王 涛，郭欢祺，余华煌

（中山大学智能工程学院，广州 560006）

1 引 言

陆海空天运载工具的综合运用将会是21 世纪重要的无人系统作业形式，城市以及野外复杂环境下的各种高低强度突发事件，在泛在信息网络体系的分布式支撑下，通过多域分布无人系统要素实现整体联动聚能，运用高强度机动型无人装备力量，实现多任务目标的定向精确协同运行管控，而无人系统作为未来任务执行的主体，实现复杂环境下的无人系统多域协同合作对于未来联合作业战胜挑战人类作业极限，保卫国家利益和人民生命财产安全至关重要。

2014年6月23日，美国陆军参谋长战略研究小组特大城市概念工作组撰写了一份城市战的专题报告——《特大城市与美国陆军：为复杂和不确定的未来做准备》。2015年美国空军的《空军未来作战概念》中强调了多域指挥与控制在空军未来作战任务中的重要作用[1-2]。2017年2月24日，美陆军与海军陆战队联合发布《多域战：21 世纪合成兵种》白皮书。2017年4月11~13日，洛·马公司在位于弗吉尼亚州的创新中心举行“多域战”演习，探讨了如何跨域指挥和控制，提高美军空中、太空以及网络领域的协同操作能力，重点研究了如何使作战人员更好地嵌入到决策回路中。2017年5月31日~6月1日，法国舰艇建造局（DCNS）实现3 种无人系统的跨域协同作战，利用I4® Drones 任务系统指控无人机、无人艇和无人潜航器协同，成功探测、识别和摧毁一艘目标艇，在欧洲尚属首次跨域无人系统协同作战实验。2019年8月23日，美国陆军协会地面战研究所发文《城市化及特大城市对美国陆军的影响》，分析了特大城市对美陆军构成的挑战，强调陆军需要加强其跨域协同的独特能力，这些说明美国军队在迅速加强城市环境下跨域协同操作能力。

多域作战概念及理论[3-5]以及其中所存在一些技术性挑战问题已经得到很多研究人员的关注。高岚岚等[6]利用面向服务的体系架构设计思想及B/S 与C/S 混合结构模式提出一种跨域协作的组织架构。陆宏泽等[7]提出了一种基于指控系统软件架构和指控信息流的天空地多域体系作战的指挥控制系统构建方法。刘永才[8]指出了未来武器装备发展对全域化体系化等的发展要求。David 等[9]强调了在多域作战中对人工智能和机器学习能力的要求。Eliahu 等[10]探讨了多域作战的一种指挥架构。胥秀峰等[11]提出采用OPM 进行包括多域战、马赛克战的作战概念建模框架构建方法。张佳琦等[12]针对多域作战中的下多源异类信息融合面对的挑战以及融合智能化处理的关键技术进行了阐述。阳东升等[13]从宏观尺度上的指挥控制（2C）活动一般过程PREA 环，对作战多域性进行跨域作战运行及冲突协调管理的模型进行了研究。龚旻等[14]对陆战的陆空协同装备体系构建进行了研究。跨域或多域协同在星际探测上同样具有新的应用，王涛[15]对火星应用陆空跨域协同的技术进行了探索研究。王彤等[16]对美国的快速轻量自主项目发展情况进行了总结研究，阐述了无人系统分布式协同作战应用研究价值。

跨域思想将战场分为多个域，在每个不同场域确立了不同目标，实现多域作战系统的有效融合，最终目的是逐步渗透和瓦解敌方攻防手段，在对抗作战中获胜。杜普伊[17]提到了两个不同维度的跨域协同需求：跨战略场域与跨组织场域。管理科学中的组织行为学是研究组织中的不同角色所表现出的行为与态度的系统科学与工程，提升组织行动的效率，直至在更高维度上实现帕累托最优。在武器装备协同作战的体系架构研究中不乏从系统工程的角度建构协同作战场景乃至延伸到军兵种协同的研究案例[18]。原有的相关研究少有涉及跨域协同的组织机理，本文着眼于管理科学与工程中的组织行为学原理，将跨域作战中的协同分为单域个体、单域组织和跨域协同体系层次，从人类管理的组织行为和结构角度对跨域协同的相关原理进行对照映射研究，并通过分析美军在一些战争中形成的多域协同作战行动方案，构建一种促进协同行为组织的机制，通过使用DoDAF 工程框架思想进行体系结构设计。

2 跨域协同与组织行为的映射关系

2.1 跨域协同合作的特征分析

考虑跨域作战场域的协同时，以与蓝方（作战目标方）的接触为标准，从浅到深将可以分为七个场域：战略支持区域，作战支持区域，战术支持区域，邻近区域，深入机动区域，作战交火区域与战略交火区域。

