基于自然決策的艦艇編隊作戰計劃生成技術框架研究?

王 偉胡 丹

（1.91550部隊 大連 116023）（2.91180部隊 大連 116041）

1 引言

艦艇編隊是海軍遂行任務時的重要作戰力量，生成周密的艦艇編隊作戰計劃需要較完備的戰場信息和較充裕的決策時間，但在面對海上突發軍事沖突等復雜作戰環境時，充滿著動態性、模糊性和不確定性，周密作戰計劃的生成方式很難完全滿足時間緊迫、環境復雜的決策條件。如何在短時間內針對戰場環境快速生成編隊作戰計劃，做出合理決策，成為艦艇編隊作戰所面臨的突出問題。

2 自然決策的概念

決策是指個人或集體為了達到或實現某一目標，借助一定的科學手段和方法，從若干備選方案中選擇或綜合成一個滿意合理的方案，并付諸實施的過程［1］。傳統決策理論將經過分析、計算的結果作為決策依據，但在處于時間緊迫、目標不清晰等復雜環境下，人做出的決策往往與傳統決策理論給出的決策不一致。

20世紀八十年代，美軍發現在面臨突發事件或動態環境時，傳統決策理論做出的決策也并不符合人在同樣環境下的認知規律。為此，美軍開始研究那些不確定環境下的、時間緊迫條件下人的真實決策過程。美軍于1989年舉辦的一次學術會議上正式提出了自然決策的概念，并由Klein等將會議成果編纂成冊［2］。

自然決策理論強調，當處在決策時間緊迫的環境時，決策的形成依賴于已知的認知經驗。決策者通常會跳過繁瑣的分析步驟，以信息和經驗為基礎對決策情境進行分析與判斷，形成適當的決策方案。自然決策重點關注復雜、動態現場環境下的決策問題，強調經驗在決策過程中的重要性，展現了與傳統決策理論單純追求理性分析的不同。而研究也表明，經驗豐富的決策者的主要決策手段并不是傳統決策理論［3］。

3 艦艇編隊作戰計劃生成的決策分析

作戰計劃是為完成作戰任務而制定的指導作戰準備和作戰行動的指揮文書，是指揮員決心和意圖的具體體現，是部隊作戰準備和作戰行動的依據。其實質是作戰力量在一定時空、資源約束條件下，采取適當方法實現作戰目標的預想。本文主要討論艦艇編隊在戰斗-戰役級別下對海突擊作戰行動的計劃生成。

通常情況下，艦艇編隊作戰計劃制定首先利用情報、偵察等手段從戰場收集大量的信息、數據等情報資源；而后對所獲得的情報資源進行分析，將敵我兩方的作戰兵力、作戰部署進行綜合比對，判斷敵方的作戰企圖，評估對我方造成的威脅；再通過對上級下達的作戰使命及意圖的理解，在上一步態勢評估的基礎上，在軍事規則和運籌計劃的共同作用下，制定若干作戰計劃；再選取適當指標對計劃進行評估，選擇其中最優的計劃作為最終作戰計劃；最后，監視計劃在實施過程中的任務完成情況，必要時對計劃進行調整。以上作戰計劃的生成過程是以分析思維為主的軍事決策，其中的各項工作都是建立在理性分析的基礎上，為指揮員提供了若干可供選擇的作戰計劃。適用于目標狀態清晰、決策信息完備、決策時間充裕的決策情境。

然而戰場環境瞬息萬變，作戰計劃的制定無法始終處于理想的決策環境，很多時候都是在環境復雜、時間緊迫的情況下做出的。有經驗的指揮員經常會將當前問題歸為他們曾經經歷過的一類情境，從而迅速制定一個初步的行動方案，隨后在內心對該方案進行評估和判斷，如果可行，則立刻付諸于行動，而不追求其是否最優；如果不可行，則細化、修正該方案或尋找新的方案?？梢钥闯?，在非理想化的情況下作戰計劃生成的決策過程更符合自然決策理論的認知過程和特征。

