刘 彬,钟 赟,2*,韩文雅
(1.空军工程大学信息与导航学院,西安 710077;2.空军工程大学装备管理与无人机工程学院,西安 710051;3.解放军95899 部队,北京 100085)
指挥与控制(简称指控)组织是一种特殊的军事组织,与其他组织一样,C2 组织是为实现一定的共同目标,通过互相协作形成的军事集体。对于C2 组织,有系统论、控制论、信息论、耗散结构论和协同论等不同观察视角。相比于其他组织,C2 组织面临的复杂不确定性和动态对抗性等风险挑战更加严峻。
按照一般认识,狭义上的C2 组织是由多决策机构或决策人员组成的决策组织,通过个体自身决策行为以及个体之间决策行为的交互,保证组织的决策效能。广义上的C2 组织不仅包括上层的指控单元(机构或人员),还向下延伸到完成组织任务的兵力单元和实现信息通信保障的通信单元。目前研究大多是针对广义C2 组织开展的。
对C2 组织的研究,主要集中在C2 组织设计方面,即按照任务计划网→组织协作网→组织决策树的设计步骤,对C2 组织的任务关系和指控关系进行设计。C2 组织的任务关系是确定组织兵力单元-任务对象的执行关系,本质上是资源调度和任务分配问题;而C2 组织的指控关系是确定各级指控单元之间的指控层级关系,本质上是指控结构设计问题。随着研究的拓展,C2 组织的信息关系和通信关系也逐渐成为热点研究问题。其中,C2 组织的信息关系是确定组织中各类单元,特别是指控单元之间的信息交互链路和流量,本质上是信息路由组合优选问题;C2 组织的通信关系是确定组织中各类单元与通信单元的通信接入关系,本质上是通信拓扑规划问题。
C2 组织通过一系列组织活动实现组织目标,从更宏观角度来看,C2 组织的组织活动包括作战筹划活动、作战准备活动、作战实施活动和作战评估活动。其中,作战实施活动是核心环节,是C2 组织活动中最集中和最常见的表现形式,突出表现在信息活动、指控活动和兵力活动3 个方面。
目前对C2 组织的研究大多是从C2 组织的关键内容视角出发,研究其中重要技术问题。而较少有从C2 组织的组织活动视角出发,基于对组织活动分类、结构和关联的详尽分析,对组织活动中的核心环节——作战实施活动的主体和客体要素,以及所属信息活动、指控活动和兵力活动的相应结构描述的相应研究。本文的主要工作就是围绕以上方面展开的。
C2 组织的组织活动是一个较为宽泛的概念,是指组织在作战筹划准备、具体实施和效果评估等各个阶段进行的所有活动的总和。对C2 组织活动按照作战筹划、作战准备、作战实施和作战评估的分类,进行具体分析。
C2 组织的作战筹划活动是组织中指控单元对作战决心及作战方案计划的构想过程,是一个综合运用创新性和批判性思维,借助于自动化和智能化筹划技术和工具,生成组织兵力部署方案、行动过程方案和任务分配计划等一系列产品的过程。C2 组织的作战筹划活动依赖于指控单元对作战全局的宏观认识和精准把握,按照认识、研究和设计作战过程的顺序,形成作战意图→作战决心→作战计划的整体链条。
C2 组织的作战准备活动是组织根据作战筹划结果,进行的兵力预先部署、武器人员预先配置和信息通信预先保障等活动。“有预则立,无预则废”,充分的作战准备是夺取作战胜利,实现组织目标的重要前提。C2 组织的作战准备活动要按照高效、适配和全面原则,做好各项准备工作。
C2 组织的作战实施活动是C2 组织达成组织目标的主体活动,可以分为按计划实施和临机实施两类。按计划实施是指态势未发生变化或变化程度较小无需改变计划时,C2 组织按照预先计划进行作战实施。临机实施是指态势发生变化特别是超出预先计划覆盖范围时,需要进行实施活动的调整,进而维持组织效能。C2 组织按计划实施和临机实施的切换,依赖于指控单元对态势变化的准确感知和认知。