支持区域负责部署和控制包括通信、核、空间、网络等基础设施，设有保存火力和打击能力的基地，保持和己方的联络，是作战后方。

邻近区域和深入机动区域是红蓝对抗即将进行物理接触的区域，通常会发生争夺物理空间控制权的行为，领导者需调动能力尽可能闯入该区域。

交火区域是红方物理打击区域，包括空间能力和网络能力的非常规打击能力应用的地方，这种打击可能受到政策限制。

场域的边界跟随作战环境和敌我作战能力发生变化。

组织场域的协同涉及陆、海、空、天地理四个维度的协同，电磁网络不受地理维度限制，这里仅考虑自顶而下四个作战地理空间的协作过程。从军种角度考虑协作的思路古已有之。

在不同作战任务中，需要不同作战地理域军兵种的重点协同。陆地反导作战中，流程见图1，需要陆军力量和空间力量或空军力量的协同合作。在导弹来袭前，天基预警系统或空中预警机、陆地探测雷达会同步侦察给出预警，多空间维度的预警探测能提高预警准确度，获得更多预警准备时间做出针对性行动；确认目标后进行拦截，根据来袭目标飞行段的不同采用远程打击、中段拦截，或者末端拦截方案，并及时对拦截效果进行评估，决定是否触发多层多次拦截；拦截成功或失败的消息会通过态势感知网络同步到战场指挥官处，由指挥官决定下一步行动。

图1 陆地反导作战流程示意图Fig.1 Scheme of land-based anti-missile

宏观角度上多域战要求逐步瓦解敌人的防御和战斗系统，在战场上取得机动自由，从而完成击败敌人的目标；微观上涉及具体队伍和行动的组织，有三个相互关联的原则[19]。

（1）校准战场态势，即通过信息网络感知己方和敌方兵力动向的能力；

（2）多域编队，即多军兵种配合进行同一战斗的能力；

（3）融合，即信息同步，任务目标相同，实现紧密配合。

2.2 跨域协同与组织行为的映射关系

组织行为学有三个研究层次：个体，群体，组织架构。除了静态研究，还有动态的个体决策与激励，群体行为，组织协同中的冲突、谈判、沟通等。将跨域协作关系与不同组织层次之间建立对照映射关系，再跟随行动状态变化流在协同体系中添加不同的协同辅助要素，从而建立基于组织行为学原理来研究跨域协同合作的一种基础理论，用于指导跨域协同合作的体系架构设计。

表1 从组织行为学的个体层次的基本要素出发，对应于跨域协同中单作战域的要素要求构建了映射表，从而对构建跨域协同机制提供单作战域装备系统的能力要素进行了明确。表2 从群体层次建立组织行为学要素与跨域协同作战机制要素的映射关系。

表1 个体层次的组织行为与跨域协同要素映射表Table 1 Cross-domain cooperation mapping organizational behavior in personal level

表2 群体层次的组织行为与跨域协同要素映射表Table 2 Cross-domain cooperation mapping organizational behavior in the view of group

最后，通过表3 对跨域协同的组织架构和组织行为学的组织架构设定建立相应的映射关系。

表3 组织行为与跨域协同的组织架构设计映射表Table 3 Cross-domain cooperation mapping organizational behavior in the view of organizational structure

以上通过三个层面建立组织行为学与跨域协同作战之间的映射关系，从而为跨域协同作战的装备以及军兵种体系设计架构提供理论基础。

3 跨域协同的体系结构视图设计

跨域协同就是一个体系工程问题。体系结构由多个系统工程组成，其生命周期中，多个系统互相配合，共同完成一个目标。体系结构建立的主要过程是，将需求分配到多个松散耦合的系统，协调各个系统各自的活动与互动，直到整个生命周期可以运转。本文在DoDAF 体系下建立跨域协同运用的武器装备系统工程，即在一定的战略指导、作战指挥和保障条件下，为完成一定作战任务，构建的由功能上相互联系、相互作用的各种武器装备系统组成的更高层次系统。本文主要涉及全视图、作战视图和系统视图的设计。

3.1 跨域协同作战视图

需要开发的作战视图有高级作战概念图（OV-1）和作战组织关系图（OV-4），给定作战概念图，高级作战概念图明确作战中的个体和联系关系，作战组织关系图进一步描述多域战中的指挥关系。

OV-1 针对单独的战役行动及战役的准备工作给出顶层设想，如图2 所示。其主要元素包括最高指挥当局、联合作战司令部、信息网络、作战编队、战场后方、敌方力量，明确了战役中的重要概念，强调了政令分离的军事指挥链。

图2 高级作战概念图（OV-1）Fig.2 High-level operational concept graphic (OV-1)

从组织行为学来看，发布作战任务，进行“任务式指挥”的作战思想，将任务分解为作战目标/时间限制和所用方法，将采取方法的自由交给下属兵士，目标明确且形成了良好的分权基础；组织的反应更加迅速，更适应瞬息万变的战场环境[20-21]。

