基于海军联合指挥作战的兵棋推演系统研究∗

汪 洋

（海军装备部驻武汉地区第四军事代表室 武汉 430064）

1 引言

兵棋（war game）是现代战争模拟的重要起源之一。现代类型的兵棋是由普鲁士的宫廷文职战争顾问冯·莱斯维茨于1811年首先发明的，它由一幅地图、一套棋子、两个对阵人、一个裁判、一本详细规则、一张概率表和一个骰子组成，用这套兵棋，可以逼真地模拟当时战场的实际作战活动。兵棋（德文译名Kriegsspiel）被称为除总参谋部和军事学院之外普鲁士军人在军事科学领域的三大发明之一。在两次世界大战中，各发达国家用兵棋推演的方法来试验和检验作战计划已达到了相当水平。其中，战争前进行兵棋推演已列为德军各级指挥机关制定作战计划的正规程序［1］。

1.1 国外海军兵棋推演系统现状

美海军的兵棋推演在20世纪80年代后不断发展，尤其是进入21世纪以来，其运用信息技术、建模技术、数据技术和架构技术的进步极大地提高了传统兵棋的效率，扩大了兵棋可能探索问题的范围，强化了战略、战役、战术之间的关联，并在行动上加速融入指挥控制网［3］。美军大型兵棋推演系统有联合战争系统（JWARS）、联合战区级模拟系统（JTLS）、联合冲突战术仿真（JCATS）、联合建模与仿真系统（JMASS）、联合半自动化兵力（JSAF）等，其中JTLS是公认典型的兵棋推演系统。JTLS是美军开发的计算机辅助兵棋推演系统，采用红、蓝两军对抗的互动操作模式，由计算机运算提供陆、海、空三军多方向作战仿真环境，该系统最多可以模拟10方参加的空战、海战、陆战、后勤、特种部队作战和情报支援等军事行动［2］。

1.2 国内海军兵棋推演系统现状

近年来，国内对兵棋推演系统的研究越来重视。我军对于联合作战兵棋推演的设想是将一系列作战方针软件、应用软件和虚拟现实应用支撑的计算机网络系统组合起来，从而实现从战略决策到战役战术甚至战斗的全面模拟，为了模拟实战中包括的全部作战要素，这一系统的规模远比普通的战棋游戏来的庞大，必须使用巨型电子计算机才能运行，至于兵棋内的各种参数，则要到我军的各个推演场上去实际获取。国内推出了“海军指挥官兵棋推演系统”，该系统将现代化战争编进计算机，构设一个符合未来战争实际的虚拟网络，学员可自主组织红蓝多方对抗推演，能够初步模拟海军五大兵种的空海突击、要地防空、合同反潜等典型行动样式，推演中学员可以担任兵种指挥员或方向指挥员，亲自操作舰艇战机与敌人搏杀，可以作为总指挥员指挥全部所属兵力，对双方对抗情况进行实时导调或裁决评估［2］。

2 兵棋推演系统研究

兵棋推演是指对抗双方或多方运用兵棋，按照一定规则，在模拟的战场环境中对设想的军事行动进行交替决策和指挥对抗的演练。长期以来，兵棋推演系统在支撑大规模联合作战方案分析优化、武器装备体系需求论证、作战决策人员指挥训练以及作战理论和战法研究等方面发挥了重要作用［9］。

2.1 兵棋推演的特点

基于海军联合指挥作战的兵棋推演系统具有以下特点：

1）多维性。海军联合指挥作战不是一维的，通常具有时间空间属性。在时间维度上，海军联合指挥作战从指令下达到作战任务执行，可在瞬间完成。在空间维度上，海军联合指挥作战作战空间更加广阔，空间立体多维，作战区域更加模糊，没有传统战争中“前线”“后方”的概念。

2）跨域性。海军联合指挥作战不是孤立的，往往伴随着多兵种联合作战，参战兵力多元、作战形式多样，对抗异常激烈，是“海、陆、空、天、电”五位一体的体系对抗。

3）并发性。海军联合指挥作战不是单向的，而是同一时间敌我互有攻防。交战双方信息基础设施在对抗中互有毁伤，其战损情况会直接影响下一时段的攻击效能。如何在被攻击受损的情况下最大限度发挥作战效能，是海军联合指挥作战任务的主要目标。哪方能抢占先机、具备更高的攻防手段、拥有更强的基础设施修复能力，将会影响对抗结果。

4）融合性。海军联合指挥作战不是“纯海军”的，需要各军种使命任务彼此融合共同执行任务。各军种有机融合，诸兵种要素联合编组，指挥手段综合集成，战场态势融合共享［7］。

