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美军面向多样化军事任务的建模仿真研究
时间:2019-10-20    评论:0
    来源:指挥与控制学报
    作者:陈亚洲,张鹏

    摘要 随着国际安全形势发生变化, 国家安全战略重心逐步向 “非传统威胁” 转变, 军事行动也逐渐拓展到遂行多样化军事任务. 美军最早系统研究关于多样化军事任务的辅助决策问题, 并开展了大量关于应对 “非传统威胁” 的建模与仿真活动. 梳理了美军支持多样化军事任务建模仿真的系统和工具, 重点讨论了联合分析系统 (Joint Analysis System, JAS) 和联合战区模拟系统 (Joint Theater Level Simulation, JTLS) 对多样化军事行动的支持能力, 分析了当前与多样化军事任务相关的建模与仿真技术的发展趋势, 并对我们开展相关领域研究提出几点启示和建议。

    当今世界, 传统威胁与非传统威胁、军事安全与其他安全问题并存, 多领域危机交织, 呈现出综合性、突发性、联动性、复杂性、多变性、灾难性等特征. 各国军队职能不断拓展, 任务不断延伸, 军事行动呈多样化趋势在指挥决策中需要考虑的因素多、决策难度大, 急需辅助决策手段支持, 因而建模仿真在军事领域得到广泛应用. 当前, 对多样化军事任务建模仿真研究最多的是美军. “9.11 事件” 促使美军将国家安全战略和军事战略重心逐渐向非传统威胁倾斜. 美军虽然没有明确提出 “多样化军事任务” 的概念, 但 2006 年版《联合作战纲要》关于军事行动的划分以及 “全频谱行动” 概念的提出均与我军 “多样化军事任务” 相似[1]。

    为此, 美军开展了大量关于应对非传统威胁的建模与仿真研究, 一些大型作战模拟推演系统也进行了相应功能拓展, 具备了支持多样化军事任务建模仿真的初步能力。

    1 建模与仿真重点向多样化军事任务的转变

    美军高度重视建模与仿真在军事领域的应用,他们认为建模与仿真是描述信息化战争的有效手段,具有科学性、经济性、安全性等诸多优点, 而且随着信息技术的进步, 在国防领域发挥的作用越来越大,因而不断加大投入, 拓展其应用范围. 美军将建模仿真技术广泛应用于国防采办、战略分析、作战实验、情报、计划、测试与评估、训练等七大领域, 它们基本覆盖了全部的国防军事活动[2]。

    美军的建模仿真活动与其军事战略及担负的使命任务密切相关, 并随着战略重心向 “非传统威胁” 倾斜, 其研究重点也在发生相应改变。

    如图 1 所示, 从 1996 年开始, 美国防部相关部门开始组织非战争军事行动 (Military Operations Other Than War, MOOTW) 辅助分析工具的需求论证, 太平洋司令部、军事运筹学会、联合司令部的联合需求与一体化部、国防部办公厅的项目分析与评估局等单位先后参与了该项工作. 1998 年,主管审计的国防部副部长办公室开始组织美防务分析所 (Institute of Defense Analyses, IDA) 开发MOOTW 费用分析工具. 此后, 洛克希德 · 马丁公司的数据系统研究与开发项目高级技术组重新定义了 MOOTW 兵力结构分析工具的需求[3]。


图 1 美国防部 MOOTW 分析工具定义过程

    其实, 美军建模与仿真界对MOOTW概念 的 定 义 还 比 较 模 糊, 有 的 称 之 为 低 强 度 冲突[4](Low Intensity Conflict, LIC), 有的称之为维稳行动[5](Stability Support Operations, SSO), 有的称之为小规模冲突事件[6](Small Scale Contingencies, SSC). 在 “9.11 事件” 以后, 美军逐步建立并完善了 “应对全球威胁” 的概念, 将军事行动分为传统战争 (Traditional)、非常规战争 (Irregular)、灾难 (Catastrophic) 和反叛乱 (Disruptive) 等 4 个大类。

    与此同时, 建模与仿真所关注的重点也逐渐从传统战争向其他 3 类进行转移[7], 如图 2 所示。

图 2 建模与仿真界关注重心的转移

    美军 2006 年版的《四年防务审查报告》认为,当前的建模与仿真技术已不能满足各领域各层次的应用需要. 2009 年, 美军防务分析所的研究报告也同样认为, 当前军事分析领域面临的形势和任务已悄然发生了巨大变化. 美国国防部在军事战略上, 已从过去的 “筹划打赢面向主要特定区域的战争” 逐渐转向了当前的 “开展内涵更为宽泛的军事行动”,而这些军事行动并非都是常规作战, 比如维和行动和全球反恐等[8], 如图 3 所示。


