聚合級作戰模型中的地形模型分析

張 欣，張寅寶

（1.信息工程大學 地理空間信息學院，河南 鄭州450052）

作戰模擬就是對軍事（有時還包含政治）對抗局勢的推演、對戰場上作戰過程的預測或再現，以及對作戰裝備和參戰人員在戰斗過程中的操作和感知的仿真。一般來說，在軍事上用來研究以作戰為目的的模型稱為作戰模型[1,2]。雖然計算機技術取得了巨大的進步，但其計算能力仍無法支持對師以上級別的作戰進行精確到單兵或單武器平臺的模擬。相對于高分辨率的作戰模型，聚合級作戰模型能更好地幫助研究許多軍事決策問題[3]。

地形環境作為作戰活動開展的物理依托，對機動、偵察、交戰等多種作戰活動都具有重大影響，因此對地形環境的模擬直接影響到作戰模擬的效率和效果。在高分辨率作戰模型中，通常需要模擬單個作戰人員和單個武器實體，每個實體都需要使用詳細的地形模型進行諸如通視判斷等多種運算，以對自身的狀態進行實時更新。聚合級作戰模型將多個單個作戰人員聚合成一個更大的作戰單位，完全改變了對某些基本作戰過程的描述[3]。

聚合級作戰模型通常使用某個作戰單位內的多個作戰人員和武器實體的平均屬性對其進行描述，因此其對地形模型的要求也不同于高分辨率作戰模型。在聚合級作戰模型中，不再需要進行類似判斷作戰人員之間是否通視之類的計算，因此不需要對地形環境進行過于詳細的描述。但聚合級作戰模型需要地形模型同時為機動處理模型、偵察處理模型、戰斗毀傷模型等提供關于通視能力、通行能力、遮蔽能力等的量化描述，而不再是觀察點到目標點視線兩側或目標點周圍的地形特征的精確值。

本文結合典型的作戰模擬系統，對聚合級作戰模型中的地形模型進行深入分析，依據模型表達方式將其分為3類，并分別從表達內容和表達精度2個方面，對每個類型的地形模型進行詳細的分析。

1 規則格網地形模型

規則格網地形模型是指使用規則的格網覆蓋在作戰區域的地圖之上，并據此對格網中每個格元所覆蓋的地形進行量化處理所得到的地形模型。格元通常為正方形（四角格）或正六邊形（六角格），也可以是矩形。格網中的每個地形格元都存儲了一系列屬性值，用以描述格元內地形的不同特征。

聚合級作戰模型中規則格網地形模型具有與高分辨率作戰模型的格網模型相同的戰場幾何特征，但它的格網分辨率更低，存儲的地形信息也是高度聚合的。格網分辨率的選擇與作戰模型中基本的聚合級作戰單位分辨率有密切關系，如模擬的基本作戰單位級別為營級，則格網的分辨率可以選定為4 km。

規則格網地形模型的建模過程是與想定無關的，即對于不同的作戰想定，所構建的地形模型是相同的。與作戰區域地形模型相比，規則格網地形模型中聚合級作戰單位諸如機動路徑規劃等操作，是依據用戶輸入的數據或指揮控制模塊的指令，因此這個類型的地形模型比較適用于有用戶參與交互的作戰模擬。

規則格網地形模型中格元通常存儲能影響作戰單位機動速度、目標偵察概略、直接火力戰斗通視概率、戰斗毀傷結果等的地形特征；每格格邊則存儲有通行性的屬性特征值，如河流、橋梁、隧道等，用以描述作戰單元從當前格元到達鄰近格元所遇到的障礙特征。表1從不同方面對聯合戰區級仿真系統（JTLS）[4]、軍團作戰仿真系統（CBS）[5]和FOURCE系統3種典型聚合級作戰模擬系統中的地形模型進行了對比分析。

表1 3種作戰模擬系統中地形模型對比表

規則格網地形模型通常是對普通地圖或軍用地形圖進行概略量化后得到的，按照概略量化的程度不同，本文將其分為全格網化地形模型和半格網化地形模型2類。全格網化地形模型是指在地形概略量化過程中，對所有地理要素（點狀要素、線狀要素和面狀要素）都進行概略量化處理的地形模型。格網內的每個格元都包含特定的地形屬性特征，不同的地形屬性特征對作戰單位的機動、偵察和戰斗等行動都有不同的影響；六角格的每個格邊也被賦予不同的特征值，并將河流、山脊線、防御工事、境界線等線狀要素歸算到格邊[6]，而將道路等線狀要素歸算到格元中心。全格網化地形模型的效果如圖1所示。半格網化地形模型是指只對普通地圖或軍用地形圖中的部分要素（多為面狀要素）進行概略量化處理的地形模型。它對部分點狀要素及線狀要素（河流、道路、橋梁、隧道等）不進行移位處理，而只是對格元中的地形要素進行概略量化處理，并為每個格元賦予特定的地形類型，如圖2所示。

