面向自动仿真实验的作战方案数据化研究

彭 勇

(石家庄机械化步兵学院教研部， 河北 石家庄 050083)

面向自动仿真实验的作战方案数据化研究

彭 勇

(石家庄机械化步兵学院教研部， 河北 石家庄 050083)

对作战方案数据化的概念进行了界定，对作战方案数据化的要求进行了探讨，提出了指导作战方案数据化的作战实体、预想情况、作战任务、作战行动、作战条件(Entities，Predicted Situations，Tasks，Actions，Conditions，EPSTAC)方法，并对作战方案数据化的过程进行了设计。最后，对作战方案数据化理论的有效性进行了实验验证，结果表明：该理论较好地满足了实验需求。

自动仿真实验； 作战方案； 数据化

作战方案是一种基于自然语言，主要采用文字、图表等形式进行表述的作战文书。对于作战方案自动仿真实验，由于其仿真运行的整个过程全部由计算机程序自动完成对方案数据的解析、计算等操作，因此作战文书式作战方案难以满足仿真实验自动仿真运行需求。作战方案数据化是指按照仿真实验自动仿真需求对作战方案进行抽象、表示和处理，使之成为计算机可识别的结构化、格式化和精确化方案数据的活动过程。将作战文书式作战方案向符合自动仿真需求的方案数据转化，已经成为自动仿真实验必须解决的首要问题。为此，笔者提出采用作战实体、预想情况、作战任务、作战行动、作战条件(Entities,Predicted Situations, Tasks,Actions,Conditions,EPSTAC)方法指导作战方案数据化，为仿真实验自动仿真运行提供理论支持。

1 自动仿真对方案数据化的要求

1.1 方案数据的粒度应与仿真实体模型的粒度相匹配

数据粒度，即数据分辨率，指对数据描述的详略程度和精确程度。只有方案数据的粒度与仿真环境中仿真实体模型的粒度相匹配，才能方便仿真实体模型对方案数据的访问、调用和处理。根据方案数据的种类，方案数据粒度可细分为作战实体粒度、作战任务粒度和作战行动粒度。

1)作战实体粒度，即作战实体的分辨精度，一般用来描述作战实体可识别的最小单位。在仿真实验中，如果需模拟的最小作战单位为连级，则方案中对作战实体的描述精度和仿真环境中仿真实体模型的粒度也需到连级，只有这样，在方案仿真过程中各级作战实体才能找到相应的仿真实体模型，并与之建立相应的仿真映射关系。

2)作战任务粒度，即作战任务的描述精度。作战系统的总体作战任务是通过所有最小粒度作战实体的协同动作来完成的，因此作战任务的最小粒度应与作战实体及仿真实体模型的最小粒度保持一致。如：坦克兵的最小粒度为连级，则坦克兵作战任务应细化到连级，只有这样，在仿真运行时连级坦克兵实体模型才有匹配的作战任务可以执行。

3)作战行动粒度，即作战行动的描述精度。作战实体担负的作战任务需通过一系列的作战行动来完成，有什么级别的作战任务，就有什么级别的作战行动，因此作战行动的粒度应与作战任务的粒度保持一致，同样也应与作战实体和作战仿真实体模型的粒度保持一致。1.2 方案数据应具有结构化、格式化和精确化等特征

结构化是指几项数据按照一定结构组合后应该能够表达具体明确的方案内容，如：“作战实体名称+编成+配置”可以明确表达作战实体的编成及部署情况。格式化是指每项数据都应有严格的格式规范和数据约束，以确保数据在运算和使用过程中具有较强的一致性，如：地点类数据统一按高斯坐标表示，时刻型数据统一按“年-月-日 时：分”格式表示等。精确化是指数据的表述不能出现模棱两可的现象，必须用精确的数值、时刻等来表述地点坐标、兵力规模和作战时间等。在自动仿真实验的整个仿真运行过程中，所有的数据处理过程全部由计算机程序自动完成，计算机程序对参与计算的数据在结构、格式和精确性上有明确的要求，因此通过数据化得到的方案数据只有具有结构化、格式化和精确化的特征，才能驱动计算机程序自动运行。1.3 方案数据应能被准确、不失真地加载到仿真环境

在仿真初始化时，仿真环境需对方案数据进行初始加载，对仿真环境中各种仿真模型进行初始赋值，形成初始仿真态势。随着仿真时钟的推进，在仿真引擎的控制下，方案数据被不断加载到仿真环境中，映射为仿真模型的运行规则、参数和约束条件等，驱动仿真模型运行，产生作战行动过程，推动仿真自动、连续运行。因此，方案数据能够被加载到仿真环境中是对方案数据化工作的必然要求，而且还要准确、不失真地加载。只有这样，仿真实验产生的实验结果才是可信的。

