面向维和装备保障的模拟训练系统研究*

康警予,刘晶,陈忠,郑振国,王晖

(1.陆军装甲兵学院演训中心，北京 100072；2.陆军通用装备研究所，北京 100093；3.国防科技大学信息通信学院，陕西 西安 710106；4.中国电子科技集团公司第二十八研究所，江苏 南京 210007；5.中国人民解放军32187部队，广东 汕尾 516600)

0 引言

当前，我国派遣国际维和部队主要为工程、运输、医疗以及自我警卫等分队及人员，工作任务主要是修建及维护道路、营房、机场、桥梁，给水，排雷，运送物资，医疗救护等后勤保障及人道救援任务[1-2]。国际维和任务多样化，携带的装备也较多，主要包括工程、车辆、装甲、后勤、医疗和步兵武器等类别。装备保障是指为使维和装备得到适时补充、合理使用并保持良好状态而进行的保障活动，一般可分为装备调配保障、装备管理保障和装备维修保障。为国际维和部队进行装备保障，是持续保证其开展各类维和行动、遂行使命任务的必要条件。

由于境外在基础设施、人员支持等条件的限制，需要依靠维和人员本身或者少量的专业人才开展装备保障活动，因此提升人员素质、开展维和保障训练成为提升装备保障能力的必须。目前维修保障训练主要立足于维和部队国内筹组待命阶段，由各个维和部队派遣单位自行组织实施，教材自筹自编、教员自定自选，主要采取自我训、统筹训和送厂训等培训方式。而从训练系统的角度，主要还是实装训练、半实物训练、教材、网上教学等模式，各类训练系统独立运行，不成体系，训练内容有限，且没有考虑人员在境外时的继续教育培训问题。

模拟训练是“部队、分队及人员使用模拟训练系统或器材，模仿武器装备性能、战场环境和作战行动进行的训练。分为装备操作模拟训练、作战指挥模拟训练、实兵对抗模拟训练”[3]。近年来，随着计算机模拟仿真、人工智能等技术的发展，特别是军事训练在“能打仗、打胜仗”要求中的重要支撑作用，模拟训练技术得到了极大发展，广泛应用于虚拟装备操作、战场环境认知、分队战术对抗、作战实验、指挥对抗训练等应用场景中[4]。

围绕国际维和装备保障训练需求，着眼维和装备保障力量战斗力的有效生成、常态保持、不断优化，考虑到综合训练、境内外一体训练等因素，以提高遂行典型国际维和任务中的装备维修能力、指挥调度能力、协同保障能力、临机处置能力为核心目标，综合运用虚拟现实技术、计算机生成兵力技术等先进技术手段，在与维和保障装备、半实物仿真模拟器、VR显示设备等各类设备互联互通的条件下，构造一种战场环境逼真、保障要素齐全、兵力和装备模型可信、高度沉浸交互的综合性、动态性模拟训练支撑环境。

1 模拟训练系统国内外发展现状

1.1 外军发展现状分析

美军为加强其模拟训练工作，从机构设置、管理体制、系统建设等多方面建立了较为完善的体系。在模拟训练系统建设方面，依据其国防部强制统一的通用HLA技术框架和体系架构，建设了涵盖战略、战役、战术各层级的模拟训练系统，并得到广泛应用[5]。

2002年，美军就推出了军方专用的America’s Army军事训练系统。2011年美军又推出了用于单兵训练的模拟系统美国陆军步兵训练系统(US army dismounted solider training system，DSTS)。2014年美国著名的101王牌空降师是利用DSTS进行军事训练，单兵实战素养得到了极大的提升。2012年美国海军陆战队基于增强现实技术，研制了“增强沉浸式团队训练系统”(augmented immersive team training，AITT)，该系统能让训练场景逼真地呈现在受训者的视野里，使受训者不再受到有限的训练设施和模拟设备的限制，通过特殊设计的AR智能眼镜，可以让受训者看到虚拟的坦克以及头顶盘旋的武装直升机。2012年美国Cubic公司研制了任务预演系统(MRPS)，该系统能够让指挥人员完全沉浸在战场环境之中，使指挥人员能够迅速作出判断。该系统的特点是可同时用于作战人员及指挥人员的训练。

