指挥控制系统中仿真决策系统的嵌入研究

吴金平，陆铭华

（海军潜艇学院，山东 青岛 266071）

指挥控制系统中仿真决策系统的嵌入研究

吴金平，陆铭华

（海军潜艇学院，山东 青岛 266071）

将仿真决策系统嵌入到指挥控制系统中，利用仿真决策支持正在进行的军事行动正成为未来指挥控制系统发展的重要探索方向。研究了嵌入式仿真决策系统的组成，包括人机接口分系统、在线仿真分系统和控制管理分系统等；研究了嵌入式仿真决策系统的功能，包括计划与方案生成、作战态势读取、辅助指挥决策生成、战场态势预判、行动结果管理与未来态势生成控制等；研究了嵌入的关键技术途径，包括嵌入样式、在线仿真决策技术、定性与定量相结合的在线评估、面向服务的组件化设计等。研究成果对探索和建立我国未来新一代指挥控制系统具有重要、积极的现实和军事意义。

指挥控制系统，仿真决策系统，嵌入，在线仿真，态势预判

0 引言

信息化条件下军事行动过程中，作为战场指挥员的辅助“大脑”，指挥控制系统的地位和作用日益突显。从世界主要军事强国各类各级指挥控制系统的发展状况来看，主要嵌入了两类系统：一类是辅助指挥决策系统，该类系统为指挥员提供辅助指挥决策信息，以辅助指挥员实现快速、合理决策，从而取得理想的战果；一类是辅助训练系统，通常是各类作战模拟训练系统，该类系统实现相应受训人员战役战术和战法的演练、武器装备的操练等，是部队战斗力生成和提高的重要途径。

随着现代战争复杂程度的日益增大，战场指挥员对指挥控制系统的需求也越来越多，为了进一步满足现代战争对快速决策、在线决策、实时决策等的需求，将仿真嵌入指挥控制系统中，利用仿真支持正在进行的军事行动越来越受到各国重视，由此第三类嵌入式系统，即仿真决策系统，应运而生，最具有典型代表性的是美国国防部高级研究计划署（DARPA）于2007年提出并着手开始的“深绿（Deep Green）”计划，该计划的目的就是将仿真嵌入指挥控制系统，以利用仿真支持美军各级指挥员对正在进行的军事行动实施指挥控制。

1 嵌入式仿真决策系统的组成

通常情况下，嵌入到指挥控制系统中的仿真决策系统由人机接口分系统、在线仿真分系统和控制管理分系统3个分系统组成，如图1所示。

图1 嵌入式仿真决策系统的组成

1.1 人机接口分系统

嵌入式仿真决策系统是一种人在回路的半开环式仿真系统，其人机接口分系统就是实现人（即指挥员）对决策系统的主导功能，指挥员通过该人机接口分系统将其意图以计划或方案的形式通过控制管理分系统输入给仿真决策系统，仿真决策系统根据这些计划或方案，结合当前的作战态势信息，仿真得出作战行动结果和未来作战态势信息，并通过控制管理分系统提供给人机接口分系统，供指挥员决策使用。

人机接口分系统的人机交互方式可以有多种，最常用的是键盘和鼠标输入，其他还有语音感知、手势感知、表情感知等。人机接口分系统将这些多模态的人机交互技术与人工智能技术相结合，以实现指挥员意图到仿真决策系统的真实反映。

1.2 在线仿真分系统

在线仿真分系统是仿真决策系统的核心与灵魂，接收人机接口分系统的指挥员指令信息和控制管理分系统的当前作战态势信息，快速仿真生成计划或方案的行动结果和未来的可能作战态势。

在线仿真分系统可以在线生成行动结果，并为指挥员提供辅助决策方案，对实时性要求很高的指挥控制系统，还可以进行实时在线仿真，为指挥员提供实时辅助决策。指挥员可以根据这些辅助决策方案选择可供执行的计划或方案，还可以选择将这些决策方案存入指挥控制系统的决策规则库中，从而实现动态在线仿真对静态规则决策的支持。

在线仿真分系统还可以实现对战场态势的预先判断，生成未来的可能作战态势，并用未来态势图进行表示。未来态势图中的每个节点代表一种未来态势（状态），两个节点之间的连线表示状态的转移，其上的数字代表状态转移的概率，其值表征了在当前战场态势基础上，从一种作战态势到另一种作战态势转变的可能性大小。

随着计划或方案执行过程的推进，在线仿真分系统不断进行学习的仿真，预言可能的作战态势，以及各种态势可能的结果，然后沿着每种可能路径（预测分枝点）继续仿真。

1.3 控制管理分系统

控制管理分系统是仿真决策系统的操作系统，实现对仿真决策系统的自动运行控制。一方面，控制管理分系统可以通过人机接口分系统实现对作战态势的读取，并提供给在线仿真分系统；另一方面，控制管理分系统可以实现对行动结果的管理和未来态势的生成控制。