C2 组织的作战评估活动是在作战实施活动过程中或结束后,对组织作战效果进行评价的过程。按照评估模式的不同,C2 组织的作战评估活动包括过程评估和结果评估两种模式。C2 组织的过程评估,是在C2 组织作战过程中,通过不断地评估反馈调整组织各类要素的分布和排列,从而提高组织效能;C2 组织的结果评估,是在C2 组织完成阶段性任务后,对整体结果进行评价,若未达预期,则进行增补性任务执行以达成预期效果。
C2 组织活动中,作战筹划活动、作战准备活动、作战实施活动和作战评估活动整体上是串行结构关系,即前一活动输出是后一活动输入。特殊的是,作战实施活动和作战评估活动是双向反馈关系,即作战实施活动的结果会影响作战评估活动,作战评估活动的结果同样会反向影响作战实施活动。
C2 组织作战实施活动所包含3 类活动中,信息活动是支撑,指控活动是核心,兵力活动是关键。信息活动是包括信息产生、处理和传递的完整过程,C2 组织中,更多关注的是信息传递过程,即为保证组织的兵力活动和指控活动,控制信息的流向和流量,使得情报信息、指控信息、协作信息和状态信息等各类信息能够按需汇聚和分发。指控活动是C2组织中指控单元对指控对象(兵力、武器)进行指挥与控制的过程,C2 组织的指控活动可以实现对组织运行的监督、协调、指导和控制,确保C2 组织按照指控单元的意图运行,并能够在态势变化时进行临机调控。兵力活动是C2 组织中的兵力单元按照预定的方案和计划进行兵力配置和调度,并能够在态势变化时调整兵力方案和计划,从而进行兵力的重配置和重调度。三者关系方面,兵力活动直接影响组织效能,信息活动和指控活动实施的根本目的都是为了保证兵力活动的有效实施。同时,信息活动也在一定程度上支撑指控活动,指控单元正确的指控行为依赖于及时准确的信息服务。
如图1 所示,为C2 组织活动结构图。
图1 C2 组织结构图
信息活动、指控活动和兵力活动是C2 组织活动中的关键活动,主要对这3 个活动进行研究。
C2 组织中的信息活动、指控活动和兵力活动均是由一定的组织主体要素实施的:信息活动主要由通信单元实施,信息流串联起通信单元、指控单元和兵力单元;指控活动主要由指控单元实施,指控流串联起指控单元和兵力单元;兵力活动主要由兵力单元实施。因此,C2 组织中各类活动的主体要素主要包括通信单元、指控单元和兵力单元。
通信单元(communication-supporter,C)是C2 组织中的通信基础节点。通信单元集合记为S={C,C,…,C},其中,Q 为通信单元数量。通信单元的一般属性包括空间坐标、通信手段和通信连接容量等。
指控单元(decision-maker,DM)是C2 组织中担负指挥与控制任务的决策机构或人员。按照一定层级划分,指控单元包括战役级指控单元(operational decision-maker,ODM)和战术级指控单元(tactical decision-maker,TDM)。一般情况下,C2 组织中的战役级指控单元只有一个,而战术级指控单元有多个。战术级指控单元集合记为S={TDM,TDM,…,TDM},其中,D 为战术级指控单元数量。指控单元的一般属性包括空间坐标、指控权限、指控方法和指控容量等。
兵力单元(force,F)是C2 组织中组织任务的直接执行者。兵力单元集合记为S={P,P,…,P},其中,V 为兵力单元的数量。兵力单元的一般属性包括空间坐标、机动速率和资源能力等。
同时,C2 组织中的信息活动、指控活动和兵力活动均是针对一定的组织客体要素的。如上述分析,信息活动和指控活动作用的客体要素实际上就是组织中的指控单元或兵力单元;而兵力活动作用的客体要素(对象)是组织行动和组织任务。
