聚合级作战模型中的地形模型分析

张 欣，张寅宝

（1.信息工程大学 地理空间信息学院，河南 郑州450052）

作战模拟就是对军事（有时还包含政治）对抗局势的推演、对战场上作战过程的预测或再现，以及对作战装备和参战人员在战斗过程中的操作和感知的仿真。一般来说，在军事上用来研究以作战为目的的模型称为作战模型[1,2]。虽然计算机技术取得了巨大的进步，但其计算能力仍无法支持对师以上级别的作战进行精确到单兵或单武器平台的模拟。相对于高分辨率的作战模型，聚合级作战模型能更好地帮助研究许多军事决策问题[3]。

地形环境作为作战活动开展的物理依托，对机动、侦察、交战等多种作战活动都具有重大影响，因此对地形环境的模拟直接影响到作战模拟的效率和效果。在高分辨率作战模型中，通常需要模拟单个作战人员和单个武器实体，每个实体都需要使用详细的地形模型进行诸如通视判断等多种运算，以对自身的状态进行实时更新。聚合级作战模型将多个单个作战人员聚合成一个更大的作战单位，完全改变了对某些基本作战过程的描述[3]。

聚合级作战模型通常使用某个作战单位内的多个作战人员和武器实体的平均属性对其进行描述，因此其对地形模型的要求也不同于高分辨率作战模型。在聚合级作战模型中，不再需要进行类似判断作战人员之间是否通视之类的计算，因此不需要对地形环境进行过于详细的描述。但聚合级作战模型需要地形模型同时为机动处理模型、侦察处理模型、战斗毁伤模型等提供关于通视能力、通行能力、遮蔽能力等的量化描述，而不再是观察点到目标点视线两侧或目标点周围的地形特征的精确值。

本文结合典型的作战模拟系统，对聚合级作战模型中的地形模型进行深入分析，依据模型表达方式将其分为3类，并分别从表达内容和表达精度2个方面，对每个类型的地形模型进行详细的分析。

1 规则格网地形模型

规则格网地形模型是指使用规则的格网覆盖在作战区域的地图之上，并据此对格网中每个格元所覆盖的地形进行量化处理所得到的地形模型。格元通常为正方形（四角格）或正六边形（六角格），也可以是矩形。格网中的每个地形格元都存储了一系列属性值，用以描述格元内地形的不同特征。

聚合级作战模型中规则格网地形模型具有与高分辨率作战模型的格网模型相同的战场几何特征，但它的格网分辨率更低，存储的地形信息也是高度聚合的。格网分辨率的选择与作战模型中基本的聚合级作战单位分辨率有密切关系，如模拟的基本作战单位级别为营级，则格网的分辨率可以选定为4 km。

规则格网地形模型的建模过程是与想定无关的，即对于不同的作战想定，所构建的地形模型是相同的。与作战区域地形模型相比，规则格网地形模型中聚合级作战单位诸如机动路径规划等操作，是依据用户输入的数据或指挥控制模块的指令，因此这个类型的地形模型比较适用于有用户参与交互的作战模拟。

规则格网地形模型中格元通常存储能影响作战单位机动速度、目标侦察概略、直接火力战斗通视概率、战斗毁伤结果等的地形特征；每格格边则存储有通行性的属性特征值，如河流、桥梁、隧道等，用以描述作战单元从当前格元到达邻近格元所遇到的障碍特征。表1从不同方面对联合战区级仿真系统（JTLS）[4]、军团作战仿真系统（CBS）[5]和FOURCE系统3种典型聚合级作战模拟系统中的地形模型进行了对比分析。

表1 3种作战模拟系统中地形模型对比表

规则格网地形模型通常是对普通地图或军用地形图进行概略量化后得到的，按照概略量化的程度不同，本文将其分为全格网化地形模型和半格网化地形模型2类。全格网化地形模型是指在地形概略量化过程中，对所有地理要素（点状要素、线状要素和面状要素）都进行概略量化处理的地形模型。格网内的每个格元都包含特定的地形属性特征，不同的地形属性特征对作战单位的机动、侦察和战斗等行动都有不同的影响；六角格的每个格边也被赋予不同的特征值，并将河流、山脊线、防御工事、境界线等线状要素归算到格边[6]，而将道路等线状要素归算到格元中心。全格网化地形模型的效果如图1所示。半格网化地形模型是指只对普通地图或军用地形图中的部分要素（多为面状要素）进行概略量化处理的地形模型。它对部分点状要素及线状要素（河流、道路、桥梁、隧道等）不进行移位处理，而只是对格元中的地形要素进行概略量化处理，并为每个格元赋予特定的地形类型，如图2所示。

