基于自然决策的舰艇编队作战计划生成技术框架研究∗

王 伟胡 丹

（1.91550部队 大连 116023）（2.91180部队 大连 116041）

1 引言

舰艇编队是海军遂行任务时的重要作战力量，生成周密的舰艇编队作战计划需要较完备的战场信息和较充裕的决策时间，但在面对海上突发军事冲突等复杂作战环境时，充满着动态性、模糊性和不确定性，周密作战计划的生成方式很难完全满足时间紧迫、环境复杂的决策条件。如何在短时间内针对战场环境快速生成编队作战计划，做出合理决策，成为舰艇编队作战所面临的突出问题。

2 自然决策的概念

决策是指个人或集体为了达到或实现某一目标，借助一定的科学手段和方法，从若干备选方案中选择或综合成一个满意合理的方案，并付诸实施的过程［1］。传统决策理论将经过分析、计算的结果作为决策依据，但在处于时间紧迫、目标不清晰等复杂环境下，人做出的决策往往与传统决策理论给出的决策不一致。

20世纪八十年代，美军发现在面临突发事件或动态环境时，传统决策理论做出的决策也并不符合人在同样环境下的认知规律。为此，美军开始研究那些不确定环境下的、时间紧迫条件下人的真实决策过程。美军于1989年举办的一次学术会议上正式提出了自然决策的概念，并由Klein等将会议成果编纂成册［2］。

自然决策理论强调，当处在决策时间紧迫的环境时，决策的形成依赖于已知的认知经验。决策者通常会跳过繁琐的分析步骤，以信息和经验为基础对决策情境进行分析与判断，形成适当的决策方案。自然决策重点关注复杂、动态现场环境下的决策问题，强调经验在决策过程中的重要性，展现了与传统决策理论单纯追求理性分析的不同。而研究也表明，经验丰富的决策者的主要决策手段并不是传统决策理论［3］。

3 舰艇编队作战计划生成的决策分析

作战计划是为完成作战任务而制定的指导作战准备和作战行动的指挥文书，是指挥员决心和意图的具体体现，是部队作战准备和作战行动的依据。其实质是作战力量在一定时空、资源约束条件下，采取适当方法实现作战目标的预想。本文主要讨论舰艇编队在战斗-战役级别下对海突击作战行动的计划生成。

通常情况下，舰艇编队作战计划制定首先利用情报、侦察等手段从战场收集大量的信息、数据等情报资源；而后对所获得的情报资源进行分析，将敌我两方的作战兵力、作战部署进行综合比对，判断敌方的作战企图，评估对我方造成的威胁；再通过对上级下达的作战使命及意图的理解，在上一步态势评估的基础上，在军事规则和运筹计划的共同作用下，制定若干作战计划；再选取适当指标对计划进行评估，选择其中最优的计划作为最终作战计划；最后，监视计划在实施过程中的任务完成情况，必要时对计划进行调整。以上作战计划的生成过程是以分析思维为主的军事决策，其中的各项工作都是建立在理性分析的基础上，为指挥员提供了若干可供选择的作战计划。适用于目标状态清晰、决策信息完备、决策时间充裕的决策情境。

然而战场环境瞬息万变，作战计划的制定无法始终处于理想的决策环境，很多时候都是在环境复杂、时间紧迫的情况下做出的。有经验的指挥员经常会将当前问题归为他们曾经经历过的一类情境，从而迅速制定一个初步的行动方案，随后在内心对该方案进行评估和判断，如果可行，则立刻付诸于行动，而不追求其是否最优；如果不可行，则细化、修正该方案或寻找新的方案。可以看出，在非理想化的情况下作战计划生成的决策过程更符合自然决策理论的认知过程和特征。

4 基于自然决策的作战计划生成技术框架设计

4.1 自然决策RPD模型分析

自然决策理论发展至今，由于众多学者的研究侧重点各不相同，因此并未构成一致的决策模型。其中Klein提出的RPD模型是其中影响力最大、最经典的自然决策模型［4］。RPD模型认为战场指挥员在时间紧迫、形势复杂的情况下进行作战决策时，并不会进行大量的计算分析，而是通过将当前情境与指挥员记忆中的经验进行对比，提取出存储在记忆中的可行方案，并迅速对方案进行可行性评估，如果可行则直接作为执行方案，否则，根据方案可行的程度，对方案进行调整或直接放弃该方案转而提取其他方案进行以上操作。可以看出，RPD模型并未充分考虑其他可能方案，所得方案也并非最优决策，而是利用经验在复杂环境下快速得到满意决策。RPD模型提出后，通过对美军师旅级指挥官决策过程的研究，发现在不同情境中，符合RPD模型的比例为50%～95%［5］。RPD模型如图1所示。

