作戰實驗規則庫管理系統設計與實現

牟軒庭　張宏軍

摘? 要： 針對作戰仿真系統的規則建設標準不一，規則數據難以重用的問題，提出一種通用的作戰實驗規則庫管理系統架構。首先提出了基于實體、行為、裁決三要素的規則的分類方法以及基于知識元的規則形式化描述方法，對規則的管理和描述方式進行統一，然后選取了Apache服務器、MySQL數據庫、PHP開發語言作為作戰實驗規則庫管理系統的構建技術，使用Ztree插件實現了用戶界面的規則導航功能，最后從系統需求分析、功能模塊設計、規則庫設計等方面介紹了管理系統的設計過程。

關鍵詞： 作戰實驗規則; 管理系統; 知識元; Apache; MySQL; PHP; Ztree

中圖分類號：TP311? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2022）05-42-06

Design and implementation of combat simulation rule base management system

Mu Xuanting， Zhang Hongjun

Abstract： In view of the different standards of rule-building of combat simulation system and the difficulty of rule data reused， a common combat simulation rule base management system structure is proposed. Firstly， a classification method of the rules based on the entity， action and adjudication， as well as a formalization description method of the rules based on knowledge element are put forward to unify the management and description of the rules. Then the Apache server， MySQL database and PHP are selected as the construction technology of the combat simulation rule base management system， and the Ztree plug-in is used to realize the rule navigation function of the user interface. Finally， the design process of management system is introduced from system requirement analysis， function module design， rule base design and so on.

Key words： combat simulation rule; management system; knowledge element; Apache; MySQL; PHP; Ztree

引言

作戰實驗規則是作戰仿真系統的核心[1]，是仿真系統中各類實體屬性特征和實體間交互過程的描述依據，影響著仿真模型的真實性和仿真結果的有效性。然而隨著仿真技術的不斷發展以及戰爭形態的不斷演進，作戰仿真的形式與研究內容日趨復雜，相關的作戰實驗規則也變得復雜多樣，現有的作戰實驗規則研究對規則在規則庫中的分類存儲問題研究較少，不同的作戰仿真系統采用不同的規則存儲管理標準，導致系統之間難于互聯[2]，缺乏一個能夠真正支撐大部分類型仿真研究的通用規則庫。針對這個問題，本文選擇科學的作戰實驗規則分類與描述方法，設計實現了作戰實驗規則庫管理系統，為海量規則的有序管理及規則應用奠定了基礎。

1 實現關鍵技術

根據系統集成思想，在作戰實驗規則庫管理系統構建時，需要選擇合適的開發語言、后臺服務器、數據庫系統以及科學的作戰實驗規則分類管理和描述方法，使系統各部分之間可以互聯互操作，系統整體的功能、性能符合使用要求，便于實現作戰實驗規則的快速分類管理。

1.1 作戰實驗規則分類及描述方法

面向對象是一種有效的抽象建模方法，相對于其他方法來說，它能夠圍繞建模對象將相關數據和方法緊密結合，用于表示知識更加自然、易于理解。按照面向對象的思想，仿真實體是貫穿作戰仿真全過程的關鍵要素，因此作戰實驗規則必須對不同實體在仿真不同階段的變化進行詳細描述。本文綜合考慮規則模型的組成要素，基于實體、行為、裁決[3]三要素構建作戰實驗規則體系，如圖1所示。

圖1中，物理規則是對仿真實體自身組織結構、屬性特征、功能狀態等固有屬性的描述，可分為戰場環境實體規則和作戰實體規則;行為規則是仿真實體采取不同的軍事行動時要遵守的主觀自身狀態條件與客觀軍事原則、自然科學規律的描述，可分為作戰行動規則和交互行為規則;裁決規則是對仿真實體的狀態變化以及實體行為所產生影響的描述，可分為實體狀態轉移規則和交互效果裁決規則。

