复杂网络视角下的体系破击战法实验

朱 江,沈寿林,白承森,张 杰

(1.南京陆军指挥学院作战实验中心,江苏 南京 210045；(2.解放军信息工程大学指挥军官基础教育学院,河南 郑州 450001)



复杂网络视角下的体系破击战法实验

朱 江1,沈寿林1,白承森1,张 杰2

(1.南京陆军指挥学院作战实验中心,江苏 南京 210045；(2.解放军信息工程大学指挥军官基础教育学院,河南 郑州 450001)

信息化战争形态的不断演变,催生了与信息化作战背景相适应的体系破击新战法。单纯的概念演绎将无益于体系破击战法研究的深入,作战实验成为战法研究的新途径。基于复杂网络视角分析体系破击作战机理,将网络指标与战法内涵相结合,提出了几种体系破击战法的量化描述与算法形式,内置于开发的实验平台,通过动态推演进行战法效果评估实验,取得了有价值的结论,研究促进了战法的实用,对推进我军军事转型,打赢未来战争,具有重要的理论意义和应用价值。

体系破击战法；战法实验；复杂网络

信息化战争区别于传统战争的典型特征在于,战争不再是武器对武器、平台对平台的对抗,而是建立在各作战单元、作战要素综合集成基础上体系与体系的对抗。如图1所示,敌我双方作战体系结构均是一个多层次、多功能相互关联和相互作用的庞杂的大网络。其由不同层次的不同实体、不同关系在某些环节、机制上相互交织,整体上相辅相成协同作用形成的。从网络视角分析目标体系包括节点和边。节点包括作战单元、侦察单元、保障单元、指控单元;边包括指控关系、通信关系、保障关系、协作关系、交战关系、侦察观测关系。体系破击战正是着眼于打击作战体系关节,对敌整个作战体系实施结构性破坏,造成敌作战力量结构的紊乱和作战行动程序结构的脱节,进而集中力量各个击破,达到瓦解、歼灭敌军之目的。

图1 体系对抗示意图

体系破击作为一种军事概念,它的提出已有时日,但战法本身的实用性是摆在战法创新人员面前的一道难题。传统的战法研究主要依赖于归纳演绎、思维辨析、智谋对策,其研究定性多,定量少,难以提升战法的质量。

在作战体系的量化上,Einser定义体系为一组由相关事物或某些意识互相联系而构成的整体,考虑采用网络方法进行分析;Jeffery R Cares将网络参数引入战斗模型构建[1-2],澳大利亚的A.H. Dekker 和 Ang Yang分别运用网络与多Agent相结合的方法构建了作战模型,前者开发出CAVALIER系统,后者开发出Wisdom系统[3];2005年11月,美国科学院发表了《网络科学》研究报告,证明复杂网络理论描述体系较为适合;国内,李德毅院士对网络中心战与复杂网络理论相结合的问题进行了论述[4];国防大学胡晓峰教授阐述了复杂网络在战争复杂系统建模中应用的可行性[5];国防科技大学张维明团队运用网络方法研究组织和任务规划[6];文献[7]运用网络方法研究作战指挥体系、作战编组、心理战等问题。

结合网络方法对于体系破击战法的验证,也有一些探索。约翰·沃登在《空中作战》一书中提出基于系统论的体系对抗思想和目标选择的“五环攻击法”,从网络的角度考虑了体系的重心效应、链路效应、瓶颈效应、连累效应理论、层次效应,寻找体系中最大关键性、高效性、易损性的杠杆性作战节点作为打击目标,已经成为美确定打击目标的重要原则[8]。学术界运用复杂网络指标来描述体系,研究网络在顶点被删除情况下,已有节点和边的正常更替或蓄意攻击导致的失效情况[9-10],进一步解释了效果不可控的原因,上述研究具有启示性和原理性,为研究体系破击战法问题提供了理论和技术积累。

本文结合军事理论和复杂网络技术,将体系放入对抗的环境中,运用建模仿真方法构建实验平台以及精度较高的战术单元体系破击行动模型,将体系破击的相关战法及其形式化抽象的描述,作为想定输入,将复杂网络的相关拓扑特征与战法的特征结合起来,描述几种不同的体系破击战法,通过推演,观察体系破击战法的效果,并结合复杂网络提供的指标进行深入的分析,对体系破击战法概念进行检验。

1 体系破击战法的描述

体系破击战通常采取“毁点打链、精打要害”的破击战法,战法的关键是目标选择与打击问题。处于体系内的具有特定作战功能的作战实体不是孤立地存在和发挥作用的,而是通过关系将原本相对分散的作战实体连接成有机的整体网络。方法的基本思想是将体系用网络图来表示,运用复杂网络提供的丰富分析手段,对体系进行分析,选择关键节点进行打击。从复杂网络指标中遴选与体系破击战法密切相关的指标。目标中心性与复杂网络指标密切相关,当前比较明确的指标包括度、介数等。

