戰役油料保障三維態勢推演系統結構研究

龍際浪，卜淮原，王文政，向 群

（1.后勤工程學院，重慶 401311；2.77571部隊，西藏 拉薩 850000）

隨著基于計算機模擬的作戰實驗逐步深入，國內外研究了一些具有三維態勢推演功能的系統。典型的有：國外的美國Ternion公司開發的“靈活的分析建模與訓練系統” （英文簡稱：FLAMES）；國內的信息工程大學開發的“三維態勢推演模擬系統”、北京華軟天成科技發展有限公司開發的“三維戰場可視化標繪及推演系統”。這些系統在三維態勢推演時直觀性較好、逼真度較高，能夠滿足部分軍事需求。但是，它們也存在一些問題：系統對油料保障態勢推演的針對性不強；國內的系統在三維態勢表示上還局限于對傳統戰場態勢表示方法的簡單數字化。為此，需要根據油料保障自身的特點，研究油料保障三維態勢推演系統。

1 戰役油料保障三維態勢推演系統的內涵和作用

戰役油料保障是戰役軍團為遂行戰役任務而組織實施的油料保障。它的具體內容包括建立油料保障體制、擬制油料保障計劃、部署油料保障力量、運用油料保障方式等。戰役油料保障三維態勢推演系統以戰役級軍事演習為背景，在計算機構建的、與演習背景相關的三維戰場環境中，圍繞己方油料保障部署和行動這個重點內容，按照參演各方制定的行動計劃進行油料保障狀態的順序演示。它的主要作用是輔助戰役級后勤指揮員、參謀檢驗油料保障計劃的可行性，謀求油料保障過程的精確性。

2 戰役油料保障三維態勢推演系統功能分析

通過對戰役油料保障三維態勢推演系統的概念、作用的理解，可以分析出戰役油料保障三維態勢推演系統的功能需求：一是系統需要以三維戰場環境為基礎；二是系統需要利用三維軍標符號、三維實體模型來表示油料保障機構或實體；三是油料保障實體不能簡單的三維化，還需要賦予戰術屬性；四是系統需要利用油料保障力量消耗、需求量預計等計算方法來衡量油料保障力量的數量變化；五是系統需要利用三維態勢來表現油料保障的動態變化過程；六是在油料保障推演過程中，有些油料保障狀態是難以用三維表現的，但是這些狀態對系統用戶理解推演流程非常重要，所以系統需要表現這些非三維的油料保障狀態；七是系統需要將油料保障態勢推演的過程和結果向用戶表達出來；八是系統需要一些輔助功能來支持油料保障三維態勢推演。

所以，戰役油料保障三維態勢推演系統主要有三維戰場環境構建、三維態勢標繪、三維態勢推演、想定劇情表現、三維態勢顯示、輔助功能六個功能。系統的功能組成如圖1所示。

3 系統結構設計方案

根據系統模塊化設計的思想，戰役油料保障三維態勢推演系統的結構由方案編輯器、推演調度器、推演控制器、推演計算器、數據記錄器、態勢顯示器、文檔生成器、數據庫八個關鍵部件組成。數據庫主要包括推演方案庫、事件庫、環境信息庫、參戰力量庫、三維軍標模型庫、動作模型庫、推演日志庫等。系統結構如圖2所示。

系統結構的信息流程是：系統用戶（后勤指揮員、戰勤參謀、油料助理）按照作戰計劃和油料保障計劃的內容，利用方案編輯器將作戰雙方的作戰地域、參戰力量、兵力部署、武器配備和我方油料保障力量編組、油料保障范圍、油料保障線路、油料保障方式等信息編輯成系統能夠識別、執行的推演方案和事件信息，并將事件信息和推演方案存入數據庫中。推演調度器讀取推演方案并不斷掃描事件庫，從數據庫中調度推演方案和事件庫涉及的相關模型和數據。推演計算器利用動作模型庫的約束條件計算出推演調度器調度的各個模型的更新狀態值。推演調度器和推演計算器可以隨時接收推演控制器產生的控制指令，而這些控制指令是系統用戶發出的控制命令經推演控制器解釋后產生的。推演計算器產生的推演數據有兩個流向：一是從推演數據中提取的態勢數據通過態勢顯示器在屏幕上輸出油料保障三維態勢的圖形圖像；二是經過篩選的推演數據由數據記錄器寫入推演日志庫中。文檔生成器對推演日志庫中的數據進行統計分析，按照一定的模板輸出推演日志記錄、推演狀態報告和圖表等。