4 基于自然決策的作戰計劃生成技術框架設計

4.1 自然決策RPD模型分析

自然決策理論發展至今，由于眾多學者的研究側重點各不相同，因此并未構成一致的決策模型。其中Klein提出的RPD模型是其中影響力最大、最經典的自然決策模型［4］。RPD模型認為戰場指揮員在時間緊迫、形勢復雜的情況下進行作戰決策時，并不會進行大量的計算分析，而是通過將當前情境與指揮員記憶中的經驗進行對比，提取出存儲在記憶中的可行方案，并迅速對方案進行可行性評估，如果可行則直接作為執行方案，否則，根據方案可行的程度，對方案進行調整或直接放棄該方案轉而提取其他方案進行以上操作。可以看出，RPD模型并未充分考慮其他可能方案，所得方案也并非最優決策，而是利用經驗在復雜環境下快速得到滿意決策。RPD模型提出后，通過對美軍師旅級指揮官決策過程的研究，發現在不同情境中，符合RPD模型的比例為50%～95%［5］。RPD模型如圖1所示。

圖1 RPD模型示意圖

RPD模型主要由一個前提和兩個步驟組成。

1）豐富的經驗。經驗是基于記憶的知識結構［6］，是知識、經歷經過信息加工后在人腦中的長期沉淀。自然決策要發揮作用，首要的前提是指揮員頭腦中要有足夠的經驗，只有具備豐富的經驗才能在面對復雜環境時做到胸有成竹。這也是為什么經驗豐富的指揮員更傾向于利用經驗進行決策的原因。同時，這一前提條件也明確了自然決策解決問題的范疇，當不具備豐富經驗時，依然需要利用分析決策對問題進行處理。

2）情境識別。首先收集當前情境下的相關信息，判斷當前情境是否與以前的經歷相似，如果有相似的經歷則對情境進行評估：搜索當前情境中的重要線索，建立可能達到的合理目標；對結果做出預期判斷。情境評估之后，需要確定下一步采取的方案及過程。若此時情境與記憶中出現過的情境相似，則可采用相對應的行動作為方案，為下一環節做好準備。

3）頭腦仿真。在選擇出對應的行動方案后，并不是立即執行。因為基本不可能存在完全照搬過去經驗而解決問題的情況，所以需要在頭腦中對檢索出的方案進行可行性評估，檢驗其是否能夠滿足目標和要求，如發現方案大體可行，但是有不當之處，則分析產生不當之處的原因，進而對問題之處進行修改。如發現方案不具有可實施性，則直接忽略該方案，重新選擇。這一過程尋找的是滿意解，根據時間的緊迫性決定評估方案的個數。頭腦仿真是一種在想象中進行演練的腦部活動，從長期記憶形成的經驗角度對方案的發展進程進行想象。進行頭腦仿真不是為了像傳統決策分析那樣計算最優方案，而是為了判斷方案是否可行。因為進行分析的時間不夠充裕，決策時間緊迫，決策者對方案的選擇依據是是否可行，而不會分析在各角度上的優劣。頭腦仿真的優勢還體現在可以對模擬過程中發現的問題隨時進行修改，并從修改之處重新模擬，判斷修改后的方案是否可行。

4.2 基于RPD模型的作戰計劃生成技術框架構建

本文的研究內容并非從認知心理學角度提升指揮員的作戰計劃生成能力，而是以自然決策RPD模型為基礎，將模型中的各個環節由單純的人腦活動向人機結合的半自動化方式轉變。RPD模型中的主要環節是“經驗”、“情境識別”和“頭腦仿真”，將其分別映射為“作戰計劃表示層”、“作戰計劃檢索層”和“作戰計劃仿真層”，構成作戰計劃生成技術框架的層次結構，實現對作戰計劃生成的半自動化輔助支持。如圖2所示。

