中国指挥与控制学会会刊 
1 智慧模拟训练中心内涵
1.1 智慧模拟训练中心基本概念
智慧模拟训练中心是训练条件建设发展的高级阶段,主要包括两层含义:一是模拟训练场地的智能化管理,能够实现对各类设备、人员、资源的统一运维管理;二是模拟训练活动的智能化组织实施,能够让用户与模拟训练条件之间的互动产生变革,高效完成各类训练业务。
1.2 智慧模拟训练中心主要特征
智慧模拟训练中心以网络为基础进行智能化军事模拟训练环境建设,实现训练业务应用、场地管理为一体的综合训练环境,其特征主要有以下几个方面。
1)以用户为中心的信息服务体系
智慧模拟训练中心相比传统的模拟训练形式,更加注重以用户为中心,通过训练和管理网络,实现信息的快速获取、传输、管理和使用,并将计算、数据、存储等基础资源与功能平台、应用软件进行服务打包,为用户提供随时、实时、适时的信息服务。
2)以融合为目标的业务组织体系
在模拟训练活动中,通过信息网络和交互接口,实现训练业务系统、音视频系统、网站门户系统、用户之间的整体联动,在导、控、裁、评、管等不同训练业务实施过程中完成资源的调度、功能的整合、服务的融合,消除时间和空间对训练业务可能造成的影响。
3)以数据为基础的智慧生成体系
智慧性作为最显著的特征,主要体现在运行过程中提供具有针对性的智慧化服务。按照“数据—信息—知识—智慧”的生成路径,对训练过程和日常管理过程产生的海量数据进行集成、分析和挖掘,形成知识图谱,为业务用户提供智能化和个性化的服务。
1.3 智慧模拟训练中心发展机遇和挑战
智慧模拟训练中心在理念模式上与智慧城市、智慧校园存在相同之处,具有非常好的发展前景,但作为军事应用的一种场景,与民用领域的智慧管理模式存在较大区别,因此,在建设和运用上具有一定的特殊性,在发展过程中面临着许多挑战。
1)安全性高要求与移动应用之间存在的矛盾问题
军事训练课题对智慧模拟训练中心的安全性提出了更高的要求。在运行过程中,为了保证实时的信息服务,需要广泛使用移动应用和移动终端,相较于闭环有线局域网络,无线接入网络的方式存在较大安全隐患,而采用有线方式对于导调评估人员展开智能化的导控评估来说非常不友好,因此,在建设智慧模拟训练中心过程中需要更加注重对网络加密技术的研究。
2)非常态化运行条件下发挥质量效益的问题
模拟训练活动的组织需要根据训练部门计划展开,不同于智慧城市和智慧校园的常态化运行模式。在这种条件下,模拟训练中心的服务用户频繁改变,提高了智慧服务的难度。模拟训练中心运行需要庞大的底层计算、存储等基础设施设备支撑,能耗较大。因此,需要建立与承训任务的周期相匹配的运行机制,才能更好地发挥使用效能。
3) 数据资源体系构建难度大的问题
军事领域长期以来一直存在数据采集难、运用难的问题,军事模拟训练同样如此。受训对象的频繁转换使得数据缺乏一致性和连贯性。相比于一般的业务活动,训练活动中用户之间的交互更加复杂,人的作用更加突出,产生的半结构化和非结构化数据更多。因此,需要建立与模拟训练活动组织相匹配的数据采集、集成、抽取、挖掘全周期管理机制,从而发挥模拟训练数据效益。
2 智慧模拟训练中心功能定位
智慧模拟训练中心主要面向模拟训练,由于当前各个训练基地主要承担实兵训练任务,因此,智慧模拟训练中心的建设优先考虑在各个军兵种院校进行部署,能够满足部队模拟训练和学员实践性教学需求,更好地发挥建设效益。按照训练大纲,军事训练一般分为基础训练、技能训练、指挥训练、要素演练、实兵演习等。模拟训练中心在高效模拟仿真技术的支撑下,能够展开理论学习、指挥训练、要素演练等训练内容。
1)支撑部队驻场或者异地开展模拟训练
