２０１１年第１０期 中图分类号：ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２５５２（２０１１）１０—１３０１３—０４ 作战仿真中的机动行为建模方法研究 王栋，柏彦奇，孙 晓 （军械工程学院装备指挥与管理系，石家庄０５０００３） 摘要：以装备保障仿真为例，针对装备保障仿真机动行为建模中存在的模型逼真度不高的问 题，从机动行为的需求生成、环境因素的分析、指挥层建模、执行层建模四个方面进行了研究。 提出了适合装备保障仿真的机动行为建模方法，对解决装备保障仿真中机动行为模型的逼真度 具有一定的参考价值和指导意义。 关键词：作战仿真；机动行为；需求生成 Ｉ ｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｃｏｍｂａｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｍｏｂｉｌｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ＷＡＮＧ Ｄｏｎｇ，ＢＡＩ Ｙａｎ．ｑｉ．ＳＵＮ Ｘｉａｏ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＥｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｍａｎｄ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｔ￣ｉａｚｂｕａｎｇ０５００（￣，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅ ｆｏｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｍｏｄｅｌ’Ｓ ｌｏｗ ｉｆｄｅｌｉｔｙ ｉｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｂｉｌｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｆｏｕｒ ａｓｐｅｃｔｓ：ｍｏｂｉｌｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｆａｃｔｏｒ’Ｓ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｃｏｍｍａｎｄ ｌａｙｅｒ ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｅｘｅｃｕｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ ｍｏｄｅｌｉｎｇ．Ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｍａｙ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｖａｌｕｅ ｎａｄ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｉｄｅｌｉｔｙ ｏｆ ｍｏｂｉｌｅ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｂａｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｍｏｂｉｌｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ；ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ０ 引言 １ 装备保障仿真机动行为需求产生分析 机动行为模型是作战仿真模型体系中的一类通 从模型体系的构建来说，行为模型是为更好的 用模型，它是构建各种作战仿真实体行为模型的基 建立任务模型而产生的。对于每一种任务模型而 础。目前已经有很多机动模型的构建方法，但这些 言，它都是由一系列不同的行为模型组成的，这些行 方法往往只注重模拟机动行为本身的一些因素，比 为模型可以是通用的，比如机动行为模型、通信行为 如车辆或分队的机动速度、机动方向、空间位置变化 模型等，也可以是特殊的，比如装（卸）载行为模型、 等，对相关机动行为智能性的研究有所欠缺，比如指 拖救行为模型、牵引行为模型等。分析机动行为模 挥层对机动行为指导不足、执行层在机动过程中情 型的产生，需要分析相应的任务模型，并从任务模型 况处置研究不足，使得机动行为模型不能很好的反 中提取出来。 