圖2 RPD模型向作戰計劃生成框架的映射

4.2.1 作戰經驗向作戰計劃表示層的映射

作戰經驗要轉變為可被計算機使用的形式，需要將人腦中的經驗提取出來，對經驗進行符號化、形式化或模型化的表示，形成機器能處理的數據結構。在各種演習和訓練中，形成了大量的作戰計劃，它們是指揮員經驗和智慧的集中體現，是大量軍事人員傾注心血，運用專業知識和經驗凝結而成的，是蘊含著經驗的文字性表述。將指揮員頭腦中作戰經驗映射為凝集著經驗的作戰計劃，可以解決提取經驗困難的問題，是現階段替代經驗的理想選擇。

4.2.2 情境識別向作戰計劃檢索層的映射

情境識別是將當前的問題情境與記憶中的經驗進行比對，從中搜索、檢索出相似情境下的解決方案?；诎咐耐评恚–ase Based Reasoning，CBR）可以對這一過程進行可計算化描述。CBR是對人腦處理復雜問題過程的模擬，通過檢索已有案例，得出當前問題解決方案的推理過程［7］。已在醫療診斷［8～9］、司法判決、產品設計等領域得到廣泛應用。CBR是人類解決問題的一種認知模型，反映了人類解決問題的一種類比推理過程，其核心思想是“相似問題具有相似的解決方案”，是利用過去的經驗來理解和解決新的問題。CBR利用經驗類比出解決新問題的方案，和RPD模型中情境識別表示的與記憶中經驗進行比對的認知過程一致。因此可利用CBR理論的方法對PRD模型中的情境識別進行可計算化描述。

4.2.3 頭腦仿真向作戰計劃仿真層的映射

通過情境識別找到解決方案后，指揮員還將通過對該方案的可行性進行評估，以檢查是否有不當之處。如果發現有任何問題，則對這一方案進行修正。為評估方案是否令人滿意，指揮員會在大腦中摸擬方案的執行過程，包括要采取的步驟，這些步驟的潛在結果，可能會遇到的問題，如果遇到問題該如何處理等。與分析決策方法不同，進行頭腦仿真是為了預防不加鑒別的思維可能導致的錯誤，而不是計算最優方案。因為決策時間有限，指揮員會根據經驗圍繞最有可能成功的方案展開思維。由上述可知，頭腦仿真的目的是評估過去的解決方案在當前環境下是否可行，當發現問題時對方案進行調整，調整內容來自于對頭腦仿真結果的分析。從輔助支持作戰計劃生成角度看，可利用計算機仿真替代頭腦仿真，為指揮員提供可視化的仿真過程，實現判斷作戰計劃可行性目的。

5 技術框架功能分析

技術框架整體分為三大組成部分：作戰計劃表示層、作戰計劃檢索層和作戰計劃仿真層。在作戰計劃進行表示的基礎上，方可進行作戰計劃的檢索；在檢索出作戰計劃的前提下，才能夠進行作戰計劃的調整，最終生成可行的作戰計劃。

5.1 作戰計劃表示層

作戰計劃表示層的功能是將文本化表述的作戰計劃形式化表示為計算機可理解的數據結構。在對作戰計劃進行形式化表示之前，首先需要構建作戰計劃的概念模型。概念模型是從文本化的作戰計劃到計算機可讀的形式化表示之間的重要環節，是面向編隊作戰軍事領域的統一表示，是實現艦艇編隊作戰計劃相關內容的一致性描述。構建編隊作戰計劃概念模型需滿足兩方面的需求：一是有效對編隊作戰計劃進行描述的需求，即從作戰計劃的領域知識中提取出規范化的內容進行描述；二是概念模型要在形式和結構上便于進行檢索，為后續的作戰計劃檢索打下基礎。

