综合战场态势组件化表达模型研究*

李路遥,杜国红,徐新伟

(南京陆军指挥学院作战实验中心,江苏南京　210045)



综合战场态势组件化表达模型研究*

李路遥,杜国红,徐新伟

(南京陆军指挥学院作战实验中心,江苏南京210045)

战场态势是控制作战节奏、把握战斗进程的重要手段。借鉴组件化建模的思想,采用组件组合描述态势要素的方式,提出了一种崭新的战场态势表达模型。该模型构建了以态势图层为中心的管理机制、以“态”表达组件和“势”表达组件进行组合描述态势要素的建模机制和以图层服务为手段的功能扩展机制,可以显著增强战场态势显示的灵活性和提高系统功能的可扩展性。

战场态势;组件化表达;态势图层;态势要素;态势组件

战场态势是指战场上敌对双方在力量对比、兵力部署和作战行动等方面形成的状态和形势[1]。战场态势表达是以代表战场的纸质地图、电子地图或地理信息系统为载体,采用军标符号、图形、文字等方式将敌对双方相关部署、状态以及行动过程进行模拟和可视化的一种表现方式。为了建立便捷的战场态势表达方式,丰富战场态势表达效果,众多学者对战场态势表达开展了研究,提出了满足特定应用环境需要的战场态势表达模型。文献[2]提出了“基于模型驱动的态势显示框架”,实现了对新增仿真实体模型可视化的扩展,但对态势显示框架在功能上的扩展性未进行深入研究。文献[3]中提出的“适时在线显示与数据记录回放一体化的态势显示整体框架”,则解决了系统在功能上的扩展性,但对系统在仿真实体模型方面的扩展未进行研究。文献[4]提出了“采用面向对象技术对仿真实体类视图进行管理和通过OSG的场景管理技术对渲染视图进行管理的三维空中态势引擎”,解决了战场“态”三维立体化展现的问题,但对“态”的显示扩展、“势”的呈现以及引擎功能扩展未展开研究。

综上所述,态势组件化表达模型研究旨在借鉴组件化建模的思想,通过组合各类“态”表达组件和“势”表达组件,并构建以态势图层为中心的管理机制和以图层服务为手段的扩展机制的态势表达模型,来实现战场“态”和战场“势”的灵活显示和系统功能的灵活扩展。

1　综合战场态势表达内容

综合战场态势表达的内容主要分为两个部分:一是战场“态”的表达,其主要反映当前实时的战场状态；二是战场“势”的表达,其主要反映当前的战场局势以及战场未来发展的趋势。战场“势”包括静态“势”和动态“势”两个方面。其中,静态 “势”是指由仿真实体某一方面静态的作战能力形成的一种能力场。动态“势”是指能够反映战局发展方向的一种趋势,其可由若干历史时刻点上形成的动态“点势”串联而成的动态“线势”来予以表现。

战场“态”与战场“势”相辅相成,战场“态”侧重于反映战场外在的形态,而战场“势”则侧重于反映战场内在的规律。战场“势”是在战场“态”提供的数据基础之上,通过挖掘分析而形成的对局势的判断。战场“态”又是在历史战场“势”判别的基础上,通过调整决心和行动,形成的新的战场形态。

1.1战场“态”表达内容

战场“态”表达内容主要包括以下四个方面。一是状态信息。即反映仿真实体在某一时刻的状态信息,其又可分为静态信息和动态信息两部分。静态信息是指在仿真过程中始终保持不变的信息。如仿真实体标识、单位代字、仿真实体性质、军标码、初始实力等。动态信息是指随着时间或作战进程而发生变化的信息。如仿真实体位置、朝向、伤亡状态、现有实力等。二是战场标志信息。即表示战场地面位置、地域和控制线情况的信息。如集结地域、疏开展开地区、冲击出发线、火力歼敌区、雷场、障碍、基本阵地等。三是行动信息。即表示兵力遂行各种作战行动的信息。如地面机动路线、反冲击路线、穿插迂回路线、撤离路线、运动轨迹以及反映敌对双方之间进行的交战线、探测线、跟踪线等。四是结构逻辑信息。即反映作战组织各个作战单位之间存在的指挥、控制、通信等信息交互关系的逻辑结构信息。如编成结构、指挥层次结构、通信网系编配结构等。

1.2战场“势”表达内容

战场“势”表达内容则主要包括三个方面。一是能力信息。即反映全部仿真实体或某一方向部分仿真实体在某一方面作战能力的信息。该类信息通常依据仿真实体配备的武器装备性能而定,并通过叠加处理形成体现能力覆盖范围的包络。通过能力信息,可以衡量对抗双方静态实力的优劣。二是效能信息。即体现仿真实体综合运用武器系统执行作战任务所能达到预期目标的程度。该类信息具有典型的时间特性和统计特征,既可以是某一时刻的统计数据,也可以是某一时段或作战全程的统计数据。通过将多个时刻的统计数据按照作战进程排列,形成体现作战效能的发展变化的趋势信息,可以较好地辅助把握对抗双方实力此消彼长的过程。三是战局信息。即体现敌对双方于一定时间或阶段内在作战全局或一定区域通过一系列交战所形成的战场态势和军事形势。该类信息是通过对兵力分布、实力分布、行动趋势等多种信息进行深层次挖掘而获取的对战场局势的判断。如合围局势、焦灼局势、钳击局势等。通过战局信息,可以了解战场局势发展走向,为裁决评判对抗结果提供支撑。

