基于兵棋推演的分队战斗行动方案评估*

徐 磊，杨 勇

（武警警官学院，成都 610213）

0 引言

信息化条件下，影响战斗的因素非常多。一个分队在执行战斗任务过程时，战斗行动方案通常包含很多要素：一方面，在复杂战场环境下，面临的对手所采用策略及方案是未知的，另一方面，为了达成某一作战任务，战斗行动方案可能会有多种可能，而指挥员需要关注最终方案的效果主要有：可行性、可接受性、恰当性、应变性和风险度5 个方面［1］。在这种情况下，哪种方案效果最佳？单靠指挥员用人脑对获知的所有信息进行处理并作出决策是不现实的。因此，利用兵棋推演系统，通过（OODA）环中的观察、判断、决策等行动进行多次兵棋推演，推演同一种方案可能产生的结果，为指挥员决策提供依据。

作战方案评估的方法目前有很多种：数学解析法、专家评估法、作战仿真模拟法等等［2］，大多以仿真作战行动过程和武器装备性能为结果，难以摆脱专家经验和知识的束缚。而兵棋推演系统作为一套完整的模拟系统，可充分体现各方面因素对战斗行动的影响，如自然环境和作战环境，同时也能反映指挥谋略、控制手段等“软因素”对部队战斗行动效能的影响。

本文针对战斗行动方案的动态性提出了采取决策点控制的战斗行动方案，并运用兵棋系统按照时间节点对行动方案进行推演直至推出战斗结果，用战斗结果来评价和衡量战斗行动方案的优劣。

因此，本文使用的方法，对于战斗行动方案评估的理论和实践探索具有一定的现实意义。

1 分队战斗行动方案评估分析与效力函数建立

战斗行动方案评估与想定息息相关，需要根据不同的想定，分析不同作战阶段和影响因素，并制定不同的战斗行动方案［3］。

1.1 作战想定与模型假设

本文主要基于分队战斗进行分析，作出以下作战想定和模型假设。

作战想定：基于某作战任务条件下的分队战斗战场环境。模型假设：①红、蓝双方均拥有不同类型的作战力量单元；②红、蓝双方按照红方先手，蓝方后手依次进行推演；③双方的作战力量单元均具有攻击能力；④作战时限为实际作战30 min；⑤红、蓝双方作战单元部署已到位。

如何依据战斗结果评价和衡量战斗行动方案的优劣，需要对主要影响方案制定的因素进行描述。

1.2 构造评估战斗行动方案的效力函数

待评估的战斗行动方案集合，记作A={A1，A2，…，Am}，其中m≥1。运用战斗行动方案进行推演，得到战斗结果属性记为R={R1，R2，…，Rn}，其中n≥1。合理制定战斗结果属性，对评估战斗行动方案非常有意义。x 是由各个战斗行动方案Am的结果属性构成的战斗结果效力函数集合，是一个m×n 阶矩阵，由G→A×R=X，则有

其中，G 代表推演过程，当有Ai∈A 时，评估战斗行动方案效力函数为：

战斗行动方案Ai优于Aj，当且仅当P（Ai）＞P（Aj）。通过上述可以看出，某一战斗行动方案的战斗结果关键是受结果属性的影响，下面讨论构建战斗结果属性。

1.2.1 占领主要及次要目标地

在作战任务过程中，以最终是否占领主要及次要目标地作为衡量战斗结果的重要指标。因此，在构建占领目标地战斗结果属性RM时，根据不同的战斗行动方案Ai，战斗结果效力函数为：

其中，M（RM）为占领目标地量化函数，一般以抢占要地的难易程度及重要性进行取值。同时目标地的状态会发生改变，可用MD表示当前目标地状态是否被占领、被何方占领等等。

1.2.2 剩余作战实力与歼灭对方作战实力

1）作战实力模型

对某一作战力量单元的战斗实力大小，依据所携带的武器种类、火力指数、装甲防护等级，按不同类型数量累加计算得到某一作战力量单元的战斗实力。其计算公式为：

式中，Fk为第k 种作战单元的战斗实力；Wl为第l类武器；Dl为第l 类武器的火力指数；n 为携带武器种类数量；Z 为装甲等级。

某一方总作战实力计算公式为：

式中：F 为总作战实力；Nk为第k 种作战单元的数量；Fk为第k 种作战单元的战斗实力。

2）战斗结果描述

在作战过程中由于对抗双方均会有损耗，所以战斗结束后最终剩余作战实力直接影响着战斗结果。构建双方剩余作战实力战斗结果属性和歼灭对方作战实力战斗结果属性时，战斗结果效力函数为：