作戰實驗規則是仿真模型實現時的描述規范，需要使用形式統一的數據、算法等方式對模型內容進行描述，并能夠在計算機中存儲和運行。知識元表示法描述的模型具有高內聚、低耦合的特點，將研究對象相關知識進行合理分解并轉換成知識元后具有良好的結構，能夠存儲于數據庫中便于后續的檢索、調用等操作[4]，因此適合用于作戰實驗規則形式化描述。結合前文規則分類方法，構造實體知識元、行為知識元和裁決知識元三類規則知識的基本描述單位，分別對一條規則中涉及的物理知識、行為知識和裁決知識進行描述，知識元的基本定義如下。

⑴ 實體知識元：E：：=<EN><EA><EV>，其中EN為實體名稱，如步兵分隊、坦克分隊;EA為實體屬性，對應實體物理規則的描述項，比如實體編號、上下級、組件狀態、行為功能等;EV為實體屬性對應的屬性值，可以是數值、表達式、或者模型。

⑵ 行為知識元：A：：=<AN><AA><AV>，其中AN為行為名稱，如機動、偵查、設障等;AA為行為屬性，對應實體行為規則的描述項，如執行實體、所需裝備、彈藥需求、環境條件限制等;AV指行為屬性對應的屬性值，可以是數值、表達式或模型。

⑶ 裁決知識元：J：：=<JN><JA><JV>，其中JN指裁決規則名稱，如火力打擊效果裁決、電磁干擾效果裁決等;JA為裁決規則屬性，包含了系統對實體狀態轉移或交互結果這兩種變化進行判定需要輸入的信息，如行為類型、主動實體、被動實體、環境影響因素、位置影響因素等;JV為裁決規則屬性對應的屬性值。

對上述三類知識元描述內容的定義均采用屬性-屬性值的形式，一方面是對復雜的作戰實驗規則進行最大程度的抽象和簡化，從中提取仿真模型描述所需的關鍵信息;另一方面這樣的描述形式符合規則在數據庫中的存儲形式，不對規則屬性項的數量和類型作約束，方便后續規則在具體描述時根據領域需求進行調整和擴展。

1.2 作戰實驗規則庫管理系統構建技術

作戰實驗規則庫以Windows 7操作系統為開發平臺，以Apache為Web服務器、以MySQL為后臺數據庫，使用PHP語言，實現用戶瀏覽器與數據庫的交互功能，如圖2所示。

Apache、MySQL和PHP都是各自領域內免費或者開源的系統開發工具，三類技術都支持Linux、Unix、Windows等主流的操作系統。Apache服務器是國際上較受歡迎的服務器軟件，具有安裝配置簡單、性能穩定等優點;MySQL是目前主流的關系型數據庫軟件，雖然規模較小，但具有速度快、易上手等優點，它支持使用標準的SQL語句進行數據操作;PHP是一種在服務器端執行的腳本語言，具有語法簡單、擴展功能較多、執行高效等優勢。上述三種技術組合而成的框架仍然是目前最為成熟、穩定、安全的動態網站開發方案[5]，能夠從基本的軟件環境層面確保作戰實驗規則庫管理系統具有穩定性、高效性和可靠性，是值得采用的方法。

1.3 用戶界面展示插件

系統的用戶界面導航采用多功能樹插件Ztree，它依靠jQuery實現，可以通過簡單的參數配置實現靈活多變的功能，常用于多層分級的目錄展示，如企業組織結構、知識體系結構等。它支持以靜態和動態兩種方式進行節點數據的加載，核心代碼按照不同的功能進行了分割，可以做到按需加載，能夠滿足大量節點快速加載的需求。另外，樹目錄本身提供多種事件響應，可配合選擇框、文本輸入框等信息交互組件實現頁面信息展示的多樣化。

作戰實驗規則庫存儲的規則信息，圍繞實體的物理規則、行為規則和裁決規則展開，實體與實體之間存在隸屬、裝配等具有層次結構的關系，適合使用Ztree作為用戶界面規則查看的快速導航，同時方便從樹節點的整體分布情況掌握規則庫中實體存儲的大致情況。以作戰實體為例，實現效果如圖3所示。

