基于虚实一体的装备保障训练模拟系统研究

孙海阔, 赵 田, 张 炜

(1. 装备学院 研究生管理大队， 北京 101416； 2. 91867部队； 3. 装备学院 装备指挥系， 北京 101416)



基于虚实一体的装备保障训练模拟系统研究

孙海阔1,2, 赵 田1, 张 炜3

(1. 装备学院 研究生管理大队， 北京 101416； 2. 91867部队； 3. 装备学院 装备指挥系， 北京 101416)

针对信息化条件下开展装备保障实战化训练的难题，将虚实一体的训练理念和训练方法应用于装备保障训练领域，着重从内涵作用、总体设计、关键问题3个方面进行研究。首先，运用演绎归纳法对装备保障训练虚实一体的内涵和作用进行了分析；其次，在研究系统用户需求的基础上，借鉴系统工程理论从层次结构、系统组成、数据交互3个方面对装备保障训练模拟系统进行了总体框架设计；最后，运用信息工程技术对装备保障训练模拟系统与指挥信息系统对接互联和虚实兵力交互与感知2项关键问题进行了研究。

装备保障训练；虚实一体；训练模拟系统

近年来，为适应信息化战争对装备保障提出的新要求，装备保障训练正在由机械化条件下基于类别的分业训练(分专业训练)向信息化条件下基于信息系统的全要素集成训练转变[1]，这一转变必然对装备保障训练的方法与手段提出了更高要求。“虚实一体”在本文中是指实兵实装训练与模拟训练相结合的一种训练方式，它通过构建要素齐全、战训一致的训练环境，实现优势互补，进一步缩小训练与实战之间的差距[2]。开展信息化条件下装备保障实战化训练，深入研究“虚实一体”的装备保障训练模拟系统，是当前亟待解决的重要问题。

1 虚实一体装备保障训练的内涵与作用

虚实一体的装备保障训练，是指采用实兵实装与仿真模拟相结合的手段组织开展的装备保障训练。我军早在“联合99”工程时就已经探索过实兵实装与模拟手段相结合的装备保障训练方式，并形成了初步的研究成果。近年来，信息技术及模拟技术的飞速发展为虚实一体装备保障训练赋予了更深层次的内涵。具体来说，主要表现在3个方面：一是从训练环境的构成上看，“虚实一体”是指现实环境与虚拟战场环境融合一体，营造更加贴近实战的战场环境[3]；二是从战训衔接的角度上看，“虚实一体”是指模拟训练系统与装备保障指挥信息系统互联互通，装备指挥机构使用实际指挥信息系统能够对实兵以及虚拟兵力同时进行指挥控制；三是从演练兵力的组成上看，“虚实一体”是指系统中的演练兵力既包括计算机生成的作战与保障兵力，又包括实际参训的装备保障力量，两者交互一体，为参训装备保障部(分)队提供更加逼真的战争体验，如图1所示。

图1 虚实一体的装备保障训练内部关系

“虚实一体”构想在装备保障训练中的作用，主要体现在以下几个方面：

一是虚实结合，有利于营造更加贴近实战的训练条件和环境。高技术条件下的战场，通常是陆、海、空、天、电五维一体，高新技术装备大量使用，作战样式频繁转换，指挥对象多元，协同关系极其复杂。装备保障训练涉及的领域与要素众多，而作为专项训练不可能面面俱到，仅仅依靠现实环境和实兵实装难以营造出如此庞大复杂的战争场面，因而利用“虚实一体”的方法能够为参训者提供更加贴近实战和丰富全面的训练条件和训练环境。

二是战训衔接，有利于在装备指挥手段上保持战训一致。指挥信息系统在现代化战争中发挥着核心作用，是机械化战争迈向信息化战争的标志之一。装备保障指挥信息系统是实现一体化、精确化装备保障的基本条件，是生成基于信息系统体系作战装备保障能力的关键。虚实一体的装备保障训练强调使用实际指挥信息系统与模拟系统互联，确保训练最大限度地贴近作战，使两者在指挥手段上保持了一致。

三是活导活演，有利于突出受训者在训练中的主导地位。在战争中部队是作战行动的主体，而在以往的演习与演练过程中，导演人员往往过多的主导演练进程。在组织装备保障演练时，组训者需要准备翔实的想定方案与导调文书，并提前确定想定基本案，这在客观上已经为演练准备好了标准“剧本”，也就容易造成“演习就是演戏”的情况发生。而在虚实一体的装备保障训练过程中，由计算机模型仿真的结果自动生成态势变化以及导调文书，并依此推动演练的进程，能够充分体现战争的复杂性和不确定性，从而实现活导活演，真正把演练的主导权还给受训部队。