其中，xixS为红方剩余作战实力；xixJ为红方歼灭作战实力；Fx为红方总作战实力；Fxsh为红方损失作战实力，且有相对毁伤率LRx满足下列函数：

xiyS为蓝方剩余作战实力；xiyJ为蓝方歼灭作战实力；Fy为蓝方总作战实力；Fysh为蓝方损失的作战实力，且有相对毁伤率LRy满足下列函数：

交战双方兵力的相对毁伤率比，记为RLR。则

2 战斗行动方案描述

在分队战斗行动中，不同作战力量单元是相互独立的实体，其战斗行动受时间、作战样式、当前状态等方面的影响，按一定序列构成一系列具有因果关系的行动集合［4］。本文主要采取一种基于战斗行动方案分支和决策点作为战斗行动方案描述方法，可以实现支持战斗行动方案多分支的描述和可直接用于兵棋推演系统输入。即：

其中，Lj为战斗行动方案分支，Dk为决策点。

2.1 战斗行动方案分支描述与建立

根据兵棋推演系统的复杂性和对抗对手战斗行动方案的未知性与不确定性，可以将战斗行动方案分解为若干种可能的行动方案分支，每个战斗行动方案分支是由一个个相互独立的战斗行动元构成，则有

Aij为在某一战斗行动方案Ai中的任意一个战斗行动元，即任意战斗行动分支由有因果关系的战斗行动元的集合。

2.2 战斗行动元的建立

本文考虑任意战斗行动方案分支Lj中的战斗行动元主要包含两个大方面的因素：机动［5］Am、直瞄武器射击Ax。

2.2.1 机动Am

机动Am由下列函数集构成：

2.2.2 直瞄武器射击Ax

直瞄武器射击Ax，可以由一个函数集进行描述：

其中：SZ 为射击状态，其属性值是一个布尔值，用1表示已射击，用0 表示未射击；JD 为机动状态，其属性值是一个布尔值，用1 表示已机动，用0 表示未机动；TS 为可观察能力，其属性值是一个布尔值，用1 表示可观察，用0 表示不可观察；TR 为某一作战力量单元武器的最远攻击距离；MZ 为武器命中敌人后的毁伤效果；MS 为距离攻击目标的距离。

直瞄武器射击方式主要有行进间射击、机会射击、掩护射击和最终射击等几种类型，分别记为：Ax1，Ax2，Ax3，Ax4，则约束条件分别为：

2.3 决策点的建立

每个决策点都包含若干个决策条件，随着战场上的双方作战实力、地形环境条件、攻击目标等因素的变化，可选择新的战斗行动方案分支也在动态变化，可用函数集Dk来确定决策点。本文主要依据RLR 的变化考虑两个方面的决策点，即

其中，DD为确定进攻路线；DS为确定攻击目标顺序；RLR 为交战双方兵力的相对毁伤率比。

3 战斗行动方案推演准备

3.1 作战想定与模型准备

作战想定：水网稻田地遭遇战

模型准备：①红、蓝双方均拥有坦克、战车和步兵3 种不同作战力量单元，且各编配2 个坦克排、2个战车排、2 个步兵排；②红、蓝双方按照红方先手，蓝方后手依次进行推演；③双方只有坦克力量单元具备进行间射击能力；④作战时限为5 个回合共20个阶段；⑤红、蓝双方作战单元部署已到位；⑥均向主要目标地和次要目标地发起攻击。

根据前述可计算得出本文所使用兵棋推演系统红蓝双方作战力量单元战斗实力如表1 所示：

表1 作战力量单元战斗实力（以班为单位）

根据表1 可得在上述想定背景下，红、蓝双方的总作战实力分别为：

3.2 实验平台

使用的推演平台为某战术级计算机兵棋推演系统，该系统可以同时支持对抗双方以输入战斗行动方案代码形式，驱动不同类型作战力量单元的战斗行动，且遵循以下推演流程进行对抗，如图1 所示。

图1 一个回合4 个行动阶段的推演流程

3.3 效力函数确认

本文以制定红方战斗行动方案与蓝方进行推演。根据兵棋推演想定，将效力函数指标主要选取以下3 项战斗结果属性，作为此次战斗行动方案的评估指标。

1）占领目标地（xiM）

目标地共分为两个：主要目标地和次要目标地，为鼓励进攻原则，则将占领主要目标地等同于歼灭红方8 个班坦克的价值，占领次要目标地等同于歼灭5 个班坦克的价值。则xiM由4 个属性值构成：

xiM：{0，50，80，130}

2）红方剩余作战实力（xixS）

整个推演结束后，红方的剩余作战实力可由式（6）求得。

3）歼灭蓝方作战实力（xixJ）可由式（6）进行确定。

最终，评估效力函数P（Ai）为

3.4 战斗行动方案描述

根据作战任务想定和背景，红方采用不同的主攻方向组合，制订了4 套战斗行动方案，分别为

1）决策点Dk

主要包括：进攻路线DD决策条件为{SZ，SC}；攻击目标顺序DS决策条件为{LX，Fk}。交战双方兵力的相对毁伤率比RLR 决策条件为{0.5，1，1.5，2}；

