车辆装备保障模拟训练系统研究

陈祥斌，史 芸，刘亚东，李 超

(1.军事交通学院 装备保障系，天津300161;2.军事交通学院 汽车指挥系，天津300161)

军事模拟训练系统就是利用先进的计算机模拟仿真技术对未来各种作战环境进行模拟，在模拟的作战环境中进行训练，辅助进行战法、训法研究和作战指挥辅助决策的研究［1］。军事模拟训练系统作为部队信息化建设的重要部分越来越受到各国的重视，应用模拟训练系统进行军事训练，是部队进行军事训练的重要形式，也是适应未来高技术条件下作战的一种重要的训练手段，对提高部队军事训练的质量效益具有重要作用。

车辆装备作为我军编配数量最大、分布最广泛、动用最频繁的大型装备，长期以来由于受装备数量、训练场地、训练环境等因素的制约，利用实装进行训练的传统训练方法，难以达到预期的作战训练目的和要求。模拟训练的出现在很大程度上弥补了实装训练存在的不足，特别是利用现代仿真技术，开发模拟训练器材和软件平台，在军地装备维修技能培训和指挥人才培养方面都取得了良好的效果。目前，我军车辆装备保障模拟训练器材和软件平台开发还远落后于地方和军队通用装备其他专业。因此，研究车辆装备保障模拟训练系统，形成符合我军车辆装备保障训练体制编制与部队实际的总体规划，对推动我军车辆装备保障模拟训练器材和软件开发、促进模拟训练的全面展开，具有十分重要的现实意义。

1 模拟训练系统的发展与现状

1.1 外军发展与现状

20 世纪后期，世界主要军事强国在军事训练领域中大力开展模拟化训练，其本质核心就是运用以计算机为基础的现代模拟技术实现军事训练的跃升。20 世纪80 年代初期，美军就开始利用模拟技术进行模拟训练;20 世纪90 年代，美军成立了美军国家模拟中心，专门负责研制、开发、管理模拟训练系统，用以支持美军的模拟训练，特别是虚拟现实技术和分布交互仿真技术的应用，极大地推动了美军计算机模拟训练的广泛应用［2］;目前，美军的模拟训练系统已经在院校教学、武器装备操作训练、复杂专业技术训练、指挥决策训练、战役战术训练乃至战略训练得到全面普及［3］。

1.2 我军的发展与现状

在学习、借鉴外军先进经验的基础上，结合我军特点研制了一批应用于不同层次、不同军兵种的指挥模拟训练系统，形成了适合我军实际的指挥模拟训练系统的模型设计规范和统一的数据交互标准，实现了指挥模拟训练演习场地的远程异地开设和同步模拟，使作战指挥模拟训练从过去单一军兵种训练发展为多军兵种联合训练，为我军指挥模拟训练器材走向实用化迈出坚实的一步。在装备保障领域中，装甲专业已经建立了较为完整的模拟训练与仿真体系，在教学训练中发挥了重要的作用。同时，也应看到我军目前的模拟训练系统多数是面向战术层次开发的，由于缺乏顶层规划，难以发挥综合效力，还存在与各级自动化作战指挥系统缺乏联系的问题。

2 模拟训练系统总体设计

2.1 总体框架

从总体框架上考虑，车辆装备保障模拟训练系统主要由仿真中心、保障模拟训练中心、虚拟战场3 部分组成(如图1 所示)。

图1 车辆装备保障模拟训练系统总体结构示意

其中，仿真中心负责整个推演模拟训练系统 的导调监控、指挥调度、命令下达、组织协调、考核评估;保障模拟训练中心负责车辆装备保障模拟训练，并将模拟训练情况向仿真中心汇报;虚拟战场主要负责生成虚拟战场环境和进行战场态势显示，构造保障训练过程中不同的虚拟环境。

2.2 逻辑结构

车辆装备保障模拟训练系统从逻辑结构上可分为人员组织层、功能层和资源服务层(如图2 所示)。人员组织层由车辆装备保障指挥机关、部(分)队人员、相关人员及终端构成，终端实际上是一种计算机用户环境;功能层为用户提供各种车辆装备保障指挥模拟训练功能;资源及服务层由车辆装备保障模拟训练总控系统和各种数据库、模型库、知识库，以及各种公共服务平台、仿真系统协调程序等组成。

