一种编队作战计划形式化描述方法研究*

曾 鹏

(中国船舶工业系统工程研究院 北京 100094)



一种编队作战计划形式化描述方法研究*

曾 鹏

(中国船舶工业系统工程研究院 北京 100094)

在分析作战计划形式化描述方法研究现状的基础上,针对如何为任务规划、资源规划和效能评估提供有效支撑的问题,构建了作战任务、作战资源和作战效能等核心概念模型,重点分析了形式化描述为任务规划、资源规划和效能评估提供的支撑作用,在此基础上提出了一种基于XML Schema的编队作战计划形式化描述方法,可为编队作战计划的自动生成、智能分析提供支撑。

作战计划; 作战任务; 作战资源; 作战效能; 形式化描述

Class Number E83

1 引言

作战计划的实质是要回答“干什么、怎么干、谁来干、为什么”等问题,其中“干什么、怎么干”需要通过任务规划解答,“谁来干”通过资源规划来解答,“为什么”通过效能评估来解答。作战计划形式化描述的目的是为作战计划的自动生成、智能分析提供基础和支撑,目前研究主要侧重于对作战计划的组成要素进行分析和形式化描述,对于通过形式化描述如何同时为任务规划、资源规划和效能评估提供有效支撑关注较少。

例如:王振等[1]分别运用EATI方法和XML方法对作战方案进行结构化与形式化描述,提出了海上编队作战方案XML描述框架。樊青云等[2]重点分析了作战任务的概念和作战任务间的关系,并对其进行了相应的形式化描述,提出了作战计划和作战任务的XML Schema结构图,指出了其中任务间串行、并行和反馈约束关系是进行任务规划和排序的重要条件。

寇力[3]在基于案例的空中进攻作战计划生成技术研究中采用基于军事任务概念本体与CPR相结合的描述方法,提出了作战实体、任务、行动、目标等XML Schema形式化描述,但未具体说明其中任务序列控制段和行为控制段如何为任务和行为的规划提供支撑。王德鑫[4]提出了一种包含计划应用层、作战资源层、行动过程层、组织结构层和信息交互层的五层计划描述框架,认为基于该描述框架可通过调整过程或活动与资源实体组合关系进行资源调配,通过调整过程活动之间的组合进行行动规划。

本文以同时支撑作战计划生成中任务规划、资源规划和效能评估三个核心内容为目的,通过梳理和改进作战任务、作战资源、效能评估等核心概念模型及相互关系,提出一种基于XML Schema的编队作战计划形式化描述方法。

2 作战计划核心概念模型及相互关系

以文献[5～8]中定义的作战计划概念模型为基础,建立作战任务、作战资源和作战效能三个核心概念模型。

· 作战任务主要对作战子任务、作战行动建模。支持描述各子任务/行动的前条件、后条件,子任务/行动之间的串、并联等逻辑关系以及支持描述各子任务/行动对资源的需求。

· 作战资源主要对实体、资源建模。支持描述实体拥有资源类型、资源数量以及资源与子任务/行动的动态分配关系。

· 作战效能主要对作战任务效能、作战行动效能建模。支持根据各子任务/行动之间的串、并联等逻辑关系,描述各子任务/行动的作战效能,以及作战任务整体效能。

作战任务、作战资源和作战效能之间相互关系如图1所示。

图1 核心概念模型组成与相互关系图

2.1 作战任务要素组成及形式化描述

作战任务组成要素主要包括子任务集、行动集、执行顺序等,作战任务XML Schema结构图如图2所示。

图2 作战任务XML Schema结构图

2.2 作战资源要素组成及形式化描述

作战资源组成要素主要包括实体、资源和分配关系等,作战资源XML Schema形式化描述如图3所示。

图3 作战资源XML Schema结构图

2.3 作战效能要素及形式化描述

作战效能组成要素主要包括子任务/行动效能、执行顺序、总效能等,作战效能XML Schema形式化描述如图4所示。

图4 作战效能XML Schema结构图

3 形式化描述对作战计划形成的支撑分析

作战计划形成过程一般包括任务分析、预案(COA)生成、COA分析、COA优选、计划生成五个大阶段[9],各阶段需开展的主要工作及通过形式化描述可提供的支持如表1所示。

表1 计划各阶段主要工作及形式化描述的支持

下面通过实例,重点说明上述形式化描述模板对任务规划、资源规划和效能评估的支撑作用。

3.1 任务规划实例分析

假设经任务分析,形成子任务/行动、条件如表2所示[10]。

表2 子任务/行动、条件表

基于上述作战任务XML Schema,表2所示子任务/行动、条件可用XML文档形式化描述如下:

