中国指挥与控制学会会刊 
1 作战方案构成要素及其关系
1.1 主要构成要素
作战方案主要包括作战目的、作战方向、作战目标、作战阶段、作战编组、作战部署、作战任务、作战行动计划等要素[9]。其中,目的、任务、目标和行动计划是核心重点,作用于仿真实验全过程。
作战目的是指作战预期达到的总体效果和核心指标,主要包括歼灭敌人数量,攻占地区、目标,扼守地区、目标或时间等。作战目的具有层次结构特征,战略目的是由若干战役目的构成和实现,战役目的是由若干战斗目的构成和实现。
作战任务是核心要素,描述作战力量为达成预定作战目的而担负的具体任务,反映实现作战目的的方法举措,指导各分域、各层级作战力量有组织、有计划、有目标地实施作战行动。为了便于指挥员准确把握作战重心、关注关键环节,方案中通常在众多任务中明确若干关键任务。关键任务是直接影响作战目的实现、关乎后续作战行动实施而必须完成的具有重要枢纽作用的一类任务。
作战目标主要是指作战行动所要打击、夺取或防卫的对象,包括有生力量、武器装备、军事设施及对作战进程和结局有重要影响的其他目标。目标与任务紧密关联,也是对任务预期效果的分解细化、量化描述。
作战行动计划是对任务部队作战行动的具体设计安排,反映作战任务、作战目标的实现途径。通常根据指挥层级和领域专业,采取自顶向下、由总到分方式组织制定,将作战任务、作战目标逐级细化分解至任务部队,规划任务部队遂行任务的具体程序、方法,实现兵、火、时、空、频等作战资源的最优化分配。
1.2 要素逻辑关系
2 基于任务线的作战方案抽象表征
从作战筹划来看,作战任务在作战方案中具有承上启下作用:一方面,作战任务服务于作战目的,是实现目的的具体方法举措;另一方面,作战任务引导作战目标分配和作战行动设计。作战目的、作战目标和作战行动被分解细化到一系列作战任务之中,如图2 所示。美军《联合出版物5-0:联合计划流程》中也明确表述,根据上级赋予的Mission(使命)分析确定最为合理的Task(作战任务)、设计Action(作战行动),最终形成COA(作战任务序列)。COA是美军作战方案的核心主体,描述从当前初始态势达到终态的路径和方法,即一系列具有时空属性的作战任务及其行动。
从作战实施来看,实现作战目的依赖于作战任务,作战任务指导作战力量有目的、有目标、有方法的行动。理想状态下,各任务部队按照方案中明确的任务时间、空间和目标,依次执行作战行动、实现预期目的效果,作战进程就可以按照作战预想逐步演进,直至最终实现作战决心、达成作战目的。作战方案中一系列具有时序关系的作战任务,所体现的是实现作战目的的必要步骤。
综合上述,作战方案本质上反映了实现作战目的的方法和路径,作战任务是实现作战目的的具体方法,作战任务之间的时序关系则描绘了实现作战目的的路径。因此,作战方案可以被抽象表征为由一系列作战任务按照时序关系相互连接所构成的一条有向逻辑线,即任务线,如图3 所示。
任务线抽象表征了实现作战目的的方法和路径,是从作战任务视角对作战方案的抽象表示。设Taskline代表任务线,表示为一个二元组:<T,R>。
T= 表示方案中全部作战任务的集合,taski为作战方案中的一项作战任务,n为作战方案中作战任务的总数。
R= 表示作战任务之间的时序关系集合,rij表示作战任务taski与taskj之间的时序关系,taski,taskj∈T。
3 基于ETGA的作战任务结构化表示
3.1 作战任务层次结构与构成要素
作战任务是具有层次结构、时序关系的体系,按照一定步骤逐步细化分解,如图4 所示。以联合战役方案为例,作战任务可分为战役任务和行动任务2个层级。战区联指在领会意图、理解命令指示基础上,首先明确战役目的,分析得出战役任务;而后,在分域指挥机构辅助下将战役任务细化分解,转化为下属任务部队行动任务。行动任务是作战任务中最小的、不可再分的任务单元,与任务部队、作战目标和作战行动紧密关联。作战方案中划分为若干作战阶段,每个作战阶段包含一项或多项战役任务,若干战役任务之间具有时序关系;每一项战役任务包含一项或多项行动任务,若干行动任务之间同样具有时序关系。联合战斗方案同样如此,作战任务可分为战斗任务和行动任务。
