基于规则库的陆军作战指挥活动仿真建模

谭玉玺,孙　鹏

(南京陆军指挥学院作战实验中心,江苏南京　210045)



基于规则库的陆军作战指挥活动仿真建模

谭玉玺,孙鹏

(南京陆军指挥学院作战实验中心,江苏南京210045)

摘要:为了更好地满足联合作战方案实验论证对陆军作战行动的要求,提出了一种基于规则库的陆军作战指挥活动仿真模型构建方法。这种模型将作战行动中的各种指挥行为和行动行为规则化入库,以行为规则调用的方式组织构建,该方法只要对实体(指挥实体、执行实体)和规则库进行组织和维护,就可以构建出能够满足各种作战样式下作战方案实验论证的陆军作战指挥活动仿真模型,避免了依托人工智能、神经网络等理论进行模型构建带来的不确定因素。

关键词:规则库;实体;指挥活动;仿真模型

修回日期： 2015-11-26

孙鹏(1981-),男,博士,讲师。

近年来,作战实验蓬勃发展,对“人不在回路”的推演实验需求也更为强烈,因此，探寻陆军作战指挥活动内在的规律性,深化对陆军作战指挥活动的认识,运用信息技术研究构建陆军作战指挥活动模型,成为各国军队模拟系统研究的热点问题[1]。

美军将涉及人的指挥活动建模问题列为六大建模难题。DARPA从20世纪90年代执行CFOR计划,目的是开发一类具有完全自主能力的CGF指挥实体,能够描述特定指挥员的功能,能够对不断变化的战场态势做出反应,而无需人的输入或参与。在此基础上开展了“先进合成指挥兵力(ASCF, Advanced Synthetic Command Forces)”项目,其目的是研究、开发一个能有效地仿真更高指挥层次决策行为的高级指挥实体模型。我军也对指挥实体的指挥活动进行研究,在任务规划、路径规划、战术决策等决策内容上运用运筹学的优化方法、结构化分析方法建立了一些模型。但该研究还处于较低水准,还处于探索阶段,模型的实用性和系统性还不够强,没有形成可行方案。

指挥活动仿真模型是直接仿真人脑对战场情况的指挥,如果按照人工智能、神经网络的理论来建设,则不仅没有成熟的示例可以参考,而且系统复杂性过高,会造成系统开发的难度增加、系统可维护性差,更重要的是系统的运算实时性得不到保障[2]。因此,本文研究了用基于规则库方式的指挥活动仿真模型,指挥活动仿真模型的构建主要依赖指挥规则库,即通过预先设置情况处置的军事规则,由模型系统在仿真推演过程中根据状态动态查询和匹配,从而完成指挥决策的过程。指挥活动仿真模型是陆军作战模型体系中的重要组成部分,主要功能是仿真陆军师、旅(团)两级指挥结构的一般作战指挥活动的过程和决策。

1规则库设计

基于规则库的作战指挥活动模型,对于各种战场情况,当需要由上级指挥员进行指挥决策时,模型会查询指挥决策的规则库,从规则库中查找对应的指挥规则数据,并进行应用,从而有效地解决了系统自动决策指挥的问题。并且由于指挥规则库可以由军事人员直接外部进行维护,因此,当出现没有指挥规则的战场情况时,可以由军事人员进行外部添加指挥规则数据[3]。

规则库又分为指挥决策规则库和行动决策规则库两类。指挥决策规则库、行动决策规则库是两个独立的规则库。行动决策规则库用于设定各类陆军实体的行动规则,指挥决策规则库用于设定指挥机构根据战场情况做出指挥决策行为的相关规则。为满足规则库的编写和解释要求,需要专门的规则输入模块和专门的规则解释模块。

1.1规则库作用机制设计

规则库作用机制如图1所示。在指挥活动仿真模型中,规则分为两大类,即指挥行为规则和执行行为规则。对于规则作用机制的分析也将从这两个方面进行。

图1　规则库作用机制示意图

指挥行为规则主要定义了将任务命令分解为行动命令的相关规则。当指挥实体接受到上级命令时,进行决策过程如图右上方的流程图所示。首先对命令进行分析,得到任务的相关属性,如类型、时间、目标、要求等。按照相关环境实体状态,如气象条件、地形条件等[4],以及相应的任务属性选择完成任务的具体方式,即将任务划分为不同时序的一个或多个执行实体的行动,然后根据规则对这些行动进行定义,形成一系列对应相应执行实体的行动命令。

