基于数据耕耘的作战仿真评估系统框架设计*
代海峰，毕义明，韩慧华，刘文博
（火箭军工程大学，西安710025）
摘 要： 针对当前作战仿真评估系统存在的仿真结果数据利用效率低和体系对抗特征不明显等诸多弊端，提出一种基于数据耕耘的作战仿真评估系统框架设计，以形成数据在环、多想定创建、回合制交互、多分辨率模型提炼和多视角因素分析的良好机制，提高仿真评估系统的数据支持力度和体系对抗性，为现代军事活动中的决策支持提供可靠参考。
关键词： 数据耕耘，作战仿真评估，系统框架设计，体系对抗
0 引言
战争系统是一个复杂巨系统，体系对抗的理念在域内得到广泛的认同。过去那种依托简单的兰彻斯特方程建立起来的量化对抗模型，已经无法描述现代战争所表现出来的不确定性、复杂性以及涌现性。现代战争中，人们开展先期辅助决策主要依托计算机和网络技术搭建起来的各种各样的作战仿真评估系统，但是，现有的作战仿真评估系统平台，大多依据相对独立化的军事概念模型（Military Conceptual Model）、数学模型（Mathematical Model）和实体模型（Entity Model）来开发［1］，这实际上是从根源上避开了体系对抗这一特性。虽然它们都发挥了计算机仿真的数据优势，也具有一定的实际参考价值，但却无法从根本上最高程度地拟合现代战争规律，因而其实际运用价值是有限的。为了改善这种困境，本文引入数据耕耘理论，从架构设计层面来探索研究一种作战仿真系统开发的可行之法。
1 系统总体框架设计
数据耕耘理论最早是在美国“阿尔伯特计划”（Project Albert）中提出来的，其基本思想是“循环中的循环”，基于系统中不确定的因果关系，为不同研究视角的用户打开洞察系统的特定窗口，根据用户给出的视角边界（“种植”），创建多个想定，并进行“数据在环”的循环仿真（“培养”），直到提供给用户一个满意度全景视角（“收获”）。基本思想如图1［2-3］所示。
图1 数据耕耘思想图
基于数据耕耘的这种数据在环，多层循环的思想，结合作战仿真评估系统对体系对抗的需求，给出如图2所示的作战仿真评估系统设计框架。
图2 基于数据耕耘的作战仿真评估系统框架
从框架图中可看出，系统框架共分为数据管理模块（Data Management Module）、想定创建模块（Scenario Create Module）、仿真执行模块（Simulation Execution Module）、因素分析模块（Factor Analysis Module）和模型管理及系统维护模块5个部分。
2 系统各模块详述
2.1 数据管理模块
数据管理模块（Data Management Module）是作战仿真系统的底层基础模块。应具备以下几种功能：
1）交战双方实体数据管理。包括各种装备（例如飞机、导弹）、设施（例如机场、作战阵地）的基本参数，实行分块化的存储机制，用户通过交互界面，可以将数据修改到底层数据库或中间数据文件。
一种钢坯表面喷印字符图像分割算法·················黄春晖 赵其杰 柯震南 (5,763)
2）战场数据管理。包括交战区地域特点，环境参数，交通及人文概况。
Three Yuan Mongolian, Chinese Manuscripts from Kharakhot
在图2的文本共时结构中,行动元(actant)[注]有“行动位”“角色”“行动素”“行动单位”及“行动者“等其它多种译法,指参与过程的人或作为谓语之主语的事物。之间关系的形成同本文第一部分的分析。 社会伦理的约束使得玛吉和亚当亲如夫妻的关系不能继续,玛吉与亚当处于矛盾对立关系。这一关系也是最基本的对立关系,是文本的第一推动力,后续关系皆由此衍生。同样,亚美利戈和夏洛特也因女婿与继母的关系而被社会伦理置于矛盾对立面。
本文改进了传统的时频域级联，引入新型空时频抗干扰结构，有效地抑制了窄带和宽带干扰。同时改进了传统的子空间估计算法，降低了计算量和子空间估计误差，在数据精度受限的情况下，仍可获得较好的干扰抑制效果，仿真结果证明了该方法是有效的。
4）数据管理维护。一方面，具备错误数据的自动检测和原始数据的恢复，具有较强的容错性，另一方面根据战场获得可靠的新信息，能实时更新到对应的数据块。
为了实现数据在环仿真，数据管理模块还应该留有数据动态查找和调用接口，并具备一定的数据预处理能力［4］，例如当运行模块同时向数据库接口请求两个实体数据时，数据管理模块应能比对两个数据记录，根据外推模型（Extrapolation Model），初步计算出它们的位置对比信息、可能的交互时机和地域等等。如下页图3所示。
2.2 想定创建模块
想定创建模块（Scenario Create Module）的作用在于提供多样化的作战仿真“舞台”，好比两方运动员的比赛场地，比赛规则和赛程，是作战仿真的方向引导模块。想定创建模块包含总体态势想定和作战想定两个子模块。
因素分析模块（Factor Analysis Module）的意义在于分析某个或某几个因素对结果值的影响规律、影响程度和利害权重，用户决策提供参考。