2 系統架構

作戰實驗規則庫管理系統系統采用瀏覽器/服務器體系結構，即B/S結構。在B/S結構中，客戶端通過瀏覽器向Web服務器發送數據請求，Web服務器通過外部程序訪問數據庫進行數據處理，最后將結果返回給瀏覽器。在這種數據交互的過程中，系統可以劃分為以下四個部分，如圖4所示。

數據資源層為規則庫管理系統的數據所在地，系統管理員根據作戰實驗規則分類及描述方法，將規則數據進行分類和格式轉換后集中存儲，由實體規則庫、行為規則庫以及裁決規則庫構成。

數據訪問層提供數據持久化服務，負責對用戶的請求進行集中處理，并向數據服務器提交SQL指令，對數據進行存儲、更新、刪除、查詢等管理操作;或者通過數據訪問接口將下層數據處理的結果轉化為HTML頁面返回給用戶界面。

數據管理層響應用戶輸入，負責用戶與應用間的交互，并向下提交數據處理請求，主要提供數據查詢、數據操作、數據統計、數據恢復、導入導出、用戶管理、數據備份等功能，保障用戶對數據的管理、應用、安全等方面的需求。

用戶接口層是作戰實驗規則庫管理軟件的最上層界面，負責用戶與系統的直接交互，需要以直觀易懂的形式將系統可提供的服務呈現出來。作戰實驗規則庫管理系統可提供的服務主要包括用戶認證、規則展示、規則導航和規則應用等。

3 作戰實驗規則庫管理系統設計

作戰實驗規則庫管理系統的目的在于對紛繁復雜的作戰實驗規則按照統一的標準進行分類存儲，方便規則管理人員對規則進行進一步的完善和校對，以確保推演過程的正確性和推演結果可靠性。因此需要從系統設計的角度對規則庫管理系統的設計細節進行介紹。

3.1系統需求分析及功能模塊設計

系統的用戶分為兩類。普通用戶無需登錄，只能查看規則庫中存儲的內容。而系統管理員除了能夠查看數據以外，還擁有數據操作的權限。系統只設一個默認管理員賬戶。管理員進行數據操作前首先要進行身份認證，認證成功后擁有密碼修改、實體管理和規則管理三類操作權限。其中，密碼修改允許管理員變更賬戶的密碼;實體管理允許管理員對規則庫中存儲的實體分類顯示情況以及實體的屬性等基本信息進行管理;規則管理允許管理員對規則庫中存儲的規則的分類顯示情況以及規則的屬性等基本信息進行管理。系統整體需求如圖5所示。

根據系統需求析的結果，將系統功能模塊分為以下三個部分。

⑴ 實體展示模塊

該模塊主要負責顯示規則庫中已經錄入的實體及其相關規則信息，按照本文的分類思想歸類顯示為樹形結構并設計查看對應規則信息的響應請求。實體需要通過實體管理頁面進入對應后臺進行更新。

⑵ 用戶管理模塊

該模塊主要對后臺管理員登錄以及賬戶密碼修改功能進行實現。用戶想要對數據進行操作時，必須通過登錄功能驗證管理員身份，并對非法輸入彈窗提示。進入后臺之后可以修改管理員賬戶的密碼。

⑶ 實體信息管理模塊

該模塊主要實現對本地數據庫中存儲的實體信息和實體對應規則信息的增加、修改、刪除功能，以及對規則框架的變化拓展，即支持對規則屬性的簡單增加、修改、刪除。當用戶需要對某一實體的某項數據進行增刪改操作時，驗證管理員身份通過后進入數據管理界面，根據界面上的圖標按鈕及左側菜單選擇要操作的項目，之后進行相應的操作。系統模塊的總體流程圖如圖6所示。