战役任务是从宏观概略层面描述某个作战阶段中的总体任务,即上级赋予或本级确定的作战任务“是什么”,如联合侦察预警、联合火力打击、联合兵力突击、联合防空反导、联合电子对抗、联合特种作战等。
行动任务是构成战役任务的原子性任务单元,重点是从兵力、目标、效果、行动时空、行动方法等方面进行描述,即“谁来做”“为何做”“做什么”“怎么做”。行动任务构成要素主要包括基本属性、实体(entity)、目标(target)、效果(goal)和行动(action)5类要素。其中,基本属性要素主要包括任务名称、任务类型等属性。
实体要素用于描述行动力量,主要包括军兵种类型、部队名称(番号)以及基本作战单位、作战装备等。
目标要素用于描述行动任务的目标,是战役目标细化分解的结果,反映了行动任务的对象。
效果要素用于描述行动任务的目的与预期效果,是指导任务部队规划行动、分配资源的条件,也是评估行动任务完成情况的依据,通常以时间指标、态势指标、战果指标、战损指标、效益指标等可量化测度指标来描述。时间指标是对完成时限、持续时间等效果因素的描述;态势指标是对要点要域夺控、封锁、阻击或敌方部队实力毁伤等整体性程度效果因素的描述;战果指标是对敌方人员伤亡数量、装备损毁率等效果因素的描述,或是对我方人员、装备、弹药及其他物资等方面防护效果因素的描述;效益指标是对侦察情报、电子干扰、网络攻防等方面效率因素的描述。
行动要素用于描述行动任务的具体条件、时空和过程等,主要包括行动条件、行动时间、行动空间、行动序列等子要素。行动条件描述行动任务执行的必要资源和态势条件,如兵力、装备、弹药等资源和部队实力,敌方的状态、行动等。行动时间主要描述行动任务执行的时间节点,如开始时间、结束时间、持续时间。行动空间主要描述行动任务执行的战场空间范围,如初始位置、机动路线、行动区域、终止位置等。行动序列主要是对任务部队作战行动方法和过程的描述,若干项作战行动按照时序关系进行组合表示。
3.2 ETGA结构化表示方法
作战任务关键要素可抽象表示为ETGA,即实体要素、目标要素、效果要素、行动要素。基于任务线的联合作战方案可被结构化表示为一个战役任务集合:OPlanTasks= 。其中,CTaski表示方案中第i项战役任务,n为战役任务总数。
3.2.1 战役任务结构化表示
战役任务CTaski可以表示为一个五元组:<CTID,CTName,CTType,CTSchedule,Tasks>。其中,CTID表示战役任务编号,是全局唯一标识;CTName表示战役任务名称;CTType表示战役任务类型,以类型代码形式描述;CTSchedule= 表示战役任务时间区间,tstart为开始时间,tend为结束时间;Tasks= 表示战役任务CTaski所包含的全部行动任务集合,Taskj表示战役任务CTaski中的第j项行动任务;m为战役任务CTaski中的行动任务总数。
3.2.2 行动任务结构化表示
行动任务Taskj表示为一个六元组:<TID,TN,TP,Entity,Targets,Goals,Actions>。其中,TID、TN、TP是行动任务的基本属性,TID表示任务编号,全局唯一标识;TN表示任务名称;TP表示任务类型,以类型代码方式描述;Entity、Targets、Goals和Actions分别表示实体要素、目标要素、效果要素和行动要素。
(1)实体要素结构化表示
实体要素Entity可表示为一个三元组:<EntityID,EntityName,EntityType>。其中,EntityID表示任务部队编号,是全局唯一标识;EntityName表示任务部队名称或代字;EntityType表示任务部队的军兵种类型,以类型代码表示。上述要素要与作战模拟仿真系统中部队实体的编号、名称(代字)和军兵种类型代码保持一致。
(2)目标要素结构化表示
行动任务Taskj通常包含若干个目标对象,则其目标要素Targets表示为一个目标对象集合:Targets= 。targetk表示行动任务Taskj的第k个目标对象,l为行动任务Taskj中的目标对象总数量。