圖1 全格網化地形模型圖

圖2 半格網化地形模型圖

由于全格網化地形模型中將所有的地形要素都歸算到六角格的格元及格邊上，所以其地形模型表達精度比半格網化模型略低；但在作戰模擬過程中進行諸如機動路徑規劃之類的分析時，全格網化地形模型卻能充分利用規則格網的幾何特性，相比于半格網化地形模型具有較高的模擬效率。

2 作戰區域地形模型

作戰區域地形模型是依據預先制訂的作戰計劃對戰場進行組織的地形模型[3]。它依賴于想定，對于相同的地域，依據不同的想定所構建的作戰區域地形模型也是不同的。它將戰場劃分成大量的作戰區域，這些作戰區域大致平行于作戰地帶。每個區域都從藍方的后方區域延伸出來，穿過直接交戰地區，直到紅方的后方區域，如圖3所示。這些作戰區域的寬度可能不等，其邊界也通常為曲線，作戰模型在進行距離量算時，通常沿該區域內平行于區域邊界的一條（曲）線進行量算，且多數作戰單位的機動也是沿這條（曲）線進行的。在每個作戰區域內通過一條雙線標識雙方部隊的前沿陣地（FEBA）。

圖3 作戰區域地形模型示意圖

通常在每個作戰區域內部，需進一步細分，將其分為與區域寬度相同、長度不等的片段，并規定每個片段內的地形具有相同的屬性特征，對該片段內作戰單位的機動、偵察、交火等作戰行動具有相同的影響。

在每個作戰區域內進行機動或補給過程中，指定的作戰單位或補給流從后方區域移動到指定的片段，然后沿著補給路線逐片段地移動到陣地前沿。補給路線上定義了若干個補給點，點與點之間的距離約為作戰單位在當前作戰區域內1 d的機動距離。

作戰區域地形模型依據作戰計劃構建完成之后，作戰模擬過程中的指揮與控制流程就相對簡單了，作戰單位只需按照預定計劃進行機動、偵察和交火等一系列作戰行動。但這種地形模型不支持作戰單位之間進行跨作戰區域的機動或交戰，多數的作戰活動被限制在某一個作戰區域內。該模型也沒有考慮FEBA的連續性和完整性，以及陣地側翼等。由于該地形模型是與作戰想定相關聯的，即使針對同一作戰地區，對于不同的想定也需構建不同的地形模型。

3 網絡地形模型

網絡地形模型是指依據節點和弧段組合得到的網絡對戰場地形環境進行模擬的模型。該模型適用于對戰場上兵力和物資的沿網絡（道路、管線等）機動的模擬。

網絡上的節點表達戰場上實際的物理位置，弧段表達節點之間可能存在的機動路徑（公路、鐵路、越野機動路徑等）。每個節點和弧段存儲了對應的屬性值，用以確定節點或弧段的輸送能力或機動速度。

網絡模型最主要的優勢就是能依靠高效的網絡優化算法，較好地解決作戰單位在戰場上機動路徑的選擇問題。但該地形模型對于目標搜索、交戰等作戰行動的效果評估缺乏很好的支持。

4 結 語

聚合級作戰模擬是從宏觀角度研究軍事決策問題的重要工具，其地形環境建模是建模的關鍵問題之一，對模擬的效率和可信度具有重大的影響。本文從地形模型表達方式將其分為規則格網模型、作戰區域模型和網絡模型，并深入分析了各個模型的特征。在構建地形模型過程中，應該依據各類聚合級作戰模擬系統的需求，結合不同的地形模型表達方式，構建復合型的地形環境模型。

[1]賀毅輝. 作戰模擬基礎[M]. 北京: 國防工業出版社, 2012

[2]徐學文, 王壽云. 現代作戰模擬[M]. 北京: 科學出版社,2004

[3]Caldwell B, Hartman J, Parry S. Aggregated Combat Model[EB/OL]. http://web.nps.navy.mil/～orfacpag/notes.htm, 2012-11-16

[4]Roland R J, Roland E F, Kelleher E P. Approaches and Aspects of Implementing a Computer Wargame Simulation: A Historical Perspective[EB/OL]. http://www.rolands.com/pp/Papers/treatise.pdf,2013-01-06

[5]Mertens S. The Corps Battle Simulation for Military Training[EB/OL]. http://www.informs-sim.org/wsc93papers/1993_0145.pdf, 2012-10-19

[6]Dunnigan J F. The Complete Wargames Handbook[EB/OL].http://www.hyw.com/books/wargameshandbook/contents.htm, 2012-03-19

[7]Perla P, Curry J. The Art of Wargaming: A Guide for Professionals and Hobbyists[M]. USA: United States Naval Institute Press, 2012