2 方案数据化的EPSTAC方法

2.1 EPSTAC方法的提出

为保证方案数据化生成的方案数据能够满足仿真实验的自动仿真需求，自动仿真实验需要有一套切实可行的方法来指导作战方案数据化的进行。目前，大部分仿真实验系统采用面向对象(实体)的方法进行设计和开发，仿真实验系统中的大部分对象类和实例与作战方案中的作战实体具有天然的对应关系[1]。如果采用面向实体的方法对作战方案进行数据化，则很容易得到仿真模型直接访问和使用的数据。因此，作战方案的数据化可以抓住作战实体这个核心要素，并通过分析作战实体与其他要素之间的关系来确定需要数据化的内容。

基于上述分析，借鉴系统论、面向对象思想，实体、行动、任务、交互(Entities，Actions，Tasks，Interactions，EATI)方法[2-4]，以及实体、行为、交互(Entity，Behavior，Interaction，EBI)方法[5]，笔者提出了EPSTAC方法，用于指导作战方案的数据化，为仿真实验自动仿真提供所需的数据。EPSTAC方法中的5个要素是仿真实验自动仿真必需的5类方案数据，它们以作战实体为核心相互关联，既能较好地反映出作战方案的宏观性、整体性、预想性和关联性等特点，又能满足仿真实验自动仿真需求，其中，“预想情况”要素地位和作用非常重要，在仿真实验中起着控制指挥实体作出决策和行动处置的重要作用。

2.2 EPSTAC方法的各要素内涵

2.2.1 作战实体

作战实体(Entities，E)是作战方案的核心要素，是构成仿真战场空间的基本单元，是所有作战行动的指挥者或执行者。作战实体在作战方案中可以分为指挥实体和行动实体2大类，但都可以从静态属性和动态属性2个方面进行描述[6]。静态属性主要描述固定不变的信息，如作战实体的名称、所属兵种和级别等；动态属性主要描述经常发生变化的信息，如作战实体的运动属性、空间属性和任务属性等。这些属性在某一时刻的具体数值将表征作战实体的状态，如作战实体在某一时刻的作战部署情况。所有作战实体在某一时刻的状态将构成作战系统的状态空间，形成某一时刻的战场态势，战场态势将影响指挥实体的决策和行动实体的作战行动。对作战实体的属性进行数据化，将有利于对战场态势数据的采集，便于指挥实体进行态势判断和行动决策。因此，作战方案中的作战实体是需要数据化的关键内容。

2.2.2 预想情况

预想情况(Predicted Situations，PS)是对作战过程中可能出现的某种战场态势进行的设想。作战过程充满随机性和盖然性，随时会出现一些不确定性的情形或态势。只有在作战方案中对这些情形或态势进行充分的预想并给出明确行动对策(行动方案)，在作战方案仿真过程中当该情形或态势达成时才能有相应的对策可以执行。预想情况及行动方案是作战方案的核心组成部分，体现了指挥员的指挥艺术和指挥谋略。在作战方案仿真过程中，当战场态势与预想情况一致时，该预想情况被激活，同时触发围绕该预想情况提前制定的行动对策(行动方案)，下发所属部队执行。由此可见：预想情况是触发指挥实体进行指挥决策和行动实体执行作战行动的总开关，在作战方案仿真实验中发挥着重要作用。因此，作战方案中的预想情况是需要数据化的关键内容。

2.2.3 作战任务

作战任务(Tasks，T)是带有明确作战意图和作战目的的行动过程[7]，是作战编组采取相应作战行动的直接驱动。在作战方案仿真实验中，针对某一预想情况制定的某一作战行动方案，其包含着为完成同一个作战目标，具有协同关系的作战实体各自所担负的具体作战任务。作战任务的内容将会影响作战实体执行的作战行动以及执行效果，进而影响作战结果。因此，作战方案中的作战任务是需要数据化的关键内容，也是控制作战实体采取作战行动的驱动源。

