基于多维视图的战场控制技术研究

张 华 王 伟

(中国电子科技集团公司第二十八研究所 南京 210007)



基于多维视图的战场控制技术研究

张 华 王 伟

(中国电子科技集团公司第二十八研究所 南京 210007)

战场控制经常运用于军事过程中。随着军事体系和电子技术的发展,基于多维视图的战场控制软件技术开始被研究。论文主要讨论利用态势图、甘特图和执行矩阵视图研究用于战场控制的软件技术。

战场控制; 态势图; 甘特图; 执行矩阵

Class Number E83

1 引言

战场控制是一种使指挥官和参谋处于计划、决策、执行和评价的体系并且辅助指挥官进行决策的过程[1]。近十几年来,战场指挥决策支持系统在军事领域的应用不断扩展,对作战决策支持系统的理论和技术进行了深入研究,并进行了许多相应的设计与开发,形成了作战指挥决策支持系统。本文研究的基于多维视图的战场控制技术通过利用现代通信技术和详细的信息设计更新战场进程来提高指挥官的协同[2]、态势感知[3]和决策的能力,辅助指挥员和参谋更好地进行战场节奏的控制。

2 战场控制的问题

战场控制是作战指挥员及其指挥机关为左右战场态势的发展而进行的指挥活动。其目的是为了夺取和保持战场的主动权,从而推动战场态势沿着己方所期望的方向发展。战场控制是以系统的形式存在,并以系统的形式运行和发展。针对高技术条件下的局部战争,由于高技术信息系统的大量运用,使战场的流动性和透明度增大,作战的节奏越来越快,战场情况变换的突然性很大,这对作战部队的应急控制能力提出了很高的要求,它也是战场控制能力的一个决定因素。

目前,战场控制支持系统仅仅是将大量的繁杂计算转移给计算机系统以减轻指挥员的工作负担,加快了信息的分发以提供更多的作战决策时间。战场控制支持系统的建设普遍还存在以下几方面的问题:

1) 决策时效性不强:作战机会往往转瞬即逝。现代战场环境中,战斗行动节奏加快,指挥员处理信息和做出决策的时间相对变短。这就要求作战指挥员随时掌握战场情况,快速判明作战态势并迅速做出决策,下达指挥命令。战场信息流在作战指挥机构和作战单元之间快速流动,信息本身的时效性是决策时效性的基础,目前已有的作战决策支持系统在情报分析和数据处理等信息处理的时效性方面不够,造成了决策时效性不强。

2) 决策准确性不高:现代信息战指挥必须能够实现对作战决策的精确运筹、对兵力机动的精确计划和对作战行动的精确准备,力求以较小的代价达成理想的战场控制效果。目前的作战决策支持系统仍是以人为主,由指挥人员围绕作战目的,凭经验和直觉进行决策,缺乏战场信息数据的分析,存在较大主观性和随意性,很难满足现代作战决策准确性的要求。

3) 临机应对性不足:军事行动反映了人的动态交互过程,一方的行动对另一方来说,总是存在着不确定性,这里包含着人的行为的不可预测性和精神因素,在战争中获得绝对的确定性是不可能的。在作战实施中,指挥员需要针对战场出现的新情况动态选择最适合的作战单位执行相应的作战任务,增加了指挥活动的动态性。当前的作战决策支持系统很难应对不确定性引发的突发事件。

3 解决方法

针对原有的问题,根据作战指挥员的作战指挥需求,本文设计了一个战场控制的系统软件以辅助指挥员对战场态势的掌握和理解,并能对所属部队进行战场控制。战场控制系统软件主要通过战场态势图、甘特图[4]和执行矩阵三种视图从不同的角度展现战场情况,并通过报告和指令来实现指挥员对战场情况动态变化的掌握和作战节奏[5]的控制。

战场态势图是在战场地理环境基础上,通过对作战活动、事件、时间、位置和兵力要素相关战场作战信息的图形符号标绘,将所观测到的战斗力量分布与活动和战场周围环境、敌作战意图及敌机动性有机地联系起来,分析并确定事件发生的原因,得到关于地方兵力的结构,使用特点的估计,从而形成对战场信息表达的态势图。通过战场态势图,作战与决策人员(指挥官)可以实时、近实时地了解作战态势的发展,快速制定行动计划,准确、及时、高效地实施指挥和控制。从时效性的角度分析,战场态势图显示的信息内容分为实时信息和非实时信息。实时信息由各类实时信息服务推送到态势图上进行显示,比如空情服务推送实时空情信息、部队定位服务推送部队实时位置等。非实时信息由各类非实时信息源服务抽取后推送到态势图上显示,比如部队情况服务抽取数据库中的部队情况信息,战场设施服务抽取数据库中的战场设施信息。通过在电子地图上叠加不同类型的实时信息和非实时信息形成当前战场的综合态势,通过过滤设置可以定制展现指挥员关心的态势情况,通过设置告警规则发布警报信息可以实时监控关注的目标对象,通过与作战计划、预定行军路线、战斗部署等信息组成的筹划态势图进行自动对比检测,可以辅助指挥员掌握当前的战场态势和筹划态势的差异,及时调整部队行动和部署,进而有效控制整个战场态势。