2　综合战场态势组件化表达模型构建方法

战场态势组件化表达模型构建借鉴了组件化建模技术的概念,采用按照态势表达组件为中心的原则进行建模。其核心思想是将待表达的对象作为一个容器,按照仿真实体所要体现的效果特征进行拆解,采用分而治之的方法封装为表达组件,由一系列表达组件的聚集来描述待表达的对象。组件化表达的关键是对研究对象进行分解,按照某种原则将每个具有个性特征的对象分解成若干个具有独立功能的子模块,即组件。通过对具有相同特征的表达组件进行统一描述,可以最大程度地实现表达组件重用。另外,由于表达组件提供了统一的接口标准,遵循此标准,可以实现态势表达的灵活扩展。

采用组件化技术进行战场态势表达模型构建,其基本的建模流程可以分为以下五个步骤:1)首先进行战场态势表达内容的梳理分析,归纳汇总所有要表达的态势内容要素；2)将归纳出来的态势内容要素进行拆分,将具有同类特征的表达内容进行归类；3)步将具有同类特征的表达内容依据表达组件标准封装成独立的表达组件；4)依据仿真实体所要表现的特征,将与其相关的表达组件进行组装,形成系列态势要素表达模板；5)依据模板,通过解析态势数据,生成具有完整表达特征的一个个态势要素实例。在上述步骤中,步骤3)和4)决定了态势表达的灵活性,对于新的态势表达要素,可以遵循组件接口标准开发满足需要的表达组件,而后通过外部编辑态势要素表达模板的方式,就可以实现新的要素的显示。采用此方式进行设计,可以极大地提高态势表达的重用性和可扩展性。

3　综合战场态势组件化表达模型架构

战场态势表达模型架构决定了态势表达系统的灵活性和功能的可扩展性。为了实现对态势要素的统一组织和管理,态势表达模型架构采用态势图层的方式对态势要素进行组织、管理和调度。同时,为了提高架构的可扩展性,采用全局图层服务的方式对辅助功能进行设计,如为了实现态势的复线,在实时显示态势的过程中,以态势数据采集服务的方式实现态势数据的实时记录和存储功能。综合战场态势组件化表达模型架构设计如图1所示。其中,态势图层管理器是整个态势表达模型架构的核心,负责组织和维护所有管理器之间的逻辑关系。

态势要素管理器负责维护态势要素管理工厂和创建态势要素管理实例。态势组件管理器负责态表达组件工厂和势表达组件工厂以及组件实例的创建。态势图层服务管理器负责维护态势图层服务工厂以及实例的创建和管理,为获取态势图层服务提供统一的接口。态势图层是所有态势要素的容器,汇集了所有表达的态势信息,其通过态势要素管理来创建、组织和维护所有的态势要素。同时,通过引用态势图层服务管理器来获取态势图层所需的扩展功能。态势图层服务遵循统一的服务接口标准,可依据该接口标准扩展所需功能,从而为系统功能的灵活扩展提供途径。同样,态势要素管理也规定了统一的管理接口标准,可依据应用需要灵活地设计态势要素的组织结构,如数组结构、链表结构、树形结构、图结构等。态要素和势要素分别是态表达组件和势表达组件的容器,通过聚集不同类型的组件来表达态势信息。所有的态表达组件和势表达组件遵循各自统一的组件接口标准,以实现组件的灵活扩展。

图1　战场态势组件化表达模型架构图

采用上述态势组件化表达模型架构,构建态势表达模型的时序具体分为三个阶段。第一阶段是管理器实例创建及注册阶段。首先,创建各态表达组件工厂实例和各势表达组件工厂实例,创建态势组件管理器、态势要素管理器、态势图层管理器、态势图层服务管理器实例。而后向态势组件管理器注册各态表达组件和各势表达组件,向态势要素管理器注册态势组件管理器,向态势图层管理器注册态势要素管理器和态势图层服务管理器。第二阶段是态势图层、图层要素管理、态势要素以及态势表达组件实例创建阶段。首先通过

态势图层管理器创建态势图层实例,并通过态势图层服务管理器将态势图层实例与所需服务建立关联；其次,态势图层实例通过态势要素管理器创建态势要素管理实例；而后,态势要素管理实例创建态要素实例和势要素实例,并维护管理所创建的要素句柄；最后,依据要素模板定义的要素组件构成,态要素实例和势要素实例通过态势组件管理器来创建组件实例。第三阶段是态势图层、图层要素管理、态势要素以及态势表达组件实例效果绘制以及图层服务实时调度阶段。上述三个阶段的具体处理步骤如图2所示。