图 3 美国防部分析界面临的挑战

    美国防部很早就意识到上述转变对建模与仿真的挑战. 2007 年, 国防部对建模与仿真能力与现美军 2006 年版的《四年防务审查报告》认为,当前的建模与仿真技术已不能满足各领域各层次的应用需要. 2009 年, 美军防务分析所的研究报告也同样认为, 当前军事分析领域面临的形势和任务已悄然发生了巨大变化. 美国国防部在军事战略上, 已从过去的 “筹划打赢面向主要特定区域的战争” 逐渐转向了当前的 “开展内涵更为宽泛的军事行动”,而这些军事行动并非都是常规作战, 比如维和行动和全球反恐等[8], 如图 3 所示。

    美国防部很早就意识到上述转变对建模与仿真的挑战. 2007 年, 国防部对建模与仿真能力与现实之间的差距进行了评估, 并提出了解决问题的建议. 评估认为, 非常规战争与全球反恐 (Irregular Warfare and Global War on Terrorism,IW/GWOT) 领域的建模与仿真能力还存在不足,主要表现在方法、工具、数据及情报等各方面。

    为此, 他们建议在国防部范围内建立一个 “卓越中心”(Center of Excellence, COE), 统一组织与IW/GWOT 相关的建模与仿真活动[8]。

    非常规战争通常采取间接的、非对称的方式作战, 它可能会动用几乎所有类型的军事力量, 以挫败对手的力量、影响和意图[9]。 非常规战争也是全球反恐的主要形式, 包括反叛乱行动、打击恐怖主义、维稳/安全防护/过渡/重建、非传统作战、战略通信、心理战、信息战、情报/反情报活动、对民事行动的支援、对国外的防御支援、跨国执法行动等行动样式。

    综上, 美军尽管对 MOOTW 概念的理解不统一, 且与《联合作战纲要》对军事行动的定义不完全一致, 但不难发现其建模与仿真的重心逐步向传统战争以外的多样化军事任务进行转变。

    2 美军多样化军事任务相关建模仿真工具

    美军研制了多套面向多样化军事任务的专业仿真工具, 仿真对象涉及经济、外交、社会冲突、人类认知、自然环境等多个领域. 美军在仿真系统建设中非常强调重用性, 一种新的建模与仿真需求提出后,首先分析现有系统和工具的可用性, 尽量采用既有系统或在既有系统基础上进行改造. 在进行大型联合作战模拟系统设计时, 强调使用统一模型框架并试图兼顾多种应用需求, 要求系统具备较强的开放性和可扩展性. 比如, JAS 和 JTLS 都初步具备了对多样化军事任务的支持能力。

    2.1 美军多样化军事任务的建模与仿真研究

    1999 年, 美军在组织关于 MOOTW 的模拟仿真时, 专门分析了现有系统和工具的支持能力[3], 如表 1 所示.2008 年, Dean Hartley 分析了美军支持多样化军事任务的多种工具, 其中 15 种对多样化军事任务具有中等以上的支持能力, 且有 7 种可进行模拟仿真, 如表 2 所示[10], 它们可不同程度地支持DIME/PMESII 的相关研究, 其中 PMESII 包含政治、军事、经济、社会、信息、基础设施等内容, 而DIME 主要指与多样化军事任务相关的外交、信息、军事、经济等因素。

    2.2 JAS 对多样化军事任务的支持能力

    JAS 系统的前身是 JWARS[11](Joint Warfare System, 联合作战仿真系统). JWARS 于 1995 年 9月开始研制, 可支持美军在各种联合作战行动中的需求分析. 鉴于 JWARS 也可用于非战争军事行动领域的评估, 2006 年 8 月正式更名为 JAS. JAS 系统采用蒙特卡洛仿真方法进行模拟推演, 可实现多方参与的联合战役的均衡建模[12], 该系统初步具备了模拟国土安全、国土防御、人道主义行动等多样化军事任务的能力[13]。