以美军军令系统为参考，对作战组织关系图内部结构细化如图3 所示，明确了军政系统和军令系统及其职责。其中，军政系统承担支援职责，军令系统承担作战职责。参谋联合会给最高指挥当局提供建议，最高指挥当局拥有对远程威慑和联合作战司令部的直接控制，并统筹军政系统的训练融合、装备资源、指派等工作。作战时，指挥以联合作战司令部为中心，军政系统对部队只有行政控制权。概念图中的信息网络泛化为网络攻防与作战信息支援两部分。

图3 跨域协同作战组织关系图（OV-4）Fig.3 Operational organization relationship view (OV-4)

作战信息与资源流视图（OV-2）（图4）说明了陆海空天信息域对其他维度战场的辅助作用：通过探测得到敌方信息，通过传感器和网络收集己方态势信息，辅助作战判断。同时，信息流稳定运行，需要保障系统的跟进和维护。对此，美军建立全球信息栅格来保障信息流的稳定运行。应急计划，作战反馈系统保证在信息可以沿指挥链从下级传递到上级，让军队更适应于节奏紧张变化迅速的作战环境。

图4 作战信息与资源流视图（OV-2）Fig.4 Operational information flow chart (OV-2)

3.2 跨域协同系统视图

系统视图包括系统资源流描述（SV-2），系统结构与功能分配（SV-4），SV-2 在系统层面上描述了体系可以分成哪几个系统，分别实现什么功能，SV-4 指出了系统之间交换的资源和信息，SV-10b，SV-10c，从各个系统的角度出发对作战进行描述；SV-5 则将作战视图和系统视图对应起来。先将体系拆分成子系统，描述系统具有的功能，再找到接口和耦合，进行迭代开发的开发方式。此开发方式保证系统发展可满足对系统的能力要求。按照作战视图中梳理出的作战流程设想，图5 明确了多域作战结构体系中的六个子系统及其主要功能。

图5 系统构成与功能分配（SV-4）Fig.5 System structure and functional assignment (SV-4)

图6 描述系统之间信息和资源传递的路径与信息传递依赖的技术。情报中心为整个作战体系的信息节点，利用空间技术保持六大系统的联通及态势同步；六大系统之间，装备系统向战场支援系统和训练系统提供物资，训练系统向战场战斗系统提供军队，战场支援系统向战场战斗系统提供战场物资；战场指挥系统利用无线电技术与战场支援系统和战场战斗系统通信，保持消息同步。

图6 系统资源流描述（SV-2）Fig.6 Description of system resource flow (SV-2)

战略通信系统受战略组织系统领导，主要由国防通信系统、国防卫星通信系统、最低限度应急通信网等组成，使用有线通信、无线电通信、卫星通信和光纤通信等多种手段，保障命令下达的速度和达到率。

图7 描述了六大系统的互动过程和接口，按时间顺序说明了任务在系统中的自顶而下拆解和执行的过程，执行过任务的反馈会引出下一步任务的执行。

图7 系统状态转换描述(装备系统)（OV-10）Fig.7 Transmission of system situation for the equipment (OV-10)

战略计划形成后，分成三部分传达到装备、训练、战场指挥三大系统。三大系统按战略计划拆解和执行任务，给战略系统执行情况反馈，再将资源与信息给到有需求的战场支援和战场战斗系统。战斗过程中，战场战斗系统和战场支援系统保持与指挥系统的连接，以协调物资和人员；战斗结束后，战场指挥系统将任务完成情况反馈到战略指挥层。

4 结 论

本文针对跨域协同中所具有的多域协同合作特点，在组织管理上从个体、群体以及组织架构顶层三个维度分别进行组织行为学原理与跨域协同作战要素映射关系构建，从而从管理科学与工程的角度对跨域协同作战的基本原理进行了阐述明确，进一步根据跨域协同作战这样一个系统的系统设计概念，采用体系架构的研究方法，依托DoDAF 体系设计框架开展系统视图和作战视图的体系结构设计，为跨域协同机理的顶层架构设计提供一种初步设计参考，通过这些视图的构建能够明确跨域协同机制的核心要素以及他们之间的组织关系和信息流程。得出了以下主要结论。

（1）提出了一种基于组织行为学原理的跨域协同机制的研究方法，为构建相应的跨域协同作战体系从单地理空间域装备需求到多域协同的组织架构问题，均给出了初步的解决思路。

（2）基于组织行为学与跨域协同合作的映射关系，采用DoDAF 体系设计框架初步完成了系统视图和作战视图的构建，初步探索了跨域协同作战体系结构设计的理论模型。

（3）本文仅基于原理性分析完成初步的体系结构视图构建，下一步还需采用着色pertri 网方法对体系结构设计出的流程合理性进行模型仿真验证。