3.1 方案編輯器

方案編輯器的主要功能是將戰役級作戰指揮員制定的作戰計劃、戰役級后勤指揮員擬制的油料保障計劃轉換為系統能夠識別、執行的推演方案和事件信息。方案編輯器是在數據集Dataset的基礎上對具體的推演方案和事件進行設置。Dataset是由很多數據庫組成的集合。在推演方案和事件編輯時，推演環境的設定可以調用環境信息庫來設定；推演實體的設定也可以通過調用相應的數據庫來設定，如車輛類型的選擇可以選擇參戰力量數據庫、車輛的三維模型可以選擇三維軍標模型庫，車輛的戰術屬性可以從車輛類型定義的類庫中選擇，車輛的動作可以選擇動作模型庫。方案編輯器將編輯好的推演方案和事件存儲到推演方案庫和事件庫。方案編輯器設計的關鍵是設計好Dataset的調用機制。

3.2 推演調度器

推演調度器的主要功能是讀取推演方案、掃描事件庫，根據讀取和掃描的信息，從數據庫中調度相關模型。推演調度器還可以分為四個模塊：方案讀取模塊，負責讀取推演方案信息；事件掃描模塊，負責掃描事件庫中的事件；模型調度模塊，負責從數據庫中調度方案、事件中涉及的相關模型；數據發送模塊，用于傳送調度完畢的模型數據。推演調度器設計的關鍵是實現這4個模塊和模塊之間接口的設計。

3.3 推演計算器

推演計算器的主要功能是利用動作模型庫的相關約束條件對相關模型進行計算，從而產生更新的推演數據。推演計算器也分為4個模塊：數據接收模塊，用于接收推演調度器傳送的模型數據；指令接收模塊，用于接收推演控制器傳送的控制指令；推演計算模塊，用于計算新的態勢狀態數據；數據發送模塊，用于傳送經過計算的推演數據（含態勢數據）。推演計算器設計的關鍵是實現這4個模塊和模塊之間接口的設計。

3.4 推演控制器

系統用戶可以向系統發送開始推演、暫停推演、停止推演、推演時間設定、模擬步長設置等推演命令來實現對系統的控制。推演控制器的主要功能是接收用戶的控制命令，并將控制命令解釋為系統能夠識別的控制指令。推演控制器控制的對象主要是推演調度器和推演計算器，它決定著推演調度器和推演計算器的工作狀態和參數設置。它主要分為3個模塊：用戶控制模塊，用于接收系統用戶的控制命令；指令解釋模塊，將用戶的控制命令解釋為系統能夠識別的控制指令；數據傳送模塊，用于向推演調度器和推演計算器傳送控制指令。推演控制器設計的關鍵是實現這3個模塊和模塊之間接口的設計。

3.5 數據記錄器

數據記錄器的功能比較單一，就是將推演計算器產生的推演數據記錄到推演日志庫中。它分為2個模塊：數據接收模塊，用于接收推演計算器產生的推演數據；數據記錄模塊，將新產生的推演數據存儲到推演日志庫中。數據記錄器設計的關鍵是實現這2個模塊和模塊之間接口的設計。

3.6 態勢顯示器

態勢顯示器是一個輸出單元，它的主要功能是接收推演計算器輸出的態勢數據，并將態勢數據以圖形圖像的形式顯示給系統用戶。態勢數據是系統用戶從推演數據中提取出來的、符合用戶需求的一些數據，具體包括特定范圍的三維地理數據、三維軍標模型數據及其位置、姿態、戰斗屬性等信息等。態勢顯示器分為3個模塊：數據接收模塊，接收推演計算器的態勢數據；數據處理模塊，將接收的態勢數據進行規范化處理，使這些數據符合計算機中圖形處理單元GPU的要求；數據顯示模塊，將規范化的態勢數據輸出到顯示設備上。態勢顯示器設計的關鍵是實現這3個模塊和模塊之間接口的設計。

