基于多維視圖的戰場控制技術研究

張 華 王 偉

(中國電子科技集團公司第二十八研究所 南京 210007)

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基于多維視圖的戰場控制技術研究

張 華 王 偉

(中國電子科技集團公司第二十八研究所 南京 210007)

戰場控制經常運用于軍事過程中。隨著軍事體系和電子技術的發展,基于多維視圖的戰場控制軟件技術開始被研究。論文主要討論利用態勢圖、甘特圖和執行矩陣視圖研究用于戰場控制的軟件技術。

戰場控制; 態勢圖; 甘特圖; 執行矩陣

Class Number E83

1 引言

戰場控制是一種使指揮官和參謀處于計劃、決策、執行和評價的體系并且輔助指揮官進行決策的過程[1]。近十幾年來,戰場指揮決策支持系統在軍事領域的應用不斷擴展,對作戰決策支持系統的理論和技術進行了深入研究,并進行了許多相應的設計與開發,形成了作戰指揮決策支持系統。本文研究的基于多維視圖的戰場控制技術通過利用現代通信技術和詳細的信息設計更新戰場進程來提高指揮官的協同[2]、態勢感知[3]和決策的能力,輔助指揮員和參謀更好地進行戰場節奏的控制。

2 戰場控制的問題

戰場控制是作戰指揮員及其指揮機關為左右戰場態勢的發展而進行的指揮活動。其目的是為了奪取和保持戰場的主動權,從而推動戰場態勢沿著己方所期望的方向發展。戰場控制是以系統的形式存在,并以系統的形式運行和發展。針對高技術條件下的局部戰爭,由于高技術信息系統的大量運用,使戰場的流動性和透明度增大,作戰的節奏越來越快,戰場情況變換的突然性很大,這對作戰部隊的應急控制能力提出了很高的要求,它也是戰場控制能力的一個決定因素。

目前,戰場控制支持系統僅僅是將大量的繁雜計算轉移給計算機系統以減輕指揮員的工作負擔,加快了信息的分發以提供更多的作戰決策時間。戰場控制支持系統的建設普遍還存在以下幾方面的問題:

1) 決策時效性不強:作戰機會往往轉瞬即逝?，F代戰場環境中,戰斗行動節奏加快,指揮員處理信息和做出決策的時間相對變短。這就要求作戰指揮員隨時掌握戰場情況,快速判明作戰態勢并迅速做出決策,下達指揮命令。戰場信息流在作戰指揮機構和作戰單元之間快速流動,信息本身的時效性是決策時效性的基礎,目前已有的作戰決策支持系統在情報分析和數據處理等信息處理的時效性方面不夠,造成了決策時效性不強。

2) 決策準確性不高:現代信息戰指揮必須能夠實現對作戰決策的精確運籌、對兵力機動的精確計劃和對作戰行動的精確準備,力求以較小的代價達成理想的戰場控制效果。目前的作戰決策支持系統仍是以人為主,由指揮人員圍繞作戰目的,憑經驗和直覺進行決策,缺乏戰場信息數據的分析,存在較大主觀性和隨意性,很難滿足現代作戰決策準確性的要求。

3) 臨機應對性不足:軍事行動反映了人的動態交互過程,一方的行動對另一方來說,總是存在著不確定性,這里包含著人的行為的不可預測性和精神因素,在戰爭中獲得絕對的確定性是不可能的。在作戰實施中,指揮員需要針對戰場出現的新情況動態選擇最適合的作戰單位執行相應的作戰任務,增加了指揮活動的動態性。當前的作戰決策支持系統很難應對不確定性引發的突發事件。

3 解決方法

針對原有的問題,根據作戰指揮員的作戰指揮需求,本文設計了一個戰場控制的系統軟件以輔助指揮員對戰場態勢的掌握和理解,并能對所屬部隊進行戰場控制。戰場控制系統軟件主要通過戰場態勢圖、甘特圖[4]和執行矩陣三種視圖從不同的角度展現戰場情況,并通過報告和指令來實現指揮員對戰場情況動態變化的掌握和作戰節奏[5]的控制。

