基于兵棋推演系統的作戰方案評估方法研究

來源：《兵器裝備工程學報》，作者秦園麗

摘要：在分析總結模糊綜合評判法、BP神經網絡法、探索性分析法3種常用作戰方案評估方法的基礎上，提出了基于戰術導彈兵棋推演系統實施導彈部隊作戰方案評估的方法，提煉出進行作戰方案評估的具體內容，并從系統數據準備、細化行動方案、建立評估指標體系、組織實施推演、復盤關聯分析、對比優選方案六個階段對作戰方案實施評估，對評估導彈部隊作戰方案具有重要的現實意義。

關鍵詞：兵棋；戰術導彈兵棋系統；作戰方案；評估

作戰方案亦稱作戰預案，指在預判敵方兵力部署及可能采取行動的基礎上，根據首長決心擬制的對作戰進程和戰法的設想，內容通常包括情況判斷結論，上級企圖和本部隊任務，友鄰任務及作戰分界線，各部隊的編成、配置和任務，作戰階段劃分，各階段情況預想及處置方案，保障措施、指揮的組織等。導彈部隊由于其武器裝備的復雜性和參戰要素的多元性，依據方案行動是導彈部隊遂行作戰任務的基本方式，作戰方案的科學性和合理性在一定程度上決定了其作戰效能的發揮，因此必須通過科學的手段對作戰方案進行評估[1-2]。

作戰方案的評估指對作戰方案的可行性、風險度、作戰效益等進行的評價和估量，是確保形成最佳決策的必要環節。作戰方案的評估方法可以分為軍事運籌分析法和仿真驗證實驗法。軍事運籌分析是較為常用的作戰方案評估方法，例如模糊綜合評判法、BP神經網絡法等，這些方法對專家經驗和知識的依賴性強，多偏向于理論分析，評估結果的解釋性不強，缺乏實際應用價值，與部隊作戰脫節。仿真驗證實驗法是一種探索性分析方法，主要基于作戰仿真實驗完成對軍事問題評估優化，對戰爭行動模擬逼真，評估結果說服力強。兵棋推演是一種探索性仿真驗證實驗方法，目前美國已其廣泛應用于作戰方案評估領域，在近年幾場局部戰爭中均發揮了重要的先驗作用，國內對此研究則相對滯后，尚處于學習探索階段。本文提出了基于戰術導彈兵棋系統實施導彈部隊作戰方案評估方法，通過模擬作戰區真實戰場環境、仿真紅藍雙方回合制對抗行動，在行動推演過程中采用“人在回路”的模式檢驗作戰行動和方案計劃在實施過程中可能出現的問題和不足。是導彈部隊作戰方案評估的新探索性方法。

1?作戰方案評估常用方法

1.1?模糊綜合評判法

利用模糊綜合評判法對作戰方案進行評估是指利用模糊數學中隸屬度的方法對作戰方案中各指標的好壞程度進行量化，建立靜態或動態的作戰方案評估指標，對各個指標的重要性加權處理，通過模糊運算對作戰方案中多個因素、多層次指標進行綜合評價[3]。

對照圖1中的各級指標，分別建立每一級評估對象的因素集Ui={u1,u2,u3，…,ui}，根據指標重要性，建立相應的權重集Wi={w1,w2,w3，…,wi}，對作戰方案優劣的程度的評價，確定5個等級建立評語集V={優,良,中,差,極差}，由模糊映射關系得出模糊矩陣如式(1)，并建立導彈部隊作戰方案模糊綜合評判模型如式(2)。

Ri=[rmn]k×5,?m=1,2,3,…,k

(1)

(2)

采用取乘或有界算子作為作戰方案模糊綜合評價的運算模型，得出S={s1,s2,s3,s4,s5}，經歸一化處理后，得出S中的各向量元素即為評語集V中各評估等級的隸屬程度，綜合分析可得到作戰方案評估結論。

1.2?BP神經網絡法

BP神經網絡法是通過建立神經網絡實現作戰方案評估，網絡輸入向量Y0=?f{a11,a12，…，amn}為作戰方案的評價指標的模糊量化信息，對應網絡輸出向量Yi的級別為作戰方案的級別。

記評估方案的樣本標號為u，輸入層為a11,a12，…，amn，建立k個導彈部隊作戰方案評估指標，記輸入層為

隱含層為

輸出層為

為隱含神經元到輸出神經元的權。

人工神經元的狀態激勵函數:

(3)

隱含神經元的輸入:

(4)

對應輸出狀態:

(5)

輸出單元i所接收的迭加信號:

(6)

最終輸出為:

(7)

其神經網絡示意圖如圖2所示。

圖1 作戰方案評估指標體系框圖

圖2 作戰神經網絡示意圖

1.3?探索性分析法

探索性分析法依據不同想定下各種作戰方案實施結果的不同，采用仿真實驗的方式形成作戰數據，通過建立多分辨率的作戰方案指標模型，分析不確定因素對各指標的影響，對作戰方案進行層次化抽象，形成多層級指標體系，最后對中間層指標進行聚合，生成最高層的聚合指標，分析指標數據，生成方案評估報告。其中，指標體系最底層是描述作戰方案的要素構成，中間層描述指標作戰方案的核心效能評價指標[4]。其具體分析流程如圖3所示。

圖3 探索性分析流程框圖

核心是建立作戰方案評估多層級指標體系和多分辨率模型，設方案評估問題的描述模型為Y=f(A,T,Q)，其中Y是聚合指標，即方案效能指標，A是導彈部隊作戰方案，T是作戰任務需求向量，表示導彈部隊作戰中一系列作戰任務度量指標，Q是描述作戰狀態的變量，表示決策人員不能控制的不確定因素(圖4)。

圖4 方案評估多層級指標體系和多分辨率模型示意圖

可以看出：傳統的軍事運籌分析方法主要關注“定量”，提供精確的解析模型，在評估作戰方案問題上存在一定的局限性。探索性分析法在對數據和模型定量分析的基礎上仿真模擬作戰方案實施過程，為作戰問題提供了更可行的評估方法。

2?戰術導彈兵棋推演系統設計

2.1?兵棋推演系統

兵棋推演系統是利用棋子和棋盤模擬作戰環境和實體，用隨機數描述戰場可能出現的不確定因素，通過建立符合作戰實際的規則對作戰行動的各環節進行裁決，采用回合制進行虛擬作戰對抗的模擬仿真平臺。

依據推演所使用的工具及平臺不同，可分為手工兵棋和計算機兵棋系統。傳統手工兵棋構件分為棋盤、棋子和規則，紅