海上编队作战决策模型体系*

马政伟，孙续文，王义涛，史红权

(海军大连舰艇学院，辽宁 大连 116018)

加强信息化作战平台建设，特别是海军指挥信息系统建设，是解决当前制约海军作战要素集成，提高作战平台综合作战能力的根本途径。海上编队是海战场体系的重要组成部分，是海军实施海上机动作战、基地防御作战、岛礁区攻防作战、支援濒海登陆、抗登陆作战和保卫海上交通线作战的主战兵力和主要的编组形式。海上编队作战指挥体系通常由编队作战指挥系统、群作战指挥系统和平台作战指挥系统等不同层次的系统组成，是海上编队实施攻防作战、执行海军日常勤务的核心和中枢，共同完成辅助海上编队各级指挥员进行作战方案制定和指挥决策，实时进行作战指挥的功能。

海上编队作战指挥系统作战软件是海上编队各级作战指挥系统能够发挥功能的关键软件和主要手段，而驱动作战软件运行的各级作战决策模型是构成作战软件的核心要素，作战软件功能的实现主要是通过建立各种作战模型，如数学模型，逻辑模型，图形模型，规则模型［1］等来完成。作战软件是否符合作战指挥的战术原则以及战场实际需求，取决于作战软件所建立的各种作战决策模型，作战决策模型的正确性决定了辅助指挥员进行作战决策结果的正确性。

体系是对系统的扩展［2］，用体系来表示海上编队各级作战指挥系统的集合具有表述层次分明的特点，更利于海上编队基于信息系统的体系作战能力的形成和装备发展建设。随着各级海军作战指挥系统的综合使用，系统体系化建设逐渐暴露出一些问题，有些功能还不能完全满足部队信息化条件下作战训练的需求。存在这些问题的主要原因有:1)部分系统的建设目标、使命任务、功能和性能的论证不够体系化，对未来海战的预测与作战部队的作战思想、作战理念还有差距，对部分作战模型军事需求的研究还不够深入，实用性不强;2)系统建设的开放性不够，体系结构设计不好，软硬件重用性不强;3)系统建设理论和实践能力的支撑还不够强，相关学科知识体系融合、创新程度不够，系统建设技术依托体系化不够强;4)系统建设全寿命维护管理的机制未形成，系统重建设，轻维护，需要进一步加强。因此，构建未来海战体系，对未来海战要素和指挥业务进行系统分析，提出海上编队作战软件需求，从而进一步提出作战决策模型体系是作战软件建设的首要环节，也是目前海军作战指挥系统建设的短板。因此，开展作战决策模型体系研究，对于海上编队作战软件的研制，乃至构建未来海战体系具有非常重要的意义。

1 海上编队作战决策模型体系的内涵和表示方法

1.1 海上编队作战决策模型体系的内涵

人们通常使用“模型”来描述和认识事物。模型是人们依照事物表现出来的各种属性特征，运用已掌握的各种相关知识构造的客观事物的“影像”。因此，人们往往从仿真或模拟的角度来定义或表示模型，比如:模型是采用数学、物理或逻辑等形式对所研究对象(系统、实体、现象、过程)进行的一种抽象描述，是对实际系统中我们感兴趣的部分进行抽象后的“影像”［3］。模型是对客观事物的简化和抽象，模型是对系统特定功能的一种抽象形式［4］。以上所说的模型应称为“仿真模型”。随着认识的提高，特别是对于复杂问题的研究，人们逐渐认识到复杂问题的解决，不光需要对事物本身进行抽象，还需进一步对需要解决的问题进行抽象，以求得解决的方法。这种从解决问题的角度，对解决问题的步骤、方法或方案进行定义，则属于决策的范畴。因此，从决策的角度，模型可以定义为:对问题及其解决方法、过程和手段的一种抽象和描述。也可以表述为:描述或解决某个问题所需的一组特征数据与解决这个问题所需的操作或方法的结合［5］”。这种模型称为“决策模型”。

在军事上，用以描述作战对象或以解决作战问题为目的的模型都可称为作战模型。作战模型是决策模型，是构成作战软件中指挥流程、控制流程、决策内容、输入输出及算法的关键要素。尽管作战模型的表示方法和形式多种多样，有文字的、框图的、数学的、逻辑的、面向对象的、基于Agent的、程序的还有自然语言描述的。但在工程中，作战模型的核心部分一般包括三部分:模型输入、模型主体和模型输出。在很多时候，为了对作战模型管理的需要，会给模型增加一些辅助信息，如模型说明、作战模型的层次、模型的标识、使用信息等。

