作战实验仿真想定规范化描述方法研究

SYS PRACTICE 系统实践
摘要：作战实验是为了检验作战理论和战法而进行的实证性研究活动，是军事问题研究与科学方法的结合，作战实验想定是作战实验系统的重要部分和初始条件。

论文阐述了想定的组成要素，总结了基于军事经验、EATI方法、系统六元模型方法、概念知识树方法和想定领域本体五种想定建模描述方法，归纳了当前想定开发面临的问题，为进一步解决作战实验想定的规范化描述问题指明了方向。

关键词：作战实验；想定工程；概念建模；领域本体
一、前言
作战实验[1]是“在可按、可测、近似真实的模拟对抗环境中，运用作战模拟手段研究作战问题的实验活动”，本质上是一种把现代数学方法、计算机模拟技术和科学实验手段相结合，对军事作战问题进行研究的科学方法。

除了战争实践、演习训练和军事理论研究之外，作战实验是第四种认识战争方法。

在作战实验任务中，实验人员以实验目的和课题任务为依据，使用特定的方法和设备对研究对象进行干预，对研究对象进行模拟，对实验变量进行控制，以便在尽可能接近实战的条件下对其进行观察，并获得一定数量的实验样本。

任何一个作战实验任务都需要给定初始条件并提供一系列的初始化数据，这些数据构成了一个包括实验的时空域、实验的对象实体、实体的计划任务以及其他实验规则约束的集合，这个初始的数据集就构成了作战实验想定。

作战过程模拟是作战实验的重要支撑手段，模拟过程就是作战实验想定经过参数化之后在实验系统中进行运算的过程[2]。

因此，作战实验想定应当采用更加合理、有效、完整、通用的规范化数据进行描述，以提高作战实验想定与作战实验平台的交互能力，可以大大提高作战实验系统开发的效率。

二、作战实验想定的组成要素
作战实验想定是在军事想定的基础上，结合具体的实验设计、实验环境和实验目的，经过系统开发人员和军事人员共同参与进行二次开发，其目的是提供作战过程模拟所需要的数据参数和行动序列的脚本[3]。

因此对作战实验想定进行研究的意义在于使军事人员无需学习复杂的计算机技术就能够进行规范、便捷的想定作业和开发；同时，又能使开发人员无需花费过多的时间去掌握专业的军事知识就可以得到一系列符合军事规则的初始数据和约束条件，从而提高实验设计的效率。

（一）军事想定
军事想定是为进行作战任务、军事演习或军事训练，对参与单位的企图、态势以及作战发展情况进行设想和假定，按照事件的发展和时间顺序制定的文字叙述数据。

想定主要包括时间、地点、兵力、事件等基本要素，通常是以文书的形式出现在各级、各类的军事活动之中。

军事想定一方面需要全面描述战场环境和作战态势，包括交战双方的初始态势、作战企图和作战发展情况的设想，另一方面还要详细说明各作战单元的编组情况，并制定各作战编组的任务目标和采取的作战行动、勾画作战行动发生的地理场所、说明冲突发生的原因、拟定可能投入的军事力量和后勤保障、描述初始战斗态势以及说明局势大致发展等[4]。

军事想定是为进行作战任务、军事演习或军事训练而按有关事件的发展和时间顺序创作和编写的文字叙述数据，具有时间、地点、兵力、事件等基本点，通常是以文书的形式出现在各级、各类的军事活动之中。

军事想定一方面要全面描述作战环境和作战局势，包括交战双方的基本态势、作战企图和作战发展情况的设想，另一方面还需要详细说明各作战单元的任务和目标、勾画出冲突发生的地理场所、说明冲突发生的原因、说明可能投入的军事力量和后勤保障、描述初始战斗水平以及说明局势大致发展等[4]。

（二）作战实验想定
作战实验想定在描述的战场环境、作战态势、作战进程等内容上与军事想定文书有一定的相似性，不同点在于作战实验想定更加侧重于作战实验平台环境中所需要的解析和设定、所描述的内容，尤其是战场环境、作战单元、计划任务和实体的时序状态比军事想定更细节、更具体。

一个作战实验想定除了必要的军事想定要素之外，还包含对作战实验系统中各类数据的参数设定和结构组织，主要包括对作战实验系统各种作战单元、作战平台的属性和相互关系，包括位置坐标、活动区域以及作战任务等信息的参数设定，还包括为实现作战实验的任务而设置的相关约束条件和关键事件和作战行动发生的时间序列。