甘特图又称作横道图、条状图。它是以图示的方式通过活动列表和时间刻度形象地表示出任何特定项目的活动顺序与持续时间。甘特图的基本表达形式是一个线条图,横轴表示时间,纵轴表示项目,线条表示在整个期间上计划和实际的活动完成情况。它直观地表明任务计划在什么时候进行及实际进展与计划要求的对比。本文设计的甘特图监控视图通过对商用甘特图进行改造,增加报告处理服务、关键点监控、突发事件信息接收处理、消息提示等模块,增强了甘特图视图的战场监控能力,使得作战指挥员由此极为便利的弄清一项任务还剩下哪些工作要做,行动关键节点时间状态要求,并可评估工作是提前还是滞后,亦或是正常进行。

执行矩阵视图是一种描述任务行动执行情况的表格视图。这种视图的横轴描述了任务行动的详细信息,包括计划时间、执行单位、当前状态、执行效果、目标对象反应等信息。视图的纵轴描述了本次计划所有的任务和行动,用树状结构进行表示。表格中的执行状态、执行效果使用图形化的符号进行表示。执行矩阵视图能实时接收汇总行动、执行信息,辅助作战指挥员直观地了解计划的所有任务和行动的执行情况以及执行的效果。

态势图监控视图、甘特图监控视图和执行矩阵监控视图这三种视图的综合使用,可以让作战指挥员从部队位置状态、敌我态势、部队视角、任务视角、时间、空间等不同角度全方位地理解和掌握战场态势和计划的执行情况,从而更加精确和高效地进行战场控制。

4 关键技术

为了更好地辅助指挥员理解和掌握战场控制过程中的战场信息,本文主要研究了战场控制中模型、控制流程和显示技术等方面的关键技术。

4.1 关键监控点与行动告警模型

在战场控制系统软件中关键监控点与行动告警模型能有效提高指挥员对战场态势和行动执行状态进度要求的掌握能力,关键监控点与行动告警模型的结构图如图1所示。模型实现的主要要素包括: 1) 对指挥员关注的部队或行动设置关键监控点,关键监控点包含的属性有K(关键点名称、关键点时间、关键点描述、关注部队、关注部队位置范围要求、关注行动等); 2) 任务行动未按照作战计划要求完成时给出行动告警信息,任务行动告警信息包含的属性有W(任务行动名称、执行部队、异常详细描述)。

图1 关键监控点及行动告警模型结构图

4.2 部队作战效能反馈的控制技术

战场控制系统软件是基于部队作战效能反馈的控制方法进行设计的,其主要流程如图2所示。各级战役参战指挥所收到作战计划[6]执行命令后,实施作战计划,最高级作战指挥所发布作战基准时间;战场控制软件以态势图、甘特图与执行矩阵三种视图展现参战部队任务或行动;根据当前指挥员的作战需求[7]重点关注部队、设置部队关键监控点;下级指挥所将本指挥所担负的作战行动执行情况或行动执行过程中遭遇的突发事件信息上报给上级指挥所,或将行动执行情况共享给友邻指挥所;上级指挥所收到下级上报的行动执行报告或突发事件报告,结合战场态势,对下级指挥所担负的作战行动进行调整,下发调整指令;下级指挥所收到行动调整[8]指令,指挥参战人员执行行动调整;部队作战行动未按照计划时间完成时,出现告警信息并给出行动具体执行情况,指挥员根据行动执行情况对作战行动调整,将行动调整命令发送给执行部队;关键监控点时间到达时,出现告警信息并给出当前实际执行情况与监控点要求的差距。如果未达到指挥员作战要求,指挥员根据告警信息对作战行动调整,将行动调整命令发送给行动执行部队或拟制格式化作战简令。

