基于仿真技术的两栖装甲装备作战效能评估方法*

张 杰，王 宁，朱 江

(南京陆军指挥学院，江苏 南京 210045)

作战模拟对于武器系统作战效能评估具有不可替代的重要作用。它省时、省费用，一定程度上反映了对抗条件、交战对象和武器装备的协同作用，武器系统的作战效能诸属性在作战全过程的体现以及在不同规模作战效能的差别［1］。因此，基于复杂适应系统(CAS)的多Agent建模技术在军事仿真领域得到大量尝试［2］。美军通过研究作战中的自组织现象和涌现行为及其对作战结果的影响，构建了基于CAS理论的作战模拟系统，如伊塞克模型(ISSAC)、爱因斯坦模型(EINSTein)等。国内也应用相关理论进行了军事研究，如装甲兵学院提出了基于多Agent的坦克分队作战模型构建方法;国防大学将Agent建模思想引入危机决策对抗模拟等问题中，建立了Agent间合作研讨与冲突对抗的理论框架，并通过对Agent及Agent小组活动的行为跟踪来推测高层目标和行为。但是从整体上看，在复杂适应系统理论和多Agent建模方法上，国内还处于起步阶段，研究重点放在了方法层面上，在武器装备作战效能评估方面应用较少。基于复杂适应系统理论和多Agent建模仿真方法的作战效能评估系统能够考虑在对抗条件下，通过对抗双方战斗过程的演示，极大地避免人力、物力、财力的过多消耗，实现经济、高效、科学的两栖装甲装备作战效能评估，具有很高的推广应用价值。

1 两栖装甲装备作战效能评估过程

两栖装甲武器装备作战效能评估采用如下过程。

1)描述对抗环境，通过界定效能评估的范围，分析确定对抗环境。对抗环境描述包括战场环境描述和对抗措施的描述，如作战背景，战场环境，对抗双方武器系统，对抗双方的作战使用原则与战术原则。

2)构建作战效能评估和分析模型，建立指标计算模型，并利用多属性决策方法对功能层效能指标进行综合评估。

3)攻防对抗的建模与仿真，依据效能分析需求设计仿真方案，建立作战仿真系统，建立相应的模型。

4)仿真实验数据处理，通过仿真试验，获取相关数据，利用指标体系的关系模型计算指标值，进行多指标效能的综合评价。

仿真样本包含五个基本要素:时间，地点，环境，对象，模型。仿真目的就是通过作战仿真过程考察这五个要素对武器作战效能的影响，给出定量的分析结果。仿真目的定义了多个样本，通过对多样本的作战过程模拟，定量分析各样本的运行结果，综合后得到武器装备的作战效能指标。

2 两栖装甲装备登陆作战效能评估系统

2.1 系统模型体系

系统模型体系及信息流如图1所示。首先，从导入实验方案开始，由想定生成技术将其表示为行动过程序列，进行态势信息初始化;然后，由推演控制模型，调度实体模型，驱动推演开始，推演过程中使用任务规划决策模型产生行动过程序列，按一定的步长频率反复地进行运算，并将结果用图形显示;推演数据送到作战效能评估模型，模型解算后可以得到实验结果。

2.2 系统模型组成

1)战场环境模型

战场环境模型是对两栖装甲分队作战行动仿真所涉及的地形环境、气象环境、水文环境和电磁环境、保障及其对实体作战行动的影响进行描述的模型。环境建模主要考虑与两栖装甲装备行为相适应的陆地、海洋、大气等自然环境模型。海况、水文、气象等海战场自然环境极大地影响着两栖装甲装备作战使用和效能发挥。

图1 系统模型体系及信息流

2)实体模型

实体模型是描述系统可分辨的两栖装甲分队战斗分队、武器装备、人员和设施等实体外部形态和内部属性的模型。基本实体包括水陆坦克、两栖步兵突击车等平台模型(描述单一武器系统的模型)和班、组等聚合单位模型(将一个两栖装甲战斗分队作为一个整体进行描述的模型)。实体属性包括标识、毁伤等级、防护等级、生命力指数(健康指数)、威胁等级和训练水平等几个关键属性。

3)任务规划决策模型［3］

指挥智能体采用BDI(belief-desire-intention)Agent实现，提供计划和做出决策。通过对行动过程的分层组合，并控制阶段、时节之间的转化，用数学表达式、逻辑规则来描述和体现关键任务和作战行动，针对具体作战任务和目标制定行动过程序列或者任务流程，描述何时、何地、在何种情况下对何种目标采取具体作战行动，以及各作战实体作战行动之间的协同关系。

4)控制模型

控制模型包括推演控制模型和人工干预模型。推演控制模型可以归结为事件和条件两个基本概念，事件是系统中的动作，事件的出现是由系统状态控制的，系统状态可以描述为一组条件。采取产生式系统的规则表示和规则匹配方法引入到离散事件的控制策略中来。人工干预模型是指挥员不断地根据战场情况变化调整部署，采取新的对策而产生的。模型决定是否要重新计划，如果需要重新计划，结合条件决策命令和人工干预命令对未完成的行动过程序列进行重新生成。

5)作战效能评估模型

两栖装甲装备作战系统可视为一个时间连续、事件离散的系统，其效能评估模型由输入集、输出集、状态集、输出函数和时间推进函数构成。输入集反映作战系统所感知的外界环境、信息;输出集反映作战效能评估值;状态集指作战系统的固有属性集;输出函数包括两栖装备作战效能评估事件输出函数，外界环境、信息、支援对作战效能的条件影响事件的输出函数，两栖突击分队效能评估事件输出函数。时间推进函数指模型推演过程中的时间控制函数。

