一種面向任務(wù)的作戰(zhàn)指令生成方法

魏 濤，侯臘梅，張亞星，劉 婷

（北方自動(dòng)控制技術(shù)研究所，太原 030006）

0 引言

作戰(zhàn)指令是指揮員對(duì)所屬部隊(duì)下達(dá)的指示或命令，是連接指揮員與戰(zhàn)斗員的重要紐帶。典型C4ISR 系統(tǒng)以數(shù)據(jù)指揮為作戰(zhàn)指令生成和下達(dá)的主要實(shí)現(xiàn)形式。通過制定數(shù)據(jù)交換協(xié)議，采用結(jié)構(gòu)化的方法對(duì)作戰(zhàn)指令的內(nèi)容進(jìn)行定義，實(shí)現(xiàn)指揮決策與行動(dòng)控制業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的貫通，基本實(shí)現(xiàn)了指揮控制過程的自動(dòng)化。隨著信息化條件下多樣化作戰(zhàn)任務(wù)需求的提出，指揮信息系統(tǒng)的構(gòu)建朝著更加靈活、敏捷的方向發(fā)展，作戰(zhàn)指令的生成方式也由粗放的“點(diǎn)選擬制”向精準(zhǔn)的“關(guān)聯(lián)推送”轉(zhuǎn)變。

指揮信息系統(tǒng)在針對(duì)靈活多變的作戰(zhàn)任務(wù)快速準(zhǔn)確生成作戰(zhàn)指令過程中，通常以作戰(zhàn)任務(wù)為輸入建立概念模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)的一致性描述。通過將作戰(zhàn)任務(wù)分解到元任務(wù)，使指揮信息系統(tǒng)獲得對(duì)任務(wù)的準(zhǔn)確理解。依據(jù)元任務(wù)描述，提取作戰(zhàn)指令，同時(shí)對(duì)指令集進(jìn)行時(shí)序化展現(xiàn)完成指令的自動(dòng)生成。在此過程中，為了達(dá)到根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)快速生成作戰(zhàn)指令的目的，指揮信息系統(tǒng)必須解決如下幾個(gè)難題：首先，要具備對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)的規(guī)范化建模方法。通過對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)要素、任務(wù)分解過程的準(zhǔn)確描述，為指令提取創(chuàng)造條件；其次，要保證作戰(zhàn)指令參數(shù)的準(zhǔn)確性。作戰(zhàn)指令中相關(guān)參數(shù)與作戰(zhàn)計(jì)劃、敵我態(tài)勢等緊密鉸鏈，信息準(zhǔn)確性要求高，部分參數(shù)提取難度大；第三，要具備面向任務(wù)靈活構(gòu)建指令集的能力。戰(zhàn)場態(tài)勢瞬息萬變，作戰(zhàn)任務(wù)依據(jù)指揮員意圖產(chǎn)生快速變化，指令集隨之調(diào)整才能滿足指揮控制需求。本文將重點(diǎn)針對(duì)前兩個(gè)問題的解決途徑進(jìn)行詳細(xì)描述，針對(duì)第3 個(gè)問題亦提出解決思路。

1 作戰(zhàn)任務(wù)描述

1.1 作戰(zhàn)任務(wù)的概念模型

作戰(zhàn)任務(wù)形式化描述是面向作戰(zhàn)任務(wù)指令提取的前提。依據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)空間概念模型，定義任務(wù)描述。任務(wù)空間概念模型是從預(yù)期作戰(zhàn)應(yīng)用的角度，強(qiáng)調(diào)任務(wù)執(zhí)行的具體過程，體現(xiàn)為作戰(zhàn)使命的組成部分?？衫斫鉃樵谝欢ǖ膽?zhàn)場環(huán)境和時(shí)空約束下，作戰(zhàn)單元為完成所承擔(dān)的責(zé)任或達(dá)到特定的作戰(zhàn)目的，而進(jìn)行的一系列相互關(guān)聯(lián)的作戰(zhàn)行動(dòng)的有序集合［1］。因此，可得出完整的作戰(zhàn)任務(wù)屬性如下：

