基于“公共平台”的炮兵营作战行动模型构件开发

杨艾军，叶文虎，马胜辉

（1.解放军炮兵学院，安徽 合肥 230031；2.安徽送变电工程有限公司，安徽 合肥 230601；3.解放军75230部队，广东 韶关 512000）

联合作战仿真是当前作战仿真领域研究的热点，也是难点，要实现联合作战仿真必须有大量可重用性好的各军兵种、战役战术层次的军事模型，且各模型系统具有良好的互联互通互操作性。传统的作战仿真模型由于不是按标准开发的，缺少统一的基础数据、体系结构、建模方法，可重用性差。为此，引进构件开发技术，采用“平台+构件”的开发模式实现军事模型的构件化开发是实现联合作战仿真的一条可行之路，本文以炮兵营作战行动模型构件的开发为例，论述基于“公共平台”的作战行动模型开发过程。

1 基本概念

“公共平台”是整个军事仿真系统的公共部分，是介于计算机操作系统与具体应用之间的能够对具体应用提供强大支撑的二次开发平台，也是一个构件运行环境。它具备模型开发的统一标准和接口，为模型开发提供了以构件形式存在的通用基础功能服务如标图、文书等和形成具体应用操作所需的基本函数，且能够搭载相应构件运行，生成具体领域应用系统。

构件即“组件”，是指基于“公共平台”开发的具有良好封装性、可组合性和可扩展性的，需要搭载到平台上才能运行的功能程序模块。构件具有“即插即用”特性，可轻易实现动态加载和模型的可重用性。

2 作战行动的规范描述模型

炮兵营作战行动是炮兵营作战实体按照指挥实体的命令或交互信息的要求在给定战场环境下的不可分或不必要再分的自主基本战斗反应[1-2]。任务牵引着行动，任何作战任务都是通过一定序列的作战行动来完成的。因此，我们首先进行作战任务的分析。

2.1 炮兵营作战任务分析

炮兵营所承担的作战任务多种多样，可分进攻、防御、炮战三种战斗类型，每种战斗类型还有各自不同的作战样式。针对不同作战样式，对所有作战任务进行分阶段、分层次的描述，得到各任务所包含的子任务（或称基本任务）以及完成子任务所需的行动序列[4]。炮兵营作战任务具有一定的逻辑时序顺序，为了更加清晰地描述任务之间的关系，可通过任务层次图表现任务之间存在的或顺序、或并列、或选择、或条件的逻辑关系。

2.2 炮兵营作战行动的规范化描述

表1 炮兵营作战行动规范化描述列表

战3 射击炮分队敌目标接上级命令或达到开始时间/任务完成作战单位、射击方式、射击类型、射击要求、目标属性、表尺、方向、装药、弹药量、火炮数量类型、目标对抗性、人员素质等射击效率、毁伤目标数

通过炮兵营任务行动层次分析，可得到完成各作战任务的基本行动序列。该基本作战行动假定为不可再分或不必再分的层次，抽取炮兵营基本作战行动，并从执行实体、开始/结束条件、影响因素和行动效果等方面对基本作战行动进行规范化描述。炮兵营部分作战行动规范化描述如表1所示，其中影响因素对应构件输入，行动效果对应构件输出。

2.3 炮兵营作战行动的UML建模

在UML建模中，类是具有共同的结构特征、行为特征、联系和语义的对象集合[4]。通过对炮兵营实体模型中所有实体的描述，从作战行动的执行实体角度，可以归纳得出炮兵营实体模型的各实体类：炮兵营公有实体类、观察所实体类、战炮实体类、战斗保障实体类、后勤装备保障实体类等；其中战斗保障实体类包括通信实体类、构工实体类等，侦察分队属于观察所实体类，战炮实体类主要描述炮兵营实体和炮兵连实体。类的图标包含类的名字、属性、操作等成分，实体的相同属性对应了类的属性；实体的相同行动（动作）对应了类的操作。类图是对实体模型的静态结构关系的描述，炮兵营执行实体的分类及结构关系如图1所示。

图1 炮兵营实体类图

有些作战行动如机动、部署、转移、撤离、构筑工事等是全营所有实体都要执行的，我们把它们封装为炮兵营公有实体类的操作，并把炮兵营所有实体的公有属性也封装为公有实体类的属性。这样，其他实体类一方面继承公有实体类的属性和操作，另一方面具有自身特有的属性和操作（行动）。炮兵营执行实体类及所属作战行动如表2所示[4]。