综上可知，河南省战略性新兴产业的发明专利拥有量的绝对值与增速仅占全国中游位置，而且，其战略性新兴产业发明专利拥有量在2014年还出现较大幅度的下滑。这说明，河南省战略性新兴产业的创新能力还很薄弱，科技自主创新的内生动力不足且不稳定，其专利比较竞争优势还不明显。战略性新兴产业高质量发明专利创新实力不强、存量不足的短板，一定程度上影响了河南省专利政策(战略)的制定、专利运用能力的提升、高层次专利人才的培养，制约了河南省创新驱动发展战略的实施与实现。
图3 数据请求预处理
因素分析模块是以分层的思想来设计的，包括单因素分析和多因素分析。在实体交互层，由于大部分的实体交互模型是依托明确的数学子模型来搭建的，所以其各因子的影响规律相对明朗，适合进行单因素分析。单因素分析立足于各种现有的解算模型，先分解模型中的价值因子，以控制变量的方法，逐一开展分析，具体步骤为：选定待分析对象，选择影响对象的因素，设置对象的取值上下限和仿真步长，调用模型解算，绘制影响曲线图，实现的界面如图6所示。
总的来看，态势想定是作战想定创建的基础，每次作战想定环的执行结果又成为态势更新的触发信号，形成一种想定创建的循环机制，这一点能较好地反映现代战场态势实时变化的特性。态势想定能跟踪仿真时间轴的跳动，向共享“黑板”（Blackboard）发布信息，供指挥员和“仿真操盘手”（Simulation Operator）［5］参考。作战想定则能够序列化出一个xml文件队列［6］，这个队列根据仿真执行环发出想定请求，查找队列成员，并反序列化出下一次仿真循环将要执行的想定概况，如图4所示。
2.3 仿真执行模块
仿真执行模块（Simulation Execution Module）是系统的运行模块，也是拟合战争规律最重要的模块，主要功能包括回合制的实体交互，多分辨率的模型提炼和转化接口设计，分布式的“仿真操盘手”（Simulation Operator）协同，同一时间轴的循环脉冲控制，以及仿真数据的综合分析、层级指标的聚合与解聚，评估结果的分发和存储等等［7-9］。其运作机制如图5所示。
图4 双层“想定创建环”
其中，回合制的交互模拟的是交战武器或单位的能力消长过程，多分辨率模型转化模拟的是不同级别的用户视角，仿真操盘手协同模拟的是多平台交战过程，实体交互时间脉冲模拟的是作战中下达的作战指令，数据综合及评估结果的生成模拟是数据耕耘后的“收获”，也即战报。
图5 仿真执行模块运作机制
2.4 因素分析模块
态势想定不仅要描述初始态势，即作战区红蓝双方的力量部署概况，更重要的是反应实时态势变化，包括双方兵力的消长，环境的变更和外来的介入因素等等，它不仅支持简单的态势标绘和战场呈现，还能根据想定创建的边界和仿真运行的回馈信息，实时更新态势，为下一轮的想定循环创建提供一个输入“节点”。
作战想定主要根据态势想定，创建出双方一个交战过程的各个阶段的可能组合情况。这里强调的是想定空间的广泛性和组合的充分性，用户无需给出想定的每个过程细节，而是给出想定边界条件及每个条件的变化步长，系统自动根据这些设定，形成每个条件的取值空间，并依据一定的筛查条件（Screening Condition）和 组 合 规 则（Combination Rules），向用户提供一个充分组合之后的想定集合。而后用户还可以根据交战的实际需求，手动地对想定集合中的元素进行添加、修改或者删除。
需要说明的是，在屏蔽因素逐渐增多的情况下，多个因素求取组合数的计算公式如下：
图6 单因素分析界面
而在体系对抗层，多个影响因子之间相互影响，影响规律也是不确定的，针对这种影响的不确定性，引入探索性仿真的思想，开展多因素分析，基本步骤有：选取多个因素，设置每个因素的水平数，调用模型解算，数据处理与绘图，依次选择某一个、两个、多个因子屏蔽，重复以上步骤。其流程图如图7所示。
2．入库文献的选择必须遵循完整性原则。不采用传统语料库建设中随机择句或择段的方式选择语料，不论文献长短都进行全文收录，确保古籍文献的全貌；不要求语料库规模和入库语料追求“大而全”，反对不加选择地简单堆砌罗列所有文献。
图7 多因素分析流程图
其中，n代表因素个数，m代表所有的因素组合数；例如某次多因素分析选取的因素个数为5个，则其组合数为：
所以组合数为26，因素个数为5时，其可进行多因素分析的组合可能情况为26种。
3）结果数据管理。主要实现仿真评估结果数据的存储、查询功能。
2.5 模型管理及系统维护管理模块
模型管理模块主要进行军事概念模型（Military Conceptual Model）、实体模型（Entity Model）、数学模型（Mathematical Model）和交战回合模型（Combat Round Model）的管理。其主要描述形式包括两方面，一是文件形式（.doc*.txt*.png），其功能仅限于模型信息的描述；一是程序块、插件库、封装功能件形式（.cs*.dll），这里不仅提供模型信息的查看，还具备简单的编译和调试功能，是一个可修改模型（主要是数学模型）的窗口。
陈锦文(1860—？)，谱名文贵，字俟庐，号丹宣，又作丹轩，浙江诸暨人。廪贡生兼袭云骑尉，肄业敷文书院与诂经精舍。为傅江峰弟子。《梅岭课子图》仅见其书法作品“梅岭课子图”一幅。
系统维护管理模块主要实现多机通信建立、用户权限管理、系统使用帮助、环境异常检测等功能。
3 结论