图2　态势组件化表达模型构建时序图

4　综合战场态势表达组件模型

依据共性特征组件化处理的原则和应用中表达各类信息的细分需求,在设计组件模型构成时,尽量将组件的划分进行细化,每一类组件只针对某一方面信息进行专项描述。

4.1综合战场“态”表达组件模型

综合战场“态”表达组件模型是对当前战场状态中各类信息的描述。为了完整表达战场“态”信息的全部内容,战场“态”表达组件模型构成必须包括基础信息类组件、军标图形类组件、行动信息类组件、逻辑结构类组件等四类。其中,基础信息类组件包括军事属性信息组件、实力组件和状态组件,分别用来描述实体的军事属性信息(如单位标识、单位代字、隶属方、单位性质、目标性质等)、作战实力信息(如装备构成、人员组成、战斗力指数、探测范围、火力压制距离、火力地境等)以及实体状态信息(如伤亡状态、任务状态、运动静止状态、被发现被识别状态等)。军标图形类组件包括点军标图形组件、线军标图形组件和特殊效果组件,分别用来描述以点、线军标方式呈现仿真实体的显示方式和以象形或示意方式显示炸点、爆炸、烟雾等效果的方式。行动信息类组件包括机动计划组件、运动轨迹组件、交互组件,分别描述机动计划信息(如路径、运动速度、调整点等)、运动轨迹信息和实体之间的交互信息(如探测交互、跟踪交互、交火交互、通信交互、指挥交互、协同交互等)。逻辑结构类组件包括指挥关系组件和通信网系拓扑组件,分别描述仿真实体之间的指挥层次和指挥跨度信息以及通信组网的组织结构、通信链路和通信设备等信息。具体构成如图3所示。

图3　战场“态”表达组件模型构成图

4.2综合战场“势”表达组件模型

综合战场“势”表达组件模型是对当前战场局势和发展趋势信息的描述,其主要由三类组件构成。一是能力势组件,主要描述由仿真实体某一方面能力聚合形成的能力势场。针对军事上重点关注的侦察、打击、通信、干扰四个方面的能力,能力势组件主要包括探测能力势组件、打击能力势组件、通信能力势组件和干扰能力势组件四类,并以包络形式予以体现。

二是效能势组件,主要描述达成某一方面作战目的的效果和程度。效能势包括某一时刻的点效能势和在某一时间段内由点效能势体现出的线效能势,通过线效能势能够分析和预测未来的发展趋势。效能势组件主要包括情报侦察效能势组件、通信组网效能势组件、火力打击效能势组件和指挥控制效能势组件等。分别用以描述由侦察范围覆盖率、目标发现率、目标识别率、目标丢失率等指标体现出侦察效能;由网络覆盖率、联通率、到达率、丢包率等指标体现出的通信效能;由目标毁伤率、目标覆盖率、装备损失率、弹药消耗率、费效比等指标体现出的火力打击效能;由指挥频度、指挥时效性、指令到达率、延迟率等指标体现出的指挥控制效能。三是战局势组件,主要描述某一局部或全局的高度抽象的战场态势。战局势组件主要包括合围局势组件、卷击局势组件、夹击局势组件、焦灼局势组件以及夺占局势组件等。具体构成如图4所示:

图4　战场“势”表达组件模型构成图

5　应用案例

本文提出的战场态势组件化表达模型已成功应用于多个重点军事项目的研制中。系统1为基于态势的评估分析系统,系统构建了各类“态”表达组件和战场局势组件,并采用二维方式予以呈现如图5、6所示。系统2为三维战场态势显示系统,系统采用三维形式构建了各类“态”表达组件，如图7所示。

图5　系统1二维“态”表达组件效果图

图6　系统1战场局势组件效果图

图7　系统2战场局势组件效果图

6　结束语

战场态势组件化表达借鉴了组件化建模的思想,通过分解、聚焦描述、聚合的过程实现态势要素的组件化描述。组件化表达模型采用统一组件接口和外部编辑要素构成模板的方式来实现战场态和战场势的灵活

扩展和展现。同时,通过规范统一的态势图层服务接口来实现系统功能的扩展。采用态势组件化表达模型来构建态势显示系统,不仅可以灵活地展现战场态势,而且可以系统清晰地组织各类态势信息,从而为基于数据做深层次的态势分析提供支撑。

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Component-based Expression Model of Integrated Battlefield Situation

LI Lu-yao, DU Guo-hong, XU Xin-wei

(Operation Research Center, Nanjing Army Command College, Nanjing 210045, China)

Battlefield situation is the important way to control operation rhythm and master combat progress. Learn from component-based modeling ideology, a brand new battlefield situation expression model was put forward which combines components to form situation element. The model constructs the layer-centered management mechanism and modeling mechanism which combines state expression component and tendency expression component to describe situation element. Meanwhile, function extend mechanism by means of layer service was also constructed. It was very useful to enhance the flexibility of battlefield situation display and improve the expandability of system function.

battlefield situation; component-based expression; situation layer; situation element; situation component

1673-3819(2016)04-0013-05

2016-05-11

2016-06-07

2015国家社科基金军事学项目资助(15GJ004-136)

李路遥(1973-),男,河北邯郸人,博士,教授,研究方向为军事运筹。

杜国红(1982-),男,硕士,讲师。

E917

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2016.04.003

徐新伟(1984-),男,讲师。