海军联合指挥作战呈现出多维、跨域、并发、融合等特性。因此，与传统兵棋推演系统相比，海军联合指挥作战兵棋推演系统的复杂度急剧增加，其设计和实现过程中存在更多关键技术问题。

2.2 兵棋推演的关键技术

海军联合指挥作战兵棋推演系统的功能主要是模拟未来海战指挥与决策环境，用于海战分析和人员训练。

1）海战场环境构建技术

通过兵棋推演系统构建的海战场环境，其展示的真实程度直接决定了训练效果。因为海军联合指挥作战是国家与国家之间的体系对抗，所以要想构建高度仿真的模拟战场环境，首先必须完成目标国家或地区的信息基础设施调查。在此基础上，建立目标国家和地区的信息基础设施模型，并将这信息分别存入数据库和模型库，进而为兵棋推演提供支撑。

2）大数据的AI决策技术

海军联合指挥作战中，同一时刻涉及的节点和并发的攻防行为往往数量惊人。一方面，仅仅依靠参训人员在系统内进行模拟远远不够，需要计算机来模拟参与对抗人员的决策行为。另一方面，攻防行为往往带有操作人员明显的个人特征，其决策水平和实施效能因人而异。通过AI技术学习这些特征，模仿并最终超越人类，可以反向促进参演人员提高决策能力，我们可以构建对应的深度学习算法，进而训练AI决策能力。

3）数据可视化态势展现技术

传统战争中，作战行动基本都发生在物理空间。临近地理区域的作战实体演进具有关联性和连续性等特点，因此传统兵棋推演系统多采用“六角格”地图进行态势展示。利用数据可视化技术，通过聚类、排重、关联规则等算法处理数据，可实现对对抗数据的采集、分析以及对威胁风险的可视化呈现。通过态势展示，可为兵棋推演相关人员提供决策依据和直观证据［5］。

3 兵棋推演系统设计与实现

3.1 兵棋推演系统组成

兵棋推演系统通常由导调评估分系统、仿真/模拟分系统、指挥作业分系统和支撑服务分系统四部份组成，如图1所示，具备推演准备、指挥作业、模型调度、推演控制、推演评估、共用服务数、与实装互联互通等能力。

图1 兵棋推演系统组织结构图

1）导调评估分系统

导调评估分系统主要支持导演人员完成推演准备、推演实施和推演讲评工作。（1）推演准备阶段，辅助导演部人员拟制推演指导文书，准备推演数据，生成推演想定；（2）推演实施阶段，辅助导演及导演部人员掌握推演情况，发布推演情节，实施推演调理，进行推演态势分析和推演干预与控制，记录推演情况；（3）推演总结阶段，为导演提供各种统计数据，进行推演情况重放，辅助导演进行推演讲评。

2）仿真/模拟分系统

仿真/模拟分系统也称为配训分系统，主要根据训练进程完成虚拟兵力的作战行动模拟。包括：（1）兵力机动模拟：模拟各种兵力的平台运动和战术机动，如定速定向、变速变向变高（深）、按计划航线机动、跟踪机动、圆周机动、往返机动、限时占位机动，最快接近等；（2）电子对抗模拟：模拟对雷达的电子侦察、雷达电子干扰、通信侦察、通信干扰、光电干扰、计算机病毒攻击；（3）预警探测模拟：模拟在电子对抗条件下，观通站对海上和低空目标探测、岸上空警雷达对空中目标探测、水声站对水下目标探测、舰载和机载雷达对海空目标探测；（4）水面舰艇作战行动模拟：模拟水面舰艇对舰攻击、对潜搜索攻击、对岸攻击、巡逻、布雷、扫雷、护航、电子侦察干扰等行动；（5）航空兵作战行动模拟：模拟航空兵对舰攻击、对岸攻击、对空拦截、对潜搜索、电子干扰、侦察预警、航空布雷等行动；（6）潜艇作战行动模拟：模拟潜艇阵地伏击、布雷、侦察等行动；（7）模拟岸防兵力：模拟岸防兵力对海上目标的攻击、对空中目标抗击等行动；（8）模拟陆战兵力：模拟陆战兵力参加登陆战斗时的夺取登陆场、袭击岸上目标等行动。

3）指挥作业分系统

指挥作业分系统主要为受训对象提供决策辅助、作战指挥的工作环境。指挥作业分系统可根据当前海军部队装备的指挥信息系统，研制实装系统的功能与性能保持一致的模拟环境，或直接使用实装环境，但必须对实装环境进行改造，实现与仿真/模拟分系统的对接，以将模拟生成的战场态势、情报等信息提供给指挥作业分系统，将指挥作业分系统的作战指挥命令反映到仿真/模拟分系统，实现仿真模拟环境下的闭环演练。

