孿生戰(zhàn)場構(gòu)建體系初探

伊伊爸 2022-08-18 發(fā)布于湖北

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致力于數(shù)字孿生體技術(shù)的研究與發(fā)展

通過解決方案和工程化應(yīng)用造福人類

作者：朱武

戰(zhàn)場頂層概念視圖

戰(zhàn)場是軍隊(duì)作戰(zhàn)的空間，是敵對雙方軍事思想、戰(zhàn)略方針、作戰(zhàn)意圖、作戰(zhàn)編成、作戰(zhàn)形式和作戰(zhàn)手段在一定時(shí)間、空間集中表現(xiàn)和較量的場所。戰(zhàn)場包含的要素會(huì)受到軍事思想與理論、作戰(zhàn)概念、作戰(zhàn)模式及各種軍事技術(shù)應(yīng)用的綜合影響。將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用與軍事領(lǐng)域，構(gòu)建數(shù)字孿生戰(zhàn)場，需要適配當(dāng)下戰(zhàn)場的概念認(rèn)知，并相互影響、迭代演進(jìn)。從總體來看，我軍將現(xiàn)代軍事沖突視為敵我作戰(zhàn)體系之間的對抗，圍繞這一軍事思想，我軍逐步深化信息化作戰(zhàn)能力，落實(shí)一體化聯(lián)合作戰(zhàn)模式，實(shí)踐體系化作戰(zhàn)，并對分布式作戰(zhàn)進(jìn)行研究和局部應(yīng)用。因此，可以從戰(zhàn)場環(huán)境、作戰(zhàn)力量、作戰(zhàn)體系對抗三個(gè)組成維度，構(gòu)建戰(zhàn)場概念視圖，如下圖所示。

自然環(huán)境要素、人文環(huán)境要素、軍事環(huán)境要素構(gòu)成了戰(zhàn)場環(huán)境的基礎(chǔ)，可通過疊加敵我雙方作戰(zhàn)力量狀態(tài)、作戰(zhàn)意圖、作戰(zhàn)能力、作戰(zhàn)威脅等數(shù)據(jù)，形成戰(zhàn)場綜合態(tài)勢。

實(shí)體是作戰(zhàn)體系中的最小單位，可以是單個(gè)武器、裝備平臺(tái)或作戰(zhàn)小隊(duì)等，取決于作戰(zhàn)體系實(shí)施對抗時(shí)，對作戰(zhàn)力量抽象所需分辨的最小單元，實(shí)體可以提供作戰(zhàn)所需的各種如指揮控制、偵查情報(bào)、火力、信息對抗、機(jī)動(dòng)、保護(hù)、保障等能力要素，這些要素通過對實(shí)體的結(jié)構(gòu)組織，向上形成體系視角的各種體系（如指揮體系、火力打擊體系等）能力。

圍繞作戰(zhàn)目標(biāo)，對作戰(zhàn)力量編成編組，由多層級(jí)、立體化的作戰(zhàn)力量實(shí)體、結(jié)構(gòu)所具備的能力要素融合成作戰(zhàn)體系的能力支撐，形成作戰(zhàn)體系，根據(jù)作戰(zhàn)策劃，各力量實(shí)體、結(jié)構(gòu)根據(jù)上級(jí)指令、局部態(tài)勢與自身狀態(tài)，進(jìn)行作戰(zhàn)決策與作戰(zhàn)行動(dòng)，由分散、獨(dú)立、敵我雙發(fā)之間的作戰(zhàn)協(xié)同行動(dòng)與作戰(zhàn)對抗行動(dòng)，對戰(zhàn)場局部或整體產(chǎn)生影響，最終形成整體戰(zhàn)場隨時(shí)間的演進(jìn)。

數(shù)字孿生戰(zhàn)場概念模型

數(shù)字孿生融合了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)，是支撐新軍事變革落地的關(guān)鍵技術(shù)手段。應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建孿生戰(zhàn)場，其內(nèi)在邏輯是數(shù)字孿生技術(shù)的方法論適合對復(fù)雜系統(tǒng)或體系的刻畫，主要體現(xiàn)在：

1、由戰(zhàn)場物理空間實(shí)體對象組成的對抗體系具備高度的復(fù)雜性，孿生技術(shù)可以有效降低系統(tǒng)復(fù)雜性。

復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)研究不僅關(guān)注構(gòu)成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組元本身，更關(guān)注的是系統(tǒng)中各組元的關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)復(fù)雜度是規(guī)模的函數(shù)，行為的規(guī)模取決于系統(tǒng)中耦合相關(guān)組元數(shù)量。傳統(tǒng)對復(fù)雜系統(tǒng)的研究，可以基于統(tǒng)計(jì)方法來刻畫可能狀態(tài)集合，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜系統(tǒng)某些系統(tǒng)特征的洞察。比如對一個(gè)氣體系統(tǒng)，通過統(tǒng)計(jì)物理，可以刻畫該系統(tǒng)諸如壓力、可壓縮性等特性，但對該氣體系統(tǒng)刻畫其特定狀態(tài)的行為，由于構(gòu)成該系統(tǒng)的規(guī)模極為龐大，該述求基本是不可能的任務(wù)。

對戰(zhàn)場對抗體系的研究，是通過對戰(zhàn)場對象集合形成的狀態(tài)空間進(jìn)行描述，并對特定狀態(tài)空間，研究跟隨戰(zhàn)場對象行為集合的狀態(tài)演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)各種狀態(tài)下的優(yōu)選行為，最終形成對抗體系的決策知識(shí)體系。然而，隨著組成戰(zhàn)場對象數(shù)量的增加，以及對對象狀態(tài)刻畫的深入，表達(dá)戰(zhàn)場的狀態(tài)空間會(huì)快速出現(xiàn)維度災(zāi)難。因此，對戰(zhàn)場對抗體系進(jìn)行研究，需要在一定程度上解決狀態(tài)空間的維度災(zāi)難。數(shù)字孿生技術(shù)可以建立對象局部與整體的關(guān)聯(lián)和映射，通過局部降維與整體融合，確保系統(tǒng)狀態(tài)空間在合理的范圍內(nèi)，體現(xiàn)系統(tǒng)的特征，有效支持系統(tǒng)域問題的解決。