1）作戰(zhàn)實(shí)體：指執(zhí)行任務(wù)的作戰(zhàn)單元以及任務(wù)作用的對(duì)象，環(huán)境和其他作戰(zhàn)單元，例如敵我雙方的作戰(zhàn)部隊(duì)，人工設(shè)施等。

2）作戰(zhàn)目的：通過任務(wù)的執(zhí)行以達(dá)到某種預(yù)期的狀態(tài)，是對(duì)目標(biāo)對(duì)象狀態(tài)改變的一種函數(shù)關(guān)系判斷。

3）作戰(zhàn)行動(dòng)：在特定戰(zhàn)場環(huán)境下的不可分或不必要再分的基本戰(zhàn)斗行為，是作戰(zhàn)過程中抽象出來最基本、最底層的要素。

4）關(guān)系：包括總體作戰(zhàn)任務(wù)與具體作戰(zhàn)任務(wù)之間的關(guān)系、作戰(zhàn)任務(wù)與作戰(zhàn)行動(dòng)之間的關(guān)系和作戰(zhàn)行動(dòng)之間的關(guān)系。

5）不確定性：是指在作戰(zhàn)過程中存在的一系列不確定要素。例如總體作戰(zhàn)任務(wù)被分解后，由于戰(zhàn)場情況變化，很多子任務(wù)會(huì)重新修改甚至被丟棄。

依據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)要素，將其進(jìn)一步細(xì)化規(guī)范化描述為八元組：

其中，Name 表示任務(wù)名稱；Entity={entity1，entity2，entityn}是實(shí)體的集合，是與任務(wù)相關(guān)的資源或?qū)嶓w。具體表現(xiàn)為作戰(zhàn)單位的4 種能力：火力打擊、戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)、整體防護(hù)、信息保障能力；Target={target1，target2，targetn}表示完成任務(wù)的指標(biāo)集合，通過權(quán)重W來表示指標(biāo)targeti對(duì)任務(wù)的影響程度；Operation={ope1，ope2，…，open}表示對(duì)應(yīng)該作戰(zhàn)任務(wù)的作戰(zhàn)行動(dòng)集合。作戰(zhàn)任務(wù)的執(zhí)行表現(xiàn)為一系列相關(guān)作戰(zhàn)行動(dòng)的集合，而作戰(zhàn)行動(dòng)受多種不確定因素影響，執(zhí)行的效果最終體現(xiàn)在“時(shí)間”、“空間”、“戰(zhàn)斗力”的變化上，具有一定的隨機(jī)性，因此，可形式化為三元組：opei=＜actioni，objecti，statisticsi＞，式中，action 是行動(dòng)本身的動(dòng)作名稱，object 是可選的，表示行動(dòng)直接作用的對(duì)象，statistic 是行動(dòng)的統(tǒng)計(jì)量描述，表示行動(dòng)效果的均值、方差、最值等；Relationship={InstanceOf，ParentOf，BrotherOf}表示關(guān)系集合，Instance Of 表示總體任務(wù)與具體任務(wù)間的關(guān)系集合，Parent Of 表示任務(wù)間的縱向關(guān)系集合，Brother Of 表示行動(dòng)間的橫向；Time={T_Strat，T_End}表示任務(wù)的時(shí)間參數(shù)，T_Strat 表示開始時(shí)間，T_End 表示結(jié)束時(shí)間；Surroundings={Geography，Weather，Electromagnet}，表示執(zhí)行任務(wù)的作戰(zhàn)環(huán)境，Geography 為任務(wù)的空間位置，Weather 為任務(wù)的氣象條件，Electromagnet 為任務(wù)的電磁環(huán)境；Rule 表示任務(wù)在執(zhí)行中應(yīng)遵守的基本軍事規(guī)則，以遠(yuǎn)程火箭炮為例，對(duì)于分隊(duì)的部署規(guī)則需考慮發(fā)射間距、隊(duì)形配置等，對(duì)于單個(gè)武器平臺(tái)的部署規(guī)則需考慮平坦度、遮蔽性、覆蓋率等［2］。