1)度:度是与某节点直接关联的节点的数目。

2)介数:指网络中最短路径通过该节点的数量。测量一条连接的介数集中性时,需要考虑整个网络中所有经过该路径的捷径数量。

度可以表示个体的影响力和重要程度,在作战网络中,度数很高的节点与其它节点联系多,多为指挥所、后勤物流中心等重要节点;介数衡量该节点控制其他节点信息交互和资源流向的能力。比如某条重要的桥梁和交通要道,通信枢纽或信息处理中心,其度数一般不是最高但是介数很高。总之,度数、介数高的节点在整个体系中起到重要的中介作用,在目标选择打击中,应优先打击这些控制能力强的节点或边。这样体系破击战法也相应可以从定性、大概的目标分类,转化为基于量化的目标排序。基于这样的认识,我们设计了四种战法。四种方法首先构造交战目标集合,然后对目标排序,根据优先程度进行打击。

1)“一般打击”,不考虑节点之间的关系,将打击范围内的节点归入节点集,按照先发现先打击进行一般打击;

步骤1:构造交战目标集合VS

假设 实体为A,C为战场上敌方任意目标,

IfA能侦察到C,then{

ifA-C之间距离在射程之内

Then将C放入目标集合VS}

Else{ifA的相邻实体B能侦察C, 且A能与B通信}

Then{ifA-C之间距离在射程之内, 且A期望与C交战

Then将C放入目标集合VS}

步骤2:假设D为任意交战目标,构造交战目标子集Vt=VS∩Target,该集合中有n个元素:

2)“毁点”——度优先,优先打击目标体系中与其它节点联系多的节点(度优先),是围绕指挥首脑而实施的作战,其目标以指控节点为主;

如果D的节点度数最大,那么A对D实施攻击,A到D的交战连接建立。

3)“瘫边”——介数优先,针对战场上对网络具有支撑作用的节点或者链路而实施的作战,优先打击目标体系中信息流经多的节点(介数优先);

4)“毁点”与“瘫边”相结合, 权衡目标体系中节点与信息流进行打击,结合战术规则,度数高、介数高的节点应考虑优先打击,火力突击阶段优先考虑敌度数高的节点,对于歼敌夺地,夺取控制权的战术意图,讲究小群多路、分割围歼,应优先选择度数小,介数大的目标节点实施打击,结合地形和作战方向逐步推进。

else{

then{

then{

2 体系破击战法实验平台

上述战法运用作战实验检验时,采用人在回路的实验耗费大,人的因素较难把握,为此研发了基于复杂网络多Agent的人不在回路实验平台。该平台由基础数据管理、想定生成、实验条件设置、网络建模、网络可视化、仿真推演、结果分析等功能模块组成,并整合了网络建模、分析等工具。为便于体系破击战法实验,特别基于四种算法构建了战术单元体系破击行动模型内置于平台之中。

体系破击战法验证实验步骤如下:

1)给出军事想定,在前期作战提供的侦察情报信息基础上,得到敌打击目标信息清单,进而对目标进行归纳、统计。表1是打击目标统计表。

表1 打击目标统计表

结合敌方军事理论得到关系建立原则,比如蓝军采用的树状指挥体系具有明显的层次特性;战术指挥所、基本指挥所和备用的指挥所之间建立连接;兵力节点之间存在一定比例的支援关系和协同关系,比例取决于历史、信息化程度、合作的意愿;通信关系结合通信组网方式,倾向于地理位置相近、通信手段相同的通信节点之间首先建立连接;为增加通信的迂回能力,通信线路不只一条。节点根据任务形成指令流转关系(比如:侦察站侦察到情报将情报报给指挥部,指挥部分发到各个作战单元,指挥所下达作战命令后,将命令传递给各门火炮,火炮根据指令进行打击)。

2)构建描述体系中目标节点相互之间关系的网络拓扑,将目标在模拟平台上显示,并显示目标之间的连接关系,以及连接的不同类型。

在已知蓝军目标及目标之间相互关系情况下,为便于对整体体系进行分析,将各种作战目标抽象成节点,目标之间的关系抽象成边,得到敌方目标体系示意图2。图中,蓝色的点代表目标,目标之间存在连线表明目标之间存在相互关系。

表2是系统中后台输出的打击目标顺序。

图2 敌方目标体系示意图及对应邻接矩阵

编号一般打击排序“毁点”“瘫边”度数排序介数排序两者结合排序V11015109322V2119805385V31410406734V41210406348V51313306343V63104053810V79151111V8810406165V9159805389V1017130471316V1127130471315V12165160331614V137980677V144811053811V155811053812V1667130471313