通常情况下，为方便，我们把体系的概念也用于作战模型的表示。海上编队作战模型体系是一组具有某些相似特征和结构的作战模型集合，其基本含义主要包括:依据未来海上编队作战任务集提出的作战模型的组成架构及基本要素的集合［6］，在辅助决策中应具备的功能，随作战决策活动、作战活动演化的程序，各级模型部件之间、模型单元之间需要交换的信息以及交换信息的时机和要素的集合［7］。图1表示了从不同层次对海上编队作战模型体系划分的结构示意图。

1.2 海上编队作战决策模型体系的表示方法

图1 海上编队作战模型体系结构示意图

由于用途的不同，作战模型的分类和表示方法也不同。根据作战模型使用层次的不同，海上编队作战模型体系一般包括编队级作战模型体系、战术群级作战模型体系和平台级作战模型体系。按照作战模型解决的作战问题的不同，海上编队作战模型体系一般包括防空作战模型体系、对海作战模型体系和反潜作战模型体系等。根据模型装备平台的不同，可以分为舰艇模型体系、航空兵模型体系、潜艇模型体系和直升机模型体系等。海上编队作战模型体系具有复杂性，通常情况下，描述海上编队作战模型体系主要包括以下要素:

1)作战模型体系的概要信息，包括:作战模型体系对应的作战决策体系和涉及的作战体系;作战模型体系开发的背景;作战模型体系辅助海上编队完成的使命任务;作战模型体系的使用背景、范围和相关作战想定集;

2)作战模型体系组成结构及其部署情况，包括:编队级作战模型体系、群级作战模型体系、平台上部署作战模型体系的组成结构和部署台位;

3)作战模型体系的主要功能及在体系结构中的功能分配，各级作战模型体系组成部分的主要功能以及功能分配关系;

4)作战模型体系外部接口关系，作战模型体系与其他体系或系统之间的接口关系及信息传递内容、时机和需求;

5)作战模型体系内部接口关系，作战模型体系各组成部分之间的接口关系及信息传递内容、时机和需求;

6)作战模型体系各部件和单元支持作战活动序列，主要指作战模型需要辅助作战决策的相应作战任务和对应的作战决策活动和作战行动或活动;

7)作战模型辅助决策随作战决策活动、作战活动、作战时间的推进而演化的序列，作战模型随作战过程的状态演进变化及相互对应关系;

8)作战模型实现技术限制，主要指兵力组成、携带装备、支撑软件和目前技术程度对作战模型的支持和限制，形成对作战模型功能和性能的约束;

9)模型体或算法描述，用数学表达方法、逻辑表达方法和数据来描述模型。通常由数学解析式、逻辑表达式和逻辑图等组成。

对以上问题进行归类分析，形成作战模型体系元模型。如表1所示，共包含了10项相对独立、互为补充的作战模型体系元模型。

表1 作战模型体系元模型的形式和含义

2 海上编队作战决策模型体系的分解

2.1 海上编队作战决策模型层次化

作战模型的描述有很多类型，传统的结构建模、逻辑建模和图文法比较具有代表性。其弱点是并未能提供很好的描述模型的层次结构及操作模型的管理机制［8］。面向对象技术克服了传统系统设计方法在处理问题的动态表示以及高度复杂的数据结构方面所具有的缺陷，用以支持模型构造、操纵及管理。其能够更直接地反应真实世界的问题，具有良好的可重用性和可扩展性，易于维护和扩充。借鉴结构化建模和面向对象建模的基本思想，提出面向作战问题的海上编队作战模型体系层次化表示框架，如图2。该框架的主要优点是:作战问题的分解和建模采用结构化建模的基本思想，使作战模型更加符合作战决策的基本过程和信息流程;在对底层模型即模型元素的建模过程中主要采用面向对象的建模方法，增强作战模型的重用性、灵活性和可扩展性;该框架把海上编队作战模型体系层次化表示为由模型方案、模型部件、模型单元和模型元素组成的层次化结构，能够很好地同现在海上编队作战软件开发过程中作战模型的表示统一起来，很好地支持了作战决策问题的求解。