    1) 战区导弹防御仿真. 支持靶弹模拟、机载激光反导、国防支援卫星导引、战区弹道导弹防御指挥控制、战区中层宽域导弹防御、末端导弹防御等行动仿真。

    2) 大规模杀伤性武器作战仿真. 支持化学战进攻与防御、核与生物武器作战、作战单元效能计算等仿真。

    3) 情报侦察监视仿真. 支持联合战役级的情报侦察、情报收集、认知管理以及作战识别等仿真。

    4) 指挥控制通信仿真. 支持联合特遣队指挥控制, 陆海空战役级指挥控制, 战区通信、预警、电子战, 以及指控系统修复等仿真。

    5) 战区后勤仿真. 支持道路和空中运输、作战支援、驻地国支援、铁路和管道运输、维修和服务支援等仿真。

    6) 跨战区行动仿真. 支持跨战区空中投送、运输防护、后勤协调控制、非战争救援行动等仿真。

    2.3 JTLS 对多样化军事任务的支持能力

    JTLS 系统于 1983 年正式启动建设, 历经多年开发、升级和应用, 具有支持战区战役演习、辅助制定与完善作战计划、武器装备效能评估、作战支援系统验证等能力. JTLS 系统可模拟地面作战、海上作战、空中作战、特种作战、指挥控制、情报支援和后勤保障等行动[14], 还支持作战方案优选、武器装备效能评估、C4I 作战支援体系的测试和验证以及指挥参谋人员作业训练[15]. JTLS 系统的模型体系具有很强的可扩展性, 当前已有部分模型支持非战
争军事行动的模拟推演, 比如海上封锁、空中管制和非战斗人员撤离等。

    1) 作战计划的拟制与实施. 一是可描述作战部署和演习情况; 二是可模拟多方参与的联合行动; 三是可在毗邻区实施战场机动; 四是能够进行危险识别和交火条件判定; 五是可实现大规模的兵力集结与部署; 六是能够模拟战区内兵力部署所需的后勤保障; 七是能够模拟港口、基础设施及物资设备等;八是能够通过模拟空中行动展示决心并制止冲突。

    2) 海上封锁计划拟制与实施. 一是能够模拟美军兵力的海上封锁行动; 二是可模拟美军与敌方舰船间的接触与对抗, 包括情报收集管理、维稳处突、为盟军提供保护等; 三是可模拟盟军在美军帮助下的海上封锁行动。

    3) 强制执法与管控犯人. 一是可模拟盟军指派代表到美军控制区域, 担负战俘管理任务; 二是可模拟敌方作战单位的投降行为, 投降单位将被集合在指定区域; 三是可模拟由战俘问题导致的其他情况,如大规模战俘产生的社会心理问题等。

    4) 空中管制. 可模拟飞行轨迹的识别, 支持飞行航线和飞行区域的设置. 不同作战方的识别难度和准确率有所不同, 如已方识别正确率可达 85 %, 而它方识别正确率只能达到 50 %。

    5) 非战斗人员撤离. 能够模拟难民以及其他非战斗人员的撤离行动, 具体包括: 部队经过非战斗人员毗邻区时的拥堵与时滞情况; 民事小组被指派到特定区域处理难民问题; 盟友开展的营救行动。

    6) 保护空中、地面和海上交通安全. 一是能模拟海上力量的封锁行动和反封锁行动, 包括布设与排除水雷、反潜巡逻、火力支援及海上护航等; 二是能够模拟空中巡逻、空中告警与控制、空中护航以及其他维护空中交通线的行动; 三是能够模拟情报收集与识别对补给线的威胁, 指挥部接收到此类威胁信息后将派出地面安全部队进行处置。

    3 美军多样化军事任务相关的建模与仿真研究趋势

    近年来, 随着美军战略的调整, 国防部要求建模与仿真界为多样化军事任务决策提供更有效的技术支持. 但由于多样化军事任务涉及的专业领域多、定量描述难度大, 该领域的建模仿真面临很多困难,仍需拓展相关理论和技术研究, 以适应多样化军事任务建模与仿真的需求。

    美军认为, 对传统战争的建模与仿真主要依赖于物理域的描述, 但多样化军事任务涉及到社会、文化、心理、法律等多个领域. 不同于传统战争的建模与仿真, 与多样化军事任务相关的建模与仿真需要大量的社会科学理论和技术, 以描述与社会、文化以及人类行为相关的活动. 当前建模与仿真理论和技术与多样化军事任务模拟需求间尚存在巨大差距,主要困难包括:

