基于屬性提取的作戰(zhàn)任務(wù)建模方法?

（陸軍工程大學(xué)指揮控制工程學(xué)院 南京 210007）

關(guān)鍵字 作戰(zhàn)任務(wù)；任務(wù)分解；元任務(wù)

1 引言

作戰(zhàn)任務(wù)是一系列軍事行動開展的依據(jù)，在作戰(zhàn)過程中，兵力資源、物質(zhì)資源的調(diào)動都要根據(jù)具體的作戰(zhàn)任務(wù)來開展。在聯(lián)合作戰(zhàn)的背景下，參謀人員需要將上級下達給本級的作戰(zhàn)任務(wù)分配給下級作戰(zhàn)力量。因此，作戰(zhàn)任務(wù)分解是作戰(zhàn)計劃制定過程中必要的基礎(chǔ)工作。

目前，對作戰(zhàn)任務(wù)的分解建模都是基于參謀人員的經(jīng)驗，采用類似于美軍DoDAF［1］和英軍MODAF［2］中的使命任務(wù)模型來表示。Eduardo Sil?va等［3～4］設(shè)計了基于KAOS的使命分解建模方法，但在使命分解時未考慮使命的相關(guān)屬性。文獻［5］從使命屬性的角度研究了使命任務(wù)分解時需要遵循的相關(guān)原則，但該研究方法主要針對于指揮控制系統(tǒng)的需求建模階段。研究作戰(zhàn)計劃制定過程中的作戰(zhàn)任務(wù)分解時，需要考慮新的相關(guān)要素。針對上述問題，本文提出了一種基于屬性提取的作戰(zhàn)任務(wù)分解建模方法。

2 作戰(zhàn)任務(wù)概念模型

作戰(zhàn)任務(wù)是指指揮員在本級作戰(zhàn)單位中需要完成的各種任務(wù)的統(tǒng)稱，包括進攻、防御、后勤保障等一系列任務(wù)［6］。根據(jù)指揮級別的不同，某一級別的作戰(zhàn)任務(wù)可以在本級進行分解細化，將分解后的作戰(zhàn)任務(wù)下發(fā)給下級。被分解的作戰(zhàn)任務(wù)成為下級作戰(zhàn)單位的上級作戰(zhàn)任務(wù)，需要所有作戰(zhàn)單位共同保障完成。由于上級作戰(zhàn)任務(wù)過于概略，作戰(zhàn)單位無法得知自己在作戰(zhàn)過程中需要做什么，為了使各個作戰(zhàn)單位明確自己的作戰(zhàn)任務(wù)，需要將上級作戰(zhàn)任務(wù)進行分解細化為更加詳細的作戰(zhàn)任務(wù)，這個過程稱之為作戰(zhàn)任務(wù)分解［7～8］。在使命任務(wù)分解過程中得到的更加細化的任務(wù)，稱之為子任務(wù)。

元任務(wù)指作戰(zhàn)任務(wù)分解過程中分解得到的最小任務(wù)單元［9］。元任務(wù)是相互獨立的、不重疊的、不可再分解的，通常以裝備單元為分解的最小粒度，以便由作戰(zhàn)任務(wù)得到對應(yīng)的裝備從而形成體系作戰(zhàn)。

根據(jù)作戰(zhàn)過程中的相關(guān)要素，將作戰(zhàn)任務(wù)定義為以下多元組：

定義1：作戰(zhàn)任務(wù)定義為多元組Task=，其中：

1）name表示該作戰(zhàn)任務(wù)的名稱；

2）what：描述了作戰(zhàn)任務(wù)是什么，即對任務(wù)的基本描述；

3）who：任務(wù)執(zhí)行的主體，包括軍兵種、兵力數(shù)量等，屬性描述為（A_Name，A_Amount）；

4）when：任務(wù)執(zhí)行時間，包括任務(wù)執(zhí)行的開始時間以及完成時間限制，屬性描述為（T_Begin，T_Last），T_Last屬性的制定需要考慮到為后續(xù)任務(wù)留下準(zhǔn)備時間；

