新型陆军部队作战能力综合实验支持系统设计*

郑慧娟，周剑波，高志年

(1.解放军理工大学，江苏 南京 211101;2.南京陆军指挥学院，江苏 南京 210045)

如何利用作战实验方法对新型陆军部队作战能力进行分析评估，得到科学、客观的定量描述和评价，并找出影响其生成和提高的因素，成为新型陆军部队建设发展的客观需要。目前，新型陆军部队作战能力的基本实验方法主要有专家研讨、构造仿真、虚拟仿真和实兵演习四种。这四种方法虽各有特点，但都有各自的局限性，将这四种方法有机集成运用和相互配合，运用综合实验分析评估新型陆军部队作战能力，既可有效解决四种方法存在的弊端，又可提高实验结果的准确性。综合实验的成功运用必须得到相应高水平的实验系统的支持，如何构建一个科学、可靠的新型陆军部队作战能力综合实验支持系统，对于分析评估新型陆军部队作战能力、促进新型陆军部队建设具有十分重要的意义。对新型陆军部队作战能力综合实验支持系统进行研究，必须通过系统的规划和设计，依据一定的原则，构建一个场景逼真、易于扩展、便于重用和广泛适应的支持系统，既支持四种基本实验方法的单独运用，又要满足多种方法的综合运用。

1 支持系统总体结构设计

1.1 系统功能需求

新型陆军部队作战能力综合实验，是指在研究新型陆军部队作战能力时，通过对专家研讨、构造仿真、虚拟仿真和实兵演习［1］四种基本实验方法有机集成运用和相互配合，形成连续的、上下一致的实验过程，以支持整个作战能力评估的实验活动。主要由专家研讨实验、构造仿真结合专家研讨实验(以下简称“构造仿真实验”)、虚拟仿真结合专家研讨实验(以下简称“虚拟仿真实验”)或者实兵演习结合专家研讨实验(以下简称“实兵演习实验”)和计算机模拟为主、实兵演习为辅，结合专家研讨的实验(以下简称“联合实验”)所组成。综合实验支持系统首先要支持这四种方法的单独运用，其次，为满足专家研讨与其他方法结合进行作战实验，支持系统需提供专家研讨支持模块与其他功能模块的标准的数据交互协议。为满足计算机模拟为主、实兵演习为辅进行作战实验，支持环境需要解决的一个重要问题就是虚实交互问题，即实现实验过程中实兵与虚兵之间的交互与互动。必须设计一个虚兵与实兵融合接口，使虚兵与实兵都能显示在综合态势图上，且能通过仿真的手段实现虚实交战。具体来说，新型陆军部队作战能力综合实验支持系统应具备实验管理控制、模型支持、指挥控制、网络仿真、实验进程及结果可视化、实验分析评估、专家研讨支持、数据支持和管理、虚实交互等功能，如图1所示。

图1 新型陆军部队作战能力综合实验支持系统的功能需求

1.2 系统结构设计

综合实验支持系统为避免在构建过程中出现重复开发问题，按照统一的顶层设计和标准规范，采用“平台+构件”的技术思想进行总体设计，主要包括系统软件、支持软件、综合支撑平台和应用软件四部分，如图2所示。系统层主要包括计算机操作系统软件和网络协议软件。支持层主要包括数据库支持软件，军事建模支持语言及工具，软件开发语言及工具，文档编辑工具等。综合支撑层主要包括通用支持软件、公共运行支撑和集成框架，它们建立在系统软件之上，支持应用软件的开发和运行。通用支持软件是实验应用软件的开发平台，主要包括军事地理信息系统、军事图形系统和军用文书处理系统。运行支持支撑平台主要用于解决诸系统间的通信、完成各类数据性信息的交互与访问。集成框架是在通用支持软件的基础上，进一步封装了Windows资源与消息服务、互操作服务、模型服务、系统管理服务和系统定制服务等五类服务，从而便于更好地进行应用系统的二次开发。它是基于通用支持软件和公共运行支撑开发的适用于应用软件的系统集成框架，及其相关应用组件的开发接口规范，仿真模型系统、实验管理与控制系统和模拟指挥信息系统等应用软件均在此系统集成框架上，按照接口规范要求进行开发。应用软件是在系统软件、支持软件和综合支撑平台环境下开发的、满足系统功能和战术技术指标需要的实验应用软件。主要包括实验管理与控制系统、仿真模型系统、模拟指挥信息系统、网络仿真环境系统、通用地理信息与显示系统、实验分析评估系统、专家研讨支持系统、实兵控制系统和数据库管理系统。通过这些功能模块的不同组合，实现不同实验方法单独或综合运用的需要。

图2 新型陆军部队作战能力综合实验支持系统总体结构

2 支持系统主要功能模块设计

2.1 实验管理与控制系统

实验管理与控制系统是为了完成新型陆军部队作战能力综合实验，辅助实验组织者对各类实验实施管理和控制的软件系统。该系统主要通过系统集成框架加载各模块的方式实现，能够对实验准备阶段的实验计划、实验设计、实验数据等进行管理与控制，对实验实施过程中实验条件数据录入、实验系统运行、实验数据调整等进行管理与控制，对实验结束后实验结果数据等进行管理与控制。主要的模块组成有:基础数据管理，实验条件设定，想定编辑，网络环境设定，实验进程管控，随机情况设置等，如图3所示。