戰場態勢圖是在戰場地理環境基礎上,通過對作戰活動、事件、時間、位置和兵力要素相關戰場作戰信息的圖形符號標繪,將所觀測到的戰斗力量分布與活動和戰場周圍環境、敵作戰意圖及敵機動性有機地聯系起來,分析并確定事件發生的原因,得到關于地方兵力的結構,使用特點的估計,從而形成對戰場信息表達的態勢圖。通過戰場態勢圖,作戰與決策人員(指揮官)可以實時、近實時地了解作戰態勢的發展,快速制定行動計劃,準確、及時、高效地實施指揮和控制。從時效性的角度分析,戰場態勢圖顯示的信息內容分為實時信息和非實時信息。實時信息由各類實時信息服務推送到態勢圖上進行顯示,比如空情服務推送實時空情信息、部隊定位服務推送部隊實時位置等。非實時信息由各類非實時信息源服務抽取后推送到態勢圖上顯示,比如部隊情況服務抽取數據庫中的部隊情況信息,戰場設施服務抽取數據庫中的戰場設施信息。通過在電子地圖上疊加不同類型的實時信息和非實時信息形成當前戰場的綜合態勢,通過過濾設置可以定制展現指揮員關心的態勢情況,通過設置告警規則發布警報信息可以實時監控關注的目標對象,通過與作戰計劃、預定行軍路線、戰斗部署等信息組成的籌劃態勢圖進行自動對比檢測,可以輔助指揮員掌握當前的戰場態勢和籌劃態勢的差異,及時調整部隊行動和部署,進而有效控制整個戰場態勢。

甘特圖又稱作橫道圖、條狀圖。它是以圖示的方式通過活動列表和時間刻度形象地表示出任何特定項目的活動順序與持續時間。甘特圖的基本表達形式是一個線條圖,橫軸表示時間,縱軸表示項目,線條表示在整個期間上計劃和實際的活動完成情況。它直觀地表明任務計劃在什么時候進行及實際進展與計劃要求的對比。本文設計的甘特圖監控視圖通過對商用甘特圖進行改造,增加報告處理服務、關鍵點監控、突發事件信息接收處理、消息提示等模塊,增強了甘特圖視圖的戰場監控能力,使得作戰指揮員由此極為便利的弄清一項任務還剩下哪些工作要做,行動關鍵節點時間狀態要求,并可評估工作是提前還是滯后,亦或是正常進行。

執行矩陣視圖是一種描述任務行動執行情況的表格視圖。這種視圖的橫軸描述了任務行動的詳細信息,包括計劃時間、執行單位、當前狀態、執行效果、目標對象反應等信息。視圖的縱軸描述了本次計劃所有的任務和行動,用樹狀結構進行表示。表格中的執行狀態、執行效果使用圖形化的符號進行表示。執行矩陣視圖能實時接收匯總行動、執行信息,輔助作戰指揮員直觀地了解計劃的所有任務和行動的執行情況以及執行的效果。

態勢圖監控視圖、甘特圖監控視圖和執行矩陣監控視圖這三種視圖的綜合使用,可以讓作戰指揮員從部隊位置狀態、敵我態勢、部隊視角、任務視角、時間、空間等不同角度全方位地理解和掌握戰場態勢和計劃的執行情況,從而更加精確和高效地進行戰場控制。

4 關鍵技術

為了更好地輔助指揮員理解和掌握戰場控制過程中的戰場信息,本文主要研究了戰場控制中模型、控制流程和顯示技術等方面的關鍵技術。

4.1 關鍵監控點與行動告警模型

在戰場控制系統軟件中關鍵監控點與行動告警模型能有效提高指揮員對戰場態勢和行動執行狀態進度要求的掌握能力,關鍵監控點與行動告警模型的結構圖如圖1所示。模型實現的主要要素包括: 1) 對指揮員關注的部隊或行動設置關鍵監控點,關鍵監控點包含的屬性有K(關鍵點名稱、關鍵點時間、關鍵點描述、關注部隊、關注部隊位置范圍要求、關注行動等); 2) 任務行動未按照作戰計劃要求完成時給出行動告警信息,任務行動告警信息包含的屬性有W(任務行動名稱、執行部隊、異常詳細描述)。

圖1 關鍵監控點及行動告警模型結構圖

4.2 部隊作戰效能反饋的控制技術

戰場控制系統軟件是基于部隊作戰效能反饋的控制方法進行設計的,其主要流程如圖2所示。各級戰役參戰指揮所收到作戰計劃[6]執行命令后,實施作戰計劃,最高級作戰指揮所發布作戰基準時間;戰場控制軟件以態勢圖、甘特圖與執行矩陣三種視圖展現參戰部隊任務或行動;根據當前指揮員的作戰需求[7]重點關注部隊、設置部隊關鍵監控點;下級指揮所將本指揮所擔負的作戰行動執行情況或行動執行過程中遭遇的突發事件信息上報給上級指揮所,或將行動執行情況共享給友鄰指揮所;上級指揮所收到下級上報的行動執行報告或突發事件報告,結合戰場態勢,對下級指揮所擔負的作戰行動進行調整,下發調整指令;下級指揮所收到行動調整[8]指令,指揮參戰人員執行行動調整;部隊作戰行動未按照計劃時間完成時,出現告警信息并給出行動具體執行情況,指揮員根據行動執行情況對作戰行動調整,將行動調整命令發送給執行部隊;關鍵監控點時間到達時,出現告警信息并給出當前實際執行情況與監控點要求的差距。如果未達到指揮員作戰要求,指揮員根據告警信息對作戰行動調整,將行動調整命令發送給行動執行部隊或擬制格式化作戰簡令。

