渡海登島作戰(zhàn)海洋環(huán)境輔助決策系統(tǒng)

蔣明慧，龐云峰，葉志敏

(南京軍區(qū) a.司令部作戰(zhàn)部;b.氣象水文中心，南京 210016)

隨著海洋領(lǐng)土爭(zhēng)端不斷，我國(guó)海洋權(quán)益面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。渡海登島作戰(zhàn)作為解決海洋爭(zhēng)端、維護(hù)海洋主權(quán)的最終手段，將成為我軍未來作戰(zhàn)的重要樣式。信息化條件下，一體化聯(lián)合渡海登島作戰(zhàn)參戰(zhàn)武器裝備多、作戰(zhàn)行動(dòng)協(xié)同難度大，而復(fù)雜多變的海洋環(huán)境是影響渡海登島作戰(zhàn)行動(dòng)成敗的關(guān)鍵因素。目前，我軍海洋環(huán)境影響評(píng)估能力與渡海登島作戰(zhàn)保障需求還不相適應(yīng)，存在底層數(shù)據(jù)不系統(tǒng)、影響分析不定量、結(jié)論顯示不直觀等問題，嚴(yán)重影響作戰(zhàn)保障效果，降低作戰(zhàn)保障效益。本文設(shè)計(jì)了渡海登島作戰(zhàn)海洋環(huán)境輔助決策系統(tǒng)，確保在合適的時(shí)間、合適的地點(diǎn)，以合適的方式提供準(zhǔn)確、及時(shí)、客觀、定量的海洋環(huán)境輔助決策支持產(chǎn)品，以提升渡海登島作戰(zhàn)海洋環(huán)境保障水平。

1 系統(tǒng)功能需求分析

渡海登島作戰(zhàn)海洋環(huán)境輔助決策系統(tǒng)以一體化聯(lián)合渡海登島作戰(zhàn)為背景，以海洋環(huán)境信息獲取、傳輸、處理、預(yù)報(bào)為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，通過專家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)和模擬仿真等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)輔助渡海登島作戰(zhàn)指揮決策。具體功能包括5 個(gè)方面:一是構(gòu)建和管理海洋環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)各類海洋環(huán)境要素信息的獲取、處理、存儲(chǔ)和管理，以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、檢索等操作，為影響評(píng)估和輔助決策提供底層數(shù)據(jù)支持;二是構(gòu)建和管理海洋環(huán)境影響評(píng)估模型庫(kù)，實(shí)現(xiàn)各類作戰(zhàn)行動(dòng)和武器裝備影響評(píng)估模型的建立和管理，以及對(duì)模型庫(kù)進(jìn)行增加、刪除、修改、查看等操作;三是分析評(píng)估海洋環(huán)境對(duì)主戰(zhàn)武器裝備的影響，根據(jù)海洋環(huán)境影響評(píng)估模型，結(jié)合海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)主戰(zhàn)武器裝備的安全風(fēng)險(xiǎn)和作戰(zhàn)效能進(jìn)行量化評(píng)估;四是分析評(píng)估海洋環(huán)境對(duì)作戰(zhàn)行動(dòng)的影響，根據(jù)海洋環(huán)境影響評(píng)估模型，結(jié)合海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)主要作戰(zhàn)行動(dòng)的安全風(fēng)險(xiǎn)和作戰(zhàn)效能進(jìn)行量化評(píng)估;五是直觀顯示影響評(píng)估結(jié)論，在統(tǒng)一的地理信息平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)各類影響評(píng)估結(jié)論的直觀顯示。

2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)渡海登島作戰(zhàn)海洋環(huán)境輔助決策系統(tǒng)功能需求，采用數(shù)據(jù)層、邏輯層、表示層3 層體系構(gòu)架。數(shù)據(jù)層根據(jù)渡海登島作戰(zhàn)主戰(zhàn)武器裝備及敏感海洋環(huán)境要素，建立主戰(zhàn)武器裝備模型庫(kù)、敏感海洋環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù);邏輯層根據(jù)渡海登島作戰(zhàn)的典型作戰(zhàn)樣式，建立裝載上船、海上航渡、立體登陸等作戰(zhàn)行動(dòng)的影響評(píng)估算法;表示層主要是人機(jī)交互功能模塊，包括作戰(zhàn)行動(dòng)實(shí)例構(gòu)建和可行性評(píng)估結(jié)論輸出。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 渡海登陸作戰(zhàn)海洋環(huán)境輔助決策系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)運(yùn)行流程