作战问题:适合作战人员理解的对作战问题一般化的规范描述，包括一系列的关于作战问题的概念、定义和术语的集合。对作战人员来说，作战问题是一道已知条件和边界条件的作战命题，指挥员决策的任务和目标就是来解答这道命题，给出解的要素。一般来说，对于作战决策问题，主要要素包括作战兵力、兵器、时间、地点、对象、目标、行动、信息等的描述。作战问题解决的主要形式有:作战任务分解、作战计划拟制、作战行动协调和作战火力分配决策等。作战问题解决的结果为作战方案、计划或作战命令。通常情况下，作战问题还受作战环境因素、指挥员水平因素的影响，大多数作战问题是在指挥员干预情况下解决的，是典型的“人机结合”决策。另一方面，作战问题一般是复杂决策问题，指挥员进行作战决策并不是一开始就能够得到所需要的决策模型，而是按照指挥员解决决策问题的思维模式，首先对作战问题进行分解，得到多个决策子问题，明确每一个子问题的输入与输出结构，即我知道什么，我需要得到什么，然后才是怎么决策的问题。

作战模型方案:用以解决实际作战问题的作战模型部件序列的集合。对于复杂的问题往往不是单一的模型部件能够解决的，而是由相关的多个模型部件共同解决，这些模型相互联系和依赖，在决策过程中按照一定的逻辑关系在时序上先后运行，形成模型方案，来解决复杂的决策问题。

作战模型部件:在作战模型体系中，按照一定的规则对作战模型体系进一步划分成为:用以描述或解决较独立的作战问题的模型，称为作战模型部件。作战模型部件是作战模型研究的基本层次，也是通常意义上的作战模型。作战模型部件通过与具体的模型求解方案相关联，支持决策人员进行特定作战问题的决策分析，因此，模型部件是一种格式化的作战问题模型。模型管理需要大量的模型部件及其相应的求解程序来适应各种各样的作战问题。

作战模型单元:对作战模型部件进一步划分成为能够完成一定功能的模型体，是相对独立的功能模块或解决基本作战问题单元的基本模型，这种基本模型叫做作战模型单元。作战模型单元一般具有一定的战术意义，也可以是具有一定功能的算法模型。如导弹攻击阶段模型、舰艇航渡模型、对潜搜索阶段模型等。每一个模型单元都由模型变量及其相应的操作组成。

作战模型元素:构成作战模型单元的基本元素体，如航线、舰艇、导弹等。模型元素包含了模型的所有细节，如变量、参数以及操作函数，它是构造模型单元的基本对象。在面向对象构模中，模型元素可细化为三部分，即实体、属性和方法。实体又分为基本实体和复合实体。属性包括变量与常量。方法通过包括函数、约束、算符、过程。

图2 作战模型层次化逻辑表示框架

模型单元一般不能单独解决作战问题。在简单决策问题求解过程中，相关的模型单元将被连接成模型链，组合成作战模型部件，从而完成对简单决策问题的求解;在实际作战过程中，对于更为复杂的问题，单个作战模型部件一般也无法满足用户解决复杂决策问题的需要，通常情况下都需要对一系列模型部件进行组合，形成解决作战问题的模型方案，来解决复杂作战问题。

2.2 海上编队作战决策模型分解方法

作战模型的分解方法很多，从理论上讲主要有:并行分解、串行分解和混合分解。作战模型的并行分解就是对作战模型采用并行的方式进行分解，分解后的各子模型具有独立性，分别承担“父”作战模型的一部分功能，独立地解决部分作战决策问题［7］。作战模型的串行分解就是对作战模型采用串行的方式进行分解，分解后的各子模型一般不具有独立性，各子模型分别承担“父”作战模型的一部分功能，相互协作地解决作战问题，分解后的子模型存在着连接关系。作战模型混合分解把作战模型通过串行和并行的方式分解为子模型的方式称为混合分解，多数情况下的作战模型分解采用复杂的混合分解［8］。在研究作战问题，构建作战模型时，为减少作战模型的复杂度，我们尽量采用作战模型并行分解的基本方法来分解模型，常用的作战模型工程化分解方法主要有以下几种。

1)按作战任务进行分解

根据给定的作战想定和背景，按作战任务对作战模型进行分解，具有不同的方法(如任务目标分解、任务功能分解和任务混合分解等)。由于方法的不同，分解的任务类型和任务序列也不同，形成的子任务集合也不同。通常，指挥员对具体任务分解的粒度(在任务分解里的任务量)视作战模型部件的具体功能和其支持的算法而定。