4.3 甘特图多尺度显示技术

战场控制过程当中,指挥员或参谋将根据实际需要,查看全局视图或重点关注某一时间段内的行动执行细节。为此,甘特图多尺度显示技术采用图形缩放原理,实现分段可变的时间轴。时间轴默认设置为以小时为单位,使用拖动的方式对时间轴进行放大和缩小,通过精确设置,使得甘特图的时间标尺可划分为不同时间尺度,进而实现多尺度显示,从时间角度增强指挥员对行动执行状态的掌握控制。其主要设计步骤如下:

图2 战场控制方法流程图

首先生成时间标尺时,基准像素和时间刻度秒进行对应,任务和行动的最小时间单位也设为秒,形成时间标尺和任务、行动的关联对应。

其次当时间标尺进行缩小时,基准像素所代表的时间逐渐变大,可以十秒、分钟、十分为单位;反之当时间标尺放大时,基准像素所代表的时间逐渐变小。最后,实现分段式的时间刻度。时间标尺上某一段的基准像素所表示的时间单位不同,实现多尺度的显示。

5 系统应用

在战场控制系统中,战场可视化信息[9]是辅助思考的一种外部信息图像。指挥员需要通过可视化信息在尽可能短的时间里处理和了解更多的信息,把可视化信息应用于控制战场节奏时,通过改进获取、分析、决策的时间需求使得任务执行性能的提高。战场控制系统的两个关键目标就是提高态势感知和使软件更加直观并且更容易使用。

根据使用环境,系统软件可以在单屏、双屏和多屏上灵活部署使用。在硬件允许的条件下,建议使用三屏部署使用,此时能通过直观地展现对比最大程度地辅助指挥员了解战场态势和部队任务行动的执行情况,减少软件视图之间的频繁切换操作可能带来的时效性误差及不必要的时间消耗。

6 未来的工作

下一阶段战场控制系统的研究方向是软件系统的服务化和网络化。通过研究基于SOA的应用系统体系架构,解决异构系统之间的信息交互和数据共享问题,保证系统的高效性、可扩展性和可适应性。其中可扩展性主要是提供分析模型的集成策略和服务化调用接口,解决辅助决策的智能化水平;可适应性主要是指系统软件在不同平台上(比如在国产化平台上)的兼容和适应问题。在软件系统的流程控制方面,也讨论了工作流特征,对于作战指挥来说,工作流[10](例如通过改变组织层次传递命令控制)也可以被整合在军事系统中。

[1] Duffy, LorRaine, Bordetsky’s. A Model of Tactical Battle Rhythm[C]//2004 Command and Control Research and Technology Symposium. The Power of Information Age Concepts and Technologies.

[2] 陈志新,谈兴秋.指挥信息系统流程控制技术[J].指挥信息系统与技术,2013,4(3):20-24.

[3] 蓝羽石,邓克波,毛少杰.网络中心化军事信息系统能力评估[J].指挥信息系统与技术,2012,3(1):1-7.

[4] 国防大学科研部.路线图_一种新型战略管理工具[M].北京:国防大学出版社,2009:196.

[5] Ramberto A, Torruella Jr. Managing the Battle Rhythm[C]//第12届国际指挥控制技术研讨会议论文,1997.

[6] 军事科学院军事运筹分析研究所.联合作战计划与联合分析手册[M].北京:军事科学出版社,2009:132-134.

[7] 王本胜,王涛.基于任务-能力匹配的联合作战需求建模[J].指挥信息系统与技术,2011,2(3):5-9.

[8] 李益龙,喻涛.基于规则的对海作战指挥控制应用[J].指挥信息系统与技术,2011,2(5):47-50.

[9] 项海涛.战场可视化关键技术探讨[J].科技信息,2011(36):255.

[10] 马懿,卢昱,陈立云,等.面向对象的装备维修保障指挥系统工作流建模[J].兵工自动化,2011(6):31-39.

Control Technology Based on Multi-dimensional View of the Battlefield

ZHANG Hua WANG Wei

(The 28th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Nanjing 210007)

Battlefield control is often used in military process. With the development of military systems and electronics technology, the software based on multi-dimensional view of the battlefieldcontrol begins to be studied. This paper discusses the use of situation map, gantt map and perform matrix map for researching the software of the battlefield control.

battlefield control, situation map, gantt map, perform matrix

2015年1月3日,

2015年2月26日 作者简介:张华,男,工程师,研究方向:指挥自动化系统辅助决策、指挥控制。王伟,男,助理工程师,研究方向:指挥自动化系统作战筹划、指挥控制。

E83

10.3969/j.issn1672-9730.2015.07.003