作为实验实施的基本依据，作战实验想定是实验设计者将实验目的和实验过程与内容传达给实验实施人员的文字媒介。

不同的作战实验科目由于实验构想和实验设计的不同，其想定文书的内容虽然会有很大差别，可以将作战实验想定的包含要素分为以下几个部分：
1.想定基本信息。

其内容主要包括作战决心、作战企图、主要作战方向、总体兵力部署、战场基本情况、各部队任务等，是指导作战行动发展和各部队作战行动的基本依据。

在实验任务结束之后，组织人员和实验人员可以分析作战实验平台的运行数据，并以此作为评估作战实验的效果。

2.作战单元信息。

作战单元是指为达成既定队的作战目的，按任务需要将遂行作战任务的实体临时编组所形成的，能够独立完成复杂作战任务的作战主体，是作战实验中的最小研究对象。

作战单元信息包括用于作战实验的实体信息，搭载的装备
作战实验仿真想定规范化描述方法研究
唐新德 张宏军 程 恺 王佳胤 康睿智
◆
信息系统工程 │ 2019.11.20
28
SYS PRACTICE 系统实践
信息，所属方信息，编队信息等。

3.武器装备信息。

武器装备信息是对武器装备实体的建模表示，包括装备名称、装备型号、传感器组件参数、机动组件参数、武器系统参数等信息。

4.战场环境信息。

战场环境信息是对作战任务所处时空域客观存在的描述，主要包括作战地区的地形地貌、重要军事目标、气象水文、电磁环境和社会人文特征。

5.计划任务信息。

计划任务是作战实验想定的主要内容，是作战单元为达成预定的作战目的而执行的一系列作战行动的时序集合。

计划任务信息反应了作战单元和战场环境之间的交互关系。

6.实验规则信息。

作战实验规则是为了保证实验流程合理可控、实验结果真实可信，而对作战实验进行规范化约定规则，并得到广泛认可的规则数据，其内容包括：实体规则、通信规则、行动规则、裁决规则等。

图1 作战实验想定组成要素
三、作战实验想定的模型结构
作战实验想定规范化描述本质上是一个想定建模问题，也就是要把现实的作战实验问题抽象成具有标准性、通用性和规范性的概念模型，再通过规范化的语言进行表达。

使用规范化语言对作战实验想定进行表达就是对作战实验想定模型的表达，目前主流的描述形式是基于XML来设计想定描述语言，例如美军应用最为广泛的想定内容表达形式MSDL （Military Scenario Definition Language，军事想定定义语言）。

北京系统工程研究所的陈欣等人在研究了MSDL的基础上再结合我军的实际情况提出了SSDL（Simulation Scenario Markup Language，仿真想定标记语言）[5]。

但是这些想定描述语言只是给出了一种表达方式，没有说明应当对哪些想定元素进行表达，应当如何进行表达，因此并没有解决作战实验想定的建模抽象问题。

（一）依靠军事经验建模的描述方法
这种描述方法通过对军事经验的总结来抽取作战实验想定的内容、结构、要素等，在此基础上进一步进行建模。

张晓彦等人将想定内容抽象成背景、基本假设、初始位置、兵力使用原则、作战任务、攻击方式、作战区域、兵力规模和部署、基本的指挥和交战过程、战场地理环境和电磁环境等语义模型[6]。

这种方法虽然借鉴了相关的作战方案、法律法规、条令条例来规范语义模型，但对于不同的研究课题，其研究需求、背景知识和军事经验都不尽相同，进而导致建立的想定模型缺乏通用性和规范性。

（二） 基于实体概念模型的EATI描述方法
EATI方法是美军于1995年建模与仿真主计划中提出的一种面向实体的军事系统建模方法，美军著名的使命空间概念模型（CMMS）就是基于 EATI方法而构建而成。

EATI把军事系统分为实体（Entities）、动作（Actions）、任务（Tasks）、交互（Interactions）四个要素，即系统实体根据任务而产生若干个动作，通过动作作用于其他实体而进行交互[7]。

EATI描述下的实体概念模型的整体结构如图2所示。

实体： 战争系统中可以单独辩识的一切对象，可以分成主体和客体，是在战争空间内对实际战争系统中各类组成部分的抽象表示。

动作：是由自然力或人力引起的，产生诸如机动、通讯、交战、监视、分析、判断、侦察、补给等事件的改变或转移。

任务：是由一个实体为了满足一定的军事目标所从事的有目的的行为。

任务是实体对动作的执行，当特定的输入条件满足时，任务开始执行。

任务执行期间可以接收或消耗一个或者多个来自其他主体的输入，并向客体产生或发送一个或多个输出，还可以改变一个或多个实体的属性，直到满足特定条件时任务才会终止。

一个任务可以分解为多个子任务。

交互：是为完成某个任务而发生在两个实体之间的信息或者其他元素的传送，包括委派、攻击、发射、补给、转移等。

交互不同于关系，关系是静态的长期的，交互可以说是动态的瞬时的，交互存在于任务过程之中。

图2 EATI描述实体概念模型
根据EATI建模思想，从想定中抽象出实体、动作、任务、交互四个基本要素分别对其进行描述，并根据一定的语义关系将各元素进行融合，建立具有通用性和规范性的EATI模板。

