基于态势描述的陆军作战仿真外部决策模型研究

孙　鹏,谭玉玺,李路遥

(南京陆军指挥学院,江苏南京　210045)



基于态势描述的陆军作战仿真外部决策模型研究

孙鹏,谭玉玺,李路遥

(南京陆军指挥学院,江苏南京210045)

摘要:为解决陆军作战行动仿真中指挥决策模型的建模问题,在分析外部决策模型特点的基础上,提出了基于态势描述的外部决策模型,并对模型实现的原理进行了论述,重点对陆军作战行动仿真中态势描述这一核心问题进行了深入研究,提出了基于位置状态、战损状态、任务状态和消息信息等四类实体信息的态势描述方法,为决策模型的构建提供了新思路。

关键词:陆军作战行动仿真;态势描述;外部决策模型

陆军作战决策的仿真建模问题一直以来都是仿真建模活动中的一个难点问题。目前,对于模型自主决策的研究已经有了一些理论上的研究成果,如基于Agent的指挥决策建模、基于概率网络的决策、基于决策树的决策等,这些理论成果主要是从模型内部的决策功能出发而展开的研究,其复杂度在工程实现上还有一定的困难,特别是对于陆军作战行动的决策来说,由于陆战场空间仿真实体的多样性和情况判别的复杂性,使其实现起来更为困难[1-2]。为此,本文从外部决策的角度提出了一种基于态势描述的外部决策建模方法,这种方法在现阶段能够快速有效地解决仿真模型中的指挥决策问题。而且对于同一类仿真应用来说,通过应用的积累,可以获得一个更加丰富的态势理解集合,这个集合可以作为支撑模型进行自主决策的外挂知识库进行使用,从而可以由外部决策逐步演化成模型的自主决策功能。

1外部决策模型

陆军作战仿真的外部决策是指相对于模型内部自主决策的概念而提出的。模型的内部自主决策是指依靠模型内部的决策功能直接实现仿真模型对战场态势的理解,并形成相应的决策结果,如图1所示。它的决策功能是在模型构建的过程中,由建模人员固化在模型当中,这种决策仿真模型在使用过程中十分方便,可以支撑“人不在环”的决策仿真,但是这种自主决策功能的实现却具有较大的复杂度,而且任何一种决策建模方法都具有一定的局限性,不能够应对所有的指挥决策问题。而外部决策是指将模型内部的决策功能外置,通过军事人员对决策知识的录入,用于支撑模型在仿真运行中的决策过程。可以将外部决策简单地理解为模型的决策功能是在模型系统外部军事专家知识的支撑下实现的。这种方式在实现上比较简单,只需要在决策模型中构建军事人员进行决策知识编辑与录入的接口即可。另外,由于决策描述是基于军事人员对于特定场景的军事问题的构想而展开的,因此其决策的内容和结果对于特定的想定背景具有更高的可信度。

图1　内部决策模型与外部决策模型

2基于态势描述的外部决策模型原理

基于态势描述的外部决策模型实际上是采用了基于条件的决策方式,即将态势描述作为决策的条件,而决策的具体结果则是本级实体本身以及所属作战实体的一系列行动命令所构成的命令指令集,这些指令将驱动所属实体模型进行相应行动的仿真,并形成新的态势[3-4]。整个流程如图2所示。因此,基于态势描述的外部决策模型核心是对态势情况的描述,当态势描述完成后,就可以根据态势确定决策的内容和结果。

图2　基于态势描述的外部决策模型

这种从态势描述到行动命令的映射,反应出了军事人员对于现实军事世界中陆军作战问题的理解和具体的处置方式。当决策的实现框架确定之后,随着军事人员对决策内容的不断录入,将会形成宝贵的知识资源,而这些资源对于构建自动决策模型,具有极大的益处。

3态势描述方法研究

从以上的论述中可以看出,对于基于态势描述的外部决策模型的构建,最关键的问题是如何将专家的决策内容录入到模型当中。而录入首先需要对决策的内容进行形式化的描述,即对陆军作战行动过程中所形成的态势进行形式化的描述。

3.1态势要素分析

态势是指敌对双方在作战力量对比、作战部署和作战行动等方面形成的状态和形势,它是指挥员实施指挥的主要依据。在仿真空间中,对于指挥模型的决策问题,态势是实现模型决策的条件来源。

从构成上看,态势主要包括了在特定的战场环境下,敌我双方各个作战对象的行为、状态、事件、企图及其关系等信息。在现实作战中,这些信息将形成综合态势图,作为指挥人员实时把握战场动态、进行指挥决策的主要依托。战场态势的内容主要包括了战场环境信息、敌情态势信息和我情态势信息三大类。其中,战场环境信息是指战场及其周围对作战活动有影响的各种情况和条件的信息,从内容上看包括了自然要素信息、社会情况信息和电磁环境信息等;敌情态势信息主要是描述敌方作战力量情况的信息,包括了敌方总体情况信息、武器装备信息、战损状态信息和作战行动信息等内容;我情态势信息是描述我方作战力量状态的信息,主要包括作战编成信息、武器装备信息、伤亡状态信息、位置信息、指令信息、行动状态信息和作战保障信息等。