具備上述作戰(zhàn)任務(wù)形式化描述的基本要素后，理論上來說，信息系統(tǒng)已經(jīng)可以對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行表達(dá)并將其作為指令提取的輸入條件，但作戰(zhàn)任務(wù)往往較為籠統(tǒng)，為了讓信息系統(tǒng)更準(zhǔn)確全面地理解作戰(zhàn)任務(wù)的實(shí)質(zhì)，并轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的具體行動(dòng)內(nèi)容，需對(duì)總的作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行分解直至元任務(wù)。按照上述任務(wù)描述方法中的關(guān)系要素，可實(shí)現(xiàn)對(duì)總體作戰(zhàn)任務(wù)到元任務(wù)的逐層分解和關(guān)系表達(dá)。

1.2 作戰(zhàn)任務(wù)分解

總體作戰(zhàn)任務(wù)一般是上級(jí)賦予的比較原則性的任務(wù)。例如，向某團(tuán)下達(dá)對(duì)敵縱深實(shí)施攻擊的總體任務(wù)，對(duì)于這個(gè)團(tuán)來說該任務(wù)是比較籠統(tǒng)的，需要指揮員根據(jù)敵情、作戰(zhàn)目的、作戰(zhàn)環(huán)境等情況，將該作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行逐級(jí)分解、規(guī)劃，從而明確為本級(jí)下屬作戰(zhàn)單位能夠執(zhí)行的具體作戰(zhàn)任務(wù)。

為了達(dá)到準(zhǔn)確指令提取的目的，作戰(zhàn)任務(wù)分解以形成可表達(dá)的作戰(zhàn)指令集為分解原則，分解過程借鑒UML 可視化建模思想，對(duì)各任務(wù)間的相互關(guān)系進(jìn)行表達(dá)［3］。分解是研究復(fù)雜系統(tǒng)的一種通用思想，將內(nèi)涵復(fù)雜的總體作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行逐層分解，得到作戰(zhàn)子任務(wù)，而作戰(zhàn)子任務(wù)根據(jù)需要可以進(jìn)一步分解為下一層子任務(wù)，最終得到不必再分的作戰(zhàn)行動(dòng)，從而形成作戰(zhàn)任務(wù)的層次結(jié)構(gòu)，它們之間的關(guān)系如圖1 所示。

圖1 作戰(zhàn)任務(wù)分解層次關(guān)系圖

通過梳理典型作戰(zhàn)元任務(wù)，建立元任務(wù)清單，覆蓋陸軍典型分隊(duì)級(jí)戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)，主要包括：綜合行動(dòng)類、火力打擊類、偵察類、作戰(zhàn)保障、電子戰(zhàn)等。依據(jù)元任務(wù)清單，將作戰(zhàn)任務(wù)逐級(jí)分級(jí)直至形成元任務(wù)集合。為下一步作戰(zhàn)指令提取提供基礎(chǔ)。

