zhàn)任務為對應的行動模板為賦予參數(shù)，驅(qū)動模型構(gòu)件的運行。在仿真過程中，通過對任務行動參數(shù)的解析，調(diào)用相應的行動效應模型，實時計算各因素對行動的影響效應和實體狀態(tài)的變化，并通過態(tài)勢顯示模塊完成炮兵行動效應的實時顯示，仿真結(jié)束后，基于記錄的過程信息可進行訓練仿真過程回放，并對訓練過程進行分析，分析各因素對炮兵行動的影響。可基于一個訓練環(huán)境，選定作戰(zhàn)實體的作戰(zhàn)行動，設(shè)定不同的行動效應參數(shù)，通過行動模型的解算，分別模擬出不同效應參數(shù)組合情況下的仿真結(jié)果，統(tǒng)計出不同效應組合下行動效應的結(jié)果，為作戰(zhàn)訓練和作戰(zhàn)行動提供參考意見。見圖6。

圖6 驗證系統(tǒng)運行流程圖

6 結(jié)束語

未來作戰(zhàn)仿真的發(fā)展趨勢是平臺與構(gòu)件相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式?；诮y(tǒng)一的標準開發(fā)的軍事模型可輕易實現(xiàn)模型的重用和互聯(lián)互通互操作，利于節(jié)約資源和提高軟件開發(fā)的效率，具有十分重要的價值。

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