2.3 系统实现

选用Java开发语言开发动态平台，基于多Agent建模思想和面向主体软件开发方法支持战争复杂系统的模拟实现。使用 JADE(Java Agent DEvelopment Framework)构建Agent容器，利用KQML通信原语和自定义语句实现Agent主体间的通讯，采用Java VM提供的非抢占式线程技术作为仿真引擎的核心技术。仿真“时钟”根据战场上生成的帧数目来标记，同时将时间帧和事件触发机制相结合形成仿真推进机制。结合使用JDK GUI和2D图形库提供的生成功能进行战场环境处理，以提供二次开发不同的地形特征和战场环境的平台。

3 仿真实验

利用本系统可以研究不同战场环境、编组编波、战术原则对两栖装甲装备作战效能发挥的影响。根据三方面研究内容，组成作战方案集，作为作战效能分析的研究对象。由于每套方案采用重复运行法，重复多次运行仿真系统，每一次仿真运行可以得到独立的一组评估数据。本文以环境影响因素实验为例说明系统运用方法和对结果的处理情况。

以渡海登岛作战为背景，红、蓝双方假设在一定作战环境下按照给定的作战想定进行仿真实验。

3.1 环境影响实验方案［4］

影响两栖装甲装备作战效能的环境因素包括风、浪、潮汐、潮流和海流等，实验着重考虑风、浪和潮汐的影响。取5级浪以下(无浪、微浪、小浪、轻浪、中浪、大浪)，6级风以下(无风、软风、轻风、微风、和风、清风、强风)，潮汐影响主要考虑高潮前1～3小时和低潮时节。在各级风、浪和潮汐分类组合下，构成了环境影响因素实验方案集。

3.2 实验设置

1)模拟初始时间从两栖装甲突击群由登陆舰下水时刻开始计算;

2)武器参数设置为红军某新型两栖装甲车、某型水陆坦克和蓝军武器、工事的基本性能参数，以及环境因素修正下的武器性能参数。

3)基本行动设置为第一梯队泛水编波。根据有关规定进行泛水距离、车辆间距、编波数的取值。

4)模拟结束时间设置为泛水编波行动完成。

其它条件略。

评估指标:两栖装甲装备在泛水编波阶段以完成航渡、抵达冲击出发线为主要目的，故以红军装甲装备损失率为主要评估指标。

3.3 实验过程

由于平台无法构建直接模拟海上的潮汐与风浪情况的物理模型，设置事件触发机制模拟潮汐和风浪的离散事件，在事件发生时，根据装备平台级的模拟结果提供的基本数据设置装备的基本性能参数。

图2表示浪对作战效能的影响。由于浪影响装备射击观察、炮初速和命中精度，导致首发命中率下降，而水上射击命中率影响红军突击群的损失率，尤其是首波次和第二波次受影响更大。在四级浪时，装备搜索目标变难，发现目标误差率增大15%。从数据分析可以看出，新型两栖装甲车抗海浪的效能优于某型水陆坦克。

图2 不同风浪中射击首发命中率及对作战效能的影响

图3表示风、浪对泛水速度及泛水速度对作战效能的影响。装备机动速度受风浪影响较大，在风浪等级增大时，水中机动速度将降低，在5级风和4级浪以下，新型两栖装甲车受影响较小，某型水陆坦克速度将受较大影响。装备损失率受泛水速度的影响大，当泛水速度增加时，装备损失率下降。

图3 不同条件下的泛水速度及对作战效能的影响

3.4 作战效能综合评估

运用效用函数法［5］对两栖装甲装备作战效能进行评估，由于以红方装甲装备损失率为评估指标，评估模型确定为

式中，V为水上机动能力指数，取水上行驶速度;K为抗风浪能力指数，取抗风浪等级。

将性能指标的效用量化集中如表1所示。

表1 性能指标效用量化表

由效能评估模型可以得出各性能指标对作战能力的贡献。水上机动能力对作战能力的贡献线性递增，效用值取v，采用分布:v=x/46。抗风浪能力的效用趋势为递增，效用值取k，采用分布:k=k/5。由模型可以看出，装甲装备在泛水编波阶段各性能指标对作战能力的贡献，从大到小依次为抗风浪等级能力和水上机动能力。

3.5 实验结论

通过对系统模拟实验和效用函数法综合分析可知，两栖装甲装备登陆作战效能受风、浪、潮汐等因素影响大，当风、浪、潮流较大时，装备泛水速度降低，装甲车辆面临的风险增大，装备损失率增加。

抗风浪能力好的装备，作战效能高，因此，要优先选用新型抗风浪等级高的装甲装备。对于老旧型装备，在其抗风浪等级一定的情况下，要考虑选择合适的登陆时机，减少敌方的杀伤，以提高其作战效能。

4 结束语

本文使用复杂适应系统多Agent建模技术研究两栖装甲装备作战效能评估问题，解决了传统方法难以反映对抗，难以结合作战背景进行武器效能评估的不足，实验着重在我方装备损失率、双方装备损失比等方面提供了数据，为将两栖装甲装备作战效能评估研究引向深入提供了模型基础和可供借鉴的方法。

［1］付东，方程，王震雷.作战能力与作战效能评估方法研究［J］.军事运筹与系统工程，2006(12):35-40.

［2］贺建民，刘晓明.多Agent系统在作战仿真中的应用［J］.解放军理工大学学报，2006(12):537-563.

［3］王步云，张国.一种适用于人工生命作战仿真的混合Agent结构［J］.系统仿真学报，2010(11):2515-2518.

［4］王三喜.装甲团对岛上阵地防御之敌进攻作战能力分析［D］.蚌埠:蚌埠坦克学院硕士论文，2003.

［5］张最良，等.军事运筹学［M］.北京:军事科学出版社，1993:373-377.