本文首先分析了现今作战仿真评估系统存在的不足，通过引入数据耕耘理论，提出一种基于该理论的作战仿真评估系统框架设计，在设计中，充分拟合现代战争体系对抗的特性，形成一种数据在环（“数据耕耘环”），多想定生成（“想定创建环”），回合式对抗仿真（“仿真执行环”），多分辨率模型提炼（“模型转化接口”）和多视角因素分析（“组合探索性分析”）的系统总体框架。为了便于作战数据的有效管理，精细化设计了数据库的存储和调用机制；为了实现作战过程的多想定创建，设计了态势想定循环之下的多作战想定生成方法；充分考虑交战区级、分队交战级和交互平台级等不同层级的仿真需求，设置了模型转化接口；为了帮助用户探明仿真中特定问题呈现出的规律，设计了因素分析模块，并将其分为了实体交互层的单因素分析和体系对抗层的多因素分析，最后为了系统的维护和管理方便，设计了相应的功能模块。
GDM组BMI、血浆纤维蛋白原、空腹血糖、总胆固醇、三酰甘油及低密度脂蛋白-胆固醇等水平较其他两组高，经比较差异有统计学意义(均P<0.05)，而高密度脂蛋白-胆固醇水平较其他两组低，经比较差异有统计学意义(P<0.05)。NGT组孕妇血浆纤维蛋白原、空腹血糖、三酰甘油、低密度脂蛋白-胆固醇等水平显著低于GIGT组，经比较差异有统计学意义(均P<0.05)，而BMI、总胆固醇及高密度脂蛋白-胆固醇水平比较差异均无统计学意义(均P>0.05)。
下一步的研究工作应该着力于各模块的技术实现，包括对现有系统中一些成熟模块的继承和引用，以及开发更加符合体系对抗特性的新模块。同时，注重开发与之对应的实兵推演系统［10］，使之既有数据和模型的支撑能力，又具备动态推演和直观显示的能力。
参考文献：
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Framework Design of Combat Simulation Evaluation System Based on Data Farming
DAI Hai-feng，BI Yi-ming，HAN Hui-hua，LIU Wen-bo
（Rocket Force University of Engineering，Xi'an 710025，China）
Abstract： In order to reduce the disadvantages of the current combat simulation evaluation system，especially the simulation results data using is of low efficiency and the system's antagonistic features are not obvious，a framework design of combat simulation evaluation system based on data farming is proposed，to form a good mechanism of data in the loop，multi-scenario createion turnbased，round system interaction，multi-resolution model refinement，multi-angle factor analysis，improve the data support and the system antagonism of the simulation evaluation system，to provide reliable reference for decision-making support in modern military activities.
Key words： data farming，combat simulation evaluation，framework design of system，system antagonism
中图分类号： E9；TJ760
文献标识码： A
DOI： 10.3969/j.issn.1002-0640.2019.07.025
引用格式 ：代海峰，毕义明，韩慧华，等.基于数据耕耘的作战仿真评估系统框架设计［J］.火力与指挥控制，2019，44（7）：131-134.
文章编号： 1002-0640（2019）07-0131-04
收稿日期： 2018-03-05
修回日期： 2018-06-28
*基金项目： 军队“十二·五”预研基金资助项目
作者简介：
代海峰（1993-），男，云南砚山人，硕士研究生。研究方向：导弹作战建模与仿真。
毕义明（1963-），男，山东滨州人，教授，博士生导师。研究方向：作战建模与仿真。
Citation format： DAI H F，BI Y M，HAN H H，et al.Framework design of combat simulation evaluation system based on data farming［J］.Fire Control&Command Control，2019，44（7）：131-134.