2 嵌入式仿真决策系统的功能

2.1 计划与方案生成功能

嵌入式仿真决策系统的人机接口分系统可以根据指挥员的意图，快速生成计算机可以理解的、定性与定量相结合的计划或方案，同时还可以根据指挥员确定的计划或方案，对这些计划或方案进行规则约束下的“变异”，计算机自动生成一些计划或方案，从而增加指挥员可选计划或方案的宽度。

2.2 作战态势读取功能

嵌入式仿真决策系统能够自动获取指挥控制系统中存储的当前作战态势，这是由控制管理分系统通过人机接口分系统实现的，获取的作战态势提供给在线仿真分系统。

为了实现嵌入式仿真决策系统读取的作战态势与指挥控制系统的作战态势之间的一致性，需要建立统一的任务空间概念模型和想定生成与编辑语言（如基于XML的MSDL语言（Military Scenario Definition Language，军事想定定义语言）），以建立建模与仿真验证和加载军事想定的公共机制，从而实现仿真决策系统与指控控制系统之间军事想定的共享。

2.3 辅助指挥决策生成功能

嵌入式仿真决策系统具有辅助指挥决策功能，可以生成辅助指挥决策方案，供指挥员决策使用。这种辅助指挥决策区别与传统的离散式辅助指挥决策方式，而是在线的，甚至根据需要是实时在线的。

辅助指挥决策是在线仿真分系统的主要功能之一，通过在线仿真的手段，根据当前作战态势生成辅助指挥决策方案。在这种方式下，这种功能就类似于辅助汽车驾驶员的行车导航仪，在非实时状态下，行车导航仪可以为驾驶员提供路程规划和模拟导航等功能，在实时状态下，行车导航仪则可以为驾驶员提供实时导航。

2.4 战场态势预判功能

指挥控制系统不仅需要能够根据当前战场态势作出辅助指挥决策，还要具有一定态势预判能力，从而使得指挥员能够把握未来战局发展变化的关键节点。战场态势预判是基于当前作战态势的，指挥控制系统向仿真决策系统提供与当前作战态势相关的各种信息，仿真决策系统根据这些信息，采用在线评估的方法，对各种可能的作战态势作出预言，同时评估这些可能作战态势的可能结果。

当指挥员选定执行某一作战态势时，该作战态势及其执行结果的进一步演变就成为当前指挥员重点关注的态势，而其他可能的作战态势及其作战结果尽管仍然在不断地进行在线评估，但并不作为指挥员的关注重点，除非指挥员重新选择将其作为重点关注的作战态势。

2.5 行动结果管理与未来态势生成控制功能

嵌入式仿真决策系统的控制管理分系统读取人机接口分系统提供的指挥员选定的计划或方案，并将之提供给在线仿真决策分系统，在线仿真决策分系统通过控制管理分系统将行动结果和未来态势信息提供给人机接口分系统。

与作战态势读取相同，提供给指挥控制系统的行动结果和未来态势信息也是基于统一的任务空间根据模型和想定生成与编辑语言的，通过构建开源、开放体系结构的API，隐藏仿真决策系统与指挥控制系统之间交互的复杂细节，保证仿真决策系统与指挥控制系统之间具有统一通用的互操作接口。

3 技术实现途径

3.1 嵌入样式

仿真决策系统嵌入指挥控制系统的样式可以分为以下3种类型：

（1）附加式，即在指挥控制系统上添加嵌入式仿真决策系统组件；

（2）联接式，即仿真决策系统独立成体系，通过一个物理节点与指挥控制系统连接；

（3）融入式，即仿真决策系统与指挥控制系统充分一体化，实现硬件共享和软件的统一整合。

从当前发展阶段来看，附加式已不适应装备发展的需求，通常采用的是联接式或融入式。对于现存的指挥控制系统，采用联接式更为现实，而对于新研的指挥控制系统，融入式应是其发展方向。

3.2 在线仿真决策技术

作战过程中存在着大量紧耦合的决策对抗行为，需要根据实时更新的战场态势和及时预测的敌方意图与行动，进行指挥决策并实施相应作战行动。而现有的辅助指挥决策支持大都属于静态的离散辅助，不能满足激烈对抗、具有高度不确定性的现代战争的战时需要。

