基于仿真想定的推演技术研究

周龙龙，姜鹏飞，韩文超

(防空兵指挥学院，河南郑州 450052)

摘 要 ：随着计算机仿真技术的发展及其在军事领域的应用，仿真已成为防空兵作战相关问题研究的重要手段，本章以仿真想定为基础，利用面向实体的分析方法和军事概念模型技术从仿真想定中提取推演所需信息，利用这些信息建立想定推演模型,并利用XML Schema描述想定推演模型,建立满足推演需求的想定推演计划。

关键词: 想定推演; 概念模型; XML Schema; EATI;

Edge detection method based on extraction of image

Zhou Long Long,Jiang Peng Fei,Han Wen Chao

Abstract: Along with the development of computer simulation technology and the application in the military, simulation plays an important role in combat related research,……, adopt the entity-oriented system analysis method and military conceptual models to extract information required by scenario rehearsal，and then build the simulation scenario rehearsal model based on these information,and the paper introduces XML Schema to describe the scenario rehearsal model,……

Key word: Scenario Rehearsal; Conceptual Model; eXtensible Markup Language(XML); Entities Actions Tasks Interactions(EATI);

    仿真想定确定了作战仿真系统所研究军事问题的范围，明确了仿真的目标和对象，给

出了作战仿真系统的初始态势和前提条件，设定了仿真边界条件和相应约束，描述了参与

仿真的各个实体及其基本属性信息等。相对于军事想定而言，仿真想定中包含的内容更加

具体，对军事问题的描述更加全面。因而，可以利用仿真想定的信息进行作战任务、作战

行动以及战场态势的先期推演，即想定推演。

    由于仿真想定编写过程的复杂，在仿真想定描述、开发和管理等方面还缺乏统一的标

准，想定文件往往以文本或数据库表的形式存储，无法直接用于推演。因而，本章以仿真

想定为基础，利用面向实体的分析方法和军事概念模型规范从仿真想定中提取推演所需信

息的过程，建立了规范化的想定推演模型，并利用XML Schema描述想定推演模型和建立

满足推演需求的想定推演计划，最后给出一个想定推演模型的描述实例。

1 想定推演概述

    仿真想定给出了对作战背景、战斗编成、兵力部署、作战任务以及作战过程等的设想

和假定，这些信息是以文本或数据库表形式保存的静态数据，不具备直观的动态表现形式，

为了分析作战方案，检验作战计划，通常还需要将仿真想定在时间轴线上进行动态地演播。

    1．1想定推演的作用

    想定推演就是在作战仿真实施前，依据仿真想定中设定的对抗双方的作战企图和初始

态势，按照作战、演习或训练课题的作战计划顺序和进程，对各个作战阶段敌我态势、兵

力部署、火力配置、作战行动等进行演练。想定推演与军事训练中的想定作业有所不同。在军事学中，受训者依据想定提供的作战背景和作战条件练习作战组织指挥和行动的训练方法，称为想定作业。想定作业用以训练指挥员及其指挥机关的组织指挥能力，是进入实兵演习前的重要训练阶段，是提高实兵演习效果的重要环节。而想定推演服务于作战仿真系统，其作用如下：