四是精简灵活，有利于降低训练的组织难度[4]。由于担负日常保障任务、战备任务等原因，在组织装备保障实战化训练时，很难把所涉及的部队、装备等装备保障要素召集齐全，例如上级支援的保障力量与防卫力量、地方支前保障力量以及战区仓库等。而且对于非重点训练对象也没有必要全部使用实兵和实装。在这种情况下，由计算机模拟生成的虚拟兵力就起到了很好的补充与替代作用，使组训者可以利用少量实兵实装就能模拟更大规模的训练活动，既可以降低组训难度，同时又能充分发挥装备保障训练的最大效益。

2 虚实一体的装备保障训练模拟系统总体设计

装备保障训练模拟系统是构建虚实一体的训练条件与训练环境的核心与关键。基于虚实一体的训练理念，从系统的用户需求、层次结构、功能组成以及数据交互关系等方面，对装备保障训练模拟系统的框架进行总体设计。

2.1 系统用户需求

用户需求是从系统的使用者角度对系统提出的具体功能要求，是系统对外部应具备的功能及属性。装备保障训练模拟系统用户包括导调人员、受训保障部(分)队以及实际指挥信息系统。需要说明的是，由于装备保障指挥机构使用实际的指挥信息系统开展训练，因此受训指挥人员是系统的间接用户，指挥信息系统才是训练模拟系统的直接用户。系统用户的构成如图2所示。

图2 装备保障训练模拟系统与外界的关系

1) 导调人员的用户需求。导调人员包括导演与调理员，是训练的组织者。其中，导演人员由总导演、副导演、执行导演等人员构成；调理员则包括负责训练系统后台操作的后台调理员，负责调理参训指挥机构行动的前台调理员，以及负责调理装备保障实兵行动的随队调理员。导调人员在组织演练时，需要系统具备想定情况录入、演练席位设置、文电传输、态势显示、演练监控、系统管理、模型控制以及实兵调理支持等一系列功能。

2) 装备保障部(分)队的用户需求。能够将参训装备保障部(分)队的位置和状态信息采集到训练系统中，以保障生成相应的实兵映射模型；实兵映射模型能够与其他模型进行交互，其交互结果能够以多种表述形式反馈参训部队。

3) 受训指挥机构与指挥信息系统的用户需求。受训指挥机构人员能够运用指挥信息系统，按照作战要求指挥部(分)队实施作战装备保障。指挥信息系统，一方面要求训练系统能够识别其发送的指挥命令，并直接驱动相应计算机生成兵力模型的运行；另一方面要求能够接收训练系统的态势数据和情况报告文件，为参训指挥人员提供信息反馈。

另外，计算机仿真模型是虚实一体装备保障训练模拟系统3种用户的共同需求，主要实现对战场环境、作战行动及装备保障行动的仿真模拟。

2.2 系统层次结构

从层次上划分，装备保障训练模拟系统在层次结构上可划分为网络层、操作系统层、公共平台层和功能层。其层次结构如图3所示。

图3 装备保障训练模拟系统的层次结构

1) 网络层。网络层负责系统底层数据传输，实现网络寻址、链接维护和物理传输等功能。由于基于虚实一体的装备保障训练模拟系统需要实现对实兵的远程监控功能，因此系统的网络层不仅包括有线的TCP/IP网络，还包括无线宽带网络、卫星通信等多种通信网络。

2) 操作系统层。操作系统层负责系统对计算机硬件和底层软件资源的控制管理，需要实现设备管理、存储管理、文件管理和进程管理等功能。

3) 公共平台层。公共平台层是仿真系统运行的基础环境，提供数据仓库服务、仿真运行管理、综合信息交互总线等基础服务，为应用层的功能构件提供可供调用的基础函数库和系统运行支撑环境。由于“公共平台”把训练模拟系统的各种功能组件与操作系统隔离，使仿真系统摆脱了对Windows资源的限制[5]，这也为下一步装备保障训练模拟系统向国产操作系统移植创造了条件。

4) 功能层。功能层由装备保障训练模拟系统所需的各种仿真应用构件组成，构件是建立在公共平台基础上，系统提供给用户使用的具有某一类功能的程序集合。例如装备保障模型在系统中的实现形式就是装备保障模型构件，系统的态势显示功能由二维/三维态势显示构件提供。

2.3 系统功能组成

按照系统各组成部分功能的不同可以将装备保障训练模拟系统逐层分解为子(分)系统、模块、单元等基本组成部分，良好的系统功能模块划分不仅能够提高系统的开发效率，同时也能够提高系统各功能部件的重用性和可维护性。