嵌入式仿真决策系统采用在线仿真决策技术，实现在线、甚至是实时在线的辅助指挥决策，使得仿真决策系统与指挥控制系统集成为一个整体，可以实现“训练与作战一致、分析与决策一体”的作战支持模式。在这种在线支持模式下，指挥员的指挥决策具有更大灵活性，不再是仅依靠战前深入详细研究的几个方案，而是可以根据实时的战场态势生成更具有适应性的指挥决策方案，从而使得指挥员在最后一刻作出的决策更具有主动性和针对性。

3.3 定性与定量相结合的在线评估

军事行动一般包括计划、演练、执行和事后评估4个阶段，从统计意义上看，对军事行动进行评估时，纯定量计算具有结果精确、可靠性强、对时间的紧迫性要求不高等特点，因此，在军事行动的计划、演练和事后评估阶段具有无可比拟的优势。但在执行阶段，纯定量计算却因为其在线、实时性等限制，不能为正在执行的军事行动提供及时的相应支持。

因此，在考虑将仿真决策系统嵌入指挥控制系统，实现在线甚至是实时在线仿真时，仅仅采用纯定量计算是难以满足评估需求的，原则上，采用生成速度快的定性评估更为合适。但是，仅有定性评估还不足以了解交战中作战单元的存亡情况，指挥员也希望了解不同结果出现的可能性，因此，需求纳入定量计算的结果，这就需要在仿真过程中采用定性与定量相结合的方法，既可以满足仿真过程对在线、实时等的需求，也可以满足一定的对定量化分析的需求。

3.4 面向服务的组件化设计

嵌入式在线仿真对效率、灵活、开放、实时等方面提出了更高的要求，因此，嵌入式仿真决策系统应采用面向服务的仿真体系，并且基于组件技术构建其仿真模型体系。面向服务的仿真应用模式使得应用层程序开发变得简单而灵活，典型的仿真应用程序的开发成为了针对特定应用场景以脚本通过调用服务层仿真模型组件的方式，进行仿真设定、控制仿真过程以及显示仿真过程数据等。

在面向服务的体系架构中，仿真模型体系是基于组件技术进行构建的。组件技术具有良好可重用性、扩展性和灵活性，其核心是建立基于组件的模型。组件是面向服务仿真中的核心要素，以潜艇指控系统中嵌入的仿真决策系统为例，仿真模型组件主要可分为兵力实体组件、武器实体组件和装备实体组件等，公共服务组件主要包括仿真任务管理组件、仿真对象管理组件和仿真时间管理组件等，其组件体系结构如图2所示。

图2 基于组件技术的面向服务仿真模型体系的构建

4 结论

当前，在世界军事强国范围内，嵌入式仿真决策系统在指挥控制系统中的应用仍处在探索阶段。以比较先进的美国“深绿”计划为例，该计划已实现将各组件集成为一个完整的功能系统，正在进行功能系统与陆军实验室中仿真指挥控制系统的综合对接，若对接完成后能够证明该计划的效力，将逐步实现功能系统到实装指挥控制系统的嵌入。

可以预见，仿真决策系统嵌入指挥控制系统必将对指挥控制方式与决策支持方式产生重大影响，大大促进“训练与作战一致、分析与决策一体”作战支持模式的生成。因此，积极探索仿真决策系统与作战指挥控制系统融合的作战指挥决策支持方式，深入研究嵌入式仿真的关键技术，对建立我国未来新一代作战指挥控制系统具有重要、积极的现实和军事意义。

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［9］Shi Y，Lu M H，Xiao M Y，et al.Research on Service-Oriented and Component-Based Simulation Platform［C］//Emerging Research in Web Information Systems and Mining，2011.

Embedment Research of Simulation Decision System in C2 System

WU Jin-ping，LU Ming-hua
（Submarine Naval Academy，Qingdao 266071，China）

Supporting the going-on military action in use of simulation decision is being important exploring aspect through embedding the simulation decision system into C2（Command and Control）system.The composing of embedded simulation decision system is researched including of humancomputer interface system，online simulation system as well as control and management system.The function of embedded simulation decision system is researched including of generating plan and scenario，reading combatsituation，generating auxiliary command decision，prejudging battlefield situation as well as managing action results and controlling future situation generation，etc.The key technological ways of embedment are researched including embedded style，online simulation decision technology，online evaluation by the combination method of qualitative and quantitative way as well as bean design based on SOA，etc.The research results have important and positive value in reality and military at aspect of exploring and building our nation’s future new generation C2 system.

C2 system，simulation decision system，embedment，online simulation，situation prejudgment

TP391.9

A

1002-0640（2015）06-0084-04

2014-04-09

2014-05-21

吴金平（1976- ），男，山东昌乐人，博士，副教授。研究方向：兵种战术与作战仿真。