基于屬性提取的作戰任務建模方法?

（陸軍工程大學指揮控制工程學院 南京 210007）

關鍵字 作戰任務；任務分解；元任務

1 引言

作戰任務是一系列軍事行動開展的依據，在作戰過程中，兵力資源、物質資源的調動都要根據具體的作戰任務來開展。在聯合作戰的背景下，參謀人員需要將上級下達給本級的作戰任務分配給下級作戰力量。因此，作戰任務分解是作戰計劃制定過程中必要的基礎工作。

目前，對作戰任務的分解建模都是基于參謀人員的經驗，采用類似于美軍DoDAF［1］和英軍MODAF［2］中的使命任務模型來表示。Eduardo Sil?va等［3～4］設計了基于KAOS的使命分解建模方法，但在使命分解時未考慮使命的相關屬性。文獻［5］從使命屬性的角度研究了使命任務分解時需要遵循的相關原則，但該研究方法主要針對于指揮控制系統的需求建模階段。研究作戰計劃制定過程中的作戰任務分解時，需要考慮新的相關要素。針對上述問題，本文提出了一種基于屬性提取的作戰任務分解建模方法。

2 作戰任務概念模型

作戰任務是指指揮員在本級作戰單位中需要完成的各種任務的統稱，包括進攻、防御、后勤保障等一系列任務［6］。根據指揮級別的不同，某一級別的作戰任務可以在本級進行分解細化，將分解后的作戰任務下發給下級。被分解的作戰任務成為下級作戰單位的上級作戰任務，需要所有作戰單位共同保障完成。由于上級作戰任務過于概略，作戰單位無法得知自己在作戰過程中需要做什么，為了使各個作戰單位明確自己的作戰任務，需要將上級作戰任務進行分解細化為更加詳細的作戰任務，這個過程稱之為作戰任務分解［7～8］。在使命任務分解過程中得到的更加細化的任務，稱之為子任務。

元任務指作戰任務分解過程中分解得到的最小任務單元［9］。元任務是相互獨立的、不重疊的、不可再分解的，通常以裝備單元為分解的最小粒度，以便由作戰任務得到對應的裝備從而形成體系作戰。

根據作戰過程中的相關要素，將作戰任務定義為以下多元組：

定義1：作戰任務定義為多元組Task=，其中：

1）name表示該作戰任務的名稱；

2）what：描述了作戰任務是什么，即對任務的基本描述；

3）who：任務執行的主體，包括軍兵種、兵力數量等，屬性描述為（A_Name，A_Amount）；

4）when：任務執行時間，包括任務執行的開始時間以及完成時間限制，屬性描述為（T_Begin，T_Last），T_Last屬性的制定需要考慮到為后續任務留下準備時間；

5）where：任務執行的區域（包括作戰區域、區域坐標、作戰目標主體所在區域），在下發到作戰部隊之后，需要在屬性中添加我方部隊所在位置的信息；

6）aim：作戰指向的目標。

根據已有的歷史作戰經驗、案例以及專家經驗知識，得到作戰活動的任務清單、能力清單和專家知識庫，將得到的作戰任務進行繼續分解，最終得到符合作戰任務定義的元任務清單，根據元任務清單來構建元任務庫。

3 作戰任務分解

作戰任務可以幫助作戰單位了解并明確自己的作戰行動［10］，是建立完整作戰體系的重要環節之一。作戰任務可以分解為更加詳細的子任務，直到元任務［11～12］；相反的，元任務、子任務也可以合成更高層的作戰任務。通過一系列原則的制定以及在分解過程中對這些原則的遵守，可以進一步得到更加明確的作戰任務分解步驟。

3.1 分解原則

根據作戰過程中涉及的要素，作戰任務分解時，要保證分解后的字任務不能與上級作戰任務在這些要素上矛盾，因此制定了以下分解原則。

1）原則一：屬性集原則

上級作戰任務分解得到的所有子任務的屬性的集合為上級作戰任務的集合。如果高級使命任務的屬性（attribute）集合為Task_Father=｛A1，A2，A3，A4｝，從而分解任務可以得到Task_1=｛A1｝、Task_2=｛A2，A3｝、Task_3=｛A4｝。如圖1所示。

圖1 作戰任務分解屬性集原則

2）原則二：統一目標原則

作戰任務分解過程中，分解要按照目標不變的原則，即所有作戰任務分解都是對目標的打擊、搶占等為依據。

3）原則三：劃分階段原則

不同的作戰階段有不同的作戰任務，以時間順序、事件因果順序或者任務優先級順序分解得到子任務。例如：對于時間順序，攔截導彈需要先進行預警探測，得到地方導彈的信息后才能進行火力攔截；對于事件因果順序，若前方有障礙物時需要清除才能進行機動；對于時間優先級順序，進行海島占領作戰時，需要登陸之后才能繼續之后的作戰。