模拟训练系统、器材提供虚拟仿真、构造仿真等手段,支撑各级部队以进驻、网络远程异地等方式开展军事理论学习、指挥训练以及要素演练等活动。
2)支撑学员开展实践性教学
训练主要为本院校本科、研究生以及培训学员的实践性教学,也可通过网络远程异地的方式与其他院校进行联教联训,具体包括军事理论学习、参谋技能训练、战例推演、想定作业、综合及专项演练等。
3)支撑与基地互联展开集成训练
通过构建统一的交互接口和信息交互中间件,与训练基地互联,将虚拟仿真、构造仿真、真实仿真进行集成,实现模拟训练中心指挥训练与训练基地实兵训练整体联动,提高实战化训练质效。
3 智慧模拟训练中心体系架构设计
智慧模拟训练中心将模拟训练业务与模拟训练中心运行进行充分融合,是一项将现代管理技术、信息化技术、模拟仿真技术与模拟训练理论相融合的复杂系统工程。在建设过程中,需要建立统一的信息交互标准,依托4G、5G、局域网传输,围绕模拟训练业务特色,构建综合管控平台,将场地环境、基础设施设备、通用训练资源、模拟训练系统以及器材进行整合,实现信息全面共享与系统相互联动。
按照不同部分在体系中的功能作用,智慧模拟训练中心体系架构主要分为基础设施层、信息支撑层、服务层、应用层、业务层等5个层次,如图1 所示。
3.1 基础设施层
基础设施层由支撑整个中心运行的场地环境和设施设备组成。场地环境主要是开展模拟训练所必需的导调、演练、讲评场所,包括各级导控中心、各级红蓝指挥所等。设施设备包括计算设备、存储设备、安防设备、暖通设备、水电设备等基础设备,以及发挥智能感知作用的大量采集设备,包括采集音视频的话筒、摄像头和分布在各场所和大型仪器设备上的传感器等。
3.2 网络层
作为智慧模拟训练中心运行的“神经”,网络层发挥着关键作用,各类信息的交互均通过网络层来实现,具体由网络设备、光纤网、交互中间件,以及各类网络协议和接口等组成。在实现形式上,军事综合信息网、训练局域网、多媒体局域网、无线接入网等多种组网形式并存,保证模拟训练中心实现用户、设备、系统之间的信息共享。
3.3 信息服务层
信息服务层主要为各类业务系统和应用提供信息服务,主要包括数据服务、云计算服务、仿真引擎服务、时统服务、信息管理服务以及相关的设备运维服务等。
3.4 应用层
应用层主要包括用于模拟训练业务的各类模拟训练系统、模拟训练器材、导控评估系统以及用于支撑模拟训练中心正常运行的综合管控系统。这些系统在信息服务层的支撑下实现信息互通、功能互补,面向组训者、受训者以及管理人员进行使用。
3.5 业务层
业务层主要是各类系统、模拟器在面向不同的训练业务时进行组合,构设专项训练业务场景,以满足不同训练对象的训练需求。围绕着智慧模拟训练中心的功能定位,根据用户和具体业务内容的区别,分为理论学习、作战实验与理论研究、个人战术模拟训练、指挥机关模拟训练、红蓝对抗模拟训练等类型。
4 关键技术分析
通过对建设目标、整体功能和体系架构的分析,智慧模拟训练中心在建设过程中,需要解决以下关键技术。
4.1 基于物联网的全维感知技术
物联网在智慧模拟训练中心的应用是通过各类感知手段,获取模拟训练活动中的人、系统、设备的状态信息,并按照标准的通信协议上报至数据处理中心。主要通过在存储、计算、水电等各类基础设施上添加温度、湿度、压力、压电传感器,在可移动式终端上添加RFID标签,在用户活动空间内添加拾音器、摄像机等音视频采集设备等方法手段,构建覆盖整个模拟训练中心的全维信息感知、采集和识别手段。
4.2 基于知识图谱的用户画像技术