3.7 文檔生成器

文檔生成器是另一個輸出單元，它的主要功能是對推演日志庫的數據進行篩選和統計分析，并將篩選和統計分析后的數據按照系統用戶設定的模板輸出文檔。文檔生成器輸出的文檔主要有推演日志記錄、某一時刻或某個階段的態勢推演狀態報告、整個態勢推演過程的分析報告。它可以分為3個模塊：數據篩選模塊，用于從推演日志庫中篩選出文檔模板要求的相關數據；數據分析模塊，用于分析數據篩選模塊篩選的數據，按照文檔模板的要求進行統計分析；文檔生成模塊，利用系統用戶設定的文檔模板，將數據篩選模塊和數據分析模塊產生的數據以文檔的形式輸出。文檔生成器設計的關鍵是實現這3個模塊和模塊之間接口的設計。

3.8 數據庫

戰役油料保障三維態勢推演系統涉及的數據庫比較多，主要有推演方案庫、事件庫、環境信息庫、參戰力量庫、三維軍標模型庫、動作模型庫、推演日志庫等。數據庫的設計重點在確定數據庫中的具體要素和數據結構在計算機中的存儲表現形式。下面，分別對這些數據庫進行介紹。

3.8.1 推演方案庫

推演方案庫用于存儲推演方案。推演方案庫由很多子數據庫組成，子數據庫的名稱是推演方案的名稱，每一個子數據庫的內容存儲一個具體的推演方案。在每一個子數據庫中，可以有2個數據庫表：推演參數設置表、具體推演方案表。推演參數設置表主要存儲推演環境的數據庫鏈接地址、推演時間段、模擬步長等基本參數。具體推演方案表由很多推演子項組成。推演子項的要素包括推演子項ID、推演時間、目標參戰實體、表示目標參戰實體的三維軍標模型、動作類型（由動作模型庫提供）、目標參戰實體的戰術屬性值等。

3.8.2 事件庫

在離散系統模擬中，一個事件表示模擬過程中的一個重要時刻。當事件發生時，系統會執行某些動作，系統狀態會發生相應的變化。戰役油料保障中，事件有很多類型，按照事件本身的性質分，有敵方的攻擊破壞事件、我方的補充油料保障力量、改變油料保障路線、轉變油料保障方式事件和泥石流、地震等自然事件；按照事件出現的方式分，可以分為在推演過程中按固定時刻激活的固定事件（如戰役油料保障中重要時刻的油料保障活動）和在推演過程中不能確定激活時刻的隨機事件（如戰役油料保障中敵人突然來襲事件、地震等）。事件庫的建立對系統推演有著重要意義，它可以提高系統模擬戰役油料保障態勢推演過程的真實性。

事件庫用于存儲戰役油料保障態勢推演中的所有事件，它由事件項組成。事件項與推演子項的不同之處在于：一是事件項可能會涉及到多個目標參戰實體，也可能不會涉及到任何一個目標參戰實體，而推演子項始終涉及到一個目標參戰實體；二是事件項的某些要素與推演子項的某些要素不一樣，如敵人攻擊破壞事件會引起油料保障力量數量和機動路線的改變，這需要事件項應該有影響油料保障力量的數量和機動路線的要素，這時事件項的要素可以包括油料保障力量影響因子等。事件項與推演子項也有聯系：某一事件項的事件激活后，會增加（或減少）推演子項的數目，也可能會改變某一推演子項的具體要素的屬性值。

事件庫設計的難點是事件項的數據結構設計，因為事件類型、內容不同會引起不同的油料保障態勢狀態的變化。事件庫的設計可以根據事件類型的劃分來建立具有不同事件項要素的數據庫，也可以將事件庫設計成通用的數據庫。不管怎么樣設計，事件項的基本要素應該包括事件ID、事件發生的時刻、事件名稱、事件的內容、事件作用的范圍、事件影響的結果。事件的內容是文字表述，可以用來表現那些不能用三維表現的油料保障狀態。

