基于仿真試驗的防化保障行動能力評估*

左欽文，田旭光，孫茂盛，黃李洲，韓維濤，仲 妍

（軍事科學院防化研究院，北京 102205）

0 引言

當前，由大國競爭及地區利益沖突導致的傳統核生化威脅依然存在。以核生化恐怖活動、核生化災害、核生化事故、核生化設施遭襲等為代表的非傳統核生化威脅，呈現日益加劇的趨勢［1］。為應對未來可能的核生化威脅，減少人員傷亡、消除污染后果、盡快恢復戰斗力，必須加強裝備技術及作戰理論研究。

仿真是繼理論研究和科學實驗后，人類認識世界的第三種范式，作戰仿真公認為是和平時期裝備體系論證、戰法研究、效能評估的有效手段。通過對戰場環境、作戰實體、作戰行為進行建模仿真，不僅為作戰人員提供了一種體驗戰爭的途徑，也為研究戰爭、分析戰爭搭建了平臺。

使用仿真推演手段對作戰行動過程進行定量研究，目前有類似工作。文獻［2-4］并未具體針對特定的作戰背景及模型進行研究。文獻［5-7］提出了陸軍體系作戰仿真試驗的基本框架及要素，但并未涉及防化相關內容。文獻［8-9］未深入研究模型及體系構建方法。目前還未見從作戰整體行動角度，通過仿真手段定量分析防化保障整體行動效能方面的研究。

本文以典型條件下防護作戰保障行動為背景，利用某仿真平臺建立關鍵作戰實體、戰場化學環境的仿真模型。基于一定作戰規則和指揮流程，開展了仿真實驗。通過對仿真結果數據統計分析，分析作戰保障行動中的關鍵指標和敏感因素，為針對性提高作戰保障能力提供參考。

1 總體研究思路

作戰仿真實驗實施過程如圖1 所示，主要包括5 部分［9］：1）仿真實驗設計。包括仿真需求分析、指標體系設計、想定設計和實驗方案設計；2）仿真實驗準備。包括作戰實體和環境仿真模型的設計與開發，作戰想定的設計與開發；3）仿真實驗運行。依據作戰想定，調用各類仿真模型、軍事規則和基礎數據，對行動全過程進行仿真，收集試驗產生的數據，并在態勢圖中顯示仿真過程；4）仿真結果分析。根據仿真目的，對實驗產生數據進行統計分析，得到所需的定量結論；5）仿真結果應用。分析結論可供裝備研制部門進行裝備需求論證和關鍵指標確定以提高裝備實戰化水平，可供指揮決策部門進行分析以優化作戰理論。

圖1 作戰仿真試驗實施過程圖

2 仿真試驗設計

2.1 防化作戰保障行動想定設計

本文以簡化的典型保障行動［10-11］為例開展研究。防化保障行動主要由預警探測、防護、偵察和洗消等組成。同時，指揮信息系統負責收集各類探測和偵察信息、發布警報信息、生成保障方案，下發至專業分隊實施保障行動。主要想定流程為：1）在部署地域上風方向發生化學襲擊事件，化學監測哨發現后，立即向指揮所發布NBC-1 報告。NBC-1 報告是初步觀察報告，包括發現者的位置、觀測的開始時間、所發現的概率襲擊位置等；2）指揮所綜合來自不同渠道（傳感器、友鄰部隊等各渠道）NBC-1 報告后，分析形成NBC-2 報告。如需要，根據NBC-2報告并結合氣象、地形、人員分布信息，形成NBC-3報告。并將NBC-2 和NBC-3 報告分發至化學偵察車和可能受到危害的作戰單元；3）當收到NBC-2、NBC-3 報告時，化學偵察車開赴染毒區域，執行化學偵察。完成偵察后，化學偵察車使用NBC-4 報告向指揮所報告偵察結果；4）指揮所分析偵察情況后制定去污洗消方案，并下達命令至洗消分隊；5）洗消分隊開赴污染地區執行洗消任務；6）洗消分隊完成任務，上報指揮所，防化作戰保障行動結束。

