无人作战分队的不确定性作战任务建模
张 泽，武富春，王 明，董祺宁，何泽源
（北方自动控制技术研究所，太原 030006）
摘 要： 现代战争战场形势复杂多变，若忽略任务的不确定性带来的影响，则可能导致生成的作战任务在实际战场中无法准确执行，针对此问题，在结合IDEF0和IDEF3建模方法的基础上，考虑了任务的不确定性因素，加入了概率学的理论，依此建立了无人作战分队的不确定性任务模型。分析了任务之间的联系，给出了相应的图元映射表。对IDEF0和IDEF3的建模方法作了阐述。最后对一个无人作战分队攻占主要夺控点的不确定性作战任务进行了建模，验证了该方法的有效性。
关键词： 无人作战分队，不确定性，作战任务，建模，IDEF0，IDEF3
0 引言
随着信息化战争的不断发展，无人武器在战场中开始崭露头角，在作战任务复杂、作战环境恶劣的情况下，使用无人武器可以降低战场损耗也提升了作战效率。在基于无人武器的作战背景下，以作战任务为中心的特点越来越突出，在此环境下，无人分队的任务规划系统也变得格外重要，任务规划的基础是作战任务的建模，如何用统一便捷的建模方式让复杂多变的作战任务变成通俗易懂、便于理解的作战方案是本文的研究重点，为进一步转换为计算机语言打下基础。
国内外军事专家在任务建模方面已经取得了一定的研究成果［1-2］，文献［3-4］对作战任务的概念进行形式化描述，形成作战任务的高层本体并对作战任务的过程进行了分析与描述，能够满足各作战指挥系统对任务的统一理解；文献［5］依据作战任务的特点，提出了一种作战任务形式化描述的流程，采用IDEF3模型表示任务的执行过程；文献［6］针对复杂战场环境下作战任务不可预知的特点，对不确定性任务形式化描述进行了进一步的研究，提出了不确定性任务形式化描述流程；文献［7］为解决作战任务的建模问题，提出了一种IDEF和UML建模语言相结合的建模方法。
查阅综合的文献，可以看出国内外专家对无人分队的不确定性作战任务建模方面鲜有研究。因此，本文为解决作战任务的不确定性对无人作战分队在实际战场中执行任务的影响，分析了作战任务存在的不确定性因素，在经典的系统分析理论方法IDEF的基础上，选择其中符合需求的IDEF0和IDEF3作为本次研究的建模方法，加入了作战任务的不确定性因素，提出了一种基于IDEF0和IDEF3的不确定性作战任务建模方法。
1 作战任务的不确定性分析
无人分队的作战任务是一个复杂的、多变的过程，在作战过程中，由于战场环境复杂多变、信息不准确等原因，会导致作战任务遭到干扰甚至是失败。因此，如何处理好作战任务的不确定性因素是关键。本文主要考虑3个方面的不确定性:
1）作战任务存在的不确定性。在无人分队作战中，总指挥员下达一个作战命令，操作员将作战任务输入任务规划系统，由系统对任务进行分解并分配给各个作战单体，但由于情报、传感器测量等因素的影响，任务可能是不存在的，因此，作战任务是否存在具有不确定性。
在对作战任务分析的基础上，对其进行形式化描述，将其定义为由以下九元组组成:Task=＜Name，ID，Obejct，Type，Line，Number，Operation，Δt，Time＞。其中，Name表示任务名称；ID表示作战任务编号，是该作战任务在任务库的唯一标识；Object表示作战任务目标对象；Type表示执行作战任务的单体类型，分为两种:无人坦克和无人装甲车；Line表示作战任务的队形选择，比如:线性队形、三角队形、梯形队形；Number表示作战任务所需要的作战单体的个数；Operation表示执行任务所需要的能力；在任务分解的过程中，可能由于情报的不准确而导致子任务不存在，因此，定义1:Δt=p（Tj/Ti），表示上层任务Ti存在的情况下子任务Tj存在的概率；Time表示 作 战 任 务 时 间 Time=＜Time_Begin，Time_Last，Time_End＞，其中Time_Begin表示任务开始的时间，Time_End表示任务结束的时间，Time_Last表示执行任务持续的时间。
3）任务执行时间的不确定性。包括任务开始、结束时间以及任务持续时间。不同任务对执行时间有着不一样的约束，而执行时间受到很多因素的干扰，如战场态势、作战环境、各单元作战能力、协同作战能力等，具有很强的不确定性。