    1)辅助仿真开发技术人员检验仿真想定：仿真想定的开发是为了驱动仿真系统的运

行，其提供的初始化数据合理与否直接影响仿真系统的可信度。通过想定推演，可以对仿

真想定的初始规划进行预览，检验初始化数据设置的是否合理，以便及时发现并纠正数据

设置中存在的问题。

    2)辅助军事指挥人员定下作战决心：针对具体的作战行动或训练课题，军事指挥人

员需要根据想定中假想的敌我双方的作战企图定下作战决心，这是一个复杂的过程，和指

挥员的军事经验、思维方式有着密切地联系。想定推演可以将作战态势、作战进程直观地

表示出来，使指挥员对作战行动的逐步推进有一个清晰的总体概观，这样可以减少指挥员

对作战进程判断的主观臆断成份，增加决策的科学性，从而辅助指挥员定下正确的作战决

心。

    3)辅助军事指挥人员检验作战计划：现代战争是高技术条件下的联合作战，高新武

器的应用极大地扩展了作战空间，联合作战参战兵力众多，军兵种之间的指控关系复杂。

因而，作战计划的制定需要综合考虑多方面的因素。开发人员的不细致、作战计划本身的

复杂性、对联合作战特点认识的不够等都有可能会导致作战计划中存在着不易察觉的缺

陷。在仿真前，通过想定推演，将作战计划逐一展开，就有可能发现其中存在的仅凭指挥

员直觉和经验不易发现的缺陷和漏洞，初步检验作战计划的合理性和可行性。同时，推演

过程也可以启发指挥员进行深层次的思考，使修订后的作战计划更加完备周详。

    4)辅助军事指挥人员进行战法研究： “练为战”，是军事训练的一个显著特点，训

练的目的就是为了培养在严酷环境中打赢未来战争的能力。因而，想定中设定的作战

背景、作战态势往往有利于敌对一方，这就需要指挥员在敌强我弱的对抗态势中创新作战

方法以谋求战争的主动权。想定推演可以使指挥员的作战方法与具体的作战背景、作战实

体以及作战任务相联系，将作战方法的运用过程展开，观察其各个作战阶段和结局，可以

修证指挥员经验中的一些固有认识，使战法更符合作战实际。

    5)培养军事指挥人员的联合作战意识：联合作战中参战的军兵种多，作战手段多样

化，战场空间化，指挥协同关系复杂，对指挥员的决策指挥能力提出了新的要求。通

过想定推演，指挥员可以正确了解参战的编制类型、兵力和战斗力，可以根据推演的

进程把握战略全局和各种作战样式，了解各个作战实体的作战过程，可以针对各个作战阶

段中的薄弱环节，及时修改作战计划，更好地组织各个军兵种之间的协同作战，发挥各种

力量的互补效益，体现参战力量的整体威力。因而，通过预先的想定推演，训练课题可以

有意识地强调一体化联合作战的思想，使指挥员尽早适应联合作战的要求、改进指挥方式

和提高决策能力。

    1．2想定推演的方式

    按照推演的条件和设施，想定推演可以分为现地推演、沙盘推演、图上推演、兵棋推

演和计算机推演。

    1)现地推演[3]：指挥员在实际的作战区域内，根据实地的地形条件研究问题或训练

课题的方式。这种方式可以结合实兵实装的对抗演习进行，逼真性高。但是现地推演的组

织保障工作复杂，需要投入较大的入力、物力和时间，并且指挥员观察的范围也有限。因

而，这种方式并不是经常采用。

    2)沙盘推演[3]：按一定的比例把作战地幅和作战区域的地貌缩小后用沙盘表示，以标

准的标示物代表对抗双方的兵力部署，以人工移动标示物代表的机动，以此来推演想

定的方式。沙盘推演可以不受天气的，实施起来比较灵活，由于沙盘能反映地貌特征，

这种方式也比较形象直观。但是战争规模越大，沙盘比例尺就越小，对地形细节的显示就

越困难，并且沙盘在携带上不太方便。因而，其在使用上受到一定的。

    3)图上推演：指挥员按照想定中设想的作战情况在地图上用标号标绘作战过程

的方式。这种方法简单易行，不受天气、场地的，可以通观作战区域的全貌，针对不