图1 RPD模型示意图

RPD模型主要由一个前提和两个步骤组成。

1）丰富的经验。经验是基于记忆的知识结构［6］，是知识、经历经过信息加工后在人脑中的长期沉淀。自然决策要发挥作用，首要的前提是指挥员头脑中要有足够的经验，只有具备丰富的经验才能在面对复杂环境时做到胸有成竹。这也是为什么经验丰富的指挥员更倾向于利用经验进行决策的原因。同时，这一前提条件也明确了自然决策解决问题的范畴，当不具备丰富经验时，依然需要利用分析决策对问题进行处理。

2）情境识别。首先收集当前情境下的相关信息，判断当前情境是否与以前的经历相似，如果有相似的经历则对情境进行评估：搜索当前情境中的重要线索，建立可能达到的合理目标；对结果做出预期判断。情境评估之后，需要确定下一步采取的方案及过程。若此时情境与记忆中出现过的情境相似，则可采用相对应的行动作为方案，为下一环节做好准备。

3）头脑仿真。在选择出对应的行动方案后，并不是立即执行。因为基本不可能存在完全照搬过去经验而解决问题的情况，所以需要在头脑中对检索出的方案进行可行性评估，检验其是否能够满足目标和要求，如发现方案大体可行，但是有不当之处，则分析产生不当之处的原因，进而对问题之处进行修改。如发现方案不具有可实施性，则直接忽略该方案，重新选择。这一过程寻找的是满意解，根据时间的紧迫性决定评估方案的个数。头脑仿真是一种在想象中进行演练的脑部活动，从长期记忆形成的经验角度对方案的发展进程进行想象。进行头脑仿真不是为了像传统决策分析那样计算最优方案，而是为了判断方案是否可行。因为进行分析的时间不够充裕，决策时间紧迫，决策者对方案的选择依据是是否可行，而不会分析在各角度上的优劣。头脑仿真的优势还体现在可以对模拟过程中发现的问题随时进行修改，并从修改之处重新模拟，判断修改后的方案是否可行。

4.2 基于RPD模型的作战计划生成技术框架构建

本文的研究内容并非从认知心理学角度提升指挥员的作战计划生成能力，而是以自然决策RPD模型为基础，将模型中的各个环节由单纯的人脑活动向人机结合的半自动化方式转变。RPD模型中的主要环节是“经验”、“情境识别”和“头脑仿真”，将其分别映射为“作战计划表示层”、“作战计划检索层”和“作战计划仿真层”，构成作战计划生成技术框架的层次结构，实现对作战计划生成的半自动化辅助支持。如图2所示。

图2 RPD模型向作战计划生成框架的映射

4.2.1 作战经验向作战计划表示层的映射

作战经验要转变为可被计算机使用的形式，需要将人脑中的经验提取出来，对经验进行符号化、形式化或模型化的表示，形成机器能处理的数据结构。在各种演习和训练中，形成了大量的作战计划，它们是指挥员经验和智慧的集中体现，是大量军事人员倾注心血，运用专业知识和经验凝结而成的，是蕴含着经验的文字性表述。将指挥员头脑中作战经验映射为凝集着经验的作战计划，可以解决提取经验困难的问题，是现阶段替代经验的理想选择。

4.2.2 情境识别向作战计划检索层的映射

情境识别是将当前的问题情境与记忆中的经验进行比对，从中搜索、检索出相似情境下的解决方案。基于案例的推理（Case Based Reasoning，CBR）可以对这一过程进行可计算化描述。CBR是对人脑处理复杂问题过程的模拟，通过检索已有案例，得出当前问题解决方案的推理过程［7］。已在医疗诊断［8～9］、司法判决、产品设计等领域得到广泛应用。CBR是人类解决问题的一种认知模型，反映了人类解决问题的一种类比推理过程，其核心思想是“相似问题具有相似的解决方案”，是利用过去的经验来理解和解决新的问题。CBR利用经验类比出解决新问题的方案，和RPD模型中情境识别表示的与记忆中经验进行比对的认知过程一致。因此可利用CBR理论的方法对PRD模型中的情境识别进行可计算化描述。

4.2.3 头脑仿真向作战计划仿真层的映射

通过情境识别找到解决方案后，指挥员还将通过对该方案的可行性进行评估，以检查是否有不当之处。如果发现有任何问题，则对这一方案进行修正。为评估方案是否令人满意，指挥员会在大脑中摸拟方案的执行过程，包括要采取的步骤，这些步骤的潜在结果，可能会遇到的问题，如果遇到问题该如何处理等。与分析决策方法不同，进行头脑仿真是为了预防不加鉴别的思维可能导致的错误，而不是计算最优方案。因为决策时间有限，指挥员会根据经验围绕最有可能成功的方案展开思维。由上述可知，头脑仿真的目的是评估过去的解决方案在当前环境下是否可行，当发现问题时对方案进行调整，调整内容来自于对头脑仿真结果的分析。从辅助支持作战计划生成角度看，可利用计算机仿真替代头脑仿真，为指挥员提供可视化的仿真过程，实现判断作战计划可行性目的。