5）where：任務(wù)執(zhí)行的區(qū)域（包括作戰(zhàn)區(qū)域、區(qū)域坐標(biāo)、作戰(zhàn)目標(biāo)主體所在區(qū)域），在下發(fā)到作戰(zhàn)部隊之后，需要在屬性中添加我方部隊所在位置的信息；

6）aim：作戰(zhàn)指向的目標(biāo)。

根據(jù)已有的歷史作戰(zhàn)經(jīng)驗、案例以及專家經(jīng)驗知識，得到作戰(zhàn)活動的任務(wù)清單、能力清單和專家知識庫，將得到的作戰(zhàn)任務(wù)進行繼續(xù)分解，最終得到符合作戰(zhàn)任務(wù)定義的元任務(wù)清單，根據(jù)元任務(wù)清單來構(gòu)建元任務(wù)庫。

3 作戰(zhàn)任務(wù)分解

作戰(zhàn)任務(wù)可以幫助作戰(zhàn)單位了解并明確自己的作戰(zhàn)行動［10］，是建立完整作戰(zhàn)體系的重要環(huán)節(jié)之一。作戰(zhàn)任務(wù)可以分解為更加詳細的子任務(wù)，直到元任務(wù)［11～12］；相反的，元任務(wù)、子任務(wù)也可以合成更高層的作戰(zhàn)任務(wù)。通過一系列原則的制定以及在分解過程中對這些原則的遵守，可以進一步得到更加明確的作戰(zhàn)任務(wù)分解步驟。

3.1 分解原則

根據(jù)作戰(zhàn)過程中涉及的要素，作戰(zhàn)任務(wù)分解時，要保證分解后的字任務(wù)不能與上級作戰(zhàn)任務(wù)在這些要素上矛盾，因此制定了以下分解原則。

1）原則一：屬性集原則

上級作戰(zhàn)任務(wù)分解得到的所有子任務(wù)的屬性的集合為上級作戰(zhàn)任務(wù)的集合。如果高級使命任務(wù)的屬性（attribute）集合為Task_Father=｛A1，A2，A3，A4｝，從而分解任務(wù)可以得到Task_1=｛A1｝、Task_2=｛A2，A3｝、Task_3=｛A4｝。如圖1所示。

圖1 作戰(zhàn)任務(wù)分解屬性集原則

2）原則二：統(tǒng)一目標(biāo)原則

作戰(zhàn)任務(wù)分解過程中，分解要按照目標(biāo)不變的原則，即所有作戰(zhàn)任務(wù)分解都是對目標(biāo)的打擊、搶占等為依據(jù)。

3）原則三：劃分階段原則

不同的作戰(zhàn)階段有不同的作戰(zhàn)任務(wù)，以時間順序、事件因果順序或者任務(wù)優(yōu)先級順序分解得到子任務(wù)。例如：對于時間順序，攔截導(dǎo)彈需要先進行預(yù)警探測，得到地方導(dǎo)彈的信息后才能進行火力攔截；對于事件因果順序，若前方有障礙物時需要清除才能進行機動；對于時間優(yōu)先級順序，進行海島占領(lǐng)作戰(zhàn)時，需要登陸之后才能繼續(xù)之后的作戰(zhàn)。

4）原則四：可合成原則

分解得到的子任務(wù)或元任務(wù)，其屬性的集合是上級任務(wù)屬性的子集，且子任務(wù)屬性集合的并集為上級任務(wù)的屬性集。

5）原則五：可執(zhí)行原則

作戰(zhàn)任務(wù)分解過程中得到的子任務(wù)必須是依據(jù)我軍已有的武器作戰(zhàn)部隊可以執(zhí)行的任務(wù)，即必須是元任務(wù)。

3.2 作戰(zhàn)任務(wù)關(guān)系

作戰(zhàn)任務(wù)在分解過程中，因各自屬性之間的關(guān)系，使得作戰(zhàn)任務(wù)之間也存在某種關(guān)系，這些關(guān)系是作戰(zhàn)任務(wù)分解過程中必須要考慮的。