图3 实验管理与控制系统结构

2.2 仿真模型系统

仿真模型系统是围绕新型陆军部队所担负的作战任务，对新型陆军部队各兵种(专业)的各类作战与保障行动进行模拟的软件系统，具有对新型陆军部队作战涉及的各种作战行动、指挥活动以及陆、海、空、天、电等战场环境进行仿真的功能，还具有对战场各要素的综合作用(如兵力密度、综合通信、信息共享、要素联动、分布指挥、精确保障等)进行仿真的功能。仿真模型系统采用运行控制框架加载相关模型构件和规则库来实现。即将模型从仿真模型系统中剥离出来，变成一个个模型构件;将模型调度、时间管理、数据管理等公共部分封装为模型运行支撑平台，为模型构件提供基础支撑，由此构成了组件式的作战模型平台，即模型运行控制框架。仿真模型系统主要包括模型运行控制框架和模型资源库两部分，模型资源库包含了各种模型构件和规则库，如图4所示。其中，指挥实体模型是决策模型的执行者，行动实体模型是行动模型的执行者，同时，指挥实体模型也是部分行动模型的执行者，如指挥实体转移、撤收等。各模型由模型运行控制框架进行统一控制。模型的效果修正与控制由综合作用模型调度并解决。各类模型间的交互关系如图5所示。

2.3 实验分析评估系统

实验分析评估系统是支持系统的重要组成部分，主要负责对新型陆军部队作战能力进行分析和评估。该系统能够根据用户的需要和实验的目的对实验过程数据和结果数据进行分析，并通过评估模型的运算，将分析评估结果以直观的形式(如直方图、饼图、折线图等)展现给实验用户［2］。实验分析评估系统由数据获取模块、评估指标模块、评估规则模块、评估模型模块、评估计算模块、结果分析模块等组成，系统结构如图6所示。

图4 仿真模型系统结构

图5 新型陆军部队各类模型间的交互关系

图6 实验分析评估系统结构

根据实验用户所提的需求，领域专家依据作战理论、知识、经验等制定评估指标和评估规则，实验设计人员依据评估指标和评估规则建立评估模型。实验开始后，根据实验评估指标，数据获取模块从实兵演习、仿真模型系统、模拟指挥信息系统或者专家研讨支持系统获取所需指标数据，评估计算模块将采集的数据通过选定的评估模型进行运算，得出评估结果。结果分析模块对评估结果进行数据统计、数据挖掘等分析，并将最终的结果数据采用直方图、饼图等直观的形式显示，也可按照特定的要求发送给通用地理信息与显示系统，以直观的方式展现给实验用户以及领域专家。实验分析评估系统的应用流程如图7所示。

图7 实验分析评估系统应用流程

2.4 专家研讨支持系统

专家研讨支持系统为相关领域专家对新型陆军部队作战能力实验过程和结果进行讨论提供了有效的环境，通过使用专家研讨系统，可以充分吸取相关领域专家的经验、智慧和知识，更好地指导新型陆军部队作战能力实验中的评估和分析。系统支持分布在各地的专家进行研讨;提供各种工具供专家使用，如邮件、音/视频通讯工具、电子白板、三维白板、信息检索工具等;提供和支持各种研讨方法和研讨方式;提供专家研讨所需的知识库、数据库、模型库、文档库等基本资源;提供意见综合处理的方法与专家达成共识的手段。专家研讨支持系统由用户管理模块、基本信息管理模块、研讨室管理模块、资源管理模块、研讨工具管理模块等组成［3-7］，如图8 所示。

图8 专家研讨支持系统结构

2.5 实兵控制系统

实兵控制系统为实兵演习与计算机模拟有机结合在一起进行实验提供了接口与平台。实兵控制系统以仿真模型系统为技术支撑平台，仿真模型系统在以下三个方面对实兵控制系统给予支持:一是模拟虚拟兵力的行动;二是模拟虚实交互的行动;三是模拟实兵未能表现的战斗行动(如炮兵射击时，只进行了射击诸元操作，并无实弹，需要由模型根据射击命令和射击操作诸元数据模拟炮弹飞行过程和命中结果等)。实兵控制系统与仿真模型系统、实验管理与控制系统结合在一起可以实现实兵定位监控和调理、虚实兵力火力行动的相互影响、虚拟环境与实兵行动的相互影响等功能［8］。

实兵控制系统主要由实兵综合处理分系统和实兵现地调理系统组成。随着模拟化建设的不断发展还会有新的系统加入实兵控制系统中。系统基本结构如图9所示。实兵综合处理分系统是沟通各实兵演练系统与实验管理与控制系统、仿真模型系统、模拟指挥信息系统等之间的桥梁。综合处理分系统包括实兵控制综合处理机和实兵数字化调理员综合处理机。实兵控制综合处理机负责通过读表接收模拟结果信息和导演导调文书信息，并按类分流;通过写表向实验管理与控制系统和仿真模型系统上传实兵状态信息和上报文书。实兵数字化调理员综合处理机通过无线通信接收并汇总各实兵演练分系统的状态信息和上报文书;向各实兵演练分系统的各现地导调机分发模拟结果信息和导演导调文书信息。

