郑华利，陈铁健，徐 蕾，郭慧鑫，杨 铀

（1.解放军32180 部队，北京100072；2.北方自动控制技术研究所，太原 030006；3.华中科技大学，武汉 100487）

0 引言

在现代联合作战过程中，随着信息化、无人化、智能化等高技术作战装备广泛投入使用，战场对抗强度急剧提升［1］。指挥信息系统需要具备强大和全面的辅助决策能力，通过标准流程、科学方法、专业团队、系统工具，设计战争、组织打仗、管理战场［2-3］。为应对联合作战面临的战争复杂性、人性复杂性以及技术复杂性，现代作战辅助决策系统应对作战数据整理、规则知识建立、军事模型构建、战场信息展现、场景分析判断等多项功能进行有机地整合，使指挥人员及参谋机关从超强度脑力劳动及繁琐手工作业中解放出来，以精炼的内容、直观的形式，提供真正有价值的决策支持，辅助作战人员更加科学、高效地研判战场形势、定下决心、规划资源、调整方案等，并逐步引领作战体系向智能化、无人化方向发展。

作战辅助决策是军事理论、数学模型和信息技术的深度融合，其本质是针对不确定的作战问题，基于作战概念和战术规则建立数学模型，通过技术整合完成系统实现，形成对该问题相对确定的建议［4-5］，从而达成提高指挥决策科学性与效率的目的。然而，在目前辅助决策模型研究中，存在着数学建模与作战实际脱节、决策空间及约束条件模糊、模型验证不充分诸多问题，从而导致模型可信度低、可用性差等一系列问题。以火力分配模型为例，目前大多研究停留在多目标优化算法上，而对关键的目标分析、毁伤能力、射击时机、基础数据等研究较少。同时，当前缺乏对模型的评估及分级机制，导致指挥员对辅助决策建议的合理性无法判断。

本文针对当前辅助决策模型研究面临的普遍问题，借鉴软件工程化的思想，提出了作战辅助决策模型开发的一般方法；借鉴成熟度划分原则，提出了辅助决策模型评估分级方法；最后结合项目实例，对提出的模型设计与验证方法进行详细说明。

1 作战辅助决策需求与挑战

作战辅助决策主要服务于作战筹划、指挥控制及武器运用，应用场景的特殊性决定了其必须具备以下特性：

1）准确性，辅助决策建议要与作战实际相符，必须达到一定的准确度，通常应不低于人工决策的准确度。

2）时效性，实时性应能够满足具体应用场景需求，通常应小于人工决策时间1/2。

3）稳定性，在各种可能的输入条件下，辅助决策结果应都达到准确性要求。

4）可解释性，辅助决策建议不应只包含结果，应该对原因进行说明。

由于作战问题的复杂性，模型设计要同时满足上述基本要求，面临着诸多难题，主要包括：

1）影响决策结果的因素众多，且某些因素难以量化、缺乏必要的支撑数据，导致模型难以完全准确。以火力分配为例，除作战任务与编组、武器弹药配备、作战部署、作战目标、地形、气象环境等主要因素外，敌方意图、武器操控水平等诸多难以量化的因素也影响实际结果。

2）各因素的影响关系复杂，难以全面考虑、精确建模。以火力分配为例，战场环境因素对火力分配的影响关系十分复杂，只能分别对温度、风速风向、能见度对武器观察、射击的影响进行分析，对关系进行简化。

3）在实际应用中，总是面临着各种突发情况，事先无法完全预测。

4）敌我对抗中作战规则灵活多变，人类经验无法精确模拟。由于作战的强对抗性，战术战法在指挥员决策中占据重要位置，而这些大多是计算机难以精确模拟的。

5）受制于当前数学建模与信息技术水平，某些模型无法求解或难以满足性能要求。

2 辅助决策模型构建与工程化方法

为了满足现代战争对辅助决策技术的巨大需求，同时最大程度消解功能性能需求与现实困难之间的矛盾，需要对辅助决策模型构建与评估的一般方法进行研究。

2.1 辅助决策模型构建流程

由于辅助决策需求来源于军事活动，通过工程技术上的突破，最终又应用到指挥信息系统建设中去；因此，整个流程可划分为“需求分析-设计测试-集成测试”3 个主要过程，同时借鉴软件工程化的思路［6-7］，提出模型构建的一般流程，具体如下页图1 所示。

图1 作战辅助决策模型设计的一般流程

流程各个阶段的主要工作如下：

1）军事需求分析阶段。主要分析模型的军事应用背景、在作战环节中的地位和作用、应用流程与信息流程、支撑其该模型运行的决策逻辑和军事规则、预期达到的效果以及面临的难点和风险等，形成军事需求分析报告，作为模型研制的依据，确保数学建模与作战实际高度符合。

2）功能性能需求分析阶段。将军事需求转化为具体的功能性能指标，并且对指标进行论证；明确模型的外部接口关系以及软硬件运行环境，确定模型的最终形态及应用方式；形成模型研制要求，约束模型输入输出及功能性能要求，明确模型决策空间与约束条件。

3）可行性分析阶段。对模型研制面临的诸多难题进行分析决策，判断决策逻辑和军事规则能否进行量化、关键难点能否攻克、人机分工是否合理，依据现有的技术水平指标能否达成、需要的关键数据和条件能否满足，并通过实验验证了模型原理的可行性；形成可行性分析报告，确保现有技术能够解决各项难题，并满足功能性能要求。

4）数学建模阶段。依据功能性能要求设计处理流程、内部接口和数据，对功能性能覆盖性进行分析，确保满足需求；对各个功能模块进行攻关、实现和组装，实现完整的模型功能；形成模型设计报告，完成模型技术攻关。

