陆军分队作战仿真模型结构描述规范设计

胡小云，冯 进

（南昌陆军学院，江西 南昌 330103）

计算机仿真的本质是运用模型来分析和研究系统本身的运行特性和规律[1]。因此，陆军分队作战仿真训练系统的运行就必然需要作战仿真模型的有力支撑。为了达到此目的，就必须对作战仿真模型进行高效的管理，但现阶段的仿真领域内对于模型的管理研究一直存在两个问题，即模型的不规范和模型缺乏高效的管理[2-3]。虽然对于模型的管理现阶段取得了不少成果，如王颜新等人就提出了基于 Web和多 Agent的分布式模型管理体系结构[4]、马耀飞等人对计算机兵力生成中的模型管理进行了研究[5]、王宬等人设计了基于XML的飞行仿真模型管理系统[6]。但对于模型的不规范，特别是其描述的不规范性，现阶段研究还很少，其主要工作集中于模型的描述方法研究，如吴海兵等人对团炮兵群作战仿真模型的描述方法进行了相关研究[7]，但对于模型的具体规范描述方面研究基本没有涉及。而我们知道，要实现对模型的有效管理，其基础性工作是实现模型的规范化描述，它直接影响模型的存储、模型操纵、模型求解等方面，因此实现模型管理系统高效运行其首要工作之一是实现模型的规范描述。

对于陆军分队，由于其人员构成、武器装备和作战过程复杂等特点，其作战仿真过程中涉及到的模型数量必然非常巨大，其模型描述也必然十分棘手。因此，本文试图通过对陆军分队作战仿真模型的结构进行规范描述设计，为实现其描述规范做好基础性工作，进而为实现陆军分队作战仿真模型有效管理提供理论和技术上的支持。

1 作战仿真模型结构分析

模型结构的描述规范主要是解决对一个仿真模型提供一种怎样的规范描述方式来表征其结构，从而使得模型的管理能够基于这样的表征和描述基础上进行。因此我们对陆军分队作战仿真模型结构进行分析时既要考虑模型结构的共性，同时也要分析其结构的特性。

下面首先讨论模型结构的共性，然后根据陆军分队作战仿真模型的特点分析其特性，这样将共性和特性进行组合就可以得到其模型的完整结构。

我们知道，模型是描述或解决某个问题所需要的一组特征数据与解决这个问题所需要的操作或方法的结合[8]。在此意义上讲，模型是一组特征数据与方法的一种匹配关系。简言之，模型=方法+数据+匹配关系。方法、数据及其匹配关系描述了一个模型的内部结构，体现了模型结构的共性。而对于陆军分队作战仿真模型，由于其具有分辨率低、种类繁、层次多和数量大等特点，因此这里引入模型属性来描述其结构特性。根据其特点，属性应包括作战样式、作战单位、模型所属种类和模型功能等方面。所以，陆军分队作战仿真模型的结构应为：模型=属性+方法+数据+匹配关系。

为了便于分析，这里又把模型分为两类，即单模型和组合模型。所谓单模型是指用于描述不能再分解的结构化子问题求解过程的模型。组合模型是指通过子模型的耦合而得到的模型。这里的子模型可以是单模型也可以是组合模型。一个组合模型本身可以作为一个组合部件和其它模型组合而形成一个新的更高层次的模型。其层次结构可以用图1表示。

图1 组合模型的层次结构图

因此，在探讨模型结构的描述规范时应围绕单模型和组合模型分别展开。

2 单模型结构描述规范

由上述对陆军分队作战仿真模型结构的分析可知，一个单模型可以描述规范为如下一个四元组：

单模型=（模型属性，模型方法，模型数据，方法与数据匹配关系）。

其中，模型属性包括模型所属的作战样式、模型所属作战单位、模型所属模型种类以及模型功能描述；模型方法主要是指该模型所用到的具体的方法列表；模型数据包括模型参数表、输入数据表和输出数据表；方法与数据的匹配关系指明方法与数据具体如何匹配。

2.1 模型属性的描述规范

模型属性的描述规范主要包括模型所属作战样式、所属作战单位、所属模型种类以及模型功能的描述规范。

1）作战样式的描述规范，参照陆军分队作战样式种类划分进行描述规范；

2）陆军分队作战单位描述规范，分步兵营、步兵连、步兵排和步兵班（根据模型分辨粒度要求）；

3）模型所属大类的描述规范，基于陆军分队自身的作战规律和作战实施的具体过程，将模型所属大类规范为战场环境描述类、保障类、战斗指挥类、兵力机动类和与敌交战类五大类；