3.2基于实体信息的态势描述方法

态势信息主要由敌情、我情和战场环境三部分内容构成:其中,敌情和我情主要是指敌我双方作战力量在战场上的部署、战损状态以及执行任务的情况等,这些内容在仿真空间中可以表现为仿真实体的各种状态信息,如位置信息、战损信息和任务信息等;而对于战场环境而言,其构成要素复杂,从工程实践的角度来看,要直接实现对环境要素的形式化描述和格式化表达有较大难度,虽然环境要素在现实世界中是客观存在的,但是从仿真空间对行动的描述和分析来看,更多关注的是环境要素对战场中各作战力量行动效果的影响。为了便于实现,本文不单独把环境要素作为决策条件进行描述,而是将环境要素隐含在敌我双方的行动效果描述当中,例如对于任务区域的地形起伏状况,可以通过对在该区域内仿真实体机动速度的变化来表现。综上所述,本文将采用以实体状态和行为为主要描述对象的方式来实现对态势的描述。因此,可以将态势理解为仿真空间中一系列实体的行为、状态信息所构成的逻辑判断条件。而具体的实体范围则需要根据具体决策内容所关注的问题进行确定。例如,在对于炮火支援决策规则的制定中,它决策所要依托的态势条件,主要是根据需要炮火支援的行动实体的状态以及与其发生交战关系的敌方实体的状态来决定的[5-8]。由于态势中所蕴含的仿真实体不仅仅是一个,因此需要对多个实体的状态行为进行逻辑组合。

1)相关定义

决策对象实体集:在一次决策过程中,需要关注的敌我双方所有仿真实体所构成的对象实体集合,记为Endec,而每一个决策对象实体记为endeci。对于实体的类型可以分为行为实体和聚合实体两类。

行为实体:是指在仿真空间中构建的最小粒度的实体模型,例如仿真粒度到排,那么机步排就是行为实体。

聚合实体:是指在现实世界中具有军事含义,但是在仿真空间中没有具体描述的实体类型,它一般是由多个行为实体所构成,例如仿真粒度到排,那么机步连就是一个聚合实体,它是由三个机步排实体和一个机步连指挥实体构成。之所以要设置聚合实体,主要原因是在决策的过程中,军事人员描述态势时,有时需要关注一个更大的单位,例如需要关注主攻连的状态,而并非是某一个排的状态。

态势元素:是指构成整个态势的基本元素,它一般是决策对象实体具体的行为和状态,记为Stdecj(endeci,t)。

态势描述:是指由决策对象实体集中所有实体形成在t时刻形成的态势元素所构成的对态势的整体描述,记为St(t)。

2)态势元素的描述

态势描述的核心在于对态势元素的描述。描述对象主要包括了行为实体和聚合实体两类,而描述的内容主要包括位置状态、战损状态、任务状态和消息信息四类。

①位置状态。主要用于描述决策对象实体在t时刻的位置信息,记为Stpos(endeci,t)。从空间位置的判断上来看,主要包括了与位置点之间的位置关系、与线之间的位置关系、与地域(多边形)之间的位置关系以及与某个实体之间的位置关系四类。对于行为实体来说,位置状态的决策内容与条件如表1所示。

而聚合实体与行为实体的判断方法基本类似,但是需要对其到达的标准进行定义,这个标准主要体现为到达兵力的数量。在具体的实现过程中,为了增加灵活性,这一标准可以让军事人员进行设置。具体的判断条件可以是总体兵力满足一定位置关系的数量到达某一个值,也可以是不同兵种类型的兵力满足一定位置关系的数量到达某一个值。例如在一个攻击群队中,它包含了步兵、装甲、炮兵和工程兵等多个类型的行为实体,如果将主战兵力的空间情况作为态势决策条件,那么就要选择步兵、装甲和炮兵类实体,看看这三类行为实体位置空间关系的量有没有达到某一个标准,例如步兵、装甲和炮兵的总体兵力到达率为80%时,作为决策条件。

表1　行为实体位置状态决策内容与条件

②战损状态。主要用于描述决策对象实体在t时刻的战损状态信息,记为Stdma(endeci,t)。战损状态的决策内容与条件如表2所示。

③任务状态。主要用于描述决策对象实体在t时刻的任务状态信息,记为Stmiss(endeci,t)。任务状态的描述与仿真空间中不同类型实体的任务描述内容相关,任务状态判断主要是将任务执行过程中所有可能的状态作为决策的判断条件,因此决策条件需要根据任务模型中所描述的实体状态来确定。以机步排的进攻任务为例,整个任务过程包括了占领冲击出发阵地、展开、攻击、占领、撤离等状态,那么机步排的进攻任务状态决策内容和条件如表3所示。