其中，IDEF0模型的基本思路是结构化分析法，它能同时表达系统的活动（用盒子表示）和数据流（用箭头表示）以及它们的联系，按照自顶向下，逐层分解的结构化分析描述和建立系统的功能模型。而IDEF3建模方法则适用于并行工程中的过程描述和表示。
当然，在任务执行过程中也会存在一些不确定性，如机械误差、操作员失误等，这些属于不可避免的，在这里不作过多的研究。
西方园林最早可以追溯到古埃及时期，当时是为了农事耕种的需要。从古埃及的宅园到中世纪的庭园，其间经过古希腊、古罗马园林，是规则式园林的发展阶段。文艺复兴运动将欧洲园林艺术带入了新的一个发展阶段，法国的古典主义更是使欧洲的规则式园林艺术达到不可逾越的高峰，由勒诺特尔设计的凡尔赛宫便是在此时产生。凡尔赛宫虽是皇家园林，但法国不像中国有着专制主义中央集权的传统。法国是15世纪末到16世纪初才形成中央集权国家。17世纪中叶，法国的君主专制制度达到顶峰，路易十四登上王位，君主权利高度集中，凡尔赛宫就是在法国君主专制达到顶峰时的产物。与中国不同的是，凡尔赛宫除了是一座皇家园林外，还承担了皇室宫殿的功能。
2 不确定性作战任务建模
2.1 作战任务建模方法分析
IDEF是美国空军在结构化分析和设计方法基础上发展的一套系统分析和设计方法，是比较经典的系统分析理论与方法。从IDEF0到IDEF14共有16套方法，每套方法都是通过建模程序来获得某个特定类型的信息。
“那我试试。”向来抵触朝敏数落的他，这回却认真地答应了。在儿子发生这样的变化以后，他也意识到孩子走上偏道跟自己错误的示范和教育不无关系，他的确是该收敛一些了。
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本系统的设计采用浏览器/服务器（B/S）体系结构，分为4层，从上至下依次为：应用层、逻辑层、智能合约层和区块链层，如图1所示。
为满足作战需求，作战任务建模需要满足几个要求:1）自上而下的分解功能；2）任务和任务之间的逻辑时序关系；3）作战任务本身的属性刻画。
而IDEF0和IDEF3两种建模方法可以满足以上需求，因此，选用两者相结合的建模法来进行建模，组成如图1所示的任务分解模型。为下一步开发人员将模型转化为数学模型奠定基础。
图1 任务分解模型
2.2 作战任务属性描述
作战任务的形式化描述不仅要让任务规划系统识别并仿真，还要使作战人员能够理解使用。作战任务是对作战使命的细化，涉及的主要因素包括:1）作战单元的作战环境；2）作战目的；3）作战关系；4）作战时间。
2）任务之间的关系的不确定性。任务之间有着各类约束关系，如父任务对子任务有递进关系，子任务与子任务之间存在顺序关系，也有与关系和或关系。任务之间的各种关系是任务规划系统根据传感设备反馈回来的战场态势和情报信息进行判断的，导致任务之间具有不确定性。
削弱社会大众由于“杨丽娟事件”的“污名化”运动对粉丝群体形成的刻板认知，让更多人看到粉丝形象积极的一面。
2.3 基于IDEF0的作战任务功能建模
在无人分队作战任务的分解过程中，用表1所对应的图元建立不确定性任务分解模型，确定任务之间的逻辑时序关系。
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IDEF0模型中方框表示的是一个任务的具体属性，其中输入可以分为3种:输入、控制和机制，三者共同组成ICOM，IDEF0模型利用ICOM能同时表达作战任务、作战任务的输入输出信息、作战任务的执行实体（用机制表示），以及作战任务的控制条件（用控制表示），如图2所示。作战任务的输入则为上一级任务的输出，如果是顶层的作战任务可以认为输入为指挥员发出的作战指令，以及侦察得到的情报信息。机制是对活动功能的制约和规定，在作战任务中由装备、队形、数量组成，控制部分由作战启动时间、结束时间、执行规则和执行概率Δt组成，具体如图3所示。
图2 IDEF0模型示意图
图3 作战任务的IDEF0模型
2）根据任务要求判断是否需要进行下一步分解，若需要转回步骤1），否则进行步骤3）；
2.4 基于IDEF3的作战任务过程建模
IDEF3的特性在于可以通过过程流网来作为获取、管理和显示以过程为中心的知识的主要工具。在作战任务中可以通过其来表示任务之间的逻辑时序关系，帮助细化作战任务的属性。