本體理論是對領域知識中概念、術語及相互關系進行規范化描述的方法［10］，可利用本體論的研究方法，對作戰計劃中的實體、時間、空間、行動等基本元素及元素間關系進行描述。在基本元素本體描述的基礎上，建立面向檢索的概念模型整體結構，將作戰計劃概念模型的總體結構表示為問題描述域和解描述域兩部分。作戰計劃的問題描述域表明了作戰計劃的使用條件，是作戰計劃的約束條件；作戰計劃的解描述域是針對戰場環境而制定的作戰任務。根據艦艇編隊對海突擊作戰的特點，可選取作戰目標、敵情描述、作戰兵力等要素作為問題描述域的組成部分，選取作戰編成、作戰行動等要素作為解描述域的組成部分。構成編隊作戰計劃概念模型結構=<問題描述域（作戰目標，敵情描述，作戰兵力），解描述域（作戰編成，作戰行動）＞。最后以基本元素為材料完成對結構中要素的填充，形成完整的概念模型。

在明確了作戰計劃的概念模型后，可選擇XML表示法、謂詞邏輯表示法，框架表示法，語義網表示法等方法對概念模型進行計算機可讀的形式化表示［11～12］，最終將若干文本化的作戰計劃通過形式化表示構成作戰計劃庫。

5.2 作戰計劃檢索層

作戰計劃檢索層的功能是從作戰計劃庫中搜索出與當前作戰環境相似的計劃。這涉及兩方面內容：用于檢索的特征屬性和檢索方法。

1）特征屬性是判斷作戰計劃相似性的依據，表示用于檢索的內容。作戰計劃的問題描述域是區分作戰計劃應用環境的重要依據，表明了作戰計劃的使用條件和作戰環境，因此可根據問題描述域中的內容從作戰計劃庫中尋找最相似的計劃。而問題描述域包含豐富的內容，需要從中提煉出用于檢索的特征屬性，利用特征屬性的相似性計算完成計劃檢索。特征屬性的提煉依靠軍事領域知識，且需要對特征屬性進行量化處理，便于檢索的實施。

2）檢索方法可采用灰色關聯度方法。利用作戰計劃中的特征屬性和當前作戰環境之間的灰色關聯度，來衡量作戰計劃和當前作戰環境之間的相似程度，關聯度越高，相似程度越高。計算灰色關聯度時，因作戰計劃的某些特征屬性所蘊含的軍事意義及表現形式，不適宜直接利用灰色關聯度公式進行計算，故需將相應特征屬性的灰色關聯度計算進行適用性轉換。同時，為體現特征屬性間不同的重要程度，在計算灰色關聯度時應為各屬性賦予相應的權重。

5.3 作戰計劃仿真層

作戰計劃仿真層在對檢索出的作戰計劃進行適應性修改后，對計劃進行仿真。如仿真結果不符合決策者預期，則利用因果分析模型對仿真輸出結果進行分析，由決策者根據產生問題的原因對計劃進行調整后再次進行仿真，直至仿真結果符合預期。作戰計劃仿真層體現了頭腦仿真中評估-調整-再評估這一快速迭代的過程。

作戰計劃仿真層中，仿真系統可采用基于離散事件的仿真策略來模擬作戰進程。為便于對仿真結果進行分析，仿真系統的輸出數據需包含事件間因果關系的信息。利用事件圖等因果關系模型完成對仿真結果的因果分析，對問題的原因進行事件點定位。仿真系統支持回退機制，由決策者回退至事件點，修改影響事件的參數后再次仿真，并將修改的內容映射到原作戰計劃，完成對作戰計劃的調整。

6 結語

自然決策是人在處置危機情形時的真實決策過程，為在瞬息萬變的戰場環境下快速生成艦艇編隊作戰計劃，本文以自然決策的RPD模型為基礎，將模型中的各個環節由單純的人腦活動映射為人機結合的半自動化過程，設計了基于自然決策的作戰計劃生成技術框架，詳細闡述了作戰計劃表示層、作戰計劃檢索層、作戰計劃仿真層的功能。如何構建面向因果分析的模型、設計支持回退式調整機制的作戰仿真系統是未來的研究重點。