纵观美军模拟训练系统发展历程及建设现状，具备如下几个方面特点：

(1) 注重顶层规划和体制统一

20世纪70年代，是美军各类模拟训练系统快速发展时期，但由于缺乏统筹，在开展多军种联合作战演习时，出现严重的互联互通问题。后来，美国国防部于1995年，充分吸纳前期SIMNET,DIS,ALSP等仿真成果，确立了以HLA为核心的通用仿真技术框架，至此与HLA不兼容的项目一律不准立项，现有非HLA体制的必须进行改进以满足兼容性要求。

(2) 基于统一的技术体制，成体系化发展相应模拟训练装备

美军针对不同层级、不同类型的训练对象，设计了相对比较完善的模拟训练装备体系，涵盖范围从单兵技能训练到战术协同训练，从单一兵种训练到联合作战训练，从作战队员训练到指挥员训练等等。而这些不同层级不同类型的模拟训练装备，尽管配属单位和地域不同，但具备网络化集成应用能力，可针对某一任务，在同一虚拟作战环境下，开展分布式联合演练。

(3) 注重虚拟现实等新技术的应用

美军认为虚拟现实训练和推演是21世纪的主要训练方式。采取虚拟现实技术，可模拟出逼真的三维作战环境，还可从视觉、听觉和触觉，甚至嗅觉等方面展现战场上出现的各种状况，使受训人员最大限度的体验并参与到近似实战环境，如上述的美陆军DSTS系统，以及坦克、飞机等主战平台的模拟器，均使用虚拟现实技术，使训练效率和实战化水平得到大幅度提升。

1.2 我军发展现状分析

在学习借鉴外军模拟训练经验和成果基础上，结合我军作战特点，已经研制了实兵交战系统、半实物模拟器、虚拟仿真系统、指挥模拟训练等多类模拟训练系统，适用于不同层次、不同军兵种，形成了相应的模型标准规范，在训练基地、军事院校、典型作战部队等进行了大量的部署应用，对部队实战化能力形成起到了重要的作用[6]。同时，也应看到，目前仍然缺乏综合性、体系性的模拟训练系统，与各级作战指挥系统缺乏深度互联，尚无针对国际维和任务的定制化训练产品，缺乏在境外运用的实践经验。

2 面向国际维和装备保障训练需求分析

2.1 国际维和装备保障训练的特点分析

相对于国内装备保障，维和任务量大、地域广，装备使用强度高，任务区域保障条件差，缺乏完整的保障体系支撑。相应地，在训练方面，更加注重多能化、常态化、境内外一体化等能力生成，具体特点为：

(1) 常态化训练。维和部队保障人员轮换周期在10个月左右，操作人员对装备的维护保养程度相对较低，需要常态化地对轮换人员进行训练，形成标准化训练机制，确保保障能力快速形成与常态化保持。

(2) 多能化训练。当前维和装备维修保障力量编制人员较少，维和装备类型和数量较多，需要培养“一专多能”型人才，在训练内容、训练手段上要求更加丰富。

(3) 一体化训练。由于境外条件下缺乏教员、教材等训练条件，需要充分利用国内优质训练资源，构建境内外一体的训练环境，通过远程教育、在线辅导等模式，充分发挥网络化训练的优势。

(4) 体系化训练。维和保障面临着需求多样化、保障条件有限、保障联动要素多等特点，为了高效遂行各类场景下体系化保障任务，需要构建综合化、一体化的训练环境，调动指挥要素、保障要素、技术支撑要素、协调要素等各类主体，将虚拟、实装、半实物、训练场等各类训练设施进行体系集成，强化各类要素在保障任务背景下的综合运用能力。

2.2 训练内容分析

维和条件下的装备保障具有“小行动、大体系”的特点，在保障准备阶段，各类管理机构需要对保障计划、保障资源进行综合调度；在保障实施阶段，境内外保障指挥要素，需要实时指挥控制各类保障力量，与军民资源进行协调，相应的保障分队根据任务要求开展具体的保障活动；在保障任务完成后，保障分队需要常态地对装备进行状态监控与故障预测，管理机构需要不断调整保障计划。