2)按作战兵力进行分解

海上编队的组成兵力主要有水面舰艇、航空兵和潜艇，由于各兵种作战的使命任务，作战方法和特点的不同，对于给定的作战模型按作战兵力进行分解是一种重要的方法。即分派作战节点到作战任务，确定作战节点与任务的分配关系，即确定哪一作战兵力在什么时间什么地点采用什么手段去执行什么任务。不同的作战兵力执行同一作战任务的方式方法和手段，执行的效率也不同，因此，作战模型也不同。

3)按作战行动进行分解

作战行动是作战兵力为完成作战任务所采取的一系列作战活动(子行动)的集合，也是为对作战兵力为达成任务目标对作战兵力运动和武器使用过程的描述。对于作战模型按作战行动过程进行分解是一种常用的方法。例如:对海导弹攻击行动模型一般情况可以划分为接敌模型、展开模型、攻击模型和撤出模型四个部分。

4)按决策过程进行分解

通常情况下，海上编队作战决策的一般过程主要包括:态势分析、确定目标、拟定方案、评估方案、选择方案、实施方案六个步骤，这六个步骤形成作战决策环。对于对战问题也可依据作战决策阶段的不同进行问题分解。例如，编队海上对空防御作战模型可以分解为:对空态势分析、制定对空防御作战预案、对空防御实施指挥三个子模型。

5)按作战手段进行分解

作战手段是作战指挥员在作战过程中采取的方法和媒介。按作战手段对作战模型进行分解是一种重要方法。例如，作战过程中使用的武器是一种作战手段。在单舰作战模型中，按作战使用的武器对模型进行分解是一项重要的方法。如，对防空作战模型进行分解为:导弹对空作战模型、舰炮对空作战模型和电子战对空作战模型三个子模型。

3 结束语

作战模型是作战理论和战法的提炼和总结，是作战理论和战法向作战指挥软件系统转化的中间环节。随着一体化战场的建设，作战模型形成了由各级、各类作战模型组成的复杂的集合体，即模型体系。作战模型体系的研制是一个不断积累和完善的过程，不可能一次就把海战场作战模型体系建好，必须进行积累、反复验证和测试。在作战模型研制的过程中，首先要注重顶层设计，注重作战应用。从作战使用的角度出发，提出海军作战决策模型的功能性需求，形成作战模型研制的顶层指导性文件。其次，全面梳理已有模型，侧重互联互通，杜绝“烟囱式”模型［9］。再者，对作战决策模型要深化研究，加强数据支撑，建立软件模型库、数据库，深入研究作战软件对作战数据的使用需求，强化作战数据库对作战软件的支撑作用。最后，作战模型的研制过程，也是协调相关各要素，解决各种矛盾的过程。作战模型的研制与开发是一项长期的事业，必须具有一支稳定的、具有创新精神和走在各学科前列的海军兵力战法和模型研制的专家队伍［10］，集中精力开展创新研究，积极创新和丰富学科专业新理论、新知识、新技术、新方法，要用最新的理论创新成果、最新的学术观点、最新的部队工作实践充实到作战模型研制中。

［1］ 马政伟.海上编队作战模型需求映射与模型管理研究［D］.大连:海军大连舰艇学院，2011:65-67.

［2］ 胡晓峰.战争复杂系统建模与仿真［M］.北京:国防大学出版社，2005:348-349.

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［5］ 杜江，孙玉芳.基于面向对象模型库的DSS可重用体系结构研究［J］.系统工程理论与实践，2000(1):1-6.

［6］ Ma Zheng-wei.Research on Architecture of Shipboard Decision-making Software Model Based on DCD［C］.The 2010 International Conference on Computer Application and System Modeling，YiChang:2010:992-993.

［7］ 赵晓哲.海战作战决策模型体系建设研究［J］.空军工程大学学报，2011(增刊):32-33.

［8］ 乔非，严隽薇，贺飞鸣，等.基于模型构件的企业模型体系与建模技术［J］.计算机集成制造，2006(3):18-21.

［9］ 马政伟，赵晓哲.海上编队作战指挥会商体系和框架研究［J］.海军大连舰艇学院学报，2010，33(2):23-25.

［10］马政伟，王义涛.水面舰艇作战模型研究［J］.舰船论证参考，2012(4):36-39.