3.8.3 環境信息庫

環境信息庫主要是存儲作戰地域的三維地理信息、人文信息、氣象信息、經濟狀況、地方油料力量分布情況等數據，用于生成戰役油料保障地域的三維戰場環境和輔助系統用戶在推演方案編輯時查詢相關信息。環境信息庫分為三維地理信息數據庫、氣象信息數據庫和戰場環境資料數據庫三個子數據庫。三維地理信息數據庫是環境信息庫中設計的重點，主要存儲油料保障地域的數字高程模型、紋理數據、地物數據；氣象信息數據庫存儲表現火、雨、雪、霧、白天、黑夜等狀態的三維數據；戰場環境資料數據庫用于存儲記錄戰役油料保障地域的人文信息、宗教信息、經濟狀況、地方油料保障力量分布等文檔。

3.8.4 參戰力量庫

參戰力量庫用于存儲敵我雙方的作戰實體、作戰編組、指揮關系和我方戰役油料保障力量、油料保障力量編組、油料指揮關系、油料保障范圍等數據。根據存儲信息種類的不同，參戰數據庫可以分為參戰實體數據庫、關系類型數據庫、關系數據庫三種子數據庫。參戰實體數據庫存儲推演過程中涉及的各個作戰實體、油料保障實體信息，如參戰實體的ID、名稱、類型、戰術屬性；關系數據庫存儲作戰實體之間、保障實體之間、作戰實體與保障實體之間的關系類型信息（如指揮、被指揮、保障、被保障、加強、配屬）。關系類型數據庫的子項的要素可以包括關系類型ID、關系類型、關系屬性。關系數據庫存儲各個參戰實體之間的關系，它的子項的要素包括關系ID、參戰實體A、參戰實體B、A對B的關系。

3.8.5 三維軍標模型庫

三維軍標模型庫存儲表示參戰實體的三維實體模型和表示基本指揮所、后勤指揮所、進攻路線、保障路線等規則的、非規則的三維軍標符號。三維軍標模型庫是實現戰役油料保障三維態勢推演的重要部分，它可以讓系統用戶在顯示設備上形象地看到戰役油料保障態勢推演的狀態變化過程，如坦克的機動、車輛的行駛、單兵的行走等。三維軍標模型庫分為三維實體模型庫和三維軍標符號庫兩個子數據庫。三維實體模型庫存儲參戰實體的三維模型，三維軍標符號庫存儲規則的、非規則的三維軍標符號。

3.8.6 動作模型庫

動作模型庫存儲推演計算器用來計算的各種動作模型。動作模型的種類比較多，不僅包括單兵行走、車輛行駛、飛機飛行、艦船航行、加油車加油等參戰實體自身具有的動作模型，而且包括閃爍、出現、消失等參戰實體自身不具有的動態表現形式，也包括部隊轉移、后勤防衛、保障力量編組、保障方式轉變、保障路線改變等戰術動作，還包括各種計算公式，如三維地形分析公式、作戰實體油料消耗計算、油料保障力量需求預計公式等計算動作。動作模型庫的設計比較復雜，需要認真分析、比較、分類，總結出合理的子數據庫劃分和各個子數據庫的數據結構。設計時，可以考慮動作模型庫中建立參戰實體動作庫、動態表現數據庫、戰術動作數據庫、計算動作數據庫四個子數據庫，用來分別存儲上述四類動作模型。

3.8.7 推演日志庫

推演日志庫的功能是存儲數據記錄器傳送的推演數據，是產生各類文檔的源泉。推演日志庫的設計要求是能夠比較詳細地記錄推演數據。所以在設計時，合理設計推演日志庫的數據結構至關重要。推演日志記錄的主要內容應該包括：時間、目標物、目標物的位置、目標物的狀態等。通常，推演日志庫下面沒有子數據庫。

4 結束語

本文闡述了戰役油料保障三維態勢推演系統的內涵，比較詳細地分析了戰役油料保障三維態勢推演系統的功能，重點設計了戰役油料保障三維態勢推演系統的結構。戰役油料保障三維態勢推演系統對于戰役級后勤指揮員、戰勤參謀、油料助理制定油料保障決策具有很強的針對性。隨著戰役油料保障三維態勢推演系統的功能不斷豐富和完善，相信在不久的將來，它的作用將會日益凸顯出來。

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