图2 车辆装备保障模拟训练系统逻辑体系结构

2.3 模块设计

车辆装备保障模拟训练系统模块主要包括导调监控子系统、指挥作业子系统、战场环境仿真子系统、辅助决策子系统以及辅助功能模块等(如图3 所示)。

(1)导控想定子系统。该子系统主要实现训练想定的生成、运行过程的自动运算求解、训练过程的人为干预、训练过程数据的跟踪记录及态势的显示等。主要用于导调监控人员对训练课目、训练条件、训练过程的控制与监视，记录运行过程与结果数据。过程数据可用于训练的再现，以及训练方式、训练过程出现问题的仿真研究。

(2)指挥作业子系统。该子系统由受训人员操控，实现车辆装备保障指挥受训人员的训练，主要包括指挥控制、文电传输、作业支持、信息查询等功能模块。该子系统接收导调系统的训练课目，需要战场环境子系统的支持，还可采用辅助决策子系统帮助完成训练课目，同时还可用于车辆装备保障指挥的研究。

(3)战场环境仿真子系统。该子系统为指挥作业子系统提供虚拟的二维或三维战场环境，主要具有战场环境、三维标绘及态势实时显示等功能。考虑到车辆装备保障任务的多样性，需要建立各种作战环境的地理、天候、人文等数据库，以满足多样化军事任务条件下车辆装备保障指挥训练的需求。

(4)辅助决策子系统。该子系统主要由决策支持知识库、决策支持模型库、保障信息资源数据等模块构成。主要用来协助受训人员(车辆装备保障部(分)队指挥员角色)分析判断情况、拟制保障计划和制订保障方案。系统以人工智能、军事运筹学和信息处理技术为工具，以数据库、专家系统和数学模型为基础，通过计算、推理和仿真等手段辅助受训人员拟制保障计划，制订保障方案。通过辅助决策，可对各种保障方案进行比较，筛选 出较为科学合理的方案。

图3 车辆装备保障模拟训练系统模块设计示意

(5)系统辅助功能。该系统主要完成系统管理、维护、数据安全与备份，是保证系统正常运行的辅助功能，是保证系统实现功能拓展与更新的必须功能，也是进行车辆装备保障仿真研究的必备功能。

2.4 运行过程

车辆装备保障模拟训练系统的运行过程可划分为准备、模拟和分析3 个阶段(如图4 所示)。

图4 车辆装备保障模拟训练系统运行过程示意

(1)准备阶段。主要完成:①根据训练的任务与目标，按照模拟系统功能结构，选取合适构件完成系统的组装;②利用系统提供的工具完成训练想定的开发与数据准备。

(2)模拟阶段。主要完成:①根据训练想定生成训练环境;②想定系统依据想定为受训人员出情况;③受训人员分析判断情况，利用作业系统展开作业，并将作业结果输入模拟系统;④辅助决策系统接收指令，调度相关模型，完成相关活动模拟，并将系统运行结果反馈给受训人员，重复③的动作;⑤导控系统完成模拟数据收集，记录模拟训练过程，监控模拟训练状态，根据训练需要发出干预指令，重复②的动作，或直接干预模型运行，重复④的动作;⑥环境仿真系统和其他辅助系统为整个模拟训练过程提供软硬件技术支持。如此反复进行，直至达到训练目标，结束模拟训练。

(3)分析阶段。主要是根据模拟阶段收集的数据、记录的过程对整个训练过程进行分析。分析结果的主要用途:①检验、评估模拟训练效果，验证、探讨模拟训练理论;②形成训练模拟历史数据，可用于模拟重演和指导下一次的训练模拟;③发现训练模拟中存在的问题，为车辆装备保障模拟训练系统的完善提供依据。

3 模拟训练系统的关键技术

3.1 体系结构以及标准、规范技术

为了建立一个规范且开放的典型系统，使其适用各层次训练，应借鉴国外在分布交互仿真系统中的先进经验，采用分布交互仿真高层体系结构(HLA)及其信息交换和运行管理机制。在HLA框架下，成员通过RTI 构成一个开放性的分布式作战模拟训练系统，整个系统具有可扩充性，其中成员可以是真实仿真系统、构造或虚拟仿真系统以及一些辅助性的仿真应用，使训练系统符合通用化、系列化、组合化要求［4］。在系统组成方面，以分布交互仿真系统的标准和规范为基础，构建满足车辆装备保障训练需求的应用标准和规范，以提高模拟训练系统的标准规范性。