围绕境外保障作战要求，按照训练能力形成的科学规律，在训练内容上，应该能够支持保障人员、保障要素、保障指挥、保障体系等不同层次的训练要求。保障人员需要通过理论学习、装备操作技能训练等手段，强化对多类装备的操作使用；区分装备抢救、装备修理、装备储供等要素，开展任务背景下要素集成训练，使其能够全流程、无依托遂行任务；对于装备保障指挥人员，开展指挥系统操作、装备保障方案拟制、装备保障指挥调度等训练，使其能够指挥调度国内外、军内外各类装备保障力量；按计划、分层次、常态化开展综合演练，包括保障单元合成训练、区域综合演练、全要素综合演练等，聚合内、外部要素，打通信息链路，不断提升整体保障效能。

3 综合模拟训练系统构建

3.1 系统总体架构

从总体上考虑，构建综合模拟训练系统，需要考虑境内外、室内外、实装与模拟、军内外、上下级等各类关系，在境内，设计室内综合模拟训练中心以及野外训练场(可依托训练基地展开)，并与上级领导机构、地方协调部门、相关任务部队能够进行一体联动[7]。在综合模拟训练中心，设置导演部、训练支撑后台、理论学习/虚拟操作训练区、指挥模拟训练区、半实物操作训练区等区域，将前后台进行分离。在野外，通过导控车、导调终端等方式对实装训练进行综合调理。在境外每个维和区域，依托驻地，通过仿真模拟、网上教学等方式，开展继续教育与深化学习。各类训练系统能够在统一导调控制下进行联合训练，系统总体架构如图1所示。

图1 系统总体架构Fig.1 System architecture

3.2 系统组成

综合采用指挥系统软件、模拟仿真、半实物模拟、实兵训练等方式，以导控评估系统、云平台、安全保密为支撑，构建一套适用于国际维和装备保障需求的综合模拟训练系统，包括综合导控评估系统、指挥模拟训练系统、仿真模拟训练系统、半实物模拟训练系统、野外训练支撑系统和训练支撑环境等分系统，系统组成如图2所示。

图2 系统组成Fig.2 System composition

(1) 综合导控评估系统

综合导控系统主要完成训练综合管理、导调控制和考核评估，包括数据管理、想定编辑、计划制定、方案推演、导调控制、监控显示和考核评估等。在训练准备阶段，通过训练综合管理进行基础数据管理和训练规划；在训练实施阶段通过通用导控和专业导控进行对训练情况进行导调控制、态势显示和训练监控。在训练总结阶段，通过训练考核评估软件实现对训练成绩的考核与分析。应用中，训练导控分系统配置在导演部。

(2) 指挥模拟训练系统

指挥模拟训练系统主要为受训人员在提供作业平台，可以接收导控系统发布的训练想定、战术情况和导调控制命令；具备文书处理、要图标绘、量算分析、保障专业指挥控制等功能，其指挥控制命令可以被仿真模型解析。应用中，指挥模拟分系统主要配置在指挥所或受训部位。在训练中，除了能够使指挥人员熟悉掌握各类系统操作使用、运用流程，还应该充分锻炼其在各类复杂场景之下，能够精确、快速地对保障力量进行指挥调度[8]。

(3) 仿真模拟训练系统

仿真模拟训练系统主要是采用模拟仿真的方法，对虚拟兵力、战场环境、装备保障任务、维和装备、保障器材等进行模拟，在此基础上，通过虚拟现实、桌面操作等方式，支持装备保障人员熟练掌握单装保障操作，强化保障单元内部协同[9]。由于模拟仿真的虚拟性质，该系统很容易地部署于国内和境外各类环境中，易于开设与常态化训练，训练效益较高，且升级方便。

(4) 半实物模拟训练系统

装备半实物模拟训练系统通常根据不同装备性能、构造和操作流程设计，主要包括两个方面：一是1∶1比例研制装备操作模拟实物模拟器；二是环境仿真系统。其中实物模拟器主要是给受训者提供与实装一致的操作平台，环境仿真系统主要是根据各种维和装备性能和作战运用，提供与实际驾驶操作、现地作业相似的作业环境，让受训者在虚拟的环境中模拟装备的应用操作。