其中：DS的攻击顺序依据Fk的高低，依次为LX=TANK，Chariot，soldier，即先攻击坦克、其次攻击战车，最后攻击步兵。

进攻路线DD的决策，依据SZ，SC（即距离主要目标地和次要目标地的距离），选择向主要目标地前进、向次要目标地前进、不前进。

当RLR＜0.5 时，决策点Dk不前进；当0.5≤RLR≤1 时，决策点Dk向次要目标地前进；当1≤RLR≤1.5时，决策点Dk向主要目标地前进；当1.5≤RLR≤2 时，决策点Dk同时向主要、次要目标地前进；当2≤RLR，决策点Dk向主要、次要目标地前进，并全歼敌方；

2）战斗行动方案分支Lj

在制定战斗行动方案分支时，充分考虑对手蓝方的各种可能，所以共制定了12 种战斗行动方案分支，简要描述如下：

方案分支L1：沿某路进攻，首先向主要目标地前进，利用坦克进行快速行进间射击，而后步战车快速前进，最后占领主要目标地；

方案分支L2：占领主要目标地后，兵力充足情况下攻击次要目标地，最后占领次要目标地；

方案分支L3：向主要目标地前进受阻，则分兵进攻次要目标地；最后占领次要目标地；

……

方案分支L12：占领主要目标地和次要目标地后，镇守阵地。

4 推演结果评估与实验分析

根据实验中经常采用的重复运行法［6］，每种战斗行动方案均推演了N 次，下面使用统计方法进行统计并进行分析。

4.1 统计结果

1）对方案A1推演50 次数据统计如表2 所示：

表2 A1 推演数据统计表

对统计数据进行处理，而后求得期望E 分别为E［xixM］=57.62，E［xixS］=33.52，E［xixJ］=86.67，E［RLR］=1.87。方案A1的战斗结果评估为P（A1）=-62.76。

2）对方案A2推演50 次数据统计如表3 所示：

表3 A2 推演数据统计表

对统计数据进行处理，而后求得期望E 分别为E［xixM］=73.5，E［xixS］=45.35，E［xixJ］=102.7，E［RLR］=1.10。方案A2的战斗结果评估为P（A2）=-38.6。

3）对方案A3推演50 次数据统计如表4 所示：

表4 A3 推演数据统计表

对统计数据进行处理，而后求得期望E 分别为E［xixM］=57.00，E［xixS］=65.80，E［xixJ］=109.91，E［RLR］=0.78。方案的战斗结果评估为P（A3）=70.26。

4）对方案A4推演50 次数据统计如表5 所示：

表5 A4 推演数据统计表

对统计数据进行处理，而后求得期望E 分别为E［xixM］=35.71，E［xixS］=33.79，E［xixJ］=77.11，E［RLR］=1.84。方案的战斗结果评估为P（A4）=-113.86。

4.2 实验结果分析

最终评估结果为：

结果表明，红方战斗行动方案A4在所有方案中是较为合理的。

现对4 个方案的数据进行综合对比分析，如表6 所示：

表6 推演数据统计分析

对于红方的4 个战斗行动方案，其中，方案A1和方案A4受蓝方阻力较大，损伤兵力过大，尤其是方案，攻占主要目标地的概率极低；方案A3占领目标地的完成度较方案A2弱一些，但方案A3的相对毁伤率RLR 较方案A2强，因此，可以有效实现利用自己少量的兵力去消灭敌方更多的作战力量单元。

基于复杂地形的水网稻田地遭遇战是分队战斗行动中比较典型的作战样式，具有一定的代表性，对于其他样式的分队战斗，在确定相应的指标后，仍可采用相同的方法和步骤进行战斗行动方案评估。

5 结论

分队战斗行动方案的评估是一个十分复杂的问题，为实现分队战斗行动方案评估，本文提出了基于兵棋推演的一种评估方法，一是分队战斗行动方案评估分析与效力函数建立，以战斗结果而非专家认识准则为出发点和落脚点，反映出评估结果对战斗行动方案的客观性；二是针对战斗行动的动态性，采用决策点控制的方法，制定战斗行动方案可能的分支，由传统的预先静态方案改为实时动态战斗行动方案，自动调整方案分支并进行实时推演；三是利用兵棋推演平台能够贴近实战进行推演，通过回合制推演而动态演化作战过程，得到战斗行动方案演化过程和逼真的交战数据，将“仿真实验”改为“客观事实”。但该方法也有需要进一步改进的地方，如效力函数模型的多样性还可以进一步丰富，另外，评估的客观性完全依赖于兵棋推演取得的数据，因而还需要对决策点和战斗行动方案分支进一步地优化和细化。