根据需求分析的结果，将用户功能需求进行归类可以将装备保障训练模拟系统分为导控子系统、模型子系统、实兵控制子系统以及与指挥系统对接子系统4个组成部分。其中，导控子系统是导演部及其调理人员对演练全过程实施控制的功能模块，主要实现调理功能和监控功能；模型子系统是装备保障训练模拟系统的核心，提供首长机关指挥演练的战场仿真功能，以及首长机关带实兵的虚实一体的综合战场仿真功能；实兵控制子系统负责采集实兵行动数据并生成实兵映射模型，并将模型交互的结果反馈装备保障部(分)队；与指挥系统对接子系统是训练系统与实际指挥信息系统互联应用时必不可少的对接中间件，负责实现与指挥信息系统之间的信息识别与数据传输。

2.4 数据交互关系

以上4个子系统都建立在公共平台仿真运行支撑环境之上，子系统与子系统之间通过信息交互总线进行数据交互。装备保障训练模拟系统各子系统之间，以及子系统与系统用户之间的数据交互关系，如图4所示。

图4 装备保障训练模拟系统的数据交互关系

子系统之间的数据交互关系为：导控子系统通过对接子系统向装备指挥所发布演练想定与导调文书，指挥所经过综合分析与决策，通过实际指挥信息系统向参演装备保障部(分)队(或下级指挥所)下达装备保障指令，其中发送给计算机虚拟兵力的保障指令通过对接子系统发送给模型子系统执行。参演的装备保障部(分)队在接到指令后执行保障行动，实兵的位置和状态信息通过实兵控制子系统采集到系统，形成的实兵映射模型可以与其他实兵映射模型或计算机生成兵力模型进行交互，模型交互的结果一方面通过对接子系统发回给参演指挥所，另一方面模型交互结果通过实兵控制子系统反馈给参演部队。在演练过程中，导演部通过导控子系统实时监控整个演练的情况，如果有必要进行干预和调理的，可以利用导控子系统向模型子系统发布干预命令，或者通过对接子系统以及实兵控制子系统分别对指挥机构以及装备保障部(分)队发布调理指令。系统在运行过程中数据传输多路闭合，从而将实兵、实装、计算机模型构成了训练的整体。

3 虚实一体的装备保障训练模拟系统构建关键问题

3.1 与指挥信息系统对接互联

如何与指挥信息系统实现对接[6]，是基于虚实一体的装备保障训练模拟系统需要重点研究的问题之一。两大系统需要对接的内容主要包括态势、指令以及文件等数据。由于训练模拟系统的数据交互协议主要根据模型以及仿真系统之间数据传输需求而制定，必然与主要用于指挥、控制、通信和情报数据的指挥信息系统的数据格式及交互协议产生很大差异。为了实现训练模拟系统与指挥信息系统的数据对接，双方必然需要做相应的调整，而底层数据的改动将必然影响原有系统功能。为了解决这一难题，采用“对接代理+对接数据库”的方式能够最大限度地减少底层数据的改动。实现两大系统交互对接子系统的框架结构，如图5所示。

图5 对接子系统结构框架

“对接代理+对接数据库”的基本工作原理是：当指挥信息系统向训练系统发送数据时，指挥信息系统发送的计划及指令等信息首先经过指挥系统对接代理的数据转换，而后存储到对接数据库中；训练系统对接代理实时监控对接数据库的变动，当发现有新指令写进对接数据库时，训练系统对接代理即读取相关指令并发送给装备保障训练系统。当训练系统向指挥信息系统发送数据时，训练系统对接代理首先将待交互数据进行转换，然后存储到对接数据库中，指控系统对接代理读取数据变动后发送给指挥信息系统。由于数据的对接和转换都是自动完成的，因此对接过程不会对各自系统的使用带来影响。

3.2 虚实兵力的交互与感知

虚实兵力的交互与感知，是基于虚实一体的装备保障训练模拟系统需求实现的核心功能。由于实兵与虚兵存在于现实与虚拟2个完全不同的环境中，因此必须将两者置于相同的时空条件下才能相互感知与交互。与虚实兵力在现实世界进行交互的方法相比，将实兵映射到模拟系统与计算机生成兵力统一于虚拟环境中进行交互，是当前技术条件下更加可行的实现途径。因此，建立实体映射模型是实现虚实兵力相互感知与交互的基础。

实兵映射模型是参训实际兵力实体在仿真系统中的“替身”，负责代替实兵实体与虚拟实体进行仿真交互。实兵映射模型与同类别的虚拟实体模型的区别是：(1) 实兵映射模型在现实世界有与之对应的实体，而虚拟实体模型则没有对应实体；(2) 实兵映射模型的运行受到实兵行动采集数据和模型交互结果两方面的影响，而虚拟实体模型状态的改变是模型自身的仿真运行的结果。2种模型虽然有些区别，但是由于2种模型需要在仿真系统中相互识别与交互，因此同类别实兵映射模型与对应的虚拟实体模型具有相同的属性参数，2种模型通过“虚实属性”的取值不同进行标识。