〈作战任务〉

〈说明段〉

〈子任务集〉

〈子任务标识〉T1〈/子任务标识〉

〈子任务名称〉扫除水雷〈/子任务名称〉

〈前提条件〉无〈/前提条件〉

〈后条件〉T2,T3〈/后条件〉

〈资源需求〉

〈资源需求〉

〈资源需求〉

〈资源需求〉

〈/子任务集〉

〈子任务集〉

〈子任务标识〉T2〈/子任务标识〉

〈子任务名称〉清除滩头阵地〈/子任务名称〉

〈前提条件〉T1〈/前提条件〉

〈后条件〉T5〈/后条件〉

〈资源需求〉

〈资源需求〉

〈资源需求〉

〈资源需求〉

〈/子任务集〉

〈子任务集〉

〈子任务标识〉T3〈/子任务标识〉

〈子任务名称〉清除防空阵地〈/子任务名称〉

〈前提条件〉T1〈/前提条件〉

〈后条件〉T4〈/后条件〉

〈资源需求〉

〈/子任务集〉

〈子任务集〉

〈子任务标识〉T4〈/子任务标识〉

〈子任为名称〉机小分队机降〈/子任务名称〉

〈前提条件〉T3〈/前提条件〉

〈后条件〉T6〈/后条件〉

〈资源需求〉

〈/子任务集〉

〈子任务集〉

〈子任务标识〉T5〈/子任务标识〉

〈子任务名称〉登陆分队登陆〈/子任务名称〉

〈前提条件〉T2〈/前提条件〉

〈后条件〉T6〈/后条件〉

〈资源需求〉

〈/子任哥集〉

〈子任务集〉

〈子任务标识〉T6〈/子任务标识〉

〈子任务名称〉夺取主高地〈/子任务名称〉

〈前提条件〉T4,T5〈/前提条件〉

〈后条件/〉

〈资源需求〉

〈/子任务集〉

〈行动集〉

〈执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈/作战任务〉

假设经任务规划处理,形成COA如图5所示。

图5 COA示例图

基于上述作战任务XML Schema,图5所示COA可用XML文档形式化描述如下:

〈作战任务〉

〈说明段〉

〈子任务集〉

〈子任务集〉

〈子任务集〉

〈子任务集〉

〈子任务集〉

〈子任务集〉

〈行动集〉

〈执行顺序〉

〈子任务1标识〉T1〈/子任务1标识〉

〈子任务2标识〉T2〈/子任务2标识〉

〈顺序关系〉串行〈/顺序关系〉

〈/执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈子任务1标识〉T1〈/子任务1标识〉

〈子任务2标识〉T3〈/子任务2标务〉

〈顺序关系〉串行〈/顺序关系〉

〈/执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈子任务1标识〉T2〈/子任务1标识〉

〈子任务2标识〉T3〈/子任务2标识〉

〈顺序关系〉并行〈/顺序关系〉

〈/执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈子任务1标识〉T2〈/子任务1标识〉

〈子任务2标识〉T5〈/子任务2标识〉

〈顺序关系〉串行〈/顺序关系〉

〈/执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈子任务1标识〉T3〈/子任务1标识〉

〈子任务2标识〉T4〈/子任务2标识〉

〈顺序关系〉串行〈/顺序关系〉

〈/执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈子任务1标识〉T5〈/子任务1标识〉

〈子任务2标识〉T0〈/子任务2标识〉

〈顺序关系〉串行〈/顺序关系〉

〈/执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈子任各1标识〉T4〈/子任务1标识〉

〈子任务2标识〉T0〈/子任务2标识〉

〈顺序关系〉串行〈/顺序关系〉

〈/执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈子任务1标识〉T0〈/子任各1标识〉

〈子任务2标识〉T6〈/子任务2标识〉

〈顺序关系〉串行〈/顺序关系〉

〈/执行顺序〉

〈/作战任务〉

3.2 资源规划实例分析

假设:实体类型有(E1,E2,…,En),资源类型有(R1,R2,…,Rn),经任务分析,形成子任务/行动资源需求以及资源情况如表3所示。

基于上述XML Schema,表3所示资源需求及现状可用XML文档形式化描述如下:

〈作战任务〉

〈说明段〉

〈子任务集〉

〈子任务标识〉T1〈/子任务标识〉

〈子任务名称〉扫除水雷〈/子任务名称〉

〈前提条件〉无〈/前提条件〉

〈后条件〉T2,T3〈/后条件〉

〈资源需求〉

〈资源类型〉E1〈/资源类型〉

〈资源数量〉1〈/资源数量〉

〈/资源需求〉

〈资源需求〉

〈资源类型〉E2〈/资源类型〉

〈资源数量〉0〈/资源数量〉

〈/资源需求〉

〈资源需求〉

〈资源类型〉R1〈/资源类型〉

〈资源数量〉0〈/资源数量〉

〈/资源需求〉

〈资源需求〉

〈资源娄型〉R2〈/资源类型〉

〈资源数量〉1〈/资源数量〉

〈/资源需求〉

〈/子任务集〉

〈子任务集〉

〈子任务集〉

〈子任务集〉

〈子任务集〉

〈子任务集〉

〈行动务〉

〈执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈/作战任务〉

〈作战资源〉

〈实体 类型=“E1” 数量=“3”/〉

〈实体 类型=“E2” 数量=“2”/〉

〈资源 类型=“R1” 数量=“2”/〉

〈资源 类型=“R2” 数量=“2”/〉

〈分配关系 资源类型=“E1” 任务标识=“T1” 分配数量=“1”/〉

〈分配关系 资源类型=“E1” 任务标识=“T3” 分配数量=“1”/〉

〈分配关系 资源类型=“E2” 任务标识=“T2” 分配数量=“1”/〉

〈分配关系 资源类型=“R1” 任务标识=“T2” 分配数量=“1”/〉

〈分配关系 资源类型=“R2” 任务标识=“T1” 分配数量=“1”/〉

〈/作战资源〉

假设经资源分配,形成如下任务-资源分配表。

表4 任务-资源分配表

基于上述作战资源XML Schema,表4所示任务-资源分配可用XML文档形式化描述如下:

〈作战资源〉

〈实体 类型=“E1” 数量=“3”/〉

〈实体 类型=“E2” 数量=“2”/〉

〈资源 类型=“R1” 数量=“2”/〉

〈资源 类型=“R2” 数量=“2”/〉

〈分配关系 资源类型=“E1” 任务标识=“T1” 分配数量=“1”/〉

〈分配关系 资源类型=“E1” 任务标识=“T3” 分配数量=“1”/〉

〈分配关系 资源类型=“E2” 任务标识=“T2” 分配数量=“1”/〉

〈分配关系 资源类型=“R1” 任务标识=“T2” 分配数量=“1”/〉

〈分配关系 资源类型=“R2” 任务标识=“T1” 分配数量=“1”/〉

〈/作战资源〉

3.3 效能评估的实例分析

假设选择任务完成概率为作战效能指标,各子任务/行动完成概率及执行顺序关系如图6所示。

图6 子任务/行动完成概率及执行顺序关系图例图

利用文献[11～12]介绍的串并联任务效能计算方法,上述任务序列整体完成概率为

E=1.0×[1-(1-0.8×0.8)×(1-0.9×0.9)]×1.0

=0.93

基于上述作战效能XML Schema,图6所示子任务/行动完成概率,以及任务整体完成概率可用XML文档形式化描述如下:

〈作战效能〉

〈子任务效能〉

〈子任务标识〉T1〈/子任务标识〉

〈子任务效能〉1.0〈/子任务效能〉

〈/子任务效能〉

〈子任务效能〉

〈子任务标识〉T2〈/子任务标识〉

〈子任务效能〉0.8〈/子任务效能〉

〈/子任务效能〉

〈子任务效能〉

〈子任务标识〉T3〈/子任务标识〉

〈子任务效能〉0.9〈/子任务效能〉

〈/子任务效能〉

〈子任务效能〉

〈子任务标识〉T4〈/子任务标识〉

〈子任务效能〉0.9〈/子任务效能〉

〈/子任务效能〉

〈子任务效能〉

〈子任务标识〉T5〈/子任务标识〉

〈子任务效能〉0.8〈/子任务效能〉

〈/子任务效能〉

〈子任务效能〉

〈子任务标识〉T6〈/子任务标识〉

〈子任务效能〉1.0〈/子任务效能〉

〈/子任务效能〉

〈行动效能〉

〈行动标识〉A1〈/行动标识〉

〈行动效能〉0〈/行动效能〉

〈/行动效能〉

〈执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈子任务1标识〉T4〈/子任务1标识〉

〈子任务2标识〉T6〈/子任务2标识〉

〈顺序关系〉串行〈/顺序关系〉

〈/执行顺序〉

〈执行顺序〉

〈子任务1标识〉T5〈/子任务1标识〉

〈子任务2标识〉T6〈/子任务2标识〉

〈顺序关系〉串行〈/顺序关系〉

〈/执行顺序〉

〈总效能〉0.93〈/总效能〉

〈/作战效能〉

4 编队作战计划形式化描述

4.1 编队作战计划形式化描述的必要性

海上编队作为一支远离基地的独立海上作战力量,由若干海上战斗群编成,具有海空一体、大纵深、多层次的火力配系,拥有很强的攻防能力。网络中心战的作战样式出现,要求现行的海军舰艇编队作战指挥系统必需进行变革,改变传统的计划方式,增强计划自动生成、智能分析和动态调整的能力。海上编队作战计划的形式化描述是实现作战指挥自动化的关键问题,也是提高编队协同作战能力的前提[13～14]。

4.2 编队作战计划组成要素及形式化描述

编队作战计划组成要素主要包括作战计划说明、情况判断、作战任务、作战资源、作战效能等,基于上述作战计划核心概念模型,编队作战计划可形式化如图7所示XML Schema结构图。

图7 编队作战计划XML Schema结构

5 结语

本文提出了作战计划的三个核心概念模型及其形式化描述,并以实例分析了其对任务规划、资源规划和效能评估的支撑作用,在此基础上给出了编队作战计划XML Schema形式化描述,可为编队作战计划的自动生成、智能分析提供基础和支撑。

[1] 王振,缪旭东.基于XML的作战方案形式化描述[J].系统仿真学报,2006(S2):41-44.

[2] 樊青云,刘东波,阮启明,等.基于XML的作战计划形式化描述[J].计算机技术与发展,2009,19(10):204-210.

[3] 寇力.基于案例的空中进攻作战计划生成技术研究[D].长沙:国防科学技术大学,2005.

[4] 王德鑫.以网络为中心的联合作战计划描述与生成系统研究[D].长沙:国防科学技术大学,2006.

[5] 孙靖,刘晓明.基于UML和XML Schema的作战计划建模[J].解放军理工大学学报(自然科学版),2003,4(5):30-35.

[6] 杨世幸,阳东升,张维明,等.作战使命分解与任务建模方法[J].火力与指挥控制,2009,34(8):24-29.

[7] 胡欣.基于本体的联合作战计划表示与校验研究[D].长沙:国防科学技术大学,2011.

[8] 张晓雪,刘刚,罗爱民,等.基于对象Petri网的作战行动方案开发方法[J].系统工程与电子技术,2012,34(10):2058-2063.

[9] Navy Warfare Publication Navy Planning NWP 5-01[EB/OL]. [2015-02-26]. https://www.usnwc.edu/getattachment/171afbf3-a1e2-46b3-b1e9-d1fa4b0fec5a/5-01_(Dec_2013)_(NWP)-(Promulgated).aspx.

[10] 李刚洲.面向服务的作战计划生成方法研究[D].长沙:国防科学技术大学,2009.

[11] 程恺,张宏军,黄亚,等.基于扩展IDEF3方法的作战任务描述及效能评估[J].计算机技术与发展,2011,21(2):198-202.

[12] 金伟新.“串并联”模型框架与作战效能评估[J].系统工程与电子技术,2001,23(7):41-43.

[13] 宋胜锋,李启元,李沁春.舰艇编队作战指挥系统构想[J].火力与指挥控制,2007,32(12):1-4.

[14] 孙庆声,缪旭东,陈行军.海上编队作战方案形式化描述研究[J].舰船电子工程,2009,29(6):1-3.

A Formal Representation Method for Operational Plan of Naval Formation

ZENG Peng

(Systems Engineering Research Institute of CSSC, Beijing 100094)

Based on the research status of the operational plan on formal representation method, aiming at how to provide effective support for the mission planning, resource planning and effectiveness evaluation problems, the core concept model of combat task, combat resource and operational effectiveness is constructed. Focus on the analysis of the role of the formal representation for mission planning, resource planning and effectiveness evaluation, a formal representation method for operational plan of navy formation based on XML Schema is proposed, which can provide support for the automatic generation and intelligent analysis.

operational plan, combat task, combat resource, operational effectiveness, formal representation

2015年6月7日,

2015年7月28日

曾鹏,男,硕士,高级工程师,研究方向:海上综合电子信息系统。

E83

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.12.010