1）關(guān)系一：與或關(guān)系

高級作戰(zhàn)任務(wù)需要達到的作戰(zhàn)指標(biāo)有多個，分解得到的子任務(wù)有不同的屬性，圖2中分解得到的子任務(wù)有 Task_1、Task_2、Task_3、Task_4，這些子任務(wù)中如果完成一個子任務(wù)Task_2就可以省略另一個子任務(wù)Task_3，則稱Task_2與Task_3是“或”關(guān)系；如果完成Task_1后也必須完成Task_4則稱Task_1與Task_4是“與”關(guān)系。與任務(wù)之間是相互獨立的任務(wù)，且不能被其他任務(wù)所代替；或任務(wù)中可以選擇任務(wù)進行完成。

圖2 子任務(wù)的與或關(guān)系

在元任務(wù)庫中可以找到在作戰(zhàn)任務(wù)分解中得到的元任務(wù)，查找屬性之后可以得到屬性的集合，對屬性集合進行比較，得到以下三種情況。

（1）屬性無重合

這樣的兩個或多個任務(wù)之間的關(guān)系為“與”關(guān)系，即完成一個任務(wù)不能代替其他任務(wù)的完成。

（2）屬性部分重合

執(zhí)行任務(wù)的兩個或多個作戰(zhàn)單位在某些的情況下可以進行一定的支援，以提高任務(wù)完成的成功率。

（3）屬性完全重合

這樣的另個或多個任務(wù)之間的關(guān)系為“或”關(guān)系，即完成一個任務(wù)可以任務(wù)完成了其他同一事件、地點的任務(wù)，或可以使用相同的武器裝備進行任務(wù)的完成，任務(wù)之間可以相互補充，作為設(shè)立預(yù)備方案等的依據(jù)。

2）關(guān)系二：依賴關(guān)系

在作戰(zhàn)任務(wù)執(zhí)行的過程中，一部分任務(wù)的執(zhí)行需要的條件由其他任務(wù)提供，或例如：當(dāng)任務(wù)A完成之后，另外的任務(wù)B才能開始進行，這樣可以將描述為：任務(wù)B依賴于任務(wù)A。

3）關(guān)系三：沖突關(guān)系

在實際作戰(zhàn)當(dāng)中，由于作戰(zhàn)資源的數(shù)量等問題下，有許多計劃中需要同時進行的任務(wù)在實際中不能同時進行，例如：任務(wù)A、任務(wù)B需要用到防空導(dǎo)彈，但是防空導(dǎo)彈同一時間只能發(fā)射一顆，當(dāng)任務(wù)A在進行時，任務(wù)B不能進行，稱任務(wù)A與任務(wù)B沖突。

3.3 分解算法

作戰(zhàn)任務(wù)分解后最終得到一個作戰(zhàn)任務(wù)分解樹，具體分解算法如下。

輸入：本級的最高作戰(zhàn)任務(wù)

輸出：作戰(zhàn)任務(wù)分解樹

算法過程：

步驟一：獲取最高作戰(zhàn)任務(wù)。根據(jù)作戰(zhàn)想定，獲取最高作戰(zhàn)任務(wù)。

步驟二：分析作戰(zhàn)方式。作戰(zhàn)方式包括進攻作戰(zhàn)和防御作戰(zhàn)。

步驟三：提取屬性。分析最高作戰(zhàn)任務(wù)，提取任務(wù)的屬性，其中，任務(wù)的屬性集必須包含作戰(zhàn)任務(wù)的基本屬性。

步驟四：任務(wù)對照檢查。對照元任務(wù)庫，檢查子任務(wù)的屬性集，若不符合作戰(zhàn)任務(wù)分解原則，則放入一個集合“Finish”中，后續(xù)重新進行分解；若符合，放入另一個集合“Continue”中，后續(xù)不需要在進行檢查和分解；檢查“Continue”集合。若集合為空，則執(zhí)行步驟六；若集合不為空，則執(zhí)行下一步驟，若集合為空，執(zhí)行步驟五。