以用户为中心,决定了智慧服务的根本要求是为不同用户提供合适的、区别的服务。在技术实现上,按照专家领域知识构建典型的用户标签。以大量感知设备收集到的训练业务数据以及个人活动数据为基础,进行字段筛选和预处理,获得反映用户行为的数据字段。基于用户行为数据构建面向用户画像的知识图谱,再通过语义模型将生成知识图谱的语料表示成词向量。根据词向量的相似性计算,在典型用户标签基础上生成对象用户的标签表,确定用户的画像,在画像基础上产生相对应的服务类型,同时对典型用户标签库进行丰富完善。
4.3 基于云平台和深度学习的模拟仿真技术
作为智慧模拟训练中心的核心业务,模拟训练必须满足高效、智能、快捷等要求。在模拟训练系统研发过程中,充分融合虚拟化、容器、并行化技术,打造部署在Iaas、Paas、Saas等各类型的云化模拟仿真体系。在仿真构建过程中,应用深度神经网络的进化学习算法,通过人在环路、无监督自我博弈等方式,使仿真模型能够对作战思想和战术战法进行学习训练,不断完善规则库,实现自我的进化,从而提高仿真模型的精确度。
5 智慧模拟训练中心实践运用模式
模拟训练中心的智慧性主要体现在模拟训练业务之中。云计算、高效仿真、大数据等先进技术的融合,能够助推军事模拟训练高效实践运用的发展。
5.1 面向受训人员的多维训练模式
智慧训练中心面向的受训人员存在地域不同、军兵种不同、任职岗位不同、教育培训经历不同等差别。现有的模拟训练模式一般采取集中或异地的方式,依托统一的模拟系统展开训练,所有人训练内容和流程基本一致,难以体现差异化和个性化,训练质量有待提高。智慧模拟训练中心依托云平台,能够将不同的计算资源、存储资源、数据资源、模拟系统、功能模块、训练内容进行整合并推送至本地或者远程异地的不同席位。受训者能够登录训练门户网站定制属于自己的训练计划和训练内容,通过集中组训、个人自训、理论学习等多种模式相结合,提高模拟训练质量效益。
5.2 基于数据分析的精准导调评估
在采集设备、互联网络、数据服务等体系各层的支持下,智慧模拟训练中心能够全面采集用户个人信息、用户行为数据、系统运行数据以及在训练组织过程中的音视频等非格式化数据。这些数据在后台数据服务的支撑下,能够进行关联分析,并不断汇聚到训练数据库,在模拟训练活动组织过程中,导调评估人员借助移动终端,能够实时查看受训人员的行为数据,通过相匹配的数据模型进行分析。同时,在数据中心存储的海量数据中进行基于关联度和相似度的查找,找到与受训人员、训练活动相符合的“画像”数据,从而针对具体的训练人员、训练活动进行定量的导调评估。
5.3 突出智慧联动的综合管理控制
智慧模拟训练中心在组织训练时期,出入人员多且频繁、临时设备和固定设备混合部署、组训人员任务繁杂,对管理控制提出了较高的要求。智慧模拟训练中心依托传感器、异构接口等技术,实现对信息系统、通信网络、服务器、数据库、安防系统的集中统一管理,使得组训者能够从模拟训练业务视角实现各项管理数据的共享集中、互通互融,避免各种领域知识、设备操作技能造成的高门槛。通过构建综合管控平台,实现整个训练中心的统一的消息与事件管理、三维建模条件下的视图管理、各个要素的全面监控和集中管理。
6 结束语
本文针对大数据、云平台、物联网以及人工智能技术在军事训练领域应用进行了探索,提出了智慧模拟训练中心的理念,并围绕着概念内涵、主要特征、机遇挑战等方面进行了理论分析,明确了智慧模拟训练中心建设功能定位,设计了体系架构,并结合模拟训练中心的功能定位明确了实践运用模式。
概念化的体系框架设计,对模拟训练条件建设工作具有指导作用,对训练模式创新也具有一定的启发意义。本文主要从理论层面进行探索设计,对于实际的建设和应用,需要按照军兵种训练要求、院校特点优长进行深入的建设需求分析,在体系框架下聚焦训练任务进行细化的研究和设计,才能真正建成具有实用价值的高效训练中心。