综合之前学者们的研究，可以将作战任务之间的关系归纳为4种逻辑关系，结合文献［3］中提出的不确定性关系的描述方法，采用IDEF3提供的图元可以准确地表达各种逻辑关系，具体映射关系如表1所示。
表1 任务逻辑关系映射表
IDEF0主要是通过简单的图形符号和自然语言清楚、全面地描述系统功能活动和数据流，以及各活动、数据流之间的关系。
3 不确定性作战任务建模流程
本文首先归纳总结了作战任务中存在的不确定性，然后介绍了IDEF0和IDEF3两种建模方法，分析了如何用两种方法对不确定性作战任务进行建模，建模的流程如下:
国外再生水利用规划的基本思路是在各种限制条件下确定项目方案，规划过程与可行性分析形成一体两面的关系。这是因为再生水利用的特殊性：法律规范比较复杂，市场需要精确定位，处理技术有特殊要求，社会认知基础相对薄弱，健康和环境风险较高，管理的专业性强等。因此较之其他供水项目，再生水项目的可行性问题更为复杂广泛，标准更加刚性。可行性分析是再生水项目规划的核心内容，包括水源、市场需求、相对其他替代方案的竞争力、成本有效性、技术要求以及技术可行性、融资可行性、社会接受度、健康和环境影响、管理的专业性等。
1）对受领的总任务进行分解，得到下一层的子任务，并用IDEF0对顶层任务进行建模；
在对顶层任务进行逐层分解后最终得到若干个不可再分解的任务，这些任务是子任务也是无人作战分队最终执行的任务，子任务之间也存在一定的联系和不确定性关系，利用IDEF0可以清楚地表示出作战任务之间的关系以及数据流的走向。
3）综合获取的情报资源计算分解后的子任务执行概率；
4）分析分解过程中总任务和子任务间以及子任务和子任务之间的逻辑关系，并用IDEF3对其进行建模；
因为高速公路桥梁施工伸缩缝工艺精细度较高，这就需要技术部门结合施工项目的基本情况建立更加有效的施工方案，以保证具体操作流程的完整性和时效性，维护管理效果。因为伸缩缝的位置要保证沥青平整度，所以，施工部门在切缝工作开始前，要对平整度予以系统化测试和分析，依据施工现场的数据收集对切割面宽度、伸缩缝切缝施工作业流程等进行统筹分析，优化路面平整度和伸缩缝施工质量，也为管理工作的全面升级奠定基础。
5）每一次分解得到子任务，分析其间的逻辑关系，并用IDEF0对其进行建模。
通过该建模方法得到的作战方案，充分考虑了在实际作战过程中存在的由不确定性因素引起的突发情况，并以概率的方式表达，提出了不确定性作战任务建模方法。让作战人员直观地、明确地理解复杂的作战任务，提高了作战人员的工作效率，也为进一步转换为电脑语言奠定基础。
4 案例分析
下面给出一个具体的例子，对不确定性作战任务进行建模分析。
假设红蓝双方在主要夺控点僵持不下，红方部队要夺取主要控制点赢得战机。红方部署支线部队绕过主要夺控点西侧山脉至旁侧行军，截断蓝方后方部队，但西侧山脉地势复杂，有85%的概率存在雷区，途中可能有蓝方部队的威胁；若从主要夺控点右侧平原进攻，虽然东侧平原地势较为明朗，但根据情报，有75%的概率存在雷区且确定有蓝方导弹部队在此设防；主战场上，红方部署主力部队以防御蓝方主力。因北面有蓝方支援部队正在前来，故红方西侧支线部队需在6 h内突破地形，到达北侧A大路截断蓝方支援部队。东侧支线部队则需清除障碍物，突破蓝方封锁线，支援主力部队；主力部队则需在主战场进行防御或者视情况进行进攻。
从总体上看，该任务的目标是突袭和防守反击，首先建立整体任务的树状图，对任务进行分解分析，如图4所示。再根据IDEF0和IDEF3的特点，首先使用IDEF0建立顶层攻占主要夺控点任务模型，如图5所示。因为往下层分解任务存在一个流程，所以使用IDEF3建立作战任务模型，如图6所示。
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图4 任务分解树状图
图5 IDEF0建立顶层作战模型
在用IDEF0建立顶层作战模型后得到了下一步的作战计划，作战计划分为3个分支，有相互之间的关联，因此，采用IDEF3建立分解任务模型。3个任务根据作战需求均为必须完成的任务，执行概率为100%。
图6 任务分解的IDEF3模型
以西侧突袭任务为例，利用IDEF0的特点建立底层作战任务的模型。西侧突袭任务往下分解为3个子任务，且其相互之间有一定优先级的关联，如图7所示。
图7 利用IDEF0为子任务建模
5 结论