4）支撑服务分系统

支撑服务分系统主要提供训练模拟系统中使用的所有模型、数据、文档等资源的统一管理，以及对系统产生的所有文档、数据等统一存储，包括对训练运行所需的各种装备模型、行动模型、环境模型、评估模型、装备性能参数、环境数据，以及训练过程产生的训练数据、评估数据、想定文档、训练方案、评估报告等提供统一的数据存储、查询、分析、整理等管理。

3.2 系统主要功能

1）战场环境仿真功能

系统能够提供战场复杂的地理环境和信息环境的模拟，包括：地形、水文、气象、天候、复杂电磁环境、部队状态、各种作战行动过程、指挥关系控制影响等方面。这些气象条件的优劣情况将直接影响战场各个部队的作战效能。

2）作战指挥作业功能

系统能够为指挥员和指挥机关作战指挥活动提供演练支撑，可与实装系统对接，体现战训一致，海军作战指挥作业环境包括岸基各兵种指挥作业使用的实装系统，海上舰艇编队、水面舰艇、潜艇的指控系统。这些作战指挥作业环境主要包括：战场态势监控（情报、态势、报告、信息）、作战计划生成、文电拟制收发、作战命令下达、作战要图标绘，以及各类数据信息资料的检索与查询等。兵棋推演系统与实装指挥系统对接后，可直接利用指挥系统作为推演的前端接口，实现作战指挥与作战模拟训练的有机连接，确保受训人员在实际的指挥信息系统环境中进行仿真模拟演练，提高兵棋推演的真实感和可信度。

3）作战行动推演功能

系统能够涵盖陆、海、空、天、电五维战场空间，支持多种作战演示和多种作战行动的联合推演，包括联合火力打击、岛屿封锁、岛屿进攻、防空、抗登陆、信息战、特种作战等样式和行动的多兵种联合推演。其模拟推演的领域主要涵盖陆战、海战、空战、导弹战、空间战、信息作战、特种作战、后勤与装备保障等多种作战行动和保障行动。

4）体系对抗仿真功能

系统能够体现信息系统在体系对抗作战中的作用，模拟基于信息系统各种作战行动的整体对抗，不仅需要对各类作战行动进行全维模拟推演，更要对复杂电磁环境与武器装备体系对抗过程进行准确细致的刻画和模拟。

5）导调控制裁决功能

系统能够进行导演调理、推演控制、复盘分析，实现量化裁决讲评：（1）在导演调理方面，系统可以根据受训各方的指挥演练情况，适时进行指令干预，随机设置各种情况，包括对各类目标的设置、对各种行动的限制等，为导演部灵活调理辅助战场情况提供方便；（2）在推演控制方面，系统可以根据训练目的、推演问题、时间安排和受训各方实现作战企图的程度，随机设置和控制模拟推演步长，一般包括小步长模拟，其模拟的作战时间与天文时间相差无几，受训各方有充足的时间进行研究与思考，真实感强；也可以进行大步长模拟，其模拟的作战时间比天文时间快，受训各方没有更多的时间去研究思考问题，而智能做出快速反应，指挥控制部队行动；（3）在复盘分析方面，系统可以实时进行推演记录，重新组织系统回放，再现前一阶段、前一问题、前一回合的对抗推演情况，以便受训各方进行作战效果评估及推演导演部实施量化裁决和讲评。

3.3 兵棋推演实施流程

兵棋推演系统一般划分为三个阶段：推演准备阶段、推演实施阶段、推演总结阶段，具体流程见图2。

1）推演准备阶段：重点是导调准备，包括建立推演导演部、编写推演企图立案及导调文书、拟制推演实施计划、组织导演部调理人员培训、按作战构想进行预先推演。

2）推演实施阶段：又可分为筹划战役阶段、实施战役阶段，筹划战役阶段主要是导调评估系统分发推演企图立案和基本想定，红蓝指挥所拟制作战方案并上报，导演部批复作战方案，并发布训练态势；实施战役阶段是由导演部发布训练开始命令，仿真/模拟分系统分别向参训指挥作业分系统分发训练态势，参训人员利用指挥作业分系统进行战场监控、情况判断，发布指挥命令，导调评估分系统收集训练数据，导调人员根据导调计划发布导调命令及文书，并根据裁判评估规则进行训练裁决。