由于实体、任务具有一定的层次性，各EATI成员可以递归地分解为多个EATI子成员，最终形成完整的作战实验想定概念模型。

（三） 基于系统六元模型描述方法
EATI描述方法围绕任务为中心，时效性好，针对性强，但
是存在两方面的问题：一是忽略了系统内部实体之间的关系；
信息系统工程 │ 2019.11.2029
信息系统工程 │ 2019.11.20
30
SYS PRACTICE 系统实践
二是缺乏对系统整体时间、空间等问题域的界定。

针对以上两点不足，柏彦奇等人提出了概念模型的系统六元抽象建模方法[8]。

六元抽象建模方法以系统论为基础，按照系统相似性原理，将系统组成抽象为系统的内涵、要素、结构、状态、运行和功能6个方面，并利用系统六元理论将军事想定抽象成任务空间、作战实体、实体状态、实体关系、实体行为、实体交互六元概念模型[9]。

图3 军事想定六元概念模型
此方法虽然建立了较为完善的想定概念模型，对实现作战实验想定的规范化描述具有重要借鉴意义，但是缺少对想定数据模型描述要素和实现方法做的进一步探索与研究。

（四） 基于概念知识树的描述方法
概念知识树是由中国科学院自动化研究所高一波等人提出的，以解决人工智能基础问题为目标的面向多领域的知识表示框架体系[10]。

它由概念库和知识树两个部分组成，概念库中的概念对现实世界中的对象进行无歧义的描述，是底层的描述，而知识树则是对高层语义进行描述，描述概念之间的继承和组成关系等。

概念知识树从上到下进行构建，将知识节点逐步细化，内涵增加，外延缩小，这种知识的组成关系与现实世界中人理解事物的过程相吻合。

武利娟等人提出了一种基于概念知识树的军事想定描述方法，用以增强军事想定规范描述的知识性[11]。

该方法使用战场数据交互模型JC3IEDM 数据模型作为基础命名空间，分析JC3IEDM 的19类独立实体，将军事想定的概念分成了行为执行、作战环境、作战组织和作战编成、作战任务和作战过程、作战交互以及作战规则的概念，对应地建立了6类概念库。

由于6类概念库中的概念是相互离散的，缺乏概念之间关系的描述，因此在概念知识树的表达体系中使用知识树模型描述概念之间的关系，并对概念所描述的军事元素的语义信息进行补充和完善，形成军事想定的知识表达模型。

以作战实体描述为例，可以通过实体名称、级别、兵种、属方、上下级实体和武器装备等关系以及作战行为来描述一个作战实体。

根据概念知识树的建模思想，首先将作战实体看作一个整体概念，并对其进行描述，然后再对其局部的细节概念进行描述。

具体说来就是：首先描述作战实体的属性实体 ID、实体名称、级别、兵种属性、所属方；然后在作战计划中描述作战实体的行为；最后再通过上级实体、下级实体、武器装备描述本实体与其他实体的关系。

与本实体概念具有层级关系的上级实体和下级实体可类比此过程进行递归描述，武器装备和作战计划可以作为另外一个整体概念进行描述，并建立各自的概念知识树，从而按照层次建立完整的作战实体的概念知识树模型，如图4所示。

（五） 基于领域本体的描述方法
本体（ontology）来源于哲学领域，是明确的、共享概念模型的形式化规范说明，作为一种元数据结构，它用数学形式来描述概念以及概念间的关系，明确定义使用的概念及约束，其语义能被计算机所理解。

在计算机科学领域中，普遍接受的定义是Studer 等人提出的“本体是共享概念模型的明确形式化规范说明”[12]。

N.Guarino 提出根据详细程度和领域依赖程度将本体分为以下四类：顶级本体、领域本体、任务本体和应用本体。

在这四种类型当中领域本体的应用最为广泛。

领域本体给出了领域实体概念及相互关系、领域活动以及该领域所具有的特性和规律的一种形式化描述[13]。

作战实验想定领域本体就是作战实验想定描述要素规范有序的集合，它描述了作战实验想定领域需要涉及的所有概念和关系。

构建作战实验想定领域本体就是要对作战实验想定领域进行深入研究，抽象出各种概念，确定它们之间的关系，进一步构建出作战实验想定的模型。

空军工程大学的庞天亮等人采用描述逻辑对作战相关概念、关系进行推理，检验概念、关系的一致性，优化概念层次结构，构建了基于OWL（Web Ontology Language，Web 本体语言）的想定领域本体[14]。