目标对象targetk可以表示为一个三元组:<targetID,targetName,targetType>。targetID表示目标编号,参照作战方案中的目标清单按照一定规则进行编号,是全局唯一标识符;targetName表示目标名称;targetType表示目标类型,以类型代码描述。targetID要与作战模拟仿真系统中目标实体编号保持一致。
(3)效果要素结构化表示
行动任务Taskj的每个目标对象targetk对应有一定的效果指标,反映行动任务的目的。效果要素Goals可以被表示为一个与目标对象对应的效果指标集合:Goals= 。其中,goalk表示Targets集合中第k个目标对象targetk的效果指标集合,Goals集合中的效果指标总数量与Targets集合中的目标对象总数量相同,由此构成一一对应的关联关系。
每个目标对象对应有一个或多个效果指标来量化评测,则goalk= 。其中,gp是一项效果指标元素,表示为一个三元组:<gType,gItem,gMethod,gValues>。gType表示效果指标的评估类型,如时间指标、态势指标、战果指标、战损指标、效益指标等;gItem表示效果指标的评估对象,如开始时间、完成时间、敌方部队(装备)毁伤、我方部队(装备)战损、弹药消耗等;gMethod表示效果指标的评估方法,如不低于、不少于、区间、程度等级等;gValues= 表示效果指标的评估参数集合,gvq表示一项参数。gType、gItem和gMethod,要以一定规则进行分类,以代码形式描述。
(4)行动要素结构化表示
行动要素Actions表示为一个四元组:<ActCon,ActSch,ActBF,ActSeq>。
ActCon= 表示行动条件,是一个由若干条件指标AConw构成的集合。AConw可以表示为一个四元组:<ConType,ConItem,ConRule,ConValue>。其中,ConType表示条件类型,可按照实力条件、装备条件、弹药条件、态势条件等进行分类编码;ConItem表示条件对象,例如部队实力、某型装备可用数量、某型导弹数量、目标情报新鲜度等;ConRule表示条件规则;ConValue表示条件阈值。例如,火力打击行动任务,其中一项条件指标表示为:ConType=“弹药条件”,ConItem=“××弹药”,ConRule=“不少于”,ConValue=“20”。
ActSch= 表示行动任务的时间区间,ts是开始时间,te是结束时间。
ActBF表示行动空间,为一个四元组:<InitPos,ActPath,ActZone,EndPos>。其中,InitPos表示行动任务的初始位置,ActPath表示行动任务的空间路径,如机动路径、导弹飞行路径等;ActZone表示行动任务的作战区域或地点,如空中巡逻的作战空域、夺占要点要域;EndPos表示行动任务的终止位置。
ActSeq= 表示若干作战行动构成的行动序列集合。其中,actu表示行动任务Taskj中的一个行动单元,是部队实体可以执行的最小原子行动,要根据作战模拟仿真系统中兵力实体行动指令合理设计行动单元。
行动单元actu表示为一个四元组:<actID,actType,actValues,actRelated>。其中,actID表示行动单元编号,可以采取“CTaskID+TaskID+行动指令编号”的方式进行编码,直观反映行动单元所归属的战役任务和行动任务,并且与作战模拟仿真系统中兵力实体的具体行动指令关联;actType表示行动单元的类型代码,要与作战模拟仿真系统的行动指令类型代码保持一致;actValues= 表示行动指令的参数集合,各项参数与作战模拟仿真系统中兵力实体行动指令的参数格式匹配;actRelated= 表示行动单元的关联行动,其中actBeforeID表示前序行动单元编号,actBehindID表示后序行动单元编号。如果没有关联的行动单元,则可用null赋值。通过actRelated可以构建Taskj中所有行动单元之间的时序关系。
4 基于图谱模型的结构化数据组织方法
运用ETGA结构化表示方法,联合作战方案中各项要素可被计算机实例化为数据单元,为基于作战模拟仿真系统的仿真实验提供条件支撑。但若以零散独立形式存储和组织结构化数据,特别是联合作战方案中作战任务数量规模较大时,将明显影响数据运用效率。因此,在ETGA结构化表示方法基础上,基于语义网络构建一个面向联合作战方案结构化数据组织的图谱模型,提升数据运用与维护能力。