行动行为规则主要定义了将行动命令分解为执行实体一系列相关动作并进行执行的相关规则。当指挥实体接受到上级指挥实体的行动命令时,进行行动决策过程如图右下方的流程图所示。首先对行动命令进行分析,得到行动的相关属性,如行动类型、时间、目标、要求等,然后根据与其相关的环境实体要素的状态以及行动要求来决定行动的具体方式,即将其分解为一系列执行实体的行动,在执行实体执行动作的过程中,要与相应的目标实体发生信息交互,最终通过动作规则得到运算的结果,将这些结果发送给相关的实体。

由于规则库不可能穷尽所有可能的情况及规则,因此当实体不能匹配相应规则时,系统应提供人机交互界面,由人来处理该情况。同时能够将发生规则失效的场景及人的处置方案记录下来,以方便使用者对规则库进行完善和扩充。

1.2规则库管理机制

指挥活动模型的规则库管理机制如图2所示。

图2　规则库管理机制

作战实验中需要实体能够进行自动决策,这就对指挥实体或者执行实体对应的规则库要求很高,作战指挥决策本身十分复杂,因此在进行决策的过程中,指挥行为规则库以及行动规则库必须要不断地进行补充和丰富[5]。同时,随着作战样式和战场情况的变化,部分规则有可能无法适应当前的需要,这些都需要通过某种方式对相应的规则进行编辑。

规则库主要提供了两种访问接口：一个是提供给实体中的规则解释器的接口;另一个是提供给规则编辑器的接口。规则编辑器是规则编辑人员对规则库进行修改、添加、删除等操作的工具,该工具的用户主要是军事规则的制定人员,这些规则主要来源于对先验规律的总结,包括专家知识以及对现实军事行动的总结。该工具很好地实现了程序员和规则制定人员在进行开发过程中的分离,可以大大提高软件开发的效率。

2规则库构建

规则库的构建主要采用“事件(条件)+行动”的方法,即首先将各种作战行动的执行过程划分为若干阶段,阶段之间的过度点为事件发生点,任务执行的异常也作为事件输入。根据规则实现制定针对事件的指挥规则,指挥活动仿真模型只需根据事件(条件)调用相应的处理规则即可[6-7]。

以机动模型为例,部队在沿地形机动的过程中需要判别的条件如图3所示。

图3　机动过程中的指挥决策

如图3所示,在机动模型中,执行从一点到另一点的直线机动过程中,每个仿真周期都需要对多种条件进行判断。具体事件的划分如下。

机动模型正常事件包括:

1)机动开始。事件编号101,处理规则:按照理想状况下的机动计算本步长应该机动到的位置。

2)机动到拐点。事件编号102,处理规则:发实体位置报告,用下一个目标点作为当前机动的目标点并继续向新的目标点机动。

3)机动结束。事件编号103,处理规则:发机动结束报告,清除实体的运动状态位,防御方自动占领防御阵地。

机动模型异常事件包括:

1)油料不足。事件编号110,处理规则:①寻找最近的油料补给单位,并命令其给机动部队补充油料;②原地待命,取消机动任务;③放弃车辆,徒步机动。

2)敌地面炮兵火力袭击。事件编号111,处理规则:①停止机动,就地隐蔽;②继续前进,快速通过;③继续前进,快速通过,同时呼唤伴随支援火力压制敌炮兵;④停止机动,并后撤至安全地域。

3)敌空中火力袭击。事件编号112,处理规则:①停止机动,就地隐蔽;②停止机动,就地隐蔽,同时组织火力对空射击;③继续前进,快速通过;④继续前进,快速通过,同时组织火力对空射击。

4)坡度、崩岩等地理障碍。事件编号113,处理规则:①停止前进,取消机动任务;②调用路径规划模型,重新调整机动路线,继续机动。

5)水系障碍。事件编号114,处理规则:①满足涉水条件则直接涉水前进;②如果是大海则直接停止前进,取消机动任务;③判断水面条件,满足架桥条件则命令工兵分队架桥,如无伴随保障工兵部队则停止前进;④前三个规则都不适用,则调用路径规划模型重新产生机动路线,如果规划失败,则取消机动任务。