4）原則四：可合成原則

分解得到的子任務或元任務，其屬性的集合是上級任務屬性的子集，且子任務屬性集合的并集為上級任務的屬性集。

5）原則五：可執行原則

作戰任務分解過程中得到的子任務必須是依據我軍已有的武器作戰部隊可以執行的任務，即必須是元任務。

3.2 作戰任務關系

作戰任務在分解過程中，因各自屬性之間的關系，使得作戰任務之間也存在某種關系，這些關系是作戰任務分解過程中必須要考慮的。

1）關系一：與或關系

高級作戰任務需要達到的作戰指標有多個，分解得到的子任務有不同的屬性，圖2中分解得到的子任務有 Task_1、Task_2、Task_3、Task_4，這些子任務中如果完成一個子任務Task_2就可以省略另一個子任務Task_3，則稱Task_2與Task_3是“或”關系；如果完成Task_1后也必須完成Task_4則稱Task_1與Task_4是“與”關系。與任務之間是相互獨立的任務，且不能被其他任務所代替；或任務中可以選擇任務進行完成。

圖2 子任務的與或關系

在元任務庫中可以找到在作戰任務分解中得到的元任務，查找屬性之后可以得到屬性的集合，對屬性集合進行比較，得到以下三種情況。

（1）屬性無重合

這樣的兩個或多個任務之間的關系為“與”關系，即完成一個任務不能代替其他任務的完成。

（2）屬性部分重合

執行任務的兩個或多個作戰單位在某些的情況下可以進行一定的支援，以提高任務完成的成功率。

（3）屬性完全重合

這樣的另個或多個任務之間的關系為“或”關系，即完成一個任務可以任務完成了其他同一事件、地點的任務，或可以使用相同的武器裝備進行任務的完成，任務之間可以相互補充，作為設立預備方案等的依據。

2）關系二：依賴關系

在作戰任務執行的過程中，一部分任務的執行需要的條件由其他任務提供，或例如：當任務A完成之后，另外的任務B才能開始進行，這樣可以將描述為：任務B依賴于任務A。

3）關系三：沖突關系

在實際作戰當中，由于作戰資源的數量等問題下，有許多計劃中需要同時進行的任務在實際中不能同時進行，例如：任務A、任務B需要用到防空導彈，但是防空導彈同一時間只能發射一顆，當任務A在進行時，任務B不能進行，稱任務A與任務B沖突。

3.3 分解算法

作戰任務分解后最終得到一個作戰任務分解樹，具體分解算法如下。

輸入：本級的最高作戰任務

輸出：作戰任務分解樹

算法過程：

步驟一：獲取最高作戰任務。根據作戰想定，獲取最高作戰任務。

步驟二：分析作戰方式。作戰方式包括進攻作戰和防御作戰。

步驟三：提取屬性。分析最高作戰任務，提取任務的屬性，其中，任務的屬性集必須包含作戰任務的基本屬性。

步驟四：任務對照檢查。對照元任務庫，檢查子任務的屬性集，若不符合作戰任務分解原則，則放入一個集合“Finish”中，后續重新進行分解；若符合，放入另一個集合“Continue”中，后續不需要在進行檢查和分解；檢查“Continue”集合。若集合為空，則執行步驟六；若集合不為空，則執行下一步驟，若集合為空，執行步驟五。

步驟五：任務屬性拆分。對任務的屬性進行拆分，拆分部分分為兩種，一種是保持屬性的值，拆分屬性集中的元素成為新的子任務的屬性集；另一種是對屬性的值進行拆分，這些任務的完成通常無法由單個作戰單元完成，通過屬性值的拆分，使其可以交由兩個或多個作戰單元執行。屬性拆分之后對屬性集進行檢查，使其符合作戰任務分解原則；執行步驟四。

步驟六：任務完善。檢查、補充和完善任務的各個基本屬性，返回作戰任務分解樹。

作戰任務分解算法流程圖如圖3所示。

圖3 作戰任務分解流程圖

4 案例分析

4.1 案例描述

作戰雙方設定為紅藍雙方，紅方為進攻方，執行搶占高地任務，藍方為目標方，執行防御任務。首先，紅方已經完成了高地附近主要區域的封鎖，目標占領藍方的兩個目標（目標一為175高地，目標二為185高地），目標地形示意圖如圖4所示。