步驟五：任務(wù)屬性拆分。對任務(wù)的屬性進行拆分，拆分部分分為兩種，一種是保持屬性的值，拆分屬性集中的元素成為新的子任務(wù)的屬性集；另一種是對屬性的值進行拆分，這些任務(wù)的完成通常無法由單個作戰(zhàn)單元完成，通過屬性值的拆分，使其可以交由兩個或多個作戰(zhàn)單元執(zhí)行。屬性拆分之后對屬性集進行檢查，使其符合作戰(zhàn)任務(wù)分解原則；執(zhí)行步驟四。

步驟六：任務(wù)完善。檢查、補充和完善任務(wù)的各個基本屬性，返回作戰(zhàn)任務(wù)分解樹。

作戰(zhàn)任務(wù)分解算法流程圖如圖3所示。

圖3 作戰(zhàn)任務(wù)分解流程圖

4 案例分析

4.1 案例描述

作戰(zhàn)雙方設(shè)定為紅藍雙方，紅方為進攻方，執(zhí)行搶占高地任務(wù)，藍方為目標(biāo)方，執(zhí)行防御任務(wù)。首先，紅方已經(jīng)完成了高地附近主要區(qū)域的封鎖，目標(biāo)占領(lǐng)藍方的兩個目標(biāo)（目標(biāo)一為175高地，目標(biāo)二為185高地），目標(biāo)地形示意圖如圖4所示。

圖4 占領(lǐng)高地態(tài)勢圖

圖中有兩個目標(biāo)點，目標(biāo)一有兩個進攻方向。

目標(biāo)一的進攻方向A在途中布有地雷，進攻方向B有藍軍哨所；目標(biāo)后方有藍軍增援部隊，但是目標(biāo)一后方增援部隊增援要經(jīng)過一處山谷，且增援的兩條道路上都有橋梁；目標(biāo)一附近有高地火力點威脅，以及導(dǎo)彈發(fā)射車隊。

目標(biāo)二有一個進攻方向。途中布有地雷，以及哨所的看守，目標(biāo)路途中有增援部隊，且附近有裝甲車部隊，可以對藍軍高地進行增援；目標(biāo)二附近有一處導(dǎo)彈陣地，在后方有一處藍軍駐地，有一處機場，駐有藍軍戰(zhàn)機。

4.2 搶占高地涉及到的元任務(wù)

由于作戰(zhàn)涉及到進攻和防御兩種作戰(zhàn)方式，且作戰(zhàn)目標(biāo)為搶占高地；涉及到地方布有雷區(qū)，所以有雷區(qū)和醫(yī)療相關(guān)的元任務(wù)；查找元任務(wù)庫，收集到的元任務(wù)庫如下：

4.3 作戰(zhàn)資源

案例涉及如下作戰(zhàn)資源：

1）工兵連；

2）步兵連；

3）醫(yī)療救援直升機分隊；

4）特種作戰(zhàn)分隊；

5）偵察衛(wèi)星。

4.4 作戰(zhàn)任務(wù)分解

依照上文的作戰(zhàn)任務(wù)分解步驟，對作戰(zhàn)想定的描述進行作戰(zhàn)任務(wù)的獲取和分解

1）上級作戰(zhàn)任務(wù)的獲取

根據(jù)作戰(zhàn)想定，頂層作戰(zhàn)任務(wù)為“搶占高地作戰(zhàn)”。

2）分析作戰(zhàn)方式

對于搶占練出高地目標(biāo)的作戰(zhàn)為“進攻作戰(zhàn)”，防御導(dǎo)彈車和固定導(dǎo)彈陣地的作戰(zhàn)為“防御作戰(zhàn)”。

3）提取屬性

“進攻作戰(zhàn)”基本屬性集為

｛

WHAT=“進攻作戰(zhàn)”

WHO=“作戰(zhàn)部隊”

WHERE=（0-60，20-70）

WHEN=（2000/01/01 10：00，47h）

AIM=“占領(lǐng)高地”，“阻擊、消滅敵方增援部隊”