同的任务，可以灵活地选择不同地图。由于地图表示的是二维空间，这种方式的实战感不

强，并且手工作业量较大。

    4)兵棋推演[3]：根据实际作战经验拟制对阵规则，在兵棋地图上辅以一些必要的设

备按照想定进行推演的方式。推演过程全部由参演人员通过图上作业在实际地图上完成，

战斗结果判决、数据记录与分析等工作全部由专门人员负责。这种方式具有训练范围广、

课题全、对抗性强、效率高、节省人力物力的特点，但是缺少实战环境的体验。

    5)计算机推演：以计算机为基本设施，按照一定的推进机制和态势可视化方法将想

定中设定的作战过程表现出来的方式。这种方式的人工操作量小，数据的解算和态势信息

的显示均由计算机完成，并且采用数字地图可以方便的改变作战区域范围，人力、物力消

耗较小。

2 基于仿真想定的推演模型

    为了以动态视图直观地表现仿真想定中所涉及的军事活动，需要将仿真想定在时间轴

线上运行起来。但是，仿真想定中包含了丰富的信息，并不是其所有信息都需要进行演播，

为了演示基本的作战过程和战场的全局态势，只需要抽取相关的信息即可。由于目前在仿

真想定的规范化描述、开发和管理等方面还缺乏统一的标准，这就增加了分析仿真想定和

进行信息抽取的难度。因而，需要以一个规范化的方式从仿真想定中抽取推演所需的信息。

    2．1想定推演模型介绍

    模型问题是基于HLA的作战仿真系统开发中的核心问题，在整个仿真系统的开发中

会涉及到多种模型，其建模过程如图1所示。

                            图1仿真系统的建模过程

    概念模型是对真实世界的第一次抽象，其目的是为领域主题专家和仿真开发技术人员

提供一个沟通的桥梁。借助概念模型，仿真开发技术人员可以获取所仿真的真实世界系统

的细节信息。

    仿真模型跟具体的仿真应用有关，是联邦运行的基本元素，负责仿真的运行管理、实

体的处理以及对外信息交换等。按照一定原则，从仿真想定中抽取想定推演所需要的信息并加以规范化的描述，就形成了想定推演模型，其与概念模型、仿真模型之间的关系如图2所示。

图2想定推演模型与概念模型、仿真模型之间的关系图

    概念模型是仿真系统开发的参照物，对使命空间的要素进行了描述。在军事领域，军

事概念模型是沟通真实的军事世界和虚拟的作战仿真世界的桥梁，想定推演模型可以在军

事概念模型的指导下从仿真想定中抽耿想定推演所需要的信息。就想定推演而言，我们对仿真想定中相关内容的关注程度是不一样的，既可以抽取大的动作框架信息，粗略地表现作战实体的作战过程，也可以细化抽取的内容，形成比较复杂的推演态势。随着想定推演模型包含的细节信息越来越丰富，想定推演过程中的态势就越来越接近于联邦运行过程中的念势。就本质而言，想定推演模型不同于仿真模型，仿真模型是在仿真运行时必须的，想定推演模型是对仿真模型某种程度上的简化。从集合的观点来看，想定推演模型包含的信息是仿真模型中包含信息的子集。

    2．2想定推演模型建立过程

    建立想定推演模型的目的是服务于作战仿真系统，是在仿真运行前的建模活动。想定

推演模型的建立与仿真想定和军事概念模型有关，因而需要先明确二者在建立想定推演模

型过程中的关系。

    军事概念模型是我军类似于美军任务空间概念模型(Conceptual Model of Mission

Space，CMMS)的研究。CMMS是美国国防部建模与仿真通用技术框架的三个主要部分

之一。为了强调CMMS面向领域的功能描述的特点，并消除仿真界在概念模型认识方面

存在的分歧，美军提出了面向领域的使命空间功能描述(Functional Description of Mission Space，FDMS)，以示与面向设计的概念模型(Design．Oriented Conceptual Model)相区别。