4.3 甘特圖多尺度顯示技術

戰場控制過程當中,指揮員或參謀將根據實際需要,查看全局視圖或重點關注某一時間段內的行動執行細節。為此,甘特圖多尺度顯示技術采用圖形縮放原理,實現分段可變的時間軸。時間軸默認設置為以小時為單位,使用拖動的方式對時間軸進行放大和縮小,通過精確設置,使得甘特圖的時間標尺可劃分為不同時間尺度,進而實現多尺度顯示,從時間角度增強指揮員對行動執行狀態的掌握控制。其主要設計步驟如下:

圖2 戰場控制方法流程圖

首先生成時間標尺時,基準像素和時間刻度秒進行對應,任務和行動的最小時間單位也設為秒,形成時間標尺和任務、行動的關聯對應。

其次當時間標尺進行縮小時,基準像素所代表的時間逐漸變大,可以十秒、分鐘、十分為單位;反之當時間標尺放大時,基準像素所代表的時間逐漸變小。最后,實現分段式的時間刻度。時間標尺上某一段的基準像素所表示的時間單位不同,實現多尺度的顯示。

5 系統應用

在戰場控制系統中,戰場可視化信息[9]是輔助思考的一種外部信息圖像。指揮員需要通過可視化信息在盡可能短的時間里處理和了解更多的信息,把可視化信息應用于控制戰場節奏時,通過改進獲取、分析、決策的時間需求使得任務執行性能的提高。戰場控制系統的兩個關鍵目標就是提高態勢感知和使軟件更加直觀并且更容易使用。

根據使用環境,系統軟件可以在單屏、雙屏和多屏上靈活部署使用。在硬件允許的條件下,建議使用三屏部署使用,此時能通過直觀地展現對比最大程度地輔助指揮員了解戰場態勢和部隊任務行動的執行情況,減少軟件視圖之間的頻繁切換操作可能帶來的時效性誤差及不必要的時間消耗。

6 未來的工作

下一階段戰場控制系統的研究方向是軟件系統的服務化和網絡化。通過研究基于SOA的應用系統體系架構,解決異構系統之間的信息交互和數據共享問題,保證系統的高效性、可擴展性和可適應性。其中可擴展性主要是提供分析模型的集成策略和服務化調用接口,解決輔助決策的智能化水平;可適應性主要是指系統軟件在不同平臺上(比如在國產化平臺上)的兼容和適應問題。在軟件系統的流程控制方面,也討論了工作流特征,對于作戰指揮來說,工作流[10](例如通過改變組織層次傳遞命令控制)也可以被整合在軍事系統中。

[1] Duffy, LorRaine, Bordetsky’s. A Model of Tactical Battle Rhythm[C]//2004 Command and Control Research and Technology Symposium. The Power of Information Age Concepts and Technologies.

[2] 陳志新,談興秋.指揮信息系統流程控制技術[J].指揮信息系統與技術,2013,4(3):20-24.

[3] 藍羽石,鄧克波,毛少杰.網絡中心化軍事信息系統能力評估[J].指揮信息系統與技術,2012,3(1):1-7.

[4] 國防大學科研部.路線圖_一種新型戰略管理工具[M].北京:國防大學出版社,2009:196.

[5] Ramberto A, Torruella Jr. Managing the Battle Rhythm[C]//第12屆國際指揮控制技術研討會議論文,1997.

[6] 軍事科學院軍事運籌分析研究所.聯合作戰計劃與聯合分析手冊[M].北京:軍事科學出版社,2009:132-134.

[7] 王本勝,王濤.基于任務-能力匹配的聯合作戰需求建模[J].指揮信息系統與技術,2011,2(3):5-9.

[8] 李益龍,喻濤.基于規則的對海作戰指揮控制應用[J].指揮信息系統與技術,2011,2(5):47-50.

[9] 項海濤.戰場可視化關鍵技術探討[J].科技信息,2011(36):255.

[10] 馬懿,盧昱,陳立云,等.面向對象的裝備維修保障指揮系統工作流建模[J].兵工自動化,2011(6):31-39.

Control Technology Based on Multi-dimensional View of the Battlefield

ZHANG Hua WANG Wei

(The 28th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Nanjing 210007)

Battlefield control is often used in military process. With the development of military systems and electronics technology, the software based on multi-dimensional view of the battlefieldcontrol begins to be studied. This paper discusses the use of situation map, gantt map and perform matrix map for researching the software of the battlefield control.

battlefield control, situation map, gantt map, perform matrix

2015年1月3日,

2015年2月26日 作者簡介:張華,男,工程師,研究方向:指揮自動化系統輔助決策、指揮控制。王偉,男,助理工程師,研究方向:指揮自動化系統作戰籌劃、指揮控制。

E83

10.3969/j.issn1672-9730.2015.07.003