5 技术框架功能分析

技术框架整体分为三大组成部分：作战计划表示层、作战计划检索层和作战计划仿真层。在作战计划进行表示的基础上，方可进行作战计划的检索；在检索出作战计划的前提下，才能够进行作战计划的调整，最终生成可行的作战计划。

5.1 作战计划表示层

作战计划表示层的功能是将文本化表述的作战计划形式化表示为计算机可理解的数据结构。在对作战计划进行形式化表示之前，首先需要构建作战计划的概念模型。概念模型是从文本化的作战计划到计算机可读的形式化表示之间的重要环节，是面向编队作战军事领域的统一表示，是实现舰艇编队作战计划相关内容的一致性描述。构建编队作战计划概念模型需满足两方面的需求：一是有效对编队作战计划进行描述的需求，即从作战计划的领域知识中提取出规范化的内容进行描述；二是概念模型要在形式和结构上便于进行检索，为后续的作战计划检索打下基础。

本体理论是对领域知识中概念、术语及相互关系进行规范化描述的方法［10］，可利用本体论的研究方法，对作战计划中的实体、时间、空间、行动等基本元素及元素间关系进行描述。在基本元素本体描述的基础上，建立面向检索的概念模型整体结构，将作战计划概念模型的总体结构表示为问题描述域和解描述域两部分。作战计划的问题描述域表明了作战计划的使用条件，是作战计划的约束条件；作战计划的解描述域是针对战场环境而制定的作战任务。根据舰艇编队对海突击作战的特点，可选取作战目标、敌情描述、作战兵力等要素作为问题描述域的组成部分，选取作战编成、作战行动等要素作为解描述域的组成部分。构成编队作战计划概念模型结构=<问题描述域（作战目标，敌情描述，作战兵力），解描述域（作战编成，作战行动）＞。最后以基本元素为材料完成对结构中要素的填充，形成完整的概念模型。

在明确了作战计划的概念模型后，可选择XML表示法、谓词逻辑表示法，框架表示法，语义网表示法等方法对概念模型进行计算机可读的形式化表示［11～12］，最终将若干文本化的作战计划通过形式化表示构成作战计划库。

5.2 作战计划检索层

作战计划检索层的功能是从作战计划库中搜索出与当前作战环境相似的计划。这涉及两方面内容：用于检索的特征属性和检索方法。

1）特征属性是判断作战计划相似性的依据，表示用于检索的内容。作战计划的问题描述域是区分作战计划应用环境的重要依据，表明了作战计划的使用条件和作战环境，因此可根据问题描述域中的内容从作战计划库中寻找最相似的计划。而问题描述域包含丰富的内容，需要从中提炼出用于检索的特征属性，利用特征属性的相似性计算完成计划检索。特征属性的提炼依靠军事领域知识，且需要对特征属性进行量化处理，便于检索的实施。

2）检索方法可采用灰色关联度方法。利用作战计划中的特征属性和当前作战环境之间的灰色关联度，来衡量作战计划和当前作战环境之间的相似程度，关联度越高，相似程度越高。计算灰色关联度时，因作战计划的某些特征属性所蕴含的军事意义及表现形式，不适宜直接利用灰色关联度公式进行计算，故需将相应特征属性的灰色关联度计算进行适用性转换。同时，为体现特征属性间不同的重要程度，在计算灰色关联度时应为各属性赋予相应的权重。

5.3 作战计划仿真层

作战计划仿真层在对检索出的作战计划进行适应性修改后，对计划进行仿真。如仿真结果不符合决策者预期，则利用因果分析模型对仿真输出结果进行分析，由决策者根据产生问题的原因对计划进行调整后再次进行仿真，直至仿真结果符合预期。作战计划仿真层体现了头脑仿真中评估-调整-再评估这一快速迭代的过程。

作战计划仿真层中，仿真系统可采用基于离散事件的仿真策略来模拟作战进程。为便于对仿真结果进行分析，仿真系统的输出数据需包含事件间因果关系的信息。利用事件图等因果关系模型完成对仿真结果的因果分析，对问题的原因进行事件点定位。仿真系统支持回退机制，由决策者回退至事件点，修改影响事件的参数后再次仿真，并将修改的内容映射到原作战计划，完成对作战计划的调整。

6 结语

自然决策是人在处置危机情形时的真实决策过程，为在瞬息万变的战场环境下快速生成舰艇编队作战计划，本文以自然决策的RPD模型为基础，将模型中的各个环节由单纯的人脑活动映射为人机结合的半自动化过程，设计了基于自然决策的作战计划生成技术框架，详细阐述了作战计划表示层、作战计划检索层、作战计划仿真层的功能。如何构建面向因果分析的模型、设计支持回退式调整机制的作战仿真系统是未来的研究重点。