    军事概念模型通常采用面向实体的系统分析方法，即EATI(Entities、Actions、Tasks、

Interactions，实体、动作、任务、交互)方法描述军事活动。想定推演模型中包含的信息

可以依据EATI方法并应用军事概念模型从仿真想定中进行抽取，具体过程如下：从仿

真想定着手，根据仿真任务，在想定中挖掘军事行动，抽取仿真所关注的作战任务，然后

在军事概念模型公共知识库中查找相对应的军事任务模型，获得完成任务的实体、行动等，

然后从仿真想定中抽取相关信息实例化这些实体、行动等，将军事任务模型与具体的仿真

应用联系起来，再经过一定的处理得到想定推演模型，如图3所示。

图3 想定推演模型建立过程

3 想定推演模型的规范化描述

    利用EATI方法抽取推演信息建立的想定推演模型，还需要进行规范化的表示，才能

进行计算机自动处理。本节首先介绍了想定推演模型规范化描述的含义，进而研究了模型

形式化描述的方法，最后分析了想定推演模型的组成要素并利用XML Schema建立模型要

素的规范化描述模版。

    3．1介绍

    为了便于理解和演播想定，需要对建立的想定推演模型进行规范的描述。如果想定推

演模型只是面向一般的军事人员，采用作战文书的形式更容易为军事人员理解。对于利用

计算机进行基于仿真想定的推演而言，想定推演模型需要进行规范化的描述，将其转换为

能为计算机所理解的形式。想定推演模型的规范化描述包含两层意思：

    1)想定推演模型的格式化规范描述：军事人员以标准化、规范化的图、文、表等形式等将想定推演模型描述中涉及到的军事行动表示成仿真开发技术人员易懂、易用、详尽的完整信息。在想定推演模型的建立过程中，从军事概念模型库中提取想定推演模型涉及的军事任务模型的过程实质上已经完成了想定推演模型的格式化描述，尔后利用仿真想定实例化军事任务模型中各个要素的过程仍然是在军事概念模型的框架下进行的。军事概念模型通过一套完善的技术框架和描述规范实现对真实世界军事行动的合理、准确、规范化的描述，并使得描述的信息在军事人员和仿真开发技术人员之间形成一致的见解。因而，建立的想定推演模型实质上是对从仿真想定中抽取的与想定推演相关的军事行动的规范化描述，并且这种描述能在军事人员和仿真开发技术人员之间达成共识。

    2)想定推演模型的形式化规范描述：利用具有一定逻辑关系的数据表达方法将想定推演模型中的各个要素以某种一致化的结构组织和存储起来，以实现计算机的识别和处理。如果纯粹是对想定推演模型的描述，不作进一步的使用，可以采用自然语言进行描述。但是，自然语言存在二义性，不具有严格的一致性结构，不利于捕获想定推演模型的语义，难为计算机所处理。而形式化描述则是利用形式化的模型规范来表达格式化的军事任务，是对想定推演涉及的领域知识的一致的、紧凑的描述，具有精确的语义，便于仿真开发技术人员的理解。形式化描述的方法有基于逻辑的表示方法、基于关系的表示方法、面向对象的表示方法、基于规则的表示方法和基于XML的表示方法等。本文采用XML进行想定推演模型的形式化描述，将其作为想定推演模型中信息的载体。

    3．2想定推演模型的形式化描述方法

    XML(eXtensible Markup Language)是一种可扩展标记语言，起源于SGML(Standard

Generalized Markup Language，标准通用标记语言)，是W3C(World Wide Web Consortium，

万维网联合组织)确定的Web应用领域数据标准。

    XML是SGML的一个子集，继承了SGML功能强大的特点，又兼有HTML的易用性，具有以下特性：

    1)可扩展性：XML是SGML的一个简化版本，是SGML精简后的子集，也是一种元标记语言，允许用户根据行业需要设计与特定领域有关的标记语言，并且建立的标记可以迅速地投入使用，这就使得XML具有较佳的扩展性。

    2)自描述性：XML文件中的标记包含了丰富的语义信息，既可以标识数据本身的含义，也可以描述文档内容之间的相互关系。

    3)数据与显示分离：XML将数据的内容与显示分开，XML文件只描述数据的语义信息，而通过样式表来格式化数据的显示形式。如果需要改变文档的表现形式，无需改变文档本身，只需要改动样式表文件即可。

    4)语法要求严格：XML对文档格式制定了严格的标准，例如在标记的配对、嵌套方面就有严格的规定，增强了XML文档的可读性和可维护性。遵循XML语法的文件称为良构的XML文档(Well．Formed XML Document)。