行动对象(action,A)是为达成C2 组织目标,在考虑一定组织约束条件下所采取的组织可行行为。行动对象集合记为S={A,A,…,A},其中,K 为行动对象数量。行动对象的一般属性包括细分子行动(任务对象)、行动-效果关系等。
任务对象(task,T)是C2 组织行动对象分解所得的兵力单元,具体需执行操作。任务对象集合记为S={T,T,…,T},其中,N 为任务对象数量。任务对象的一般属性包括空间坐标、处理时长和资源需求等。
C2 组织中的高效信息活动是掌握作战态势、提高指控质量和增强协同效能的关键,C2 组织的信息活动依赖于组织的通信拓扑和信息网络。其中,通信拓扑是物理层面的,信息网络是逻辑层面的。
C2 组织的通信拓扑涉及通信单元、指控单元和兵力单元,不同单元间的连接关系包括通信单元之间的连接关系R,通信单元与指控单元之间的连接关系R(其中,R又包括通信单元与战役级指控单元之间的连接关系R、通信单元与战术级指控单元之间的连接关系R),通信单元与兵力单元之间的连接关系R。连接关系构成四元组A=<R,R,R,R>。指控单元和兵力单元均为接入通信单元的用户,接入数量存在一定容量限制。
如图2 所示,为C2 组织典型通信拓扑中各单元连接关系。
图2 C2 组织典型通信拓扑中各单元连接关系
通信单元之间的连接关系R描述了C2 组织中不同通信单元间哪些有通信连接,而哪些没有通信连接,R表征了多对多的连接关系。如图3 所示,是R的典型实例。
图3 RC-C的典型实例
从图3 可以看出,某一通信单元与其他通信单元可能存在通信连接,如通信单元C和C、C、C,C和C、C之间是通信相连的。
通信单元与战役级指控单元之间的连接关系R描述了C2 组织中的战役级指控单元与哪些通信单元存在通信连接关系,与哪些通信单元不存在通信连接关系,R表征了一对多的连接关系。如图4 所示,是R的典型实例。
图4 RODM-C的典型实例
从图4 可以看出,战役级指控单元ODM与通信单元C和C是通信相连的,而与通信单元C、C和C不存在通信连接关系。
通信单元与战术级指控单元之间的连接关系R描述了C2 组织中的战术级指控单元与哪些通信单元存在通信连接关系,与哪些通信单元不存在通信连接关系,R表征了多对多的连接关系。如图5 所示,是R的典型实例。
图5 RTDM-C的典型实例
从图5 可以看出,战术级指控单元TDM与通信单元C、C是通信相连的,战术级指控单元TDM与通信单元C是通信相连的,战术级指控单元TDM与通信单元C、C是通信相连的。
通信单元与兵力单元之间的连接关系R描述了C2 组织中的兵力单元与哪些通信单元存在通信连接关系,与哪些通信单元不存在通信连接关系,R表征了多对多的连接关系。图6 是R的典型实例。
图6 RF-C的典型实例
从图6 可以看出,兵力单元F与通信单元C是通信相连的,兵力单元F与通信单元C是通信相连的,兵力单元F与通信单元C、C是通信相连的,兵力单元F与通信单元C是通信相连的,兵力单元F与通信单元C是通信相连的,兵力单元F与通信单元C、C是通信相连的,兵力单元F与通信单元C是通信相连的。
C2 组织的信息网络涉及指控单元和兵力单元,不同单元间的信息关系包括指控单元之间的信息关系R,指控单元与兵力单元之间的信息关系R,兵力单元与兵力单元之间的信息关系R。信息关系构成三元组A=<R,R,R>。
指控单元与指控单元之间的信息关系R描述了C2 组织中的指控单元与其他哪些指控单元存在信息关系,与哪些指控单元不存在信息关系,由于指控单元的层级特性,R表征了一对多的信息关系。图7 是R的典型实例。
图7 RDM-DM的典型实例
从图7 可以看出,所有指控单元构成完全网络型信息结构,即所有指控单元之间均存在信息关系。指控单元与指控单元的信息关系取决于隶属关系以及作战业务的需要。