2.2 關鍵作戰行動實體仿真模型設計

依據作戰想定，將關鍵作戰行動實體簡化為6類模型［11-12］：化學毒劑模型、化學預警車模型、化學偵察車模型、指揮所模型、洗消車模型、作戰單元模型。仿真開始后，化學毒劑模型根據設定的氣象條件向作戰單元模型移動。到達作戰單元所在位置后，對作戰單元造成傷害，造成其作戰能力下降。當洗消命令下達后，洗消車到達作戰單元所在位置實施洗消作業，當達到洗消時間后，化學毒劑濃度下降為0，洗消任務完成。原子模型之間的信息交互關系如圖2 所示。

圖2 原子模型信息交互關系圖

2.2.1 化學毒劑模型

化學毒劑模型主要屬性為位置、濃度。根據初始設置的化學事件發生位置和初始濃度值，在一定氣象條件下（風速、風向）向作戰單元移動。當化學毒劑移動至作戰單元后，根據作戰單元的防護等級，按照經驗模型引起作戰單元的作戰能力的下降。

2.2.2 化學預警車模型

化學預警車模型主要屬性為：部署位置、預警距離。化學毒劑飄移過程中，當與化學預警車的距離達到預警距離時，化學預警車立即向面臨威脅的作戰單位發送“警告”信息，同時向指揮所發布NBC-1 警報。

2.2.3 化學偵察車模型

化學偵察車模型主要屬性為：位置、偵察時間。化學偵察車接收指揮車下達的偵察命令后，在指定的偵察時間內完成偵察行動并生成NBC-4 向指揮所報告。

2.2.4 指揮所模型

指揮車模型的主要屬性為：警報生成時間、偵察命令生成時間、洗消命令生成時間。指揮車模型負責接收化學預警車的NBC-1 警報，分析向化學偵察車下達偵察命令，接收化學偵察車的NBC-4 偵察結果，分析后向洗消車下達洗消命令。

2.2.5 洗消車模型

洗消車模型主要屬性為：洗消所需時間。洗消車模型接收指揮車模型的洗消命令，當洗消時間到達后，作戰單元的化學毒劑濃度降為0。

2.2.6 作戰單元模型

作戰單元模型主要屬性為：位置、防護所需時間、防護狀態、作戰能力。當作戰單元接收到來自指揮車的報警信息后，將防護等級轉換為2 級。當毒劑到達作戰單位所在位置之前，將防護等級轉換為4 級。未實施4 級防護等級前，作戰能力下降主要由化學毒劑危害造成；實施全身防護后，作戰能力下降主要由熱效應造成。兩類作戰能力變化依據經驗模型確定。

2.3 參數設置和性能度量

仿真參數包括靜態參數和動態參數。靜態參數為仿真過程中保持不變的輸入參數，由于化學毒劑模型受氣象影響，將氣溫、風速、風向和毒劑初始濃度作為靜態參數。動態參數是仿真設計中動態輸入的參數。通過分析想定中關鍵影響要素并進行簡化，確立了6 個控制因素：1）探測范圍：為化學預警車的屬性。代表化學監測車的最大探測距離；2）防護等級轉換時間：為作戰單元的屬性，代表了作戰單元的訓練水平；3）NBC 報告編制時間：防化偵察車、指揮所生成NBC 報告，指揮所擬制偵察、洗消命令所需的時間。反映了指揮車、偵察車的信息處理能力和指揮決策自動化水平。假設以上時間均相同；4）報告傳遞時間：報告（命令）傳遞至其他單位所需的時間。該指標反映了信息化水平與通信保障能力；5）化學偵察時間：化學偵察車完成偵察行動，標識污染范圍，并形成NBC 報告所需的時間。該指標與化學偵察車的作業能力、人員訓練水平、偵察路線的規劃及偵察車數量等相關；6）洗消時間：洗消車完成洗消任務所需的時間。該指標與洗消車的作業能力、車輛數量等相關。