    5)跨平台性：XML是一种中间格式，于特定的平台，可以在任何系统或平台上使用，可移植性好，是不同系统间信息传递的媒介，不必担心由于系统升级或软件升级而使得原有的XML文档不可用。

    6)数据的结构化和层次性：XML文档是一种串行化的树状层次结构的文本，每一个XML文档有且只有一个包含文本数据或子元素的根元素，而子元素又可以包含自己的文本数据或子元素，这使得XML文档具有天生的层次性，适于描述结构化的数据。

    7)标准化、国际化、开放性：XML是W3C制定的Web上的数据标准和规范，建立在Unicode基础之上，支持多语种文件，易于创建国际化的文档。同时，XML是不同应用系统间数据交换的格式，其数据表示于应用系统，可以利用一些相关的标准来定义、处理和转换XML文档。

    由于XML集众多优点于一身，因而其在分布仿真领域应用比较广泛。高层体系结构HLA为分布仿真的设计和开发提供了峰实的基础。但是，HLA中并未涉及数据互操作和数据表示方面的问题。而XML能够提供可共享的、开放的格式来支持数据共享、角色迁移和资料表示，并可用作SOMs(Simulation Object Model)、FOMs(Federation ObjectModel)和仿真环境的规范。同时，基于XML的数据交换格式在想定文档的存储、管理和交换方面的应用日益广泛。XML作为仿真资源库的元数据交换标准，支持仿真资源的无缝搜索和浏览，促进了仿真资源库之间的互操作性。

    XML Schema是XML模式的一种，从根本上讲，XML Schema实际上也是XML的一种应用，就是将XML DTD重新按照XML语言规范来定义。因而，相对于DTD，XMLSchema具有以下一些优点：

    1)一致性：XML Schema不使用其它的形式化语言定义XML，而是利用XML的基本语法规则来定义其文件结构。由于XML Schema本身也是一种XML，可以使用现有的XML编辑、制作工具和语法分析器。

    2)扩展性：XML Schema对DTD进行了扩充，引入了命名空间，支持大量的数据类型(整数、浮点数、布尔数、同期数等)。

    3)互换性：通过映射机制，可以将不同的Schema进行转换，以实现更高层次的数据交换。

    4)规范性：XML Schema提供了更加规范和完整的机制来约束XML文件中标记的使用。XML Schema定义了XML文件的整体结构，如哪些元素可以出现在文件中，元素之间的关系是什么，每个元素又有哪些子元素、属性，以及元素出现的顺序和次数等。

    5)易用性：通过XML分析器提供的应用程序接口DOM(Document Object Model，文件对象模型)或SAX(Simple APIs for XML，XML简单应用程序接口)，应用程序可以方便的实现对XML文档的访问和操作。考虑到XML Schema相对于DTD具有的以上特点，本文采用XML Schema作为想定推演模型的形式化描述方法。

    3．3模型要素的规范化描述

    3．3．1实体

    实体是可识别的人、装备、组织、设施或概念等，是作战行动及其相互影响的主体或客体。在作战仿真系统中，实体是指参与仿真的具有一定行为能力的单元，包括指挥实体、行动实体、战略目标(机场、港口、阵地等)、各类信息、通信系统等。其中，行动实体是遂行作战行动的实体，如步兵分队、直升机、潜艇、巡航导弹等；指挥实体是对其下属的行动实体实施指挥号令的实体，同时具有一定的行动能力(如转移、疏散、开设等)，如连指挥所。行动实体和指挥实体可以统称为作战实体。

    实体可用其属性来描述，其中包括标识属性、空间属性、行为属性、可感知属性、效能属性等。

    3．3．2行动

    行动是实体执行的具有一定时间跨度的行为的动态活动过程。根据行动的时间跨度和复杂度，行动可再细分为动作和过程。

    行动中由实体执行的原子的(Atomic)任务活动称为动作(Action)。从语言上看，动作具有“主语+动词+直接宾语+间接宾语+状语+……”的形式，语法上，如果动作是SVD[PI】(主语．动词．直接宾语【介词．间接宾语】)结构，则动作包含及物动词和至少两个实体。一般期望动作是同类的或紧耦合的，例如自动武器的开火和再装填。