指控单元与兵力单元之间的信息关系R描述了C2 组织中的指控单元与哪些兵力单元存在信息关系,与哪些兵力单元不存在信息关系,R表征了多对多的信息关系。图8 是R的典型实例。
图8 RDM-F的典型实例
从图8 可以看出,战役级指控单元ODM与兵力单元F、F存在信息关系,战术级指控单元TDM与兵力单元F、F存在信息关系,战术级指控单元TDM与兵力单元F存在信息关系。同样地,指控单元与兵力单元的信息关系取决于隶属关系以及作战业务的需要。
兵力单元与兵力单元之间的信息关系R描述了C2 组织中的兵力单元与其他哪些兵力单元存在信息关系,与哪些兵力单元不存在信息关系,R表征了多对多的信息关系。图9 是R的典型实例。
图9 RF-F的典型实例
从图9 可以看出,兵力单元F~F存在复杂的信息关系,这些关系取决于隶属关系以及作战业务的需要。
总之,C2 组织中的信息活动是以一定的通信拓扑为承载,服务于指控活动和兵力活动,以信息网络的形式保证各类信息在各单元之间稳定、高效流通。当然,C2 组织中的信息活动受制于通信成本以及信息服务质量的约束,需要保证在一定通信资源受限条件下信息活动效能的最大化。
C2 组织中的指控活动,既有对所属兵力(武器)的掌握调控,又有对作战实施活动各类主体职能和权责等关系的约束规制。不管作战样式如何变化,指控活动的目的都没有较大变化,变化的只是完成指控活动的方法和手段。C2 组织中指控活动的结构描述包括指控结构和指控权限两个方面。
C2 组织的指控结构是组织对各指控单元与指控单元、指控单元与兵力单元之间指控关系(协作关系)的设计。其中,战役级指控单元与战术级指控单元之间的指控关系为R、战术级指控单元与战术级指控单元之间的协作关系R、战术级指控单元与兵力单元之间的指控关系R。所有指控关系和协作关系构成三元组A= <R,R,R>。
战役级指控单元与战术级指控单元之间的指控关系R描述了组织中的战役级指控单元与哪些战术级指控单元存在指控关系,与哪些战术级指控单元不存在指控关系,R表征了一对多的指控关系。图10 是R的典型实例。
从图10 可以看出,战役级指控单元ODM对战术级指控单元TDM、TDM和TDM均存在指控关系。
图10 RODM-TDM的典型实例
战术级指控单元与战术级指控单元之间的协作关系R描述了C2 组织中的战术级指控单元与其他哪些战术级指控单元存在协作关系,与哪些战术级指控单元不存在协作关系,R表征了多对多的协作关系。图11R的典型实例。
图11 RTDM-TDM的典型实例
从图11 可以看出,战术级指控单元TDM与战术级指控单元TDM、TDM和TDM存在协作关系。
战术级指控单元与兵力单元之间的指控关系R描述了C2 组织中的战术级指控单元与哪些兵力单元存在指控关系,与哪些兵力单元不存在指控关系,R表征了多对多的指控关系。图12 是R的典型实例。
图12 RTDM-F的典型实例
从图12 可以看出,战术级指控单元TDM与兵力单元F、F和F存在指控关系,战术级指控单元TDM与兵力单元F和F存在指控关系,战术级指控单元TDM与兵力单元F、F和F存在指控关系。
C2 组织的指控权限是组织对指控单元与指控单元之间权限分配的设计。C2 组织中的指控职能是权、责、利统一的整体,而指控权限需要根据态势的变化动态分配。C2 组织的指控权限分配受到多种因素的影响,如指控单元工作负载、信息网络状况、组织环境不确定程度和组织任务紧迫程度等。
一般而言,C2 组织不同的指控权限分配结果对应于不同的指控模式:指控权限越集中于战役级指控单元,则指控模式越趋集中;指控权限越集中于战术级指控单元,则指控模式越趋分布;指控权限部分集中于战役级指控单元,部分集中于战术级指控单元,则指控模式越趋混合。图13 是C2 组织的指控模式划分。