3)红蓝方进入体系对抗仿真平台进行对抗,并进行体系打击效果的对比评估,输出网络效能值等指标的变化趋势,并进行分析,以检验战法。

如图3所示,平台现实的战场初始态势中,可以观察红、蓝方目标、战斗部署、位置、及交互关系。

图3 实验平台界面

3 体系破击战法实验

实验中红方设置为同一支部队,所要打击的蓝方目标和力量不变,但四组实验中红方调整体系破击的战法,针对目标采用本文设计的四种战法,实验采用多次运行取平均值的方法。

图4 红方采取不同战法之后,红蓝双方的兵力变化情况对比图

图4是不同打击方法下红蓝的兵力变化情况,从图4左图可以看出,四种方法红方的兵力损耗速率相当,红方采取体系破击的三种战法能较快结束战斗,且自身伤亡比较小,而不采取体系破击的一般战法,相对而言红方伤亡更大。从图4右图可以看出,采用体系破击战法,使得蓝方伤亡巨大,且可以较快结束战斗。

图5对作战过程中蓝方的体系效能进行分析,横轴是时间轴,纵轴对应反映体系效能值指标,指标数值高,代表体系效能高。评估模型通过设置平均度指标来了解对敌体系破坏程度。其计算方法为:

(1)

其中:Ni为与节点i相连的节点数;n为网络节点数。

图5中可以看出,采用毁点、瘫边、毁点与瘫边相结合,能够很好地对蓝方网络进行打击,会快速造成敌网络的全面瘫痪。结合图5和图4可知,采用“毁点”、“瘫边”及“毁点瘫边相结合”比“一般战法”对蓝军打击效果更好。体系破击战先把对手打成聋子、瞎子、傻子、瘫子,能达成瘫痪敌作战体系,降低其整体作战能力的目的。当体系遭到破坏后,敌作战力量迅速衰弱,瘫边就开始没有效果,越往后期,毁点的效果也没有那么好。这是因为体系破击行动不可能“毕其功于一役”,要想取得战争的最后胜利,还需要及时利用体系破击的战果,展开常规作战行动,将局部优势转化为全局优势,所以初战之法强调体系破击、直击要害,力求速战速决;续战与收官之法则更强调攻守协调,进退自如。

图5 不同战法打击下蓝方平均节点度变化趋势

4 结束语

体系破击战法实验,建立在军事理论、系统科学、复杂性理论等学科的基础上,将作战实验贯穿于理论研究过程的始终,利用实验研究体系破击战法的机理和运用方法,为体系破击战法实施和指挥员决策提供技术途径,研究证明通过斩敌“首脑”、蒙敌“耳目”、断敌“神经”、碎敌“关节”、阻敌“血脉”,使敌预警探测、指挥控制、精确打击和支援保障首尾难继,左右难以支援,使局部或全部因缺乏物质、能量“营养供给”而“组织坏死”,就可达到四两拨千斤的效果。本文探索得到体系破击战法之要:初战之法强调体系破击、直击要害,力求速战速决;续战与收官之法则更强调攻守协调,进退自如。本文研究结果对逐步完善战法体系,促进体系破击战法的实际应用,推进我军军事转型,打赢未来战争,具有重要的理论意义和实用价值。

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Combat Experiment of SOS Attack Method From thePerspective of the Complex Network

ZHU Jiang1, SHEN Shou-lin1, BAI Cheng-sen1, ZHANG jie2

(1.Nanjing Army Command College, Nanjing 210045;2.Information Engineering University of PLA, Zhengzhou 450001, China)

With information warfare booming, an innovative fighting method called SoS(System of system) attacking is brought forward. Combat experiment could done more favor to further understanding fighting method than logic concept analysis. So this article perform a series of experiment to validate the fighting method. firstly, operational mechanism of SOS combat is analyzed from the network perspective. Secondly, combining the network parameter with the connotation of SoS combat, this research proposes several quantity descriptions and arithmetic formats of SoS combat methods. Then, models is devised and employed in a C2 testing platform, by which, some experiments are conducted, and import conclusions are drawn by analyzing output data and demonstrated situation. This work promotes the practical application of the combat method of SOS attacking. It has significant theoretic meaning and practical value to advance military transformation and dominate in future war.

SoS combat; combat experiment; complex network

2017-02-17

朱 江(1981-),男，江苏如皋人，博士，副教授，研究方向为指挥控制与军事运等。 沈寿林(1967-)，男，博士，教授。 白承森(1975-)，男，讲师。 张 杰(1977-)，男，博士，讲师。

1673-3819(2017)03-0093-05

E911

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2017.03.020

修回日期： 2017-04-15