(5) 野外训练支撑系统

野外实装训练是装备保障能力的最重要环节，但由于野外作业在场景设置、动态变化、装备展开、训练费用、危险性等方面问题，如何最大程度地模拟实际复杂环境，成为主要问题。本文提出通过调理终端、训练监控的方式，不断地下达各类模拟作业场景，监控作业过程和结果，反复演练。

(6) 训练支撑环境

训练支撑环境主要提供云平台、安全保密、通用硬件等各类环境支撑，为境外多支维和部队提供统一的后台基础设施以及各类互连互通手段，确保跨域联合训练的高效实施[10]。

3.3 系统技术架构

按照资源层、服务层、应用层3层结构，在统一的技术体制约束下，保证系统互联互通互操作以及各类资源的网络化管理和调控，系统软件技术架构如图3所示，其中：

图3 系统软件技术架构Fig.3 Technical architecture of system software

资源层主要包括虚拟现实技术、虚拟仿真、通用硬件、半实物模拟等4类资源。虚拟现实资源主要包括VR训练专用软件、VR眼镜、手部动作跟踪设备、三维立体声耳麦、动作传感器等；虚拟仿真装备主要包括基础数据库、仿真模型库、仿真数据库等；通用硬件资源主要包括计算机存储设备、通用网络设备、音视频设备、供电设备等；半实物模拟资源主要包括道路类模拟器、桥梁类模拟器、舟桥类模拟器、筑城类模拟器、伪装类模拟器、爆破类模拟器和抢建抢修类模拟器。

服务层基于资源层要素，提供资源管理服务、公用软件、数据规则库、应用支撑服务。资源管理服务主要包括实时传输服务、仿真传输服务、训练资源接入服务、训练资源管理服务与分布式互联中间件；公用软件主要包括操作系统、数据库、办公软件、地理信息系统；数据规则库主要包括训练作业数据库、训练过程采集数据库、评估指标及模型；应用支撑服务主要包括三维模拟仿真平台、导调控制服务、场景构设服务、教学考核服务、分析评估服务、态势显示服务、综合管控服务。

应用层是面向特战训练需要，构建的各类应用系统，包括理论学习、技能训练、单元合成训练、要素演练、综合演练等。

3.4 系统信息交互关系

系统信息交互关系如图4所示。

图4 信息交互关系图Fig.4 Relational graph of information interaction

(1) 系统能够感知上级指挥信息系统的指挥命令、计划文书、态势情报等信息，并能够向上级指挥信息系统发送训练科目、导调文书以及计划想定等信息。

(2) 系统能够获取相关任务部队与武器平台系统的指挥命令、计划文书、态势情报等信息，并能够向着任务部队与武器平台系统发送训练科目、导调文书以及计划想定等信息。

(3) 系统能够获取战场环境构设和保障装备的状态信息，并能够向战场环境构设和保障装备发送导调指令。

(4) 系统具备与其他任务部队、国际维和部队联合训练能力，开展异地同步训练。

4 系统关键技术

4.1 沉浸式三维虚拟战场环境建模技术

逼真的三维虚拟战场环境是实现沉浸式虚拟现实模拟仿真的基础，为了使用户能够规划装备保障方案和沉浸式模拟装备保障行动，系统需要为用户提供虚拟战场环境编辑工作环境，使用户能够依据作战地域地理信息数据，航天、航拍影像，照片等资料，快速构建相关地域三维虚拟战场环境。基于三维战场的高精度训练系统，对战场环境的建模与仿真精度要求非常高。弹药爆炸产生的弹坑、设置的障碍、排除的障碍等动态战场环境将影响受训人员对战场的观察以及车辆的运动，需要对动态战场环境进行建模与仿真。通过采用国内已引进并改造的先进的仿真支撑平台，解决动态战场环境的建模与仿真，仿真系统接收到爆炸、工程保障等信息后，可以对弹坑等地形改变情况进行实时三维建模与渲染，并仿真弹坑等对车辆机动的影响[11-13]。