4）模型功能描述规范，所谓模型的功能，主要是指该模型描述的是什么，主要是为了解决什么问题。所以对于一个作战仿真模型功能的描述可以分解为两个要素的描述，分别是模型所描述的具体动作和模型描述的目的。其中，模型所描述的具体动作对于陆军分队，其动作包括：指挥、侦察、运动、射击、设障、破障、通信、防护、电子干扰以及一些特殊动作 10大类，每一类动作又可分为若干个具体的基本动作（如射击，它包括单发射击、连发射击、直瞄射击和间瞄射击等）。其它的战斗动作可以看作是由这些最基本的动作组合而成。因此，陆军分队动作规范化描述如图2所示。

图2 陆军分队“动作”规范化描述图

模型的描述目的指明该模型主要是为了解决什么问题。对于模型描述目的，可分解为两个要素来描述，分别是模型描述的具体对象和模型描述的具体目的。模型描述的具体目的包括预测、评估、规划、区分、计算和描述等。模型描述的具体对象是指该模型具体是描述的某个动作中的哪个问题。比如陆军分队对阵地防御之敌进攻作战中的侦察器材单一配置的优化模型描述的是侦察动作中的侦察器材单一配置问题。为了规范模型描述对象的描述，应该提供关于每个动作中所有可能问题的规范化描述数据库。在对模型描述时，只需从规范化描述数据库中选择相应的数据即可。所以，模型属性的描述可以具体描述为：模型属性=（作战样式、作战单位、模型所属大类、描述的动作、描述的具体对象、描述的具体目的）。

2.2 模型方法的描述规范

在对陆军分队仿真模型所需方法分析的基础上，可知陆军分队仿真模型的方法具有如图3所示的层次结构。

图3 仿真模型方法的层次结构图

1）数学解析类方法 在仿真模型计算中，使用的单个数学解析公式集合；

2）基础类方法 在仿真模型计算中，具有通用性、继承了数学解析类的各种方法特征的一类方法集合；

3）专用类方法 能够完成仿真模型中某种物理量计算的方法集合；

4）综合类方法 能够完成仿真模型中多种物理量综合计算的方法集合。

对于一个方法的描述需要指明其所在的层次，该方法的输入参数、输出参数，该方法的使用条件和主要功能。如果某个方法是由某些子方法通过一定的逻辑结构组成的，则还应指明组成该方法的子方法及其相互的逻辑结构。逻辑结构包括顺序、选择以及循环等。方法所在的层次由上至下依次为1，2，3，4层。如数学解析类方法为第1层。

为了规范模型方法的描述，应该提供对上述信息的标准描述模板。这可以通过方法规范描述数据表的形式提供，其结构如表1所示。

表1 模型方法规范描述数据表（以描述两点间距离的模型为例）

“输入参数名及其属性”这个字段主要是指明方法所需的输入参数的名称代号以及相应的属性。其中，输入参数的属性包含两个方面，分别是输入参数的数据类型和输入顺序。数据类型由数据类型规范表给出，输入顺序主要是指该参数应该是作为第几个被输入。“输出参数名及其属性”与此相同。如果该方法是由某些子方法通过一定的逻辑关系组成，则应该通过下面三个字段来指定组成该方法的子方法及其逻辑关系：

①“子方法列表”字段指明组成该方法的所有子方法；

②“子方法逻辑关系类型”指明组成该方法的子方法相互间的逻辑关系类型，包括顺序、选择、循环和三者的逻辑与；

③“子方法逻辑关系表表名”由于子方法具体的逻辑关系是通过子方法逻辑关系表来指明的，该字段指明其表名。

子方法逻辑关系表是用来指明组成某个方法相应的子方法和其逻辑关系，该表的结构可如表2所示。

表2 子方法逻辑关系结构表

其中，“数据流向”字段主要是指明某个子方法运行后的结果是否作为另一个子方法运行的输入数据，如果是，则应指明具体的子方法ID。具体的方式有：Out_To_Next，该子方法的某个输出参数传递给其紧后子方法的某个输入参数；Out_To_Some，该方法的某个输出参数传递给某个子方法的某个输入参数；Out_To_Null，无数据流向；Out_To_Next&&Out_To_Some，上述两者的“与”。

子方法逻辑关系表作为方法规范描述数据表的子表进行存储。在此基础上，需要描述某个方法时，只需从方法规范化描述数据表中选取相应的信息即可。

2.3 模型数据的描述规范

模型与外界的交互主要是数据的交互，包括模型初始数据的输入和模型计算结果的输出等。为了完成模型的数据描述规范，在参考文献[9]的基础上，引进模型数据描述文件，对模型的输入输出数据等进行说明。同时，还引进模型说明文件对模型进行文字说明，包括模型的方程形式以及算法的自然语言描述等。模型说明文件是模型程序的文档，随着模型程序的编写完成后一起提交给模型用户。模型数据描述文件记录模型与外界数据交互的关系，包括模型参数说明、输入数据说明和输出数据说明，其格式如表3所示。