图13 C2 组织的指控模式划分
从图13 可以看出,C2 组织的指控模式受到多因素变化的影响。理想条件下的指控模式会沿对角线变化,而在实际的C2 组织中,非对角线上的指控模式同样具有意义。
C2 组织的兵力活动,是按照一定的方案或计划,由组织中的兵力单元综合利用其资源,执行的侦察探测、火力打击和电磁干扰等一系列行动和任务。C2 组织中兵力活动的结构描述包括行动过程和任务计划两个方面,其中,行动过程是粗粒度的,较少考虑组织兵力单元的资源约束;而任务计划是细粒度的,在生成过程中一般需要考虑兵力单元的资源约束。
C2 组织的行动过程是以效果最大化原则,由组织中的兵力单元在可选行动对象中进行选取并形成一定序列的过程。C2 组织的行动过程取决于组织行动、外部事件、期望效果和中间效果4 个方面,组织行动和外部事件通过一定的因果关系影响中间效果和期望效果,共同促进了中间效果和期望效果的状态转移。对于组织行动、外部事件、期望效果和中间效果等方面因果关系的描述,一般采用贝叶斯网络、影响网络和影响图等概率网络及其拓展方法。图14是基于影响网络的行动过程模型。
图14 基于影响网络的行动过程模型
图14 中,行动过程模型可表征为四元组IN=<O,M,CAST,BP>。其中,O={A,B,E,G}表示组织行动A、外部事件B、期望效果E 和中间效果G 等节点。M={(A,E),(B,E),(G,E)}表示影响网络中各类节点的因果关系,用带箭头或圆头的有向边描述。
CAST 表示对∀r∈O,影响网络中的因果关系影响强度。对于有向边(A,E),影响强度为CAST∈{(h,g)|h≥-1,g≤1}。其中,h 表示父节点为1 对子节点为1 的影响程度,g 表示父节点为0 对子节点为1 的影响程度。一般可以根据h 和g 的取值情况,将因果关系划分为促进关系和抑制关系两类,对于有向边(A,E),当h>0,g≤0 时,表示A 对E 有促进作用,所对应的有向边s∈M 带箭头;当h≤0,g>0 时,表示A 对E 有抑制作用,所对应的有向边s∈M 带圆头。
C2 组织的任务计划是基于行动过程,生成的兵力单元与任务对象之间的执行关系R,任务计划中的另一个重要关系是任务对象与任务对象之间的时序关系R。因此,C2 组织的任务计划可以表示为二元组A=<R,R>。
任务对象之间的时序关系R描述了C2 组织中任务对象执行的先后顺序,R表征了多对多的时序关系。图15 是R的典型实例。
图15 RT-T的典型实例
从图15 可以看出,任务对象T必须首先被执行,然后继续执行任务对象T和T,而后依次执行任务对象T和T。
兵力单元与任务对象之间的执行关系R描述了C2 组织中兵力单元与哪些任务对象存在执行关系,与哪些任务对象不存在执行关系。图16 是R的典型实例。
图16 RT-F的典型实例
从图16 可以看出,兵力单元F与任务对象T存在执行关系,兵力单元F与任务对象T、T存在执行关系,兵力单元F与任务对象T、T存在执行关系,兵力单元F与任务对象T存在执行关系,兵力单元F与任务对象T存在执行关系,兵力单元F与任务对象T存在执行关系,兵力单元F与任务对象T存在执行关系,兵力单元F与任务对象T存在执行关系。
本文从宏观角度出发,将C2 组织活动划分为作战筹划活动、作战准备活动、作战实施活动和作战评估活动,其中,作战实施活动又可划分为信息活动、指控活动和兵力活动。在分析相应活动关联关系基础上,建立了C2 组织作战实施活动的主体和客体要素。针对C2 组织作战实施活动中的信息活动、指控活动和兵力活动,分别进行了相应的结构描述。通过本文研究,建立了C2 组织关键组织活动的结构描述方法。