3.2 作戰實驗規則數據模型設計

作戰實驗規則從各類形式轉變為標準化、規范化的數據庫數據，需要建立規則的數據模型。根據上述分析并結合本文的作戰實驗規則體系，建立規則數據模型如圖7所示。

在描述仿真實體物理規則的屬性項時，一方面要體現出實體在系統實現中體現的基本信息，如實體對象ID、實體所屬方等;另一方面要體現出實體在仿真過程中反映態勢變化的屬性，如當前狀態、攜帶裝備等。為描述方便，圖7中只列舉了作戰實體物理規則的相關屬性。

實體的行為是仿真系統設計的關鍵要素之一，由行為規則進行約束。按照是否影響其他實體的狀態，行為可劃分為作戰行動和交互行為，行為規則也進行對應的劃分，并且由統一的模式進行描述，即行為的發起方對行為的被影響方產生行為影響，需要考慮的屬性包括行為類型、環境因素限制、實體狀態限制等。特別地，當行為類型為作戰行動時，行為的發起方和被影響方都是同一個實體。

裁決規則根據需要判定的內容分為狀態轉移裁決規則和交互效果裁決規則，是對實體行為發生前后實體狀態的變化進行的判定。其中交互效果裁決規則在交互行為發生后，考慮交互行為類型、雙方實體狀態以及行為效能計算方式等因素，輸出交互行為的結果，如火力打擊的毀傷效能值，或工程作業行為的成功與否。而狀態轉移裁決規則對所有行為都適用，一方面作戰實體執行作戰行動后自身狀態可能會發生變化，比如坦克實體進行機動后自身的位置、油料儲備等屬性需要更新;另一方面交互行為涉及的實體雙方狀態都會發生變化，如坦克實體對戰車實體進行火力打擊，坦克實體的彈藥儲備屬性發生變化，戰車實體的車體狀態、實體功能等屬性發生變化，因此構成狀態轉移裁決規則的屬性包括行為類型、實體狀態限制、環境因素限制、交互裁決結果等。

3.3 數據庫設計

確定實體及其規則的屬性后，需要明確他們在數據庫中的存儲結構，設計數據表以及表之間的相互關聯。以作戰實體為例，相關物理模型如圖8所示。

作戰實體類別表管理著作戰實體，他們的上下級關系通過編號聯系起來，因此作戰實體（對應作戰實體靜態屬性表）的上級編號是外鍵，受作戰實體類別編號的約束。同理，實體的其他屬性表通過實體編號標識該屬性值的歸屬，因此它既是主鍵又是外鍵，受作戰實體編號的約束。在實際對實體信息進行操作的過程中，數據表應當實現級聯修改、級聯刪除等關聯操作，以維持數據的一致性。

作戰實驗規則庫的設計是實現規則庫管理系統的重要一步，合理設計表結構和規劃規則數據表的字段，建立合理關系，能減少開發、運營和維護成本。好的數據庫不應該有低級冗余數據，可以快速地創建一個記錄，并且容易維護，這些都是需要考慮的。

4 結束語

本文針對海量的作戰實驗規則分類存儲困難的問題，采用實體、行為、裁決三要素構建了作戰實驗規則的分類體系，提出了基于知識元的規則描述方法，使用Apache、MySQL、PHP、Ztree等軟件設計實現了邏輯清晰、功能齊全、結構靈活的作戰實驗規則庫管理系統，初步實現了不同類型規則的統一存儲管理，為規則庫投入實際應用打下了良好基礎，下一步工作是對規則庫管理系統進一步優化，使其更加符合軍事研究人員應用作戰實驗規則進行仿真研究的需求。

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[5] 權治，宋晶晶.基于PHP的動態網站研究與實現[J].計算機

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收稿日期：2021-10-28

作者簡介：牟軒庭（1997-），男，浙江省臺州市人，碩士研究生，主要研究方向：系統仿真。

通訊作者：張宏軍（1963-），男，江蘇省泰州市人，博士，教授，主要研究方向：數據與知識工程。