為了度量防化保障行動效果，選取了作戰單元的“作戰能力”指標。當完成防化保障行動后，通過比較作戰單元所剩的作戰能力來度量保障行動效果。

表1 仿真參數設置情況表

3 仿真試驗

3.1 仿真系統構建

基于某型數字化仿真平臺構建［13］仿真系統，系統由基礎層、中間件層、數據層、工具支撐層、構件層、應用層組成，如下頁圖3 所示。其中，基礎層、中間件層、工具支撐層為系統提供軟硬件及應用工具支撐。數據層為系統提供數據管理支撐。構件層包含各類模型和想定。應用層通過試驗設計，提供各類應用服務。

想定中，戰斗單元部署于某地域，化學襲擊后，毒劑云團向作戰單元移動。化學預警車位于作戰地域外通視范圍較好的地帶。防化部隊、指揮所等位于作戰地域后方。圖4 為戰場典型作戰單元部署圖。

當時氣象條件為：風速：2.0 m/s，風向：正西。襲擊區化學毒劑初始濃度假定為1 000 mg/m3。

引入探測范圍、防護等級轉換時間、NBC 報告的編制時間、報告傳遞時間、化學偵察時間、洗消時間6 個獨立變量。根據實際情況，每個變量設置3個不同數值，得到486 個仿真案例，每個案例重復試驗50 次，共進行24 300 次仿真試驗。

3.2 仿真結果分析

圖3 仿真系統體系架構圖

圖4 仿真試驗單元部署位置及信息交互關系圖

表2 仿真試驗初始參數設置

圖5 不同參數對作戰能力影響關系圖

根據仿真結果［14］，快速的化學偵察和洗消行動是整個作戰行動中最敏感的指標，報告傳遞時間是其次的關鍵因素。增加探測距離或縮短防護等級轉換時間的重要性相對較低。表明化學偵察車和洗消車的作業能力非常重要，同時，可靠的通信傳輸能力也對作戰有重要影響。圖5 顯示了不同參數對作戰單元最終作戰能力的影響關系。

為驗證仿真實驗的嚴謹性，對仿真結果數據進行深入分析。選擇最小的偏差平方和來近似估計誤差的偏差平方和。顯著性水平選擇為0.05 和0.1，可知F0.9（2，2）=9.0，F0.95（2，2）=19.0。當Fj≥F0.95（2，2），稱為因素高度顯著，若F0.9（2，2）≤Fj

仿真結果還顯示了造成作戰能力降低的主要原因。當探測距離大于1 000 m 和防護等級轉換時間小于50 s 時，化學毒劑基本不會造成傷害，作戰能力降低主要來自人員防護帶來的熱效應。因此，在提高裝備化學防護能力的同時，還需考慮提高其作戰舒適性，同時增加戰場情況預報，盡量減少全身防護時間。

表3 方差分析表

4 結論

為提高防化作戰保障行動效果，需定量分析各要素對保障效果的影響程度。利用仿真平臺建立了仿真系統并進行了初步探索。試驗結論為：

1）盡量短的化學偵察與洗消時間是提高保障效果最重要的因素。因此，增加裝備數量、合理的偵察洗消任務分配、提高裝備訓練操作水平至關重要。

2）快速可靠的通信能力也是重要因素。加強作業車輛的通信手段建設非常重要。

3）作戰單元戰斗力的降低主要來自防護產生的熱效應而非毒劑本身，因此，應加大對戰場情況的監控，在合適時機采用合適的防護等級，避免過度防護。

4）現有指揮體系在信息反復上報、流轉中消耗了大量的時間，對其進行扁平化設計優化指揮關系、縮短信息鏈路是提高保障水平的有效途徑。

由于作戰過程的復雜性，研究中進行了大量理想情況的假設，并采用了部分經驗公式。后續將對模型進行完善，提高仿真精度和可靠性。