4.2 分布异构系统的数据采集与处理技术

为了对维和装备保障训练效果进行客观地分析评估以及对训练过程进行有效管理，需要实时与指挥信息系统、模拟仿真系统、半实物模拟器、野外调理终端、战场监控系统等各类分布异构系统交互，实时采集态势数据、装备操作数据以及音视频数据等，并按需进行数据的汇总收集和关联处理。可采用统一的数据采集和存储机制，利用数据中心的大数据平台，存储各类结构化、非结构化的采集数据，并在训练过程中对各类数据进行关联标记，训练结束后对数据进行统计分析和关联处理。

4.3 基于云计算的信息服务技术

在综合模拟训练系统的构建中，云计算是支撑各类复杂、异地训练系统开设与常态化训练的重要功能，如果将各类系统到云端去完成，国内外一体运行，如何确保安全、可靠、高效等，都是需要研究的问题。首先制定统一的技术体制和标准规范，构建联合训练导控平台。通过基础通信网络，连接广域分布的保障装备感知、通信网络、计算存储、时空基准、安全保密、综合管理、基础数据等资源，提供注册发布、按需调度、规划分配、计量评估等资源管理功能，为应用层提供各类信息和服务支撑。然后通过资源虚拟化技术，实现各类资源的虚拟化管理、统一监视与组织调度。通过云计算存储资源管理调度系统，实现计算、存储、网络资源的虚拟化和动态扩展，同时承载虚拟化方式部署的应用服务。最后通过服务化集成技术，采用“前端应用+后台服务”的方式，提供信息服务、主题服务等共性应用支撑，构建开放的业务服务集成环境，能够按需加载各类应用服务。

4.4 异构系统集成技术

在综合模拟训练系统的构建过程中，由于各类训练子系统种类繁多，功能不一，限于技术体制和数据标准不统一，难以有效融合，实现信息互联互通和资源共享，亟需构建一个“公共平台”，为所有异构系统综合集成，实现训练信息系统和各类实装系统之间的信息交互提供支撑。借鉴美军TENA技术架构，制定统一的技术架构、数据标准和信息交互协议，进行一体化设计，采用训练实装网络和训练支撑网络相互独立的“双网”机制，通过中间件集成接入现有或在建的训练导控平台、实装装备系统、模拟仿真系统和训练支撑工具，实现各类训练资源的集成接入和有机融合，以及训练资源的集中统管和训练过程的导调控制。新研系统按照统一框架标准和接口规范提供集成接口，可实现灵活接入。

4.5 智能化训练评估技术

智能化评估技术以基于知识图谱的知识表述、智能化评估指标和数据管理和深度学习的评估指标优化等关键技术为基础，通过面向问题的智能化评估指标设计、智能化评估数据采集与展示、基于大数据和深度学习的智能化评估优化等关键技术，支撑面向问题的智能化在线评估与自动优化的实现。主要解决以下问题：一是面向问题的评估指标构建问题。评估系统内数据容量和类别呈指数级增长趋势，评估目的的涉及领域更加宽广和精细，评估模型的建立愈发复杂[14-15]。评估人员面向问题进行评估指标分析，面对海量信息进行评估模型设计时将出现建模难度提高和信息过载的情况；二是智能化评估数据采集与展示的问题。核心在于指标体系的智能化构建的评估模型表述方法以及训练数据的自适应调整对应；三是定性和定量相结合的指标在不同想定背景下的过拟合问题。

5 结束语

以导控评估、计算机仿真、LVC互连等技术为支撑的综合模拟训练系统，能够为受训者提供一个完整、逼真、实战的训练环境和作业平台，能够有效提升保障人员对各类装备理论和技能的掌握，促进保障单元协同能力以及各类保障资源的统一管理与调度。本文开展了系统设计，设计了系统架构、系统组成、技术架构、信息关系等内容，对相关关键技术进行了初步探讨，初步构建了维和装备保障训练的理论框架，为后续相关系统的开发与组织运用提供了参考依据。