4.1 数据实例语义关系定义
作战任务及其构成要素之间存在一定语义关系,主要包括以下类型:
(1)组成关系(composed of)。战役任务、行动任务以及要素之间的层次构成关系,体现的是“整体与部分”,其直观语义可以描述为“…由…构成”。组成关系也可以逆向转化为体现“部分与整体”的聚合关系(Part of)。
(2)时序关系。任务与任务、行动与行动之间的时间逻辑关系,包括先于(before)、随后(after)和同时(concurrent)。
(3)属性关系(attribute of)。作战任务实例与其属性之间的关系,属性通常关联具体属性值。例如,战役任务包含战役任务编号、战役任务名称、战役任务类型等属性。
(4)从属关系(subordinate to)。行动任务效果指标与任务目标之间的从属关系。例如,若干效果指标实例从属于某个任务目标实例。
4.2 基于数据实例分层的图谱模型
数据实例分为作战任务实例和任务要素实例。其中,作战任务实例又分为战役任务实例和行动任务实例;任务要素实例包括实体实例、目标实例、效果实例、行动实例。部分任务要素实例还包括子要素实例,例如行动实例包含行动条件实例、行动空间实例、行动单元实例。考虑战役任务、行动任务、任务要素及其子要素之间具有明显的层级组织结构,因此采取实例分层方式构建图谱模型,如图5 所示。
第一层是战役任务实例层,由战役任务实例及其属性实例构成。设:CTU= 表示该层战役任务实例集合,CTA= 表示战役任务属性实例集合。CTaski表示一个战役任务实例; 分别对应战役任务CTask1的4个基本属性,因此CTA中属性实例数量为i×4。
第二层是行动任务实例层,由行动任务实例及其属性实例构成。设:TU= 表示该层行动任务实例集合,TA= 表示行动任务属性实例集合。Taskj表示一个行动任务实例; 分别对应行动任务Task1的3个基本属性,因此TA中属性实例数量为j×3。以下各层实例集合和属性集合的表示原理相同,不再赘述。
第三层是行动任务要素实例层,由行动任务的要素实例构成。设:EU表示实体实例集合,EA表示实体实例属性集合;TarU表示目标实例集合,TarA表示目标实例属性集合;GU表示效果实例集合,GA表示效果实例属性集合;AU表示行动实例集合,AA表示行动实例属性集合。
第四层是行动元素实例层,由行动任务中行动要素的各个子要素实例构成。设:ACU表示行动条件实例集合,ACA表示行动条件实例属性集合;ASU表示行动空间实例集合,ASA表示行动空间实例属性集合;AUU表示行动单元实例集合,AUA表示行动单元属性集合。
首先,采用基于二元关系、三元组形式将各层实例、属性进行关联组织,建立分层图谱,如下式所示:
LayerGraphi=
LayerGraphi表示第i层图谱;Ui=UIi∪UAi= 表示第i层中的实例及其属性的总集合,UIi表示第i层中的实例集合,UAi表示第i层中的属性集合,uj表示第i层中一个实例或属性;R表示作战任务及其要素实例的语义关系集合;ϑi= 表示第i层图谱的三元组集合。
其次,建立相邻各层实例之间的三元关系网络。邻层三元组集合表示为
$\tau_{i} \subseteq U I_{i} \times U I_{i+1} \times R$
τi表示第i层与i+1层的实例三元组集合,i=1,2,3;UIi和UIi+1分别表示第i层与i+1层的实例集合。
最后,汇总各层实例、属性和本层、相邻各层的三元关系组,就构成了图谱模型,表示为TaskInfoGraph=(U1∪U2∪U3∪U4,R,ϑ1∪ϑ2∪ϑ3∪ϑ4∪τ1∪τ2∪τ3)。
5 结束语
本文研究聚焦联合作战方案仿真实验领域难点问题,重点围绕作战方案的结构化表示、数据化解析以及数据信息仿真运用,提出了基于任务线的作战方案抽象表征模型、基于ETGA的作战方案结构化表示方法和基于语义网络的结构化数据信息图谱模型。研究成果已在联合作战兵棋推演系统中应用,验证了适用性、可行性,可为联合作战方案仿真实验活动实施和系统建设提供参考借鉴。