6)人工障碍(雷场、铁丝网、三角锥等)。事件编号115,处理规则:①停止前进,给最近的工兵部队下命令进行破障处理,如果处理失败转入规则②;②强行通过,按照雷场毁伤模型计算毁伤,如不能通过则转入规则③;③调用路径规划模型重新产生机动路线,如失败则停止前进,取消机动任务。

7)与敌遭遇。事件编号116,处理规则:调用遭遇战模型,与敌建立交战关系。

8)速度修正。事件编号117,处理规则:机动方式与地貌类型匹配修正;坡度修正;高原修正;战场密度修正;敌火力袭击修正;障碍修正。

规则库的构建可以通过将行动划分为不同类型的事件,每个事件都按照优先级注明了几种指挥规则。通过采用这种方式,可以构建军事人员直接维护的指挥规则库。

3指挥活动仿真模型

规则库建立完成后,我们可以依托规则库进行指挥活动仿真模型构建[8]。

事件发生后,指挥活动模型在一定的条件下,根据规则库中的规则,进行相应的决策,从一系列的行动中选择一个行动方案,完成任务并达到目标。

指挥活动模型首先要对实时的战场态势进行简单地了解,态势的属性主要包括:兵力;初始补给水平、补给消耗、再补给率;机动性;方向;位置;单位的纵深和正面宽度等。获取初始态势后,当遇到某一“事件”(条件)时,模型调用相应事件的处理规则,进行决策选择行动方案,行动选择的优先级取决于规则中的制定标准,选择可能达到最好效果的行动。

以机动模型为例,指挥规则应用示例如图4所示。

图4　机动模型中指挥规则应用示例

指挥活动仿真模型的构建主要是依赖指挥规则库,即通过预先设置情况处置的军事规则,由模型系统在仿真推演过程中根据状态动态查询和匹配,从而完成指挥决策的过程。

4结束语

本文提出了一种基于规则库的陆军作战指挥活动仿真模型构建方法。通过该方法建立的指挥活动仿真模型已经应用到某作战实验系统建设中,应用中的模型规则库规则按照时间事件、空间事件、情报事件和情况事件四类事件(条件)进行构建,指挥活动模型根据具体的事件类型进行相应的决策,有效地解决作战实验系统中指挥决策难的问题,同时也避免了依托人工智能、神经网络等理论进行模型构建带来的困难和一些不确定因素,基本满足了构建“人不在回路”作战实验系统的建设需求。

参考文献:

[1]王光宙. 作战指挥学[M]. 北京:解放军出版社,2009.

[2]李伯虎,柴旭东,朱文海,等. 现代建模与仿真技术发展中的几个焦点[J]. 系统仿真学报,2004，16(9):1871-1878.

[3]丁峰，等. 作战实验仿真建模与分析[M]. 北京:军事科学出版社,2008.

[4]刘兴堂,刘力,宋坤,等. 对复杂系统建模与仿真的几点重要思考[J]. 系统仿真学报,2007，19(13):3073-3075.

[5]胡晓峰,罗批,司光亚,等.战争复杂系统建模与仿真[M].北京:国防大学出版社,2005.

[6](荷)Jack P.C. Kleijnen.仿真实验设计与分析[M].张列刚，译.北京:电子工业出版社,2010.

[7]胡剑文.作战仿真实验设计与分析[M].北京:国防工业出版社,2010.

[8]张永亮,高志年.作战仿真中一体化建模问题研究[J].军事运筹与系统工程,2013，27,3(1):63-66.

Method of Constructing Land Command Simulation Model via Rule-Database

TAN Yu-xi, SUN Peng

(Operations Research Center of Nanjing Army Command College, Nanjing 210045, China)

Abstract:A method of constructing command simulation model based on rule-database is proposed to satisfy the actual requirement of the army operational scheme simulated deduction for army fighting action. The method puts forward the command and action in database by the rule, then constructs the model with the rule-database, this method can construct the model adopting many simulated deduction control methods, avoiding the indeterminacy factor of constructing model by the method of manual intelligent, neural networks etc.

Key words:rule-database; entity; command; simulation model

作者简介：谭玉玺(1979-),男,吉林磐石人,硕士,讲师,研究向为陆军作战建模与仿真、陆军模拟训练和作战实验应用。

收稿日期：2015-11-11

中图分类号:TP391.9；E917

文献标志码:A

DOI:10.3969/j.issn.1673-3819.2016.01.019

文章编号：1673-3819(2016)01-0090-04