图4 作战实体的概念知识树模型框架
SYS PRACTICE 系统实践
国防科技大学的陈健硕士分析了领域本体的层次体系结构，采用分类分阶段的思路构建想定领域本体，提出了构建仿真想定领域的SSOCA方法（Simulation Scenario Ontology Construction Approach，仿真想定本体构建方法）[15]，将想定领域本体划分为三个层次：领域层、领域属性概念层、领域特征概念层，如图5所示。

SSOCA方法对于想定的建模摒弃了传统的树形指挥结构，而是从战场空间态势的角度来划分想定，符合联合作战的网络化逻辑结构。

四、未来的研究方向
对想定进行规范化描述是作战实验模拟过程中的重要步骤，为实验系统的运行提供数据输入。

想定作为实验系统的初始数据，由于其实验背景、实验目的、平台系统等都存在差异，对想定进行规范化描述可以增加实验设计的合理性、提高开发效率并提升实验效果。

现阶段作战实验想定开发主要面临以下几个问题：
（一）模型问题。

在作战实验系统中，想定是与模型高度耦合，通过模型作用于系统的，想定描述的规范性直接影响到模型的合理性和通用性。

（二）异构问题。

不同的作战实验平台对作战实验想定的描述、开发方法和表示的数据格式的理解都不完全一致，想定的规范化描述又缺乏通用标准，导致想定模型的可移植性不高。

（三）歧义问题。

军事想定多数是以文书形式表达的，不可避免地会产生语义上的歧义，进而导致系统与系统、系统与人交互过程中出现误解，必须依赖统一的规范对想定进行描述。

五、结语
本文对现有的作战实验想定形式化描述方法进行了初步探讨，归纳了作战实验想定的组成要素，分析了想定建模的几种方法。

为了满足未来作战实验对想定描述更高的需求，在已有研究成果的基础上，还需要进行更深入探索，提出更具有通用性、准确性和规范性的作战实验想定描述方法。

H
参考文献
[1]军事科学院.中国人民解放军军语[M].北京:军事科学院出版社,2011.
[2]程永军,王跃利.作战实验态势展示与分析框架设计[J].军事运筹与系统工程,2012,26(03):27-30.
[3]彭鹏菲,任雄伟,龚立.军事系统建模与仿真[M].北京:国防工业出版社,2016.
[4]张野鹏.作战模拟基础[M].北京:高等教育出版社,2004.
[5] 陈欣, 胡晓惠, 付勇. 基于XML 的仿真想定标记语言SSML[J]. 系统仿真学报,2004(09):1928-1930+2025.
[6] 张晓彦, 张航义. 一种作战仿真想定方案的生成与虚拟战场的构建方法[J]. 系统仿真学报,2013,25(S1):341-344+348.
[7] 王勇, 马萍, 杨明, 等. 仿真概念模型的开发过程研究[J]. 系统仿真学报,2006(S2):17-19+23.
[8] 刘洁, 柏彦奇, 孙海涛. 概念模型建模方法研究[J]. 长春理工大学学报( 自然科学版),2007(03):126-130.
[9] 刘占伟, 柏彦奇, 张学民,等. 基于系统六元的仿真想定规范化描述方法研究[J]. 计算机与数字工程,2012,40(04):39-41+80.
[10] 高一波. 一种基于概念的知识表达体系[J]. 微电子学与计算机,2004(09):71-74.
[11] 武利娟, 陈琳, 卢朋, 等. 基于概念知识树的军事想定描述方法[J]. 现代防御技术,2013,41(04):166-171.
[12]Rudi Studer,V.Richard Benjamins,Dieter Fensel. Knowledge engineering: Principles and methods[J]. Data & Knowledge Engineering,1998,25(1).
[13]Formal ontology in information systems: Proceedings of the first international conference (FOIS'98), June 6-8, Trento, Italy[M]. IOS press, 1998.
[14] 庞天亮, 袁修久, 赵学军, 等. 基于OWL 的仿真想定本体构建方法[J]. 空军工程大学学报( 自然科学版),2012,13(06):35-39.
[15] 陈健. 基于本体的仿真想定校验方法研究[D]. 国防科学技术大学,2009.
（基金项目：国家自然科学基金（No.61806221））
（作者单位：陆军工程大学指挥控制工程学院）
图5 想定领域本体层次结构图
信息系统工程 │ 2019.11.2031。