    行动描述需要包含以下信息：行动名称、行动标识符、开始时间、结束时间、行动发生的地点、行动中包含的动作序列、行动条件等。

    3．3．3任务

    任务(Task)是确定的作战组织或实体的一个相对较短的有明确目的过程行为阶段，即一定时空和兵力等资源条件下采用一定的方式、策略等为实现一定作战目标的行为过程。从结构上来看，任务是由一个实体执行的具有明确意图和目的的一个或多个行动过程，是拥有明确作战行动意义的最小行动单元。

    任务具有动作执行的主体、动作作用的目标以及明确无误的意图要求，是动作的实例化.例如，“机务分队对XXXX号Su27战机进行飞行前通电检查”。虽然一项任务必须有一个执行动作的实体，但这个实体可以是名义上的，也就是所谓的代理(Agent)，只是为了说明任务，当这项任务具体下达给某一实体后，这项任务才会被开始执行。

    对任务的描述需要包含以下信息：任务说明、任务标识、执行实体、目标、任务执行

的条件、行动序列、行动关系等。

    3．3．4交互

    交互是执行任务或行动的实体与目标实体之间相互作用的效果。主动产生并对其它实体施加影响的实体称为主动实体，接受交互并受交互影响的实体称为被动实体。交互的过程分为三个阶段：首先，主动实体发出交互：其次，被动实体接受交互；最后，根据交互参数计算交互实体之间的相互作用和影响。常见的交互主要有九种。

    对交互的描述需要说明以下信息：交互类型、交互标识、任务名称、交互的发送实体、

交互的接收实体、对主动实体的属性影响、对被动实体的属性影响等。

4 想定推演计划的建立

    想定推演计划的建立过程实质上是对想定推演模型的实例化。利用EATI方法和军事概念模型，抽取想定推演所需信息并利用XML Schema定义想定推演模型的组成要素，最后还需要与具体的仿真想定相结合，生成一个用于在时间轴上演播想定的计划。为了形成一个利于军事指挥人员理解的清晰的战场画面，想定推演计划中需要描述的信息包括：推演计划说明、作战背景、作战实体、作战行动、作战任务和作战交互。对想定推演计划的描述，可以利用XML Schema来描述其结构，如图4所示。

图4 推演计划的XML Schema结构图

    “推演计划说明"子节点主要描述关于想定推演活动本身的一些信息，如推演名称、推演目的、推演日期、密级等，以便于想定推演计划的整理、分类和存档。

    任何作战行动都是在一定背景下进行的，仿真想定中亦包含有对作战背景的描述，如企图立案中描述的作战时间、作战环境、交战各方等初始态势信息，可作为想定推演计划中“作战背景”子节点的信息。其中，作战环境的描述可以分为三个层次：自然环境、战场环境和战略环境。

    作战环境涉及的内容比较广泛。例如，自然环境一般包括陆地环境(地表坡度、高程、

地貌、植被分布、建筑等)、海洋环境(海水温度、深度、密度、潮汐等)、大气环境(气温、气压、湿度等)和空间环境(太阳活动、地磁活动等)；战场环境包括构筑的工事、作战区域电磁特性、侦察卫星过境带等；战略环境包括国际环境、政治环境、经济环境、社会环境和环境等。

    实体是带有信息的并可区分的人、地点、物体或概念。因而，从具体的想定推演计划出发，实体可以理解为战场空间中的人、组织、装备、设施等。作战实体的描述基于想定推演模型中的实体要素。

    作战任务、作战行动和作战交互是推演信息的重点，是能够反映在推演态势图中的动态信息，分别基于想定推演模型中的任务要素、行动要素和交互要素来进行描述。

5 小结

    本文对想定推演模型的研究是进行想定推演的关键，通过利用EATI方法和军事概念模型从仿真想定中提取想定推演所需要的信息，建立了想定推演模型，并利用XML Schema描述想定推演模型，进而基于XML Schema建立了应用于推演的想定推演计划。

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