图9 实兵控制系统结构

3 支持系统信息流程分析

按照支持系统总体设计，实验管理与控制系统、仿真模型系统、模拟指挥信息系统、网络仿真环境系统、通用地理信息与显示系统、实验分析评估系统、专家研讨支持系统、实兵控制系统和数据库管理系统等各功能模块之间的信息流程如图10所示。

图10 各功能模块信息流程

实验管理与控制系统向仿真模型系统发送管理、控制数据，向模拟指挥信息系统发送情况设置数据，向仿真网络环境系统发送指挥作业结果数据，向数据库发送实验条件、想定数据等;仿真模型系统向实验分析评估系统、通用地理信息与显示系统和仿真网络环境系统发送实体状态、事件报告等实验数据，向仿真网络环境系统发送行动指令数据，向数据库发送实体行动过程数据;实验分析评估系统和专家研讨支持系统之间可以进行信息交互，专家研讨支持系统产生的定性分析结果可以通过实验分析评估系统进行量化处理，实验分析评估系统的输出可以为专家研讨支持系统提供重要参考，而专家研讨支持系统的输出也可为实验分析评估系统提供有效的参数修正与改良，两者综合后的结果信息将被发送到数据库;知识库主要为专家研讨支持系统提供领域知识信息，同时专家研讨支持系统也可以修正或增补知识库的数据;模拟指挥信息系统向实验管理与控制系统发送指挥作业数据，向仿真网络环境系统发送上下级之间指挥命令、请示等数据，同时向仿真模型系统和通用地理信息与显示系统发送指挥命令数据，向数据库发送指挥过程数据;实兵控制系统向仿真模型系统和实验管理与控制系统发送定位状态信息，同时向数据库管理系统发送实兵交战同步数据，实验管理与控制系统向实兵控制系统发送导调信息，仿真模型系统向实兵控制系统发送战场信息仿真结果。数据库主要包括基础数据库、各应用软件数据库和历史数据库，数据库管理系统根据实验需要对各数据库进行数据录入、管理和维护。

4 支持系统应用设计

新型陆军部队作战能力综合实验可以按照以下四个步骤组织实施:实验规划、实验实施、实验分析和实验成果应用。实验规划是做好实验的基础，这一阶段主要完成实验方案设计、实验想定编写、实验基础数据准备、实验环境准备等。实验环境准备会因实验方法不同而有所区别，分为专家研讨实验环境、构造仿真实验环境、虚拟仿真实验环境和联合实验环境(实兵演习实验一般是嵌入到部队的实兵演习中，实验人员的主要工作是数据收集与分析，在此不作分析)。专家研讨实验主要用到专家研讨支持系统和实验分析评估系统，构造仿真实验、虚拟仿真实验和联合实验均需用到实验管理与控制系统、通用地理信息与显示系统、仿真模型系统、网络仿真环境系统、实验分析评估系统、专家研讨支持系统和数据库管理系统。

图11 支持系统应用流程

此外，虚拟仿真实验还需用到模拟指挥信息系统，联合实验还需用到指挥信息系统和实兵控制系统。实验实施是整个实验的关键，根据实验目的的不同，不同实验的实施过程也不相同，为了全面、科学地分析评估新型陆军部队的作战能力，在构建好作战能力评估指标体系后，会对部队编成、装备编配方式、指挥方式及流程、行动方式及顺序等多方面进行不断调整，从不同的角度多次重复实验来分析影响部队作战能力生成与提高的具体因素。实验分析阶段主要是在实验实施完毕后，根据实验数据对各指标内容进行评价，得出新型陆军部队作战能力的评估值以及影响其生成提高的因素，明确提高部队作战能力的对策。实验的目的是为了应用，通过实验摸清部队作战能力状况，查找薄弱环节，有针对性地研究生成、提高作战能力的对策，为部队武器装备更新提出需求，为部队体制编制调整、为指挥员合理运用作战力量和制定最佳作战方案等提供科学依据。新型陆军部队作战能力综合实验支持系统应用流程如图11所示。

5 结束语

综合实验方法是解决新型陆军部队作战能力分析评估问题的有效途径，该方法的成功运用必须得到相应高水平的实验系统的支持。综合实验支持系统的建设应最大限度地体现新型陆军部队进行作战的实际环境，完整真实地反映新型陆军部队的作战过程，反映信息化条件下新型陆军部队作战的效果，能够对其作战能力进行科学、全面、客观的分析评估。本文针对新型陆军部队作战能力综合实验的特点和要求，从系统科学的角度对支持系统的总体结构以及各功能模块进行了设计，并对各功能模块的信息流程以及支持系统的应用过程进行了分析，为构建新型陆军部队作战能力综合实验支持系统提供理论指导与参考。

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