文件标识用来标识文件为模型数据描述文件，通过mdf字符串标识即可。在对该文件进行操作时，首先判断该标识。

节的描述格式为[section: name]，name为节的名字，在{param,input,output,relation}中取值。每个节中包含许多项目，项目可以是变量、文件和数据库表格等，节的内容通过项目描述。项目包含属性、值和相关内容，项目和属性及相关内容是一对多的关系，项目和其取值是一对一的关系，故为了准确完备的描述项目，节中应包含以上三个方面的内容，故可定义节的格式如下：

模型参数描述节、数据输入描述节和数据输出描述节用以描述模型中的数据，其项目可以是：①变量，可以是整型变量、实型变量和字符串变量等；②文件，在这里可以规定文件名、文件特征、文件路径、打开文件方式和打开文件的工具等。

相应其具体的描述内容为:①模型参数描述节，包括输入参数、静态参数及输出参数的描述；②数据输入描述节，包括参数名称、参数数据类型、参数初始值、参数取值范围、参数输入方式及参数输入顺序；③数据输出描述节，包括参数名称、参数数据类型、参数初始值和参数输出方式。

其具体内容的描述格式参照节的描述格式，由于篇幅关系，这里不再赘述。

2.4 方法与数据的匹配关系

方法与数据的匹配关系需要根据模型管理系统中数据和方法的存储和调用方式来确定，结合文献[10-12]中所运用的方法，这里模型数据根据其描述规范采用数据库形式进行存储和调用，而模型方法则将其以“方法字典+方法组件库”方式进行存储和调用。其中方法字典中记录了关于方法组件的名称、接口函数名、各函数主要功能和函数参数描述等相关信息；对于方法组件库，则按照模型所属大类，对于每一模型大类中所涉及的方法都制作成一个方法组件。根据方法与数据的存储和调用方式，方法与数据匹配关系的描述规范同样可通过创建匹配关系表来描述，其格式如表4所示。

表4 单模型匹配关系表

表4中，“模型编码”指单模型的模型编码；

“组件名称”指模型所需方法对应的组件名；

“组件接口名”指模型所需方法对应的方法组件中的相应接口函数；

“对应的数据描述文件名”指模型对应的数据描述文件名；

“组件运行所需数据对象编号及属性”和“组件运行所需输入参数及其属性”,数据对象和输入参数的属性主要是为了说明该数据对象或输入参数在该组件接口函数运行时所起的作用；

“组件计算结果的数据流向”主要是指该组件的计算结果返回给谁，其具体的方式由系统提供，用户只需选择相应的方式即可。具体的方式有：

另外，还包括To_Input,To_Output分别和To_User的“与”。

3 组合模型结构描述规范

由于组合模型是由子模型耦合而成的。因此，组合模型的结构也可以描述为组成该模型的各个子模型及其相互的逻辑关系。这样，组合模型就可以描述为如下的一个四元组：

组合模型=（模型属性，模型数据，子模型表，子模型逻辑关系）。

其中，模型属性和模型数据的描述与单模型的描述相同。子模型表主要是指明组成该模型的所有子模型。子模型逻辑关系指明组成该模型的子模型具体的逻辑关系，包括组成形式，数据流向等。

为了规范子模型表和子模型逻辑关系的描述，在组合模型的数据描述文件中引入模型关系描述节。这样，组合模型的数据描述文件的描述格式表5所示。

表5 组合模型数据描述文件格式

其中，模型参数描述节、数据输入描述节和数据输出描述节主要是为了解决模型的数据描述规范，具体实现与单模型的相同。而模型关系描述节主要是为了描述组合模型的逻辑结构，即组合模型由哪些子模型组成，各个模型之间的逻辑组成以及数据流向等。其描述格式为：

子模型的属性说明包括：模型名称、该模型的紧前模型的模型编码、该模型的紧后模型的模型编码以及该模型的数据流向。各个属性的描述方式为：

4 结束语

通过对作战仿真模型结构进行规范描述，从而规范仿真模型描述并实现对模型进行统一管理、解决标准建模问题、规范军事建模活动，这不仅是军事仿真人员多年来梦寐以求的目标，也是军事仿真发展的必然要求。本文针对陆军分队作战仿真模型的分辨率低和数量大等特点，将其划分为单模型和组合模型，从属性、方法、数据和方法与数据的匹配关系四个方面对单模型结构进行了描述规范设计，并在此基础上设计了组合模型的描述规范，为下一步实现陆军分队仿真模型的规范描述奠定了基础。

陆军分队作战仿真模型结构描述是作战仿真研究的基础性工作，其有效性、合理性和可操作性等还需要通过设计和实现模型管理系统并有效运行来进行验证。本文只是提供了一种其描述规范的具体实现途径，要使其成为陆军分队作战仿真模型结构规范描述标准还有很多工作要做，如通过实践检验和权威论证等。

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