根據(jù)登島作戰(zhàn)海洋環(huán)境保障流程，采取“構(gòu)建作戰(zhàn)行動(dòng)實(shí)例—提取主戰(zhàn)武器裝備模型—提出海洋環(huán)境數(shù)據(jù)—評(píng)估海洋環(huán)境影響—輸出可行性評(píng)估結(jié)論-提出輔助決策建議”6 個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行。系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖2 所示。

圖2 渡海登陸作戰(zhàn)海洋環(huán)境輔助決策系統(tǒng)運(yùn)行流程

3 系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)為邏輯層提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)，包括主戰(zhàn)武器裝備模型庫(kù)和敏感海洋環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)。一是主戰(zhàn)武器裝備模型庫(kù)。根據(jù)渡海登陸作戰(zhàn)裝載上船、海上航渡、立體登陸等行動(dòng)階段，逐階段分析可能參戰(zhàn)的艦艇、飛機(jī)、火炮、坦克等主戰(zhàn)武器裝備，并逐個(gè)裝備分析其執(zhí)行任務(wù)中易受海洋環(huán)境影響的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將每種武器的每個(gè)環(huán)節(jié)作為數(shù)據(jù)記錄建立模型庫(kù)，每條記錄包含5 個(gè)要素:武器種類(如蘇30)、歸屬(如某航空兵師)、關(guān)鍵環(huán)節(jié)(如起飛)、敏感要素(如能見度)、評(píng)估算法。武器裝備模型庫(kù)的建立基于對(duì)典型作戰(zhàn)樣式的理解，但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新的作戰(zhàn)樣式和新的作戰(zhàn)武器不斷涌現(xiàn)，因此必須考慮數(shù)據(jù)層的可擴(kuò)展性，為主戰(zhàn)武器裝備模型庫(kù)預(yù)留擴(kuò)展接口，以適應(yīng)可能增加的決策需求。二是敏感海洋環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)渡海登陸作戰(zhàn)主戰(zhàn)武器裝備，分析其可能受影響的敏感海洋環(huán)境要素，將各要素的歷史、實(shí)況、預(yù)報(bào)作為數(shù)據(jù)記錄建立數(shù)據(jù)庫(kù)。但海洋環(huán)境數(shù)據(jù)要素繁多，格式、區(qū)域、密度均有差異，因此必須要考慮數(shù)據(jù)層的格式標(biāo)準(zhǔn)化。要統(tǒng)一歷史、實(shí)況、預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的格式，固定數(shù)據(jù)的空間層次、要素類型、網(wǎng)格密度，通過標(biāo)準(zhǔn)化處理達(dá)到任何時(shí)次(包括歷史和未來)、任何區(qū)域(包括陸地和海洋)、任何高度(包括高空和水下)、任何要素(包括能見度、海浪等)的數(shù)據(jù)格式均相同，確保邏輯層方便、無誤地閱讀和理解海洋環(huán)境數(shù)據(jù)。

3.2 邏輯層設(shè)計(jì)