映真实的战场情况，从而影响了仿真系统的逼真度。 弹药（器材）保障、战场抢救和战场抢修是装备 本文以装备保障仿真为例，分析了机动行为产 保障的几种基本业务类型。弹药（器材）保障是弹 生的任务需求，环境因素对机动行为的影响，描述了 药（器材）保障分队从后方仓库到作战前沿进行弹 装备保障指挥层如何根据环境因素的影响和任务需 药（器材）运输的过程，战场抢救是应急抢救分队驾 求选择机动路线，装备保障执行层如何根据战术原 则针对各种复杂情况进行处置。 收稿日期：２０１１—０３—２８ 基金项目：国家自然科学基金项目（６０９０４０７１） 作者简介：王栋，男，硕士研究生，主要研究方向为装备保障建模与 仿真。 一ｌ３一 驶抢救车辆对损坏或淤陷装备进行拖救、牵引和后 分级描述的方式，首先约定通行性和地形属性的对 送的过程，战场抢修是技术修理分队携带修理工具 或驾驶工程保障车辆进行战损装备修理和备件供应 的过程 ］。可以从这些任务模型中分别提取出关 于机动行为的要素，从而构建出通用的机动行为 模型。 应关系，不同的通行性级别，对速度的影响也不同， 地形类型与通行级别对应关系如表１所示。 表１地形类型与通行级别的对应关系 地形 公路 土路 草地 丘陵 林地 通行性级别 ２ 影响机动行为的环境因素分析 在机动过程中用到的环境数据主要有高程、通 行性因素、天候条件以及战场实时情况等，在构建环 境模型时，必须对这些不同的环境因素进行量化描 述，转化为相应的数字信息，才能更好的模拟机动行 为。本文主要利用栅格数据结构描述这些环境 因素。 ２．１高程因素 高程对机动的影响间接表现为地形坡度对机动 的影响，所以要将每一个栅格单元的高程转化为坡 。 栅格单元中心点的高程根据每一个栅格单元的 四个已知数据点求出。确定的函数形式为： Ｚ：ａｏ＋ １戈＋ａ２Ｙ＋口３ ａ。，ａ ，ａ：，ａ，是所求的参数。假设四个已知点 Ｐ１（ １，Ｙ】， １），Ｐ２（ ２，Ｙ２， ），Ｐ３（ ３，Ｙ３，Ｚ３），Ｐ４（ ４， Ｙ４，ｚ ），代人上式，得： ａ０ １戈１ Ｙｌ １Ｙ１ １ ａｌ １ ２ Ｙ２戈２Ｙ２ Ｚ２ ａ２ １ ３ Ｙ３ ３Ｙ３ ３ 这样中心点就唯一确定了。 计算坡度的方法有多种，拟合曲面法是求解坡 度的最佳方法。拟合曲面一般采用二次曲面法，即 ３×３的窗口，每一个窗口中心为一个高程点。 坡度的计算公式： Ｓｌｏｐｅ＝ｔａｎ，￣Ｓｌｏｐ４。＋Ｓｌｏｐｅ￣， 坡向的计算公式： Ａｓｐｅｃｔ＝Ｓｌｏｐｅ ／Ｓｌｏｐｅ 式中Ｓｌｏｐｅ为坡度，Ａｓｐｅｃｔ为坡向，Ｓｌｏｐｅ 为 方 向上的坡度，Ｓｌｏｐｅ 为ｌ，方向上的坡度。 ， ｅｌ一幻 ‘ｏｐ ｗ ｅ４一ｅ２ ｏｐ ｓｎ ２．２通行性因素 通行性参数主要是由地表的属性信息来反映 的，由矢量地图来获取地表属性信息。通行性采用 ——１４一 沙地 ｌ级障碍 ２级障碍 矢量结构利用点、线、面描述地理实体，点、线、 面分别处于不同的数据层Ｌ３ Ｊ。地表属性数据来源 于矢量数据，首先应将它们转化为栅格数据结构，对 所有的地理特征都是以同一种方式表示的。一个点 用一个单元格来表示；一个区域用相邻的单元集来 表示。 转换之后的点、线、面数据处在不同的栅格数据 层上，需将数据层进行叠加，具体表现为每一个栅格 单元的属性的确定。利用重要性法ｓ（取对机动影 响较大的属性值作为栅格单元的属性）来确定。 ２．３天候因素 天候条件影响因素采用分级描述的方式，约定 修正系数级别和天候条件的对应关系，不同的修正 系数级别对速度的影响也不同。与通行性因素的表 示方法类似，这里不进行详细描述。 ２．４敌我情影响因素 敌情影响因素主要包括在机动过程中敌人对装 备保障分队采取的兵力、火力的袭扰，障碍物的实时 设置等。我情影响因素主要包括指挥机构对保障任 务的变更，自身的人员车辆受损，被保障单元的位置 变化等。敌我情影响因素的分析，主要用于执行层 的机动行为建模，执行层根据这些影响因素进行机 动行为的情况处置。 ３ 装备保障指挥层的机动行为建模 在真实的战场环境中，装备保障分队的各种行 为都是在指挥层相应的保障命令下完成的。就机动 行为而言，机动命令中所包含的主要内容不仅有机 动的起止时间，机动的起始点与终点，最主要的是要 有完整的机动路线。这就要求指挥层综合考虑战场 环境中的各个要素，按照一定的路径选优算法来确 定机动路线，从而使装备保障分队的机动行为具有 表２通行性级别与通行性因子问的对应关系 更高的效率。 ３．１ 影响因子的确定和表达 （１）坡度因素 可以采用 来描述坡度对速度的影响。坡度 在［０，３０。］范围内，坡度对速度的影响在［Ｏ，１］范围 内，可以利用线性插值的方法来求取某一个坡度值 对速度的影响。 ｆ１一，／３７，（０≤ ≤４３／３） 【０．００１，（ ≥√３／３） ３．