3.2 建模仿真技术

仿真模型及其建模方法是研制训练系统的基础，其本质是利用建模工具和预定义的接口协议进行有机合作的共同建模过程，明确建模各个阶段的内容以及相互之间的转化方法，把军事概念模型与程序模型紧密地联系在一起，建立模型与程序之间的映射机制，实现军事概念模型与程序代码之间的转化。车辆装备保障模拟训练系统中涉及的模型非常多，包括指挥中心(所)模型、实体模型、环境模型、传感器模型、作战模型、装备模型、数据处理和效能评估模型等。为保证模型的准确性，提高仿真模型的开发效率，应首先对各种模型的机理进行研究分析，然后借助于目前成熟的建模工具来完成各类仿真模型的建立。同时，随着装备保障理论的不断创新，仿真模型内容必须随之不断变化才能与客观实际相符。因此，可利用模型模板引导工具将填写好的模板引入一体化建模平台，当新的仿真应用需要已有的模型加入时，只需针对新的仿真平台开发一套模型程序映射关系即可，从而实现模型的可重用。

3.3 数据库建模技术

为了实现模拟训练系统的数据共享和管理，模拟训练系统中应构建相应的数据存储库，如地理目标数据库、装备性能数据库、战斗编成数据库、战斗想定数据库、作战计划数据库和各种模型数据库等;同时，还要保存仿真方案、仿真日志和保存记录等管理信息。因此，为发挥各类数据在模拟训练中的作用，实现数据建设与模型建设的互动发展，确保各类数据实用、管用、可靠，必须构建科学合理的系统数据库，从而形成完备实用的数据工程体系，为车辆装备保障模拟训练系统研发提供必要的基础条件。

3.4 战场环境视景显示技术

综合战场态势显示主要为参训人员提供近似实战的综合战场显示效果，要能根据实际需要进行二三维态势显示切换。三维态势显示主要基于多分辨率战场地形显示基础，准确运用模拟训练的实时态势数据，全面、清晰、形象直观地显示战场综合态势。将车辆装备保障训练的动态变化过程和结果数据以及所处的多维战场空间环境，以环境特征、抽象符号、三维模型、战斗特效、文字和图表的方式综合显示，在本地进行计算处理后将结果数据显示在本地屏幕上，全面、准确地展示模拟训练过程中的局部细节及整体态势。三维态势显示功能可作为独立软件嵌入模拟训练环境仿真系统中，实时获得实体对象与交换对象信息，在训练模拟系统的支撑运行控制下，实现模拟训练运行过程的同步显示。

3.5 训练效果评估技术

车辆装备保障模拟训练系统，其重要作用就是通过系统对训练效果进行客观公正的评估。训练效果评估应根据模拟训练对象和内容，从模拟结果数据的深层次入手，以长期积累的模拟训练数据为基础，将模型背后的数据关系加以理论提炼，通过典型化、数理化与模型化的数学提炼，在数学层面展开模拟训练数据的关联性研究，间接展开模型检验方法的应用研究，用于检验衡量仿真模型和仿真数据的可靠性，揭示模拟训练反映的部分隐形规律。同时，系统需要提供输出结果生成与分析工具，由导控分析人员来分析模拟系统所输出的评估结果。

4 结 语

车辆装备保障模拟训练系统作为作战模拟技术在装备保障中的应用，将为受训者提供一个逼真的训练环境和指挥作业平台，既可达到训练目的，又可在平时演练战时，而且经济效益好。同时，车辆装备保障模拟训练系统的开发也是一项复杂的系统工程，涉及领域广、技术难题多。本文围绕模拟系统的总体框架、逻辑结构、功能模块、运行过程以及关键技术进行了先期的研究，初步建立了车辆装备保障模拟训练系统的理论框架，为下一步我军车辆装备保障模拟训练系统的开发与运用提供了理论支撑。

［1］ 周晓宇.军事训练研究［M］. 北京:国防大学出版社，2014:122-123.

［2］ 梁志平，唐川.美军模拟训练经验浅析［J］. 外国军事学术，2010(12):70-71.

［3］ 吴敏文，孟详春. 美军模拟训练发展研究［J］. 外国军事学术，2005(1):48-51.

［4］ 李轲，杨金展，许庆峰，等.基于虚拟现实技术的军用车辆维护仿真训练系统研究［J］. 军事交通学院学报，2013，15(9):39-42.