表2 炮兵营执行实体类及所属作战行动列表

3 作战行动的数学模型

3.1 行动效应因素分析

真实战场环境和作战活动要素充满了偶然性和随机性，影响作战行动的因素具有较大的不确定性。为了使生成的构件具有较多的适应范围，需要综合考虑了多种因素对作战行动的影响，如考虑指挥员、战斗人员等人的因素对行动效应的影响；考虑气候如冻土对构工的影响、雨雪天气对机动、侦察的影响、电磁环境对通信的影响、低温对射击、机动的影响；考虑了敌方目标的对抗性对射击毁伤、侦察行动的影响。而且一些影响因素不能只是从平均意义上进行描述，或由以往的试验结果统计计算得到，应尽可能地考虑行动效应数据从随机模拟方法中得到。

3.2 可重用的数学模型

为了适合生成构件，在作战行动的数学建模阶段就要设计好模型的层次结构，如图2所示为数学模型层次结构图。

图2 数学模型层次结构图

4 基于“公共平台”的炮兵营作战行动模型构件设计

4.1 炮兵营作战行动模板设计

表3 炮兵营作战行动公有参数列表

炮兵作战指挥通常是以作战文书和作战命令的形 式下达的，但这种形式下达的指挥命令格式不一致，不便于达到一致性的理解。通过对炮兵任务行动的概念建模，建立各类炮兵实体的行动模板，对炮兵营各实体可能担负的任务行动名称、行动参数及参数类型进行规范说明，包括实体类型、行动名称、开始时间、结束时间、参数列表、各参数数据类型等，统一了各类炮兵实体任务行动下达的形式。炮兵任务行动格式化输入，是依据作战想定和指挥机构（人员）的决策，赋予下级作战单位（实体）具体任务行动及参数。如表3所示为炮兵营作战行动的公有参数列表，表4所示为炮兵营各种作战行动的详细参数列表。

表4 炮兵营作战行动参数列表

JD_Attrib3 机动路线 初始点，调整点1、2…n，目的点 Struct JD_Attrib4 机动序列 （2连，1连，3连，4营直） Struct JD_Attrib5 人员素质 分等级描述指挥员和士兵的训练水平 Long

4.2 炮兵营作战行动构件设计

在炮兵营作战行动模型构件设计中，依托“公共平台”，从构件的功能需求开始，以功能结构图、构件与平台提供基础构件的支撑结构图、数据流图和构件实现流程图等形式详细设计机动、展开、射击、侦察和通信等作战行动构件。这里以机动模型构件为例，如图3至4所示分别为机动模型构件的拓扑结构图和数据流图。

图3 机动模型构件的拓扑结构图

图4 机动模型构件数据流图

5 基于炮兵营行动构件的验证系统

5.1 系统结构

为了验证构件的可用性和灵活性，基于“公共平台”通过“公共平台”的重构与定制工具“加载”、“卸载”了部分构件，生成了基于炮兵营行动模型构件的仿真验证系统。如图所示为系统总体结构图，主要包含部署编组模块、行动仿真模块、态势显示模块、信息记录模块和行动效应分析模块。见图5。

图5 基于炮兵营行动构件的验证系统结构图

5.2 系统运行

启动平台之后，首先要为用户设置相应的席位和IP，通过席位可确定所属部队，然后调用作战编成和编组模块完成作战编成和编组，并通过要图标绘模块进行部署标绘；这样就形成了初始态势。由行动仿真模块根据下达给该实体的作战任务为对应的行动模板为赋予参数，驱动模型构件的运行。在仿真过程中，通过对任务行动参数的解析，调用相应的行动效应模型，实时计算各因素对行动的影响效应和实体状态的变化，并通过态势显示模块完成炮兵行动效应的实时显示，仿真结束后，基于记录的过程信息可进行训练仿真过程回放，并对训练过程进行分析，分析各因素对炮兵行动的影响。可基于一个训练环境，选定作战实体的作战行动，设定不同的行动效应参数，通过行动模型的解算，分别模拟出不同效应参数组合情况下的仿真结果，统计出不同效应组合下行动效应的结果，为作战训练和作战行动提供参考意见。见图6。

图6 验证系统运行流程图

6 结束语

未来作战仿真的发展趋势是平台与构件相结合的结构形式。基于统一的标准开发的军事模型可轻易实现模型的重用和互联互通互操作，利于节约资源和提高软件开发的效率，具有十分重要的价值。

[1]曹裕华.智能体的作战建模方法研究[D].北京：军事科学院,2004.

[2]胡晓峰.作战模拟术语导读[M].北京:国防大学出版社,2004.

[3]马亚平,李元.一体化联合作战训练信息系统公共平台系统开发手册[R].2007.

[4]曹占广,马亚平.可组构的作战行动建模研究[J].系统仿真学报，2007,19(7):1421-1423.

[5]徐宝文,周毓明,卢红敏.UML与软件建模[M].北京:清华大学出版社,2006.

[6]胡晓峰.战争模拟引论[M].北京:国防大学出版社,2004.