２装备保障分队机动路线确定 （２）通行性因素 对于单值曲面Ｇ（ ，Ｙ，Ｚ）＝０，Ｇ上的一切曲线 选取 作为通行性影响因子 】，假设车辆正常 厂，必定能够在ＸＯＹ平面上找到一条与其对应的投 的机动速度为 ，在不同条件下的机动速度Ｖ＝ 影曲线 ，并且是唯一的，那么确定机动路线ｆ就可 ＢＶｏ。通行性级别和相应的量化 的对应关系如表 以将问题转化到寻找投影曲线￡上来，这样就由分 ２所示。 析三维空间转化为分析二维投影平面 】。确定机 动路线的具体流程如图１所示。 图１装备保障分队确定机动路线流程 一１５— 机动路线用点序列（（ ，Ｙ ，ｚ ），…，（Ｘ ｄ，Ｙ：， ：）），ｎ∈Ｎ表示，其中点（ ，，， ，ｚ ），ｉ∈Ｎ，ｉ≤ 称 ｛ 咖ｒｎ（Ｂ ））－＝ＩＯＪ ｋ≠０，ｋ＝１，２，…，Ｐ ，为“第ｉ个机动中间目标点”，依次连接中间目标点 的折线就是保障智能体的机动路线，由ｆ表示。坡 度影响因子用ａ表示，坡度用 表示，通行性影响 因子用口表示。 【∑ｍ（Ｂ ）＝∑０ ＝１ 说明装备保障分队通过感知行为可确定事件发 生的唯一状态。上式变为确定型决策问题，最优方 案 满足： 假设保障智能体的机动目标点在ＸＯＹ平面上 的投影坐标为（ ，Ｙ ）， 为一个仿真步长内平均 Ｅ（Ａ ／Ｓ）＝Ｑ Ｅ（Ａ’／Ｓ）＝ｍａｘＥ（Ａ ／Ｓ ） 当Ｂ＝｛５ ， ， ，Ｓ ｝（ｋ＝１，２，…，ｒｔ）时，这时各 机动距离， 为保障智能体在ＸＯＹ平面上的中间目 标点队列。图２说明了机动路线确定过程中在 ＸＯＹ平面上的投影关系。 图２保障智能体确定机动路线过程的空网不惹图 ４装备保障执行层的机动行为建模 信息化条件下战场环境极为复杂，敌军的作战 和保障行动、友军的作战和保障行动、地形气候的变 化等，都不是一成不变的，其变化有一定的随机性， 这些活动和变化对于装备保障分队的机动行为会产 生不同的影响。在现实的作战和保障过程中，遇到 这些复杂的情况，装备保障分队会根据经验或者战 术原则做出灵活的反应，调整动作方式或者修改短 期任务目标等，及时果断的进行处理，在符合战术原 则的条件下完成最终的保障任务。 装备保障分队通过感知行为来了解战场态势， 所获取的战场情况不一定是完全准确的，进行决策 时必须要考虑各种情况的发生概率 ｊ。假设所有 可行方案Ａ的集合称为决策空间，所有可能状态ｓ 的集合称为状态空间，方案的结果用收益函数Ｆ表 示，Ｆ（０，口）＝Ｑ （ｉ：１，２，…，／ｔ＇； ＝１，２，…，ｍ）。状 态空间、方案空间和决策函数共同构成一个决策系 统，记为（．ｓ，Ａ，Ｆ）。 （ｋ＝１，２，…，Ｐ；七≤ｒｔ）为感知空间，它是通过 感知行为对状态空间的划分。当ｋ＝ｎ时，装备保障 分队对外部自然环境有完全准确的感知，这时状态 空间就等于感知空间。装备保障分队面临的决策形 势如下： 一１６一 自然状态．ｓ 发生的概率０ ：ｍ（Ｂ ），这样只要知道 每种感知状态的收益Ｑ （ｉ表示方案序号， 表示感 知空间中各感知状态的序号），即可求得最优方案 Ａ ，于是将一类特殊的不完全决策问题转化为风险 型决策问题。 如果 中元素只有一个，则此时的Ｑ ＝Ｑ ； 如果Ｂ 中元素有多个，由于此时己经没有其他可用 的信息确定Ｑ ，这时借用不确定型决策准则中的 思想 求取Ｑ 。然后装备保障分队按期望效用最 大的原则来选择方案，最优方案Ａ’满足： Ｅ（Ａ ／ｓ）＝∑Ｑ ・ Ｅ（Ａ ／ｓ）：ｍａｘＥ（Ａ ／ｓ） 经过以上步骤，充分运用了不完全的感知信息， 得出不完全感知信息下的最优行动方案。 ５ 结束语 机动模型是装备保障行为模型中一种基础模 型，关系整个装备保障仿真的实现。本文从分析机 动行为的需求产生着手，综合考虑战场环境因素的 影响，提出了装备保障指挥层和执行层机动行为的 －建模方法，提高了装备保障仿真的逼真度。本文对 装备保障执行层机动时情况处置的方法研究不够深 入，在下一步的研究工作中，将重点研究决策方法的 改进，建立更加智能的机动行为模型。 参考文献： ［１］郭齐胜，罗小明，董志明．装备作战仿真概论［Ｍ］．北京：国防工 业出版社，２００７：１５７—１７９． ［２］李志林，朱庆．数字高程模型［Ｍ］．武汉：武汉大学出版社，２００１： 【３］周国义．空间数据库和空间信息系统［Ｄ］．武汉：武汉大学， ［４］张文诗，董成全．地形通行性的研究［Ｊ］．测绘学院学报， １９９６，１３（２）：１４３—１４７ ［５］樊胜利，柏彦奇，刘洁．面向装备作战仿真的智能机动模型的设 计与实现方法研究［Ｊ］．军械工程学院学报，２００９（６）：１—４． ［６］钟立力，王平，田东呵．机动作战路线选择的辅助决策系统模 型［Ｊ３．兵工自动化，２００７（７）：２５—２６． ［７］岳超源．决策理论与方法［Ｍ］．北京：科学出版社，２００３． 责任编辑：刘新影