图1 全格网化地形模型图

图2 半格网化地形模型图

由于全格网化地形模型中将所有的地形要素都归算到六角格的格元及格边上，所以其地形模型表达精度比半格网化模型略低；但在作战模拟过程中进行诸如机动路径规划之类的分析时，全格网化地形模型却能充分利用规则格网的几何特性，相比于半格网化地形模型具有较高的模拟效率。

2 作战区域地形模型

作战区域地形模型是依据预先制订的作战计划对战场进行组织的地形模型[3]。它依赖于想定，对于相同的地域，依据不同的想定所构建的作战区域地形模型也是不同的。它将战场划分成大量的作战区域，这些作战区域大致平行于作战地带。每个区域都从蓝方的后方区域延伸出来，穿过直接交战地区，直到红方的后方区域，如图3所示。这些作战区域的宽度可能不等，其边界也通常为曲线，作战模型在进行距离量算时，通常沿该区域内平行于区域边界的一条（曲）线进行量算，且多数作战单位的机动也是沿这条（曲）线进行的。在每个作战区域内通过一条双线标识双方部队的前沿阵地（FEBA）。

图3 作战区域地形模型示意图

通常在每个作战区域内部，需进一步细分，将其分为与区域宽度相同、长度不等的片段，并规定每个片段内的地形具有相同的属性特征，对该片段内作战单位的机动、侦察、交火等作战行动具有相同的影响。

在每个作战区域内进行机动或补给过程中，指定的作战单位或补给流从后方区域移动到指定的片段，然后沿着补给路线逐片段地移动到阵地前沿。补给路线上定义了若干个补给点，点与点之间的距离约为作战单位在当前作战区域内1 d的机动距离。

作战区域地形模型依据作战计划构建完成之后，作战模拟过程中的指挥与控制流程就相对简单了，作战单位只需按照预定计划进行机动、侦察和交火等一系列作战行动。但这种地形模型不支持作战单位之间进行跨作战区域的机动或交战，多数的作战活动被限制在某一个作战区域内。该模型也没有考虑FEBA的连续性和完整性，以及阵地侧翼等。由于该地形模型是与作战想定相关联的，即使针对同一作战地区，对于不同的想定也需构建不同的地形模型。

3 网络地形模型

网络地形模型是指依据节点和弧段组合得到的网络对战场地形环境进行模拟的模型。该模型适用于对战场上兵力和物资的沿网络（道路、管线等）机动的模拟。

网络上的节点表达战场上实际的物理位置，弧段表达节点之间可能存在的机动路径（公路、铁路、越野机动路径等）。每个节点和弧段存储了对应的属性值，用以确定节点或弧段的输送能力或机动速度。

网络模型最主要的优势就是能依靠高效的网络优化算法，较好地解决作战单位在战场上机动路径的选择问题。但该地形模型对于目标搜索、交战等作战行动的效果评估缺乏很好的支持。

4 结 语

聚合级作战模拟是从宏观角度研究军事决策问题的重要工具，其地形环境建模是建模的关键问题之一，对模拟的效率和可信度具有重大的影响。本文从地形模型表达方式将其分为规则格网模型、作战区域模型和网络模型，并深入分析了各个模型的特征。在构建地形模型过程中，应该依据各类聚合级作战模拟系统的需求，结合不同的地形模型表达方式，构建复合型的地形环境模型。

[1]贺毅辉. 作战模拟基础[M]. 北京: 国防工业出版社, 2012

[2]徐学文, 王寿云. 现代作战模拟[M]. 北京: 科学出版社,2004

[3]Caldwell B, Hartman J, Parry S. Aggregated Combat Model[EB/OL]. http://web.nps.navy.mil/～orfacpag/notes.htm, 2012-11-16

[4]Roland R J, Roland E F, Kelleher E P. Approaches and Aspects of Implementing a Computer Wargame Simulation: A Historical Perspective[EB/OL]. http://www.rolands.com/pp/Papers/treatise.pdf,2013-01-06

[5]Mertens S. The Corps Battle Simulation for Military Training[EB/OL]. http://www.informs-sim.org/wsc93papers/1993_0145.pdf, 2012-10-19

[6]Dunnigan J F. The Complete Wargames Handbook[EB/OL].http://www.hyw.com/books/wargameshandbook/contents.htm, 2012-03-19

[7]Perla P, Curry J. The Art of Wargaming: A Guide for Professionals and Hobbyists[M]. USA: United States Naval Institute Press, 2012