邏輯層是海洋環(huán)境輔助決策系統(tǒng)的核心部件，包括裝載上船、海上航渡、立體登陸等行動(dòng)的海洋環(huán)境影響評(píng)估模型。其邏輯運(yùn)行分為2 個(gè)部分。一是提取武器裝備模型構(gòu)建作戰(zhàn)行動(dòng)實(shí)例。鑒于所有作戰(zhàn)行動(dòng)均是武器裝備執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的集合，因此可根據(jù)作戰(zhàn)行動(dòng)計(jì)劃，從武器裝備模型庫(kù)中提取對(duì)應(yīng)武器裝備模型，按一定的時(shí)間序列組合成作戰(zhàn)行動(dòng)的實(shí)例。以蘇30 執(zhí)行轟炸任務(wù)為例，可提取主戰(zhàn)武器裝備模型庫(kù)中的“蘇30 起飛”、“蘇30 飛行”、“蘇30 轟炸”、“蘇30 降落”等4 條記錄，加上必要的時(shí)間、地點(diǎn)、架次等要素構(gòu)建蘇30 轟炸行動(dòng)的一個(gè)實(shí)例。二是提取海洋環(huán)境數(shù)據(jù)評(píng)估作戰(zhàn)行動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)及效能。完成實(shí)例構(gòu)建工作后，即根據(jù)武器裝備各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的敏感要素，從海洋環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)中提取相應(yīng)要素，并代入該武器裝備的評(píng)估算法，得出影響評(píng)估結(jié)論。影響評(píng)估既要評(píng)估武器平臺(tái)的安全風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，還要在其進(jìn)攻環(huán)節(jié)評(píng)估其作戰(zhàn)效能指數(shù)，既規(guī)避海洋環(huán)境威脅，確保武器平臺(tái)行動(dòng)安全，又利用海洋環(huán)境特點(diǎn)發(fā)揮武器裝備的作戰(zhàn)效能。

3.3 表示層設(shè)計(jì)

表示層是人機(jī)交互功能模塊，除提供作戰(zhàn)行動(dòng)定制輸入、數(shù)據(jù)層管理等功能外，主要負(fù)責(zé)影響評(píng)估結(jié)果的可視化顯示。一是表述指數(shù)化。對(duì)武器裝備、作戰(zhàn)行動(dòng)的影響評(píng)估要通過表述指數(shù)化來達(dá)到定量評(píng)估的目標(biāo)要求，改變只描述“能或不能”的“0/1 化”表達(dá)方式，采用類似氣象生活指數(shù)的等級(jí)評(píng)判方法，用諸如“飛機(jī)起飛安全指數(shù)”、“炮兵射擊效能指數(shù)”、“機(jī)降作戰(zhàn)安全指數(shù)”等方式分級(jí)描述評(píng)估結(jié)論。二是顯示圖形化。評(píng)估結(jié)論的可視化顯示必須基于統(tǒng)一的地理信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)圖形化表達(dá)，可采用類似氣象災(zāi)害的顏色預(yù)警的方法，用諸如“飛機(jī)起飛紅色預(yù)警區(qū)域”、“炮兵射擊橙色預(yù)警區(qū)域”、“機(jī)降作戰(zhàn)黃色預(yù)警區(qū)域”的方式來顯示安全風(fēng)險(xiǎn)或作戰(zhàn)效能警示區(qū)域。三是誤差可估計(jì)。在整個(gè)海洋環(huán)境影響評(píng)估過程中，主戰(zhàn)武器裝備模型庫(kù)中的評(píng)估算法、海洋環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)中的環(huán)境要素或多或少地存在一定的誤差，導(dǎo)致評(píng)估結(jié)論也不可避免地存在誤差，若不對(duì)誤差進(jìn)行估計(jì)和說明，就可能誤導(dǎo)最終的決策建議，因此必須在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中都考慮誤差估計(jì)，包括建模誤差、算法誤差、要素誤差等，并在可視化顯示的評(píng)估結(jié)果中，讓用戶既知道影響結(jié)論是什么，又知道結(jié)論的誤差有多大，還知道誤差是由哪些環(huán)節(jié)造成的，從而做到?jīng)Q策有根有據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

海洋環(huán)境對(duì)渡海登島作戰(zhàn)影響巨大，但其影響機(jī)理非常復(fù)雜，建立全面、客觀、科學(xué)的評(píng)估模型，并量化評(píng)估其影響程度十分困難。需要基于大量的、基礎(chǔ)性調(diào)查研究工作，匯集主戰(zhàn)武器裝備一線使用操作人員、部隊(duì)一線作戰(zhàn)指揮人員的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合武器性能、行動(dòng)樣式、環(huán)境依賴度等因素構(gòu)建了主戰(zhàn)武器裝備的安全風(fēng)險(xiǎn)和作戰(zhàn)效能評(píng)估模型，并積極大膽在部隊(duì)演訓(xùn)活動(dòng)保障過程中對(duì)評(píng)估模型加以應(yīng)用和試驗(yàn)，逐步調(diào)整和完善評(píng)估模型，實(shí)現(xiàn)輔助決策。

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