2.2.4 作战行动

在作战方案仿真实验中，作战实体担负的作战任务将会驱动作战实体执行一系列的作战行动(Actions，A)。作战实体的作战行动将会导致执行实体与作用实体(目标实体)状态的变化，从而驱动战场态势的变化和作战进程的动态演进。战场态势的变化又将可能给作战实体带来新的作战任务，周而复始地推进战场态势的变化和作战进程的动态演进，直至仿真活动结束。在作战方案仿真实验中，作战行动的驱动数据是由作战任务经过分解、细化而来的，是产生作战行动过程和效果的数据源。制定明确的作战行动参数模板，将作战任务参数映射为行动参数，将是作战方案数据化的关键内容。

2.2.5 作战条件

作战仿真的顺利进行离不开包括战场环境、敌情、我情在内的作战条件(Conditions，C)的支持和制约。战场环境中的地形、天候、电磁、工事、障碍物、雷场等所包含的信息只有进行数据化，才能计算其对作战行动过程和效果的影响；敌情在仿真过程中将成为敌方作战部署和作战行动的数据来源，只有对其进行数据化，才能支持作战方案的仿真；我情是指本级的上级部队的有关情况，其规定了本级的作战任务、作战范围和作战力量编配等，是本级部队实施作战行动的约束条件，因此也需对其进行数据化。

2.3 EPSTAC方法的各要素关系

EPSTAC方法的各要素之间关系如图1所示。各类数据并不是孤立存在的，它们之间形成了一个以作战实体数据为核心，各类数据之间相互影响和制约的有机整体。

图1 EPSTAC方法各要素之间关系

作战条件数据对其他4类数据均具有影响和制约作用。它是作战实体进行编组和任务区分的依据，是情况预想时需要考虑的约束条件，是行动效果好坏的影响因素。

作战实体数据对预想情况、作战任务和作战行动3类数据均具有影响和制约作用。作战实体数据不仅影响作战实体拥有的作战能力和可以承担的作战任务以及执行的作战行动，还影响指挥员在制定方案时对预想情况的设计和处置。

预想情况数据对作战任务数据具有影响和制约作用。每一种预想情况都有相应的处置，即围绕预想情况都有明确的作战行动方案，作战行动方案中包含了各个作战编组担负的具体作战任务。

作战任务数据对作战行动数据具有影响和制约作用。作战实体担负的作战任务决定了其应该采取的作战行动种类，并通过一系列作战行动的有序执行来完成。

3 作战方案数据化的过程

作战方案的数据化是一个活动过程，它包含对作战方案进行数据建模、设计数据录入工具、录入作战方案数据以及生成方案数据库(或数据文件)等环节，如图2所示。

图2 作战方案数据化的过程

3.1 数据建模

数据建模，即通过对作战方案进行抽象、描述和处理，建立起计算机能够识别、处理和存储的，具有一定数据结构和约束关系的数据库(或数据文件)的活动过程[8]。数据建模的目的为：1)为方案数据的录入提供规范和标准的数据结构；2)为仿真环境提供规范的数据支持，以满足仿真环境对方案数据进行加载和处理的要求。由此可知：数据建模是沟通作战方案和仿真运行的桥梁。

本文采用基于EPSTAC方法的“三阶段”方案数据建模过程框架(如图3所示)来建立数据模型，实现从作战方案内容到概念模型、逻辑模型、数据模型的逐层转化，最终为仿真实验所用。

在概念模型建立阶段，对作战实体、预想情况、作战任务、作战行动和作战条件进行抽象，利用格式化的文字、图表等形式对其进行格式化描述[9]，为实现方案各要素从格式化描述向逻辑描述的转化提供依据。

在逻辑模型建立阶段，利用UML对方案各要素进行逻辑描述。依据格式化描述文档资料，按照格式化描述向逻辑描述的映射规则，利用UML类图、状态图、活动图和交互图等实现方案各要素从格式化描述向逻辑描述的转化。该阶段产生的UML类图、状态图、活动图和交互图等既可作为方案各要素从逻辑描述向数据描述转化的中间视图，也可作为仿真程序开发的技术视图[10]。

图3 基于EPSTAC方法的“三阶段”方案数据建模过程框架

在数据模型建立阶段，依据逻辑描述产生的UML类图、状态图、活动图和交互图等，利用映射规则实现方案各要素从逻辑描述向数据描述的转化，生成关系型数据库、数据表或XML数据文件。

3.2 设计方案数据录入工具

作战方案数据化的最终目的是将作战方案数据录入到仿真实验系统中，驱动方案的自动仿真。因此，设计方案数据录入工具是辅助军事人员完成作战方案数据录入的必要前提。在设计方案数据录入工具时，应按照数据建模中对数据类型、格式、结构等的约定来设计人机交互界面，保证录入的作战方案数据能够存入数据建模所设计的数据库或数据文件中。