    1) 社会结构的模拟. 比如, 局部恐怖袭击事件对整个社会的影响, 需进行微观建模与宏观模拟的整体考虑, 但当前对社会结构及其变化规律的建模仿真仍缺少理论和数据支撑。

    2) 信息战的模拟. 一是多样化军事任务中的信息战涉及到认知域, 而人的想法很难用物理模型描述; 二是多样化军事任务中的信息战模拟可能需要多阶模型来解决; 三是多样化军事任务中信息战大多只能采用描述性社会科学建模, 这类模型很难用计算机实现。

    3) 社会网络的模拟. 这不仅需要简单的网络图分析, 还需要对复杂社会网络节点间的多种多样关系进行建模仿真。

    针对上述困难, 美军建模与仿真界认为, 当前应重点研究以下方法和技术[16]:

    1)“对抗式” 推演. 通过采用 “人在回路” 的方法, 将计算机难以描述的 “人的因素” 由扮演不同角色的人来替代。

    2) 基于 Agent 的仿真方法. 多样化军事任务需要模拟的微观行为比传统战争更多, 而基于 Agent的仿真方法可有效模拟微观个体的自主决策行为。

    3) 人工智能技术. 主要包括专家系统技术、基于不确定理论的定性推理技术、机器学习技术、深度学习技术等。

    4) 系统动力学方法. 系统动力学能够描述自然界和人类社会的自适应平衡机制; 能够通过现象间反馈关系的建模反映系统的内部机理。

    5) 一体化集成技术. 针对多样化军事任务建模与仿真面临的困难, 需综合应用多种理论和方法, 从不同侧面共同描述同一问题。

    4 结论

    美军面向多样化军事任务的建模仿真研究对我们有以下几点启示:

    1) 应高度重视面向多样化军事任务的建模仿真研究. 美军认为, 其当前辅助决策模拟的相关技术、方法和工具无法满足多样化任务现实需求, 并将建模与仿真研究的重点转向该领域. 当前, 我国与美国一样面临传统威胁与非传统威胁、军事安全与其他安全问题并存的局面, 军队需要做好履行多样化军事任务准备, 建模仿真界应考虑为军队提供面向多样化军事任务辅助决策的仿真模拟手段。

    2) 美军在联合作战模拟系统基础上拓展形成多样化军事任务模拟能力的作法值得借鉴. 战争行动与非战争军事行动使用的力量大致相同, 在指挥决策的方法、流程及内容上也有相似之处. 因而, 用于非战争军事行动的模拟系统在功能、性能需求以及模拟对象和内容上, 与大型联合作战模拟系统存在大量相同或相似的部分. 美军的 JAS 系统及 JTLS系统在经过改造后, 初步具备了支持多样化军事任务模拟的能力. 由此表明, 在大型联合作战模拟系统基础上拓展形成多样化军事任务模拟能力, 在理论上可行, 美军也已有过成功的实践, 可作为我们研制多样化军事任务模拟系统的一条思路。

    3) 结合实际借鉴美军多样化任务建模与仿真建设经验. 我军与美军在使命任务性质及研究基础方面存在差别. 在使命任务性质方面, 美军作为当前全球唯一超级大国扮演着 “世界警察” 角色, 参与世界范围内的军事冲突, 特别是在实施全球反恐过程中经常需要进行跨国及多国协作军事行动. 我军虽然也参与一些国际维和、国际反恐、国际人道主义救援等行动, 但相对美军频度少. 我军遂行多样化军事任务的重点是国内的反恐、维稳、抢险救灾、安保警戒等, 因而在对模拟决策需求上与美军有所区别. 在研究基础方面, 美军在多样化任务建模与仿真研究中, 重点关注社会及人类行为的建模. 从公开发表的成果看, 当前我军在社会域和认知域建模与仿真研究方面, 理论较为薄弱, 应用成果不多见, 不具备以社会及人类行为建模为重点开展工程性研究的条件,建议有针对性地借鉴美军成熟经验和相关做法。

    参考文献(References)略

    作者简介:
    陈亚洲 (1972—), 男, 博士, 研究员, 主要研究方向为仿真模拟、作战规划.
    张鹏 (1987—), 男, 博士, 助理研究员, 主要研究方向为系统仿真、知识工程、元建模、作战规划.
    E-mail: zhangpeng yes@163.com

标签:美军战场军事
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