海面监视指挥信息系统体系结构设计*

李宏伟，汪洋，肖柯

(1.中国人民解放军92941部队，辽宁 葫芦岛 125000；2.北京无线电测量研究所，北京 100854)

0 引言

海面监视指挥信息系统是集信息感知、网络通信、情报处理、指挥决策等功能于一体的国家级海面目标监视预警与指挥信息系统。本系统由探测系统、网络通信系统和指挥控制系统组成，是“系统的系统(system of systems)”，其顶层体系结构的设计过程非常复杂。体系结构框架(architecture framework)为系统顶层设计提供了一种规范化、标准化、可扩展的方法，是解决信息时代复杂系统顶层设计难题的重要手段。目前军事领域常用的体系结构框架包括美国国防部体系结构框架(department of defense architecture,DoDAF)，以及英国国防部体系结构框架(MODAF)等[1]，其中DoDAF体系结构框架系列影响力最大[2-3]。本文根据海面监视指挥信息系统的总体设计目标，采用DoDAF体系结构框架设计思路，对海面监视指挥信息系统的顶层体系结构设计进行研究。

1 基于DoDAF的体系结构设计方法

1.1 DoDAF概述

DoDAF是美国国防部根据国际系统工程领域的技术进展和美国多年的军事系统研发经验所制定的系统体系结构框架，是一种用于指导所有军事工程项目研发的系统工程方法论[4]。

DoDAF源于美国国防部为规范军事信息系统而提出的C4ISR结构框架[5-6]。DoDAF 2.0版将前期“以产品为中心”的视图产品开发模式转向“以数据为中心”的开发模式，将视图产品由3种扩展到8种，是一种“以数据为中心”的体系结构框架[7]，模型构建的原则为“符合目的”，即“Fit-for-Purpose”[8]，其最终目标是确保开发出来的体系结构及最终系统是可以综合集成的、可互操作的和高费效比的。

1.2 DoDAF模型和视图

架构视图(architecture viewpoint)是为了促进对系统的理解而选定的一组架构数据，以可视化的方式进行展示。DoDAF 2.0 定义了8种视图，包括全景视图(AV)，能力视图(CV)，作战视图(OV)，服务视图(SvcV)，系统视图(SV)，标准视图(StdV)，数据与信息视图(DIV)和项目视图(PV)，包含 52个视图产品模型，如图1所示。

需要指出的是，系统体系结构的可视化描述用于展示与系统体系结构相关的一组数据和信息，可采用多种形式，例如仪表盘式、合成式、文本式、复合式、图形式等。每一种视图仅展示了体系结构数据的一部分，将系统比作一个实物，则一个视图只是该实物的一张照片。由于事无巨细地展示系统的全貌将非常复杂，且不易聚焦，因此决策者将根据不同的使用目的决定选用哪些视图和模型进行系统体系结构描述。

1.3 体系结构设计步骤

DoDAF将体系结构的开发过程定义为6个步骤[9-10]：

(1) 确定体系结构的预期用途；

(2) 确定体系结构的范围；

(3) 确定支持体系结构开发的数据；

(4) 采集、组织、关联和存储体系数据，开发体系结构产品、知识库、活动模型、数据模型、动态特征模型、组织模型；

图1 DoDAF的8个视图Fig.1 Eight viewpoints of DoDAF

(5) 进行支持体系结构目标的分析；

(6) 产生符合决策者要求描述结果。

2 海面监视指挥信息系统整体框架

海面监视指挥信息系统主要面向各级作战指挥人员和作战参谋人员，是集信息感知、网络通信、情报处理、指挥决策于一体的国家级海面目标监视信息系统。

2.1 系统任务

本系统是一套“军民两用、平战结合”的信息化系统，平时可为海军等用户提供及时准确的预警信息和情报保障，提升对船舶、海上航道、港口和沿岸要地的安全管控能力；战时可作为海上战场的预警情报中心，或接入防空或反舰武器系统成为岸防指挥系统，也可接入上级指挥中心，形成一体化作战指挥体系。本系统可支持以下任务的开展：

(1) 民事任务：日常监视、海上巡逻、港口和要地安防、维权执法、海上交通管理、反恐行动、海上应急救援；

(2) 军事任务：海军作战、联合作战。

2.2 系统功能

为完成上述行动任务，本系统应具有以下主要功能：

(1) 目标监视：对任务区域的多层次、全方位、全天时、全天候的监控；

(2) 网络通信：实现系统各组成要素之间指令、情报、数据、图像、视频和语音信息的可靠传输；

(3) 信息处理：整合传感器信息与情报信息，进行智能化数据处理，为用户提供统一的信息支撑；

(4) 综合态势生成：将多源信息进行分类、预处理和分析综合，生成统一的战场综合态势；

(5) 辅助决策：根据任务目的和综合态势，提供各类辅助决策信息，协助指挥员进行分析和判断；

(6) 指挥控制：对各类资源进行指挥和控制以开展行动任务，实现多级指挥中心的一体化协同行动。

2.3 系统组成

海面监视指挥信息系统主要由探测系统、网络通信系统和指挥控制系统组成。

探测系统肩负着信息获取、目标监视和情报侦查的关键使命，是为用户快速建立战场信息优势的重要手段。针对用户需求，通过优化配置、合理部署，地基、空基和天基传感器相互补充配合、协同工作，实现对海上目标的多层次、立体化、全方位、全天候监视。

网络通信系统是系统内部各单元的连接通道，是建立一体化的指挥信息系统的重要基础。采用地面光纤网络、卫星通讯网络和无线通讯网络组成高可靠多层次复合型网络，实现各种平台之间的连通，为实现“以数据为中心”的体系结构奠定基础。