5）功能性能测试阶段。根据功能性能要求，设计测试方案，在模型环境下对功能性能指标逐条进行测试；对试验数据进行记录及分析，对指标满足情况进行评估并形成测试报告。对于不满足的指标进行分析，用于模型迭代。

6）系统集成阶段。对于通过测试的模型，在目标机软硬件环境下完成工程化实现，通过代码审查；与现有系统进行互联互通，形成工程样机。

7）定型测评阶段。在（准）实装环境下进行系统集成，并进行功能性能测评，验证模型是否符合军事需求；听取用户反馈意见，对样机进行改进。

8）迭代更新阶段。基于技术进步以及新的需求，对模型进行完善及改进，实现更新换代。

上述各个环节层层衔接，通常只有完成上一阶段设计或测试后，才能够进入下一个阶段。当某一阶段无法完成时，根据具体情况返回前一个或前几个环节进行迭代；若仍然无法要求，说明该模型研发当前不具备可行性。

2.2 辅助决策模型等级划分

为了对模型进行科学评估及管理，借鉴软件成熟度标准［7］，根据模型研制所处的阶段及其成果，将辅助决策模型划分为不同等级，如表1 所示。

表1 辅助决策模型等级划分

基于上述分类方法，可建立模型的研制履历表，对每个模型的研制过程进行跟踪，对其成果进行有效管理，有效促进模型体系的持续完善。

3 辅助决策模型设计实例

为了直观理解本文提出的模型设计与评估方法，下面结合某突击系统火力分配辅助决策模型的开发过程进行阐述。该模型的研制目标是：基于未来突击作战编配及其火力运用模式，针对作战实施阶段火力打击辅助决策的需求，实现目标分析、打击方案生成等功能，满足协同作战需求［9］。

针对这一目标，下面重点对该模型设计及验证的关键环节进行说明。

3.1 军事需求分析阶段

通过调研与分析［10］，明确了如下背景及需求：①军事背景，包括突击系统编成与火力配置、作战目标及特点、火力运用模式等；②辅助决策应用流程，包括火力打击指控流程、模型地位和作用、输入输出信息，人机交互及模型应用方式等；③火力分配规则；④预期收益及面临的难点；具体如表2 所示。

表2 辅助决策模型军事需求

3.2 功能性能需求分析阶段

明确模型研发要达成的指标，主要包括：①功能指标，包括目标分析、火力打击方案生成、冲突检测功能等；②性能指标，包括弹种类型、目标类型、实时性、准确性指标等；③接口指标，包括人机接口，等；④运行环境指标；具体如表3 所示。

表3 功能性能需求

3.3 可行性分析阶段

分别从多个角度进行可行性评估，包括：①军事需求可行性，包括军事规则是否能够被建模、难点是否能够被攻克；②系统需求可行性，包括功能性能指标可行性、人机分工可行性；③支撑条件可行性；具体如下页表4 所示。

表4 可行性分析

3.4 数学建模阶段

进行辅助决策模型处理流程设计，将模型细分为多个逻辑处理模块，如图2 所示。

图2 火力分配模型信息处理流程

在该流程中，首先接收并校验输入的目标、武器及人工干预数据，然后分别进行目标威胁分析排序和武器毁伤能力分析。在目标威胁分析过程中，首先根据目标特点，分为地面车辆、工事及空中目标3 类，分别对其威胁进行定量评估建模，评估指标及方法参考文献［12-13］；基于威胁评估模型，分别对各个目标的威胁进行量化评估。在武器毁伤能力分析过程中，分别对每一种弹药的每一种目标毁伤能力进行建模，建模方法参考文献［14-15］；基于模型，对所有武器对所有目标的毁伤能力进行计算。

基于目标的威胁度及武器毁伤能力，分别选择需要打击的目标及能够参与打击的武器；并结合分配原则，全面考虑影响因素及其复杂关系，建立多武器多目标火力分配模型，并采用最优化方法进行求解［16］，生成分配方案。对于生成的分配方案，进行冲突检测消解，并且经过人工干预或确认后，生成最终火力分配方案。

3.5 功能性能测试阶段

采用仿真推演手段模拟突击作战系统实际交战过程，为火力分配提供输入条件，设计试验方案对各项指标逐条进行测试，各指标的验证方法如表5 所示。

表5 功能性能测试方法

4 结论

作战辅助决策模型的建设与发展是一项长期、基础性课题，应当理性把握作战辅助决策问题求解的复杂程度和分布范围，力争模型好用、实用、管用，不可盲目求多、求新、求异。随着军事需求的不断发展与技术不断进步，未来辅助决策模型需向“辅助深度”和“辅助广度”两个方面拓展：“辅助深度”是指辅助决策模型能帮助和支持决策者求解的决策问题的复杂程度。若能辅助求解的决策问题愈复杂，如战略（役）决策、情报决策，则称辅助深度愈深；“辅助广度”，是指辅助决策模型能帮助和支持决策者求解的决策问题的分布范围。在辅助决策技术上，未来作战辅助决策功能将由单目标决策向多目标决策、从非对抗性决策向对抗性决策、确定性决策向不确定决策、个体辅助决策向群体式辅助决策、结构化建模向非结构化辅助决策发展。

辅助决策模型建设是复杂的系统工程，要素众多、关联复杂、不确定性强。随着未来作战形态向智能化、无人化演进，作战辅助决策将面临更大挑战，不仅要求在技术层面进行技术突破，更重要的是在管理层面进行统一规划与协调，塑造好作战模型培育、成长与成熟推广的生态环境［17］，为军民模型研集智众创创造更好的发展制创造所需的各项条件。