虚实兵力相互感知包括虚兵感知实兵与实兵感知虚兵2个方面。通过将实兵映射到仿真系统生成实兵映射模型的方法，能够让虚拟兵力模型感知实兵实体的存在并与之发生交互作用。

1) 参训装备指挥人员对虚兵的感知。由于装备指挥人员使用实际指挥信息系统开展指挥活动，因此虚兵情报数据也需要通过指挥系统向指挥人员发布。对于敌方作战虚拟兵力，一方面经过情报模型的仿真，当发现敌方作战虚拟兵力实体时，情报模型向我方指挥系统发送报告文电；另一方面通过态势对接，将敌方作战虚拟兵力在态势图上进行标识。对于我方虚拟兵力实体，一方面在发布初始演练想定时就向参训指挥人员发布；另一方面我方虚拟兵力实体的状态数据以及行动报告，通过对接系统由仿真模型向指挥系统发送。

2) 参训装备保障部(分)队对虚兵的感知。对于敌方作战虚拟兵力，一是依靠装备指挥人员向装备保障部(分)队发送的情况通告感知虚兵；二是导调人员根据导调文书向部队发布空袭、炮兵火力袭击等信息，间接让部队感知虚兵的存在。另外也可以研制专门的音响、烟雾仿真器材，依据模型仿真结果自动播放炮弹爆炸的声响、制造烟雾等。对于我方虚拟兵力实体，一方面通过指挥文电和态势信息进行感知，另一方面导调人员现场发布的信息也是参训装备保障部(分)队感知我方虚拟兵力的补充手段。

4 结 束 语

基于虚实一体的装备保障训练模拟系统，是军事理论、军事技术创新发展的产物，在面向未来战争的模拟训练中具有重要的实用价值和广阔的应用前景。本文在“虚实一体”的训练理念基础上完成了装备保障训练模拟系统的总体设计，为解决装备保障训练实战化难题提供了一种系统解决方案。下步将拓展研究思路，在现有成果基础上，重点对实兵感知虚兵的方法和相关技术进行深入研究。

References)

[1]苏续军.基于HLA的装备保障全要素集成模拟训练系统设计[J].现代电子技术，2014，7(2)：60-63.

[2]徐宝宇，张宏军.基于虚实一体的实兵对抗训练系统设计研究[J].军事运筹与系统工程，2015，29(3)：52-56.

[3]王君，王黎. 模拟对抗训练系统及虚实兵力结合技术[J].指挥信息系统与技术，2014,5(3)：21-27.

[4]储强中，龙建国. 训练仿真中计算机生成兵力与实兵融合初探[J].军事运筹与系统工程，2005,19(3)：8-11.

[5]马亚平. 作战模拟系统[M].北京:国防大学出版社，2005：143-144.

[6]汤再江，徐享忠，薛青，等.指挥信息系统与作战仿真系统互操作研究综述[J].系统仿真学报，2015，27(8)：1659-1664.

(编辑：李江涛)

Equipment Support Training Simulation System Based on Virtual-real Training Integration

SUN Haikuo1,2， ZHAO Tian1， ZHANG Wei3

(1. Department of Graduate Management， Equipment Academy， Beijing 101416， China;2. 91867 Troops， China；3. Department of Equipment Command， Equipment Academy， Beijing 101416， China)

To overcome the obstacles brought by the equipment support, warfighting training under informationization context, the training philosophy and method, featuring virtual-real training integration are introduced to the equipment support training field in this paper. Accordingly, the paper conducts study in three respects: connotation and role, overall design and key issues. Firstly, it analyzes the connotation and role of the virtual-real training integration of equipment support with inductive and deductive methods; secondly, on the basis of researching demands of system users, it designs the overall framework of the equipment supporting training simulation system in three respects: hierarchical structure, system composition and data interaction; finally, it discusses two key issues: the interfacing and interconnection between equipment support training simulation system and command information system, and the interaction and perception between virtual force and real force with information engineering technology.

equipment support training; virtual-real training integration; training simulation system

2016-03-30

孙海阔(1984-)，男，硕士研究生，主要研究方向为装备保障模拟仿真。sunhaikuo613@163.com 张 炜，男，教授，博士生导师。

E92

2095-3828(2016)06-0036-05

A DOI 10.3783/j.issn.2095-3828.2016.06.008