本文以无人作战分队的不确定性任务建模作为研究目标，分析了作战任务存在的3种不确定性。在经典的系统分析理论方法IDEF的基础上，选择其中符合需求的IDEF0和IDEF3作为本次研究的建模方法，加入了作战任务的不确定性因素，给出了不确定性作战任务建模方法。并选择了一个红蓝双方夺取主要控制点的案例，对其进行了不确定性作战任务建模，证明它是一种可行、有效的建模方法。该建模方法具有一定的研究前景。
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Uncertain Combat Mission Modeling for Unmanned Combat Units
ZHANG Ze，WU Fu-chun，WANG Ming，DONG Qi-ning，HE Ze-yuan
（North Automatic Control Technology Institute，Taiyuan 030006，China）
Abstract: The battlefield situation of modern warfare is complex and changeable.If the influence of the uncertainty of the task is neglected，the generated combat missions may not be executed accurately in the actual battlefield.For this problem，this paper is based on the combination of IDEF0 and IDEF3 modeling methods.In addition，considering the uncertainty of the task，the theory of probability is added，and the uncertainty task model of the unmanned combat unit is established.This paper first analyzes the relationship between tasks and gives the corresponding primitive mapping table.Then the modeling methods of IDEF0 and IDEF3 are explained.Finally，the uncertain combat mission of an unmanned combat unit to capture the main control points is modeled，and the effectiveness of the method is verified.
Key words: unmanned combat units，uncertainty，combat mission，modeling，IDEF0，IDEF3
中图分类号： TJ01；E919
文献标识码： A
DOI： 10.3969/j.issn.1002-0640.2019.04.020
引用格式: 张泽，武富春，王明，等.无人作战分队的不确定性作战任务建模［J］.火力与指挥控制，2019，44（4）:97-100.
文章编号： 1002-0640（2019）04-0097-04
收稿日期： 2018-03-10
修回日期： 2018-04-18
作者简介：
张 泽（1993- ），男，江苏扬州人，硕士研究生。研究方向：军用计算机研发。
武富春（1966- ），男，山西盂县人，研究员级高级工程师。研究方向：火控总体技术。
Citation format: ZHANG Z，WU F C，WANG M，et al.Uncertain combat mission modeling for unmanned combat units［J］.Fire Control&Command Control，2019，44（4）:97-100.
标签：无人作战分队论文; 不确定性论文; 作战任务论文; 建模论文; IDEF0论文; IDEF3论文; 北方自动控制技术研究所论文;