3）推演总结阶段：对推演的过程进行整理、复盘、分析，对部队能力进行评估，对推演过程进行总结讲评，查找存在问题及薄弱环节。

图2 兵棋推演系统工作流程图

4 兵棋推演的关键技术

大型兵棋系统的功能主要是模拟未来战争指挥与决策环境，用于战争分析和人员训练。兵棋推演系统必须反映客观实际，遵从自然规律、作战规律和科学原理，如燃油消耗、物资补给、电子干扰、环境影响等，这些是兵棋演习系统中的客观规律。因此，兵棋演习系统在未来设计与发展过程中，需要重点开展以下工作：

1）战争复杂系统建模。创造出符合复杂系统特点的战争模型，既能反映微观的作战行动，又能反映宏观的客观规律，包括各类作战及保障行动、战场地理及人文环境。研究战略问题时，还需要对国家关键基础设施及行政系统、社会民众行为、舆论态度、企业经济活动，甚至国际关系等建模。

2）兵棋推演规则体系构建。建立起所有作战或人员行动的规则体系，并完成定性定量结合的科学与经验计算。这种计算有时极为繁杂和精细，为的就是使得推演结果尽量接近真实。比如地面作战战损计算，虽然只是几千个模型中的一个，但它也要为几百种交战形式生成近300个数学矩阵才能完成。

3）数据组织及多重关系建立。建立起大规模数据基础，描述出作战行动与后装保障、环境影响的多重关联关系。比如弹道导弹的作战过程，会与大气风向影响、电子战干扰、飞行过程相关，也会与导弹重量、外形尺寸、可以通过的桥梁、隧道、道路等制约因素相关。这种关系对成千上万的武器装备、作战和保障部队，以及战场环境、社会人员等都要建立，可见其工作量的巨大。

4）感知真实性的建立。创造出符合情报侦察认知特点的战场感知环境。因为在实际战场上，每一方所显示的态势都是不一样的，有N方对抗，就需要N+1种态势。因为所有态势都是由各方的侦察情报能力决定的，这就意味需要为每一方建立起符合其侦察情报能力特点的态势数据关系。

5）大规模仿真计算服务架构。因为大型兵棋系统支持的是战略战役层次的演习，参演的国家机构、指挥机关会多层次部署，岗位繁杂，人数众多，为达到全员受训的结果，就必须为每个不同的岗位推送不同的态势及报告等信息，这就需要系统能够在很短的时间内快速组装分发，并且及时响应。

6）大规模实体实时推演。由于推演的战争规模大，涉及的要素多，既可能有各种参战部队和装备，也可能涉及大量民众和关键基础设施网络，因而就需要具备百万、千万甚至一亿以上实体量级的并行推演仿真计算能力。

7）沉浸式的推演作业环境。对战役兵棋推演来说，模拟的就是实际的各级指挥所和制式化的指挥信息系统；而对战略兵棋推演来说，需要模拟的是战略决策环境，因而需要用虚拟新闻报道，以及股市期市、舆论民意、各国态度的模拟曲线等形式表现，决策的输入也以决策者熟悉的方式进行。

8）全面灵活的系统导控。实现在动态过程中对推演行动参数进行精细化调控，正确反映导演部和首长的意图，引导参演人员实现推演的最终目标。

9）推演过程回放。实现多维度、多线索、多视角回放与复推，用于对决策过程重新研究和理解。这就需要数据采集和存储、多模态显示回放等新技术的运用。

10）数据挖掘与决策分析。对推演得到的大量数据进行深度挖掘和分析，寻找存在的问题和活动的规律，为得出更具参考价值的决策建议提供依据。

5 结语

兵棋推演带来的比较适合作战分析的推演方式，如何在新的信息化系统中加以体现是计算机作战模拟所要研究和解决的问题。国内外兵棋推演的研究和探索一直就没有停止，海军联合指挥作战是一个复杂的随机性活动，需要定量计算、分析作战行动的相互影响，以便做出合理决策。兵棋作战推演是指在作战行动实施前，按照作战计划的顺序和进程，逐步地对各阶段作战部署和作战行动可能产生状态进行演练的过程。针对战略投送特点与规律，运用兵棋推演能够机动灵活地模拟各种输送情况和方案，为首长决策提供依据。

本文在分析国内外兵棋推演系统研究现状及技术发展趋势的基础上，设计一套基于海军联合指挥作战的兵棋演习系统，提出了总体设计框架，详细阐述了系统组成、功能、使用流程等内容，对海军兵棋推演系统的设想可为海军未来兵棋推演系统的设计与研制、技术研究等提供借鉴。