｝；

“防御作戰(zhàn)”基本屬性集為

｛

WHAT=“防御作戰(zhàn)”

WHO=“作戰(zhàn)部隊”

WHERE=（0-60，70-100）

WHEN（2000/01/01 10：00，全時）

AIM=“防御來自陸地、空中攻擊”

｝。

4）任務(wù)對照檢查

“進攻作戰(zhàn)”和“防御作戰(zhàn)”都不符合元任務(wù)庫種的元任務(wù)，將兩個子任務(wù)放入“Continue”集合中，此時“Finish”集合為空；檢查“Continue”集合。集合不為空，執(zhí)行下一步驟。

5）任務(wù)屬性拆分

將“進攻作戰(zhàn)”任務(wù)屬性集中的WHAT屬性進行拆分，可以分為“占領(lǐng)175高地”、“占領(lǐng)185高地”、等子任務(wù)；“防御作戰(zhàn)”可以分為“北區(qū)防御”、和“南區(qū)防御”，再執(zhí)行算法步驟4）。

6）任務(wù)對照檢查

對照元任務(wù)庫，檢查子任務(wù)的屬性集，其中，“清除地雷”任務(wù)符合元任務(wù)庫中的元任務(wù)，放入“Finish”集合中，其他子任務(wù)放入“Continue”集合中，此時集合“Continue”不為空，執(zhí)行下一步。

7）根據(jù)WHERE屬性，對“進攻作戰(zhàn)”進行屬性拆分，可以分為“北路進攻”、“南路進攻”，“防御作戰(zhàn)”可以分為“北區(qū)防御”、“南區(qū)防御”。

8）對照檢查，分解得到的子任務(wù)不符合元任務(wù)庫中的元任務(wù)描述，需要進一步分解。“占領(lǐng)175高地”可以分解為“清除地雷”、“炸毀橋梁”、“進攻高地”、“占領(lǐng)高地”、“部隊機動”、“進攻高地”、“占領(lǐng)高地”、“摧毀導(dǎo)彈車部隊”；“占領(lǐng)185高地”可以分解為“清除地雷”、“部隊機動”、“摧毀導(dǎo)彈陣地”、“進攻高地”、“進攻哨所”、“占領(lǐng)高地”；針對可能出現(xiàn)的傷亡，在“占領(lǐng)175高地”和“占領(lǐng)185高地”任務(wù)中需要有“醫(yī)療救護”任務(wù)；針對可能出現(xiàn)的敵軍增援情況，在“占領(lǐng)175高地”和“占領(lǐng)185高地”任務(wù)中需要添加“遭遇戰(zhàn)”任務(wù)。“北區(qū)防御作戰(zhàn)”可以分為“北區(qū)陸地防御”、“北區(qū)空中防御”；“南區(qū)防御作戰(zhàn)”可分為“南區(qū)陸地防御”、“南區(qū)空中防御”。

9）檢查所有子任務(wù)，得到的子任務(wù)都是元任務(wù)集中的元素，放入“Finish”集合，此時“Continue”集合為空，執(zhí)行步驟六檢查、補充和完善任務(wù)的屬性。

最終構(gòu)建的作戰(zhàn)任務(wù)分解樹如圖5所示。

圖5 作戰(zhàn)任務(wù)分解任務(wù)樹

5 結(jié)語

本文建立了作戰(zhàn)任務(wù)分解的相關(guān)概念、制定了作戰(zhàn)任務(wù)分解的原則以及設(shè)計了作戰(zhàn)任務(wù)分解的相關(guān)算法。其中，作戰(zhàn)任務(wù)的相關(guān)概念是作戰(zhàn)計劃的基礎(chǔ)。在戰(zhàn)爭計劃的制定中，程序化、標(biāo)準(zhǔn)化是制定計劃必不可缺的要求。本文的主旨是嘗試在作戰(zhàn)任務(wù)的分解的基礎(chǔ)下，按照作戰(zhàn)任務(wù)分解步驟、依照作戰(zhàn)任務(wù)分解原則，依托元任務(wù)庫進行作戰(zhàn)任務(wù)的分解。