表2　战损状态决策内容与条件

表3　机步排进攻任务状态决策内容与条件

对于聚合实体的决策条件,需要在所属所有机步排实体的任务状态的基础上来确定。以占领出发阵地为例,当所属机步排中有一定比例的实体占领了冲击出发阵地时,就可以判定聚合实体当前的状态为占领出发阵地,并将其作为决策的条件。对于占领阵地机步排的比例由录入态势描述及决策规则的军事人员设定,在计算的过程中要以每个机步排现有实例进行计算。例如,机步1连有三个机步排,每个机步排为30人,其中1排毁伤了10%,2排毁伤了15%,3排毁伤了30%,当1排和2排占领了冲击出发阵地时,那么机步1连占领冲击出发阵地的比率为

④消息信息。主要将决策对象实体发出或接受到的消息作为决策的触发条件,记为Stmsg(endeci,t)。这种决策条件主要包括情报信息、报告信息和命令信息三类。

情报信息是指关于敌方某一实体的描述信息。当决策对象收到或发送特定实体的情报信息时,将其作为指挥决策的一个态势决策条件。例如在机动过程中,机步连指挥实体接收到所属的一个机步排发现了敌方约一个连的兵力向我机动时,那机步连指挥实体将会按照这一情况,并结合其他需要考虑的因素进行相应的决策,对所属三个机步排的行动进行规划。

报告信息主要是描述实体本身的情况和状态。当决策对象实体发送自身实体的情况或者接收到下级所属实体发送的一个报告信息,可以作为指挥决策的一个态势决策条件。例如在机步连的进攻过程中,当机步连指挥实体接收到下级机步排的毁伤已达到60%的报告信息时,则需要向该排的攻击方向上增加兵力,当然增加多少,还需要考虑到其他机步排的战损情况。

命令信息是指指挥模型所下达的命令性指令。当决策对象实体接收到命令信息时,将按照命令信息中的要求触发下级实体的行为。例如,在纵深攻击群指挥所接收到基本指挥所“加入战斗并从左翼突入敌纵深”的命令时,纵深攻击群指挥所则需要进行相应的决策,安排所属兵力的相关行动内容。

3)态势描述结果

上面介绍了态势元素的定义,其内容主要包括了决策对象实体的位置状态、战损状态、任务状态和消息信息等。那么,态势描述的结果应该是决策对象实体集Endec中,每一个实体状态所构成的集合,可以将其表示为

St(t)={Stdecj(endeci,t)},

其中,Stdecj(endeci,t)为决策对象实体所形成的态势元素。endeci∈Endec,j为整数,且1≤j≤4。这个态势元素可以是决策对象的位置状态、战损状态、任务状态或消息信息等,即

Stdec1(endeci,t)=Stpos(endeci,t)

Stdec2(endeci,t)=Stdma(endeci,t)

Stdec3(endeci,t)=Stmiss(endeci,t)

Stdec4(endeci,t)=Stmsg(endeci,t)

而j的具体取值,需要根据态势判断所需要关注的决策对象和决策内容确定。

4结束语

本文在分析了自主决策模型和外部决策仿真模型特点的基础上,结合工程实践的需要,提出了基于态势描述的外部决策模型的构建思路。在整个研究过程中,首先对基于态势描述的外部决策模型原理进行了论述,而后重点对仿真空间中陆军作战行动的态势描述进行了分析,为基于态势描述的外部决策模型的工程实现提供理论指导和依据。

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Research on External Decision Model of Army Operational SimulationBased on Situation Description

SUN Peng, TAN Yu-xi, LI Lu-yao

(NanJing Army Command College, Nanjing 210045, China)

Abstract:In order to solve the problem of the command decision-making modeling in army operational simulation, on the basis of analyzing the characteristics of the external decision model, this paper puts forward the external decision model of army operational simulation based on situation description, and discusses the principle of this model, and then focus on deeply studying the situation description in the army operational simulation. The situation description method is proposed based on four kinds of entity information, which is based on the position, the state of the damage, the status of the task, the information of the message and so on. This construction provides a new way to build the decision-making model.

Key words:army operational simulation; situation description; external decision model

中图分类号:TP391.9；E917

文献标志码:A

DOI:10.3969/j.issn.1673-3819.2016.02.004

作者简介：孙鹏(1981-),男,陕西西安人,博士,讲师,研究方向为作战模拟与仿真。谭玉玺(1979-),男,硕士,讲师。李路遥(1973-),男,硕士,教授。

收稿日期：2015-11-30

文章编号：1673-3819(2016)02-0015-05

修回日期： 2015-12-21