所设计的方案数据录入工具需满足以下要求：1)便于军事人员理解其录入数据的含义和数据之间的关系；2)支持不同类型数据录入的需求；3)录入操作简单易行；4)录入界面美观大方。

方案数据的录入，一般可采用文本式录入、表格式录入和地图注记式录入等方式[11]，具体如下：

1)文本式录入。即通过制定一定的语法规则，将相关数据基元串联为一份具有完整语义的语句，并按照统一规范的格式显示为一份完整的文书。以作战实体的机动攻击任务为例：[实体名称]担负机动攻击任务，于[时刻]开始沿[路线点1]、[路线点2]、[路线点3]路线机动，在[地点1]位置展开，向[地点2]地点之敌发起攻击。在这份文书中，表述方法是固定的，其中“[]”内为需要填入的关键数据。这些关键数据在编辑完成后就可以作为作战实体的机动攻击任务保存到相应数据库或数据文件中，供仿真时使用。

2)表格式录入。即将关键数据以表格方式显示，表格的结构与数据库中相应数据表或数据文件的结构相同，数据值在编辑完成后存入相应数据库的数据表或数据文件之中。

3)地图注记式录入。即在数字地图上以军标符号和图形的方式直接录入方案数据，如录入各作战编组的作战配置地域、机动路线和作战目标等。

3.3 录入方案数据，得到数据库或数据文件

在方案数据录入工具和数据模型的支持下，完成对作战方案数据的录入，并将数据存入数据库或数据文件中。在仿真时，由仿真实验系统或仿真模型按照仿真实验自动仿真的要求，完成数据的加载、调用和更新等操作。

4 可行性验证

图4 作战实体数据录入的部分界面

图5 作战任务数据录入的部分界面

笔者采用EPSTAC方法，按照作战方案数据化过程，对战术级别的陆军合同战斗方案数据化进行了研究，将作战实体仿真粒度确定为连级(个别为排级)，分别建立了不同类型作战实体、预想情况、作战任务、作战行动及作战条件的概念模型、逻辑模型和数据模型，并开发了陆军合同战斗仿真实验系统。仿真实验系统提供的作战实体、作战任务数据录入的部分界面分别如图4、5所示。以阵地攻防战斗作战想定为背景，在拟制了多个合同战斗方案的基础上，对EPSTAC方法和作战方案数据化过程进行了可行性验证。首先，使用方案数据录入工具对方案数据的录入过程进行测试，通过多次测试和完善，实现了作战方案的一次性整体录入；其次，启动实验系统的仿真运行，对方案数据的加载、运算、存储等过程进行测试，经过多次修改和完善，实现了系统无需人工指令干预即可顺利完成自动仿真的目的，从而验证了EPSTAC方法和作战方案数据化过程的可行性和有效性。

5 结论

作战方案数据化是一项细致且繁重的系统性工作，任何一项数据设计不合理或不科学均可能影响仿真实验的自动运行。EPSTAC方法和作战方案数据化过程仅是从宏观上为作战方案的数据化提供方法指导，具体到某一作战规模或作战兵种的作战方案数据化还需进行深入的细化研究，根据相应的仿真需求，明确仿真粒度，并分别建立不同类型作战实体、预想情况、作战任务、作战行动及作战条件的概念模型、逻辑模型和数据模型，以及开发相应的方案数据录入工具等。

[1] 樊延平，钟海波，鲁鹤松，等.面向实体的仿真想定结构化描述方法[J].装甲兵工程学院学报，2009，26(4)：69-72.

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(责任编辑: 尚彩娟)

Research on Operational Plan Datamation of Automatic Simulation Experiment

PENG Yong

(Department of Teaching Research, Shijiazhuang Mechanized Infantry Academy, Shijiazhuang 050083, China)

The author makes clear the concept of operational plan datamation, discusses the demand of operational plan datamation, puts forward the guiding operational plan datamation method of Entities, Predicted Situations, Tasks, Actions, Conditions (EPSTAC), and designs the process of operational plan datamation. Finally, the availability of operational plan datamation theory is verified by automatic simulation experiment, and the result shows that the operational plan datamation well satisfies the experimental requirements.

automatic simulation experiment; operational plan; datamation

2016-10-17

彭 勇(1976-)，男，讲师，博士。

TP391.9

：ADOI：10.3969/j.issn.1672-1497.2016.06.018

1672-1497(2016)06-0095-05