2 作戰(zhàn)指令生成

2.1 基于元任務(wù)的指令集提取

經(jīng)過作戰(zhàn)任務(wù)的逐級(jí)分解形成了元任務(wù)的集合，本章重點(diǎn)討論如何從元任務(wù)中提取相應(yīng)的作戰(zhàn)指令集。傳統(tǒng)依靠作戰(zhàn)計(jì)劃等文本類型的作戰(zhàn)指令提取方法依靠對(duì)文本語義的識(shí)別，缺乏對(duì)作戰(zhàn)指令集表達(dá)的準(zhǔn)確性和完整性［4-7］。本文使用的基于作戰(zhàn)任務(wù)分解的指令提取方法以結(jié)構(gòu)化的作戰(zhàn)元任務(wù)描述為基礎(chǔ)，可避免異構(gòu)數(shù)據(jù)的語義識(shí)別和提取難題。元任務(wù)是作戰(zhàn)任務(wù)的最小分解單位，對(duì)元任務(wù)要素規(guī)范化描述的八元組中，“行動(dòng)”和“實(shí)體”是表征任務(wù)要素的重要部分。通過對(duì)元任務(wù)的解析，信息系統(tǒng)獲取完整的行動(dòng)描述信息和任務(wù)實(shí)體信息，確定由“誰”來執(zhí)行“什么”任務(wù)。以指令集模板庫為基礎(chǔ)，確定元任務(wù)與指令集之間的匹配關(guān)系。流程如下頁圖2 所示。

表1 典型作戰(zhàn)任務(wù)描述

以典型元任務(wù)“引導(dǎo)行動(dòng)”為例，“引導(dǎo)行動(dòng)”通常是為火力突擊單位指示目標(biāo)的戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)，一般由步兵突擊單元、戰(zhàn)車突擊單元、武偵單元、無人機(jī)偵察單元、聯(lián)合目標(biāo)引導(dǎo)員具體實(shí)施。引導(dǎo)行動(dòng)在特定的應(yīng)用模式下行動(dòng)的組織結(jié)構(gòu)和實(shí)施過程會(huì)出現(xiàn)一定的差異，從而對(duì)指令集的形成產(chǎn)生影響。例如，步兵突擊單元對(duì)地面火力單元實(shí)施引導(dǎo)作業(yè)時(shí)，屬于地面部隊(duì)間的協(xié)同作戰(zhàn)模式，步兵突擊單元與地面火力單元獲得協(xié)同授權(quán)并建立協(xié)同關(guān)系后，通報(bào)步兵突擊單元實(shí)施引導(dǎo)的位置，確定引導(dǎo)指示類型，如激光照射引導(dǎo)方式下，還需通報(bào)激光編碼類型和照射時(shí)機(jī)。完成引導(dǎo)作業(yè)后，步兵突擊單元利用自身位置優(yōu)勢觀察收集毀傷效果并通報(bào)。而聯(lián)合火力引導(dǎo)員實(shí)施的引導(dǎo)行動(dòng)通常與陸航或空軍支援飛機(jī)等空中火力打擊力量協(xié)同完成，其引導(dǎo)過程還需關(guān)注空中支援力量的航向、航速、關(guān)鍵航路點(diǎn)信息等內(nèi)容。因此，作戰(zhàn)指令要準(zhǔn)確反應(yīng)引導(dǎo)行動(dòng)的具體樣式和作業(yè)過程，需要對(duì)行動(dòng)類型、實(shí)體類型、關(guān)聯(lián)關(guān)系等要素綜合分析，形成與之對(duì)應(yīng)的指令集合。

圖2 作戰(zhàn)指令提取流程

2.2 作戰(zhàn)指令集編排

以數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系為基礎(chǔ)，系統(tǒng)建立起元任務(wù)與作戰(zhàn)指令集的映射關(guān)系。根據(jù)元任務(wù)的具體描述，可篩選出與之相對(duì)應(yīng)的作戰(zhàn)指令集。而后，根據(jù)作戰(zhàn)方案，并結(jié)合具體的資源能力特性對(duì)篩選出的作戰(zhàn)指令集進(jìn)行編排，通過規(guī)則模板匹配，確定基本的作戰(zhàn)指令時(shí)序。依據(jù)指令時(shí)序?qū)υ噶钅０暹M(jìn)行編排，形成針對(duì)元任務(wù)的時(shí)序化作戰(zhàn)指令集。