2、戰(zhàn)場孿生對象需要具備適配業(yè)務(wù)需要的智能行為

戰(zhàn)場物理空間的實(shí)體對象本身根據(jù)領(lǐng)域訴求，具備多維度能力要素，諸如打擊、偵查、機(jī)動(dòng)等，各要素在實(shí)際戰(zhàn)場中具體的能力狀態(tài)，也會(huì)受到環(huán)境、自身狀態(tài)、協(xié)同對象的影響。同時(shí)，真實(shí)的戰(zhàn)場系統(tǒng)是由組成系統(tǒng)的各實(shí)體對象，分層聚合形成各種具備作戰(zhàn)概念對象，特別是人在作戰(zhàn)概念對象中，承擔(dān)行為決策，執(zhí)行各種作戰(zhàn)活動(dòng)，實(shí)施對抗，完成作戰(zhàn)任務(wù)。因此，將作戰(zhàn)實(shí)體、作戰(zhàn)概念邏輯對象通過數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建與之對應(yīng)的戰(zhàn)場孿生對象時(shí)，需要體現(xiàn)行為決策能力。

傳統(tǒng)的戰(zhàn)場推演，采用預(yù)先定義模擬各種作戰(zhàn)行動(dòng)的仿真實(shí)體活動(dòng)，通過人在回路的方式，組織作戰(zhàn)活動(dòng)進(jìn)程，形成仿真推演腳本，實(shí)施推演。這種模式無法仿真真實(shí)戰(zhàn)場復(fù)雜的交互、對抗行為。而孿生技術(shù)，可以綜合作戰(zhàn)概念對象的行為空間、狀態(tài)空間以及作戰(zhàn)知識(shí)，通過對抗學(xué)習(xí)模型，不斷演化模擬人的決策，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場孿生對象對不同層級(jí)的作戰(zhàn)概念對象的智能行為仿真，在孿生系統(tǒng)上疊加相應(yīng)的不確定性因素，最終實(shí)現(xiàn)對真實(shí)戰(zhàn)場在對抗行為上的高精度仿真。

3、戰(zhàn)場系統(tǒng)需要基于知識(shí)推理進(jìn)行缺失信息補(bǔ)償，消除部分不確定性

真實(shí)戰(zhàn)場本身是敵我雙方在信息對抗模式下的作戰(zhàn)行動(dòng)對抗，在不同層級(jí)的作戰(zhàn)概念對象均需要在不完全信息條件下進(jìn)行行為決策，人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、推理知識(shí)是行為決策的重要依據(jù)。而孿生系統(tǒng)，可以基于智能算法，對不完全信息，進(jìn)行融合與知識(shí)推理，實(shí)現(xiàn)缺失信息補(bǔ)償，為作戰(zhàn)概念對象的智能行為仿真，提供更好的訓(xùn)練和決策支撐數(shù)據(jù)。

據(jù)上所述，采用數(shù)字孿生技術(shù)，建立全息態(tài)勢感知，適配體系作戰(zhàn)要求，靈活模擬作戰(zhàn)模式，多層級(jí)協(xié)同仿真，實(shí)現(xiàn)孿生戰(zhàn)場構(gòu)建，從而為作戰(zhàn)、訓(xùn)練、推演等軍事需求提供多領(lǐng)域、全要素、智能化的能力保障。

基于戰(zhàn)場在作戰(zhàn)體系、作戰(zhàn)力量、作戰(zhàn)活動(dòng)與戰(zhàn)場環(huán)境這些維度要素的抽象，形成孿生戰(zhàn)場概念模型，如下圖所示：

孿生戰(zhàn)場的孿生體可分為作戰(zhàn)概念對象的孿生體以及戰(zhàn)場環(huán)境孿生對象兩種。戰(zhàn)場環(huán)境孿生對象為作戰(zhàn)概念對象提供了態(tài)勢信息的支持。作戰(zhàn)概念對象孿生體主要是圍繞狀態(tài)空間、行為空間和作戰(zhàn)知識(shí)，構(gòu)建對應(yīng)物理戰(zhàn)場實(shí)體對象的能力仿真與行為仿真。通過作戰(zhàn)概念對象孿生體的協(xié)同仿真，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)層級(jí)的戰(zhàn)場仿真。

孿生戰(zhàn)場能力框架

孿生戰(zhàn)場的目的是為了構(gòu)建與當(dāng)前作戰(zhàn)思想、作戰(zhàn)概念、作戰(zhàn)模式相適配的，包含戰(zhàn)場全要素且體系化的，反應(yīng)作戰(zhàn)行動(dòng)全流程的虛擬化戰(zhàn)場。它以作戰(zhàn)預(yù)案（需求）為牽引，以作戰(zhàn)體系為范本，以作戰(zhàn)力量為核心，以戰(zhàn)場環(huán)境為基礎(chǔ)，協(xié)同推進(jìn)作戰(zhàn)行動(dòng)，以監(jiān)視、融合、分析、評估、決策等能力，支撐各種數(shù)字孿生戰(zhàn)場應(yīng)用落地。因此，孿生戰(zhàn)場對戰(zhàn)場各個(gè)層級(jí)、各個(gè)維度要素的模型構(gòu)建、運(yùn)行均有明確的能力要求，如下圖所示：

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