圖4 占領高地態勢圖

圖中有兩個目標點，目標一有兩個進攻方向。

目標一的進攻方向A在途中布有地雷，進攻方向B有藍軍哨所；目標后方有藍軍增援部隊，但是目標一后方增援部隊增援要經過一處山谷，且增援的兩條道路上都有橋梁；目標一附近有高地火力點威脅，以及導彈發射車隊。

目標二有一個進攻方向。途中布有地雷，以及哨所的看守，目標路途中有增援部隊，且附近有裝甲車部隊，可以對藍軍高地進行增援；目標二附近有一處導彈陣地，在后方有一處藍軍駐地，有一處機場，駐有藍軍戰機。

4.2 搶占高地涉及到的元任務

由于作戰涉及到進攻和防御兩種作戰方式，且作戰目標為搶占高地；涉及到地方布有雷區，所以有雷區和醫療相關的元任務；查找元任務庫，收集到的元任務庫如下：

4.3 作戰資源

案例涉及如下作戰資源：

1）工兵連；

2）步兵連；

3）醫療救援直升機分隊；

4）特種作戰分隊；

5）偵察衛星。

4.4 作戰任務分解

依照上文的作戰任務分解步驟，對作戰想定的描述進行作戰任務的獲取和分解

1）上級作戰任務的獲取

根據作戰想定，頂層作戰任務為“搶占高地作戰”。

2）分析作戰方式

對于搶占練出高地目標的作戰為“進攻作戰”，防御導彈車和固定導彈陣地的作戰為“防御作戰”。

3）提取屬性

“進攻作戰”基本屬性集為

｛

WHAT=“進攻作戰”

WHO=“作戰部隊”

WHERE=（0-60，20-70）

WHEN=（2000/01/01 10：00，47h）

AIM=“占領高地”，“阻擊、消滅敵方增援部隊”

｝；

“防御作戰”基本屬性集為

｛

WHAT=“防御作戰”

WHO=“作戰部隊”

WHERE=（0-60，70-100）

WHEN（2000/01/01 10：00，全時）

AIM=“防御來自陸地、空中攻擊”

｝。

4）任務對照檢查

“進攻作戰”和“防御作戰”都不符合元任務庫種的元任務，將兩個子任務放入“Continue”集合中，此時“Finish”集合為空；檢查“Continue”集合。集合不為空，執行下一步驟。

5）任務屬性拆分

將“進攻作戰”任務屬性集中的WHAT屬性進行拆分，可以分為“占領175高地”、“占領185高地”、等子任務；“防御作戰”可以分為“北區防御”、和“南區防御”，再執行算法步驟4）。

6）任務對照檢查

對照元任務庫，檢查子任務的屬性集，其中，“清除地雷”任務符合元任務庫中的元任務，放入“Finish”集合中，其他子任務放入“Continue”集合中，此時集合“Continue”不為空，執行下一步。

7）根據WHERE屬性，對“進攻作戰”進行屬性拆分，可以分為“北路進攻”、“南路進攻”，“防御作戰”可以分為“北區防御”、“南區防御”。

8）對照檢查，分解得到的子任務不符合元任務庫中的元任務描述，需要進一步分解。“占領175高地”可以分解為“清除地雷”、“炸毀橋梁”、“進攻高地”、“占領高地”、“部隊機動”、“進攻高地”、“占領高地”、“摧毀導彈車部隊”；“占領185高地”可以分解為“清除地雷”、“部隊機動”、“摧毀導彈陣地”、“進攻高地”、“進攻哨所”、“占領高地”；針對可能出現的傷亡，在“占領175高地”和“占領185高地”任務中需要有“醫療救護”任務；針對可能出現的敵軍增援情況，在“占領175高地”和“占領185高地”任務中需要添加“遭遇戰”任務。“北區防御作戰”可以分為“北區陸地防御”、“北區空中防御”；“南區防御作戰”可分為“南區陸地防御”、“南區空中防御”。

9）檢查所有子任務，得到的子任務都是元任務集中的元素，放入“Finish”集合，此時“Continue”集合為空，執行步驟六檢查、補充和完善任務的屬性。

最終構建的作戰任務分解樹如圖5所示。

圖5 作戰任務分解任務樹

5 結語

本文建立了作戰任務分解的相關概念、制定了作戰任務分解的原則以及設計了作戰任務分解的相關算法。其中，作戰任務的相關概念是作戰計劃的基礎。在戰爭計劃的制定中，程序化、標準化是制定計劃必不可缺的要求。本文的主旨是嘗試在作戰任務的分解的基礎下，按照作戰任務分解步驟、依照作戰任務分解原則，依托元任務庫進行作戰任務的分解。