圖3 指令生成流程

2.2.1 依據(jù)作戰(zhàn)計(jì)劃調(diào)整指令時(shí)序

在形式上，作戰(zhàn)計(jì)劃由一系列固定格式的要素組成，基于可擴(kuò)展作戰(zhàn)計(jì)劃模板，采用可擴(kuò)展標(biāo)記語言（XML）或具有智能標(biāo)簽的WORD 來進(jìn)行作戰(zhàn)文書標(biāo)準(zhǔn)化描述。根據(jù)作戰(zhàn)計(jì)劃中包含的時(shí)間要素、邏輯要素進(jìn)一步調(diào)整作戰(zhàn)指令集的時(shí)序。元任務(wù)確定的作戰(zhàn)任務(wù)指令集在作戰(zhàn)計(jì)劃的約束下，一方面按時(shí)間調(diào)整指令排列順序，另一方面確定具體指令中包含的時(shí)間參數(shù)。

2.2.2 依據(jù)資源能力匹配指揮對(duì)象

確定指令時(shí)序后，需進(jìn)一步確定指令接收對(duì)象，本文提出一種基于資源能力匹配的指揮對(duì)象確定方法，基本過程如下：首先，通過資源虛擬化建立作戰(zhàn)資源能力模型，將系統(tǒng)能力分解為若干子能力，再將子能力映射到裝備實(shí)體能力形成資源能力的完整表達(dá)；其次，將任務(wù)需求匹配到資源能力需求，確定該任務(wù)對(duì)武器裝備火力、偵察、防護(hù)、計(jì)算等基本能力的需求；再次，結(jié)合距離、裝備完好性等當(dāng)前資源狀態(tài)以及戰(zhàn)場態(tài)勢確定資源可調(diào)配能力；最后，根據(jù)已形成指令集匹配形成“時(shí)間-指令執(zhí)行單位”的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

3 時(shí)序化作戰(zhàn)指令集的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

基于對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)的規(guī)范化描述和分解，指控系統(tǒng)形成對(duì)任務(wù)的準(zhǔn)確理解。以元任務(wù)的屬性描述為基礎(chǔ)，分析元任務(wù)性質(zhì)、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系、任務(wù)場景等，獲得相應(yīng)的作戰(zhàn)行動(dòng)指令集［8］。結(jié)合實(shí)際戰(zhàn)場情況和行動(dòng)計(jì)劃，對(duì)作戰(zhàn)指令集進(jìn)行編排，以時(shí)間為橫軸，任務(wù)指令為縱軸形成作戰(zhàn)任務(wù)指令集矩陣，實(shí)現(xiàn)時(shí)序化的作戰(zhàn)指令展現(xiàn)。通過對(duì)上述功能進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，形成面向任務(wù)的數(shù)據(jù)指揮功能的原型軟件，效果如下頁圖4 所示。

圖4 時(shí)序化作戰(zhàn)指令生成界面效果

以炮兵分隊(duì)火力打擊任務(wù)為例，根據(jù)任務(wù)分析和分解，生成系列化的任務(wù)指令集，依據(jù)行動(dòng)的邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系和計(jì)劃中對(duì)相應(yīng)行動(dòng)的執(zhí)行時(shí)機(jī)，編排形成任務(wù)指令執(zhí)行矩陣。隨著時(shí)間的推移，任務(wù)指令按需推送至相應(yīng)的執(zhí)行單位，在此過程中，人工可進(jìn)行監(jiān)控并適時(shí)干預(yù)并調(diào)整指令下達(dá)的時(shí)機(jī)和內(nèi)容。

4 結(jié)論

面對(duì)復(fù)雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境，探討一種面向任務(wù)的數(shù)據(jù)指揮實(shí)現(xiàn)方法。為了使作戰(zhàn)指揮活動(dòng)中指揮命令的生成和下達(dá)變得更為準(zhǔn)確和快速，研究了一種指令集自動(dòng)生成的方法，通過作戰(zhàn)任務(wù)分解，指令集篩選，時(shí)序編排和綜合展現(xiàn)，為指揮員根據(jù)任務(wù)要求更有效的實(shí)施作戰(zhàn)指揮，提供了一種更為方便高效的數(shù)據(jù)指揮手段。