指挥控制系统具有智能化态势感知与信息处理、统一信息场生成与作战态势共享、自动化指挥决策和行动方案生成以及多级一体化指挥协同等功能，实现各作战要素及多级指挥控制中心的一体化行动协同。

3 海面监视指挥信息系统的DoDAF视图与模型

使用DoDAF视图与模型开展体系结构设计与描述的方法并不唯一，根据具体使用目的或听众(audience)的不同决策级别，应选用不同的视图与模型组成数据集，并采用合适的表现形式进行体系描述[11-12]。根据海面监视指挥信息系统的设计目标(purpose)，重点关注系统的整体框架、作战(operational)过程与系统功能设计，因此选择全景视图(AV)、作战视图(OV)和系统视图(SV)3个视图开展系统设计。本文选用以下6种模型进行体系结构描述与展示，模型的描述见表1[13]，模型之间的关系如图2所示。

3.1 综述和概要信息(AV-1)

AV视图描述的是整个体系结构相关的信息，目的是确保结构的完整性、连续性和可扩展性。AV-1模型是总体概述和概要信息的集合，是OV-1图形表示的文字描述，是结构开发过程的具体描述，旨在清晰地描述决策的整个过程。海面监视指挥信息系统的AV-1模型如表2所示(由于篇幅所限，仅展示信息要点)。

3.2 顶层作战概念图(OV-1)

OV-1描述系统需要完成的使命、作战方式、作战地域、作战对象和作战活动等，给出了重要的作战节点，描述重要的或独特的作战能力，并描述体系结构与环境之间的关系[14]。以形式化的方式描述交战双方作战情况，便于决策者的交流。海面监视指挥信息系统主要交战对象包括各型传感器、各级指挥中心、各类通信链路和海面/空中威胁目标，系统的OV-1模型如图3所示，图中展示了系统作战环境、交战对象、部署位置、通信关系及作战目标，清晰地说明了海面监视指挥信息系统的顶层作战概念。

图2 6种DoDAF模型之间的关系Fig.2 Relationships among six DoDAF models

3.3 作战活动分解树(OV-5a)

OV-5a 模型是描述作战活动的模型，描述为实现一个任务或目标的作战行动过程，通过层次化的行动分解，为作战行动提供清晰的作战思路和作战方案。海面监视指挥信息系统的工作过程包含监视、分析、计划、行动和总结5个步骤：

表1 海面监视指挥信息系统DoDAF视图与模型Table 1 DoDAF viewpoints and models of maritime surveillance and command information system

表2 综述和概要信息AV-1Table 2 Overview and summary information AV-1

(1) 监控：对监控区域进行持续性的定期监控；

(2) 分析：分析威胁或紧急事件，评估事件与海军的相关性，决定是否使用作战力量；

(3) 策划：策划如何使用作战力量，准备形成指令；

(4) 行动：执行指令，同时监控并调整行动；

(5) 总结：任务结束后，形成总结报告。

系统的OV-5a模型如图4所示。

图3 顶层作战概念图OV-1Fig.3 Top-level operational concept OV-1 viewpoint

图4 作战活动分解树OV-5aFig.4 Operational activity decomposition tree OV-5a viewpoint

3.4 作战活动模型(OV-5b)

OV-5b模型研究在作战任务过程中，作战要素、信息和作战活动之间的关系。具体描述能力、作战活动(任务)、作战活动之间输入和输出的信息流，并将描述信息流的来源和去向、作战活动的顺序和相互关系。在此以海面监视指挥信息系统执行“海上应急救援行动”任务时开展的“监视”活动为例，采用泳道图[15]对活动中探测系统、服务系统和用户界面系统等作战要素的工作内容、活动顺序和信息流的方向等进行描述，图5展示了监视活动的OV-5b模型。

图5 作战活动模型OV-5bFig.5 Operational activity model OV-5b viewpoint

3.5 系统功能描述(SV-4)

SV-4模型用于明确体系结构资源的功能，主要目的是清晰地描述每个资源数据流的输入和输出，保证系统功能的完整性，确保功能分解达到一个适当水平。海面监视指挥信息系统功能包括目标监视、网络通信、信息处理、综合态势生成、辅助决策和指挥控制，主要由探测系统、网络通信系统和指挥控制系统实现，通过各子系统之间的数据传输和控制下达，实现各类系统功能，系统的SV-4模型如图6所示。

3.6 作战活动到系统功能映射矩阵(SV-5a)

SV-5a模型描述作战行为到系统功能的映射，从而将作战需求转变为由系统实现的活动。如前文所述，海面监视指挥信息系统功能包括目标监视、网络通信、信息处理、综合态势生成、辅助决策和指挥控制，作战活动包括监视、分析、计划、行动和总结。根据系统功能对各类作战活动的支持关系，系统的SV-5a模型可通过表3进行描述。

图6 系统功能描述SV-4Fig.6 System function description SV-4 viewpoint

表3 作战活动到系统功能追踪矩阵SV-5aTable 3 Operational activity to system function tracking matrix SV-5a viewpoint

*注：●表示该列对应的功能支撑了该行对应的作战活动。

4 结束语

本文采用DoDAF体系结构框架，从AV，OV和SV等3个视图出发，构建了AV-1,OV-1,OV-5a,OV-5b,SV-4和SV-5a等6个模型，对海面监视指挥信息系统的顶层体系结构进行了设计，得到了标准化、规范化、可扩展的理论模型，为系统的具体技术设计与开发、系统性能综合评价与分析奠定了理论基础，有利于实现系统的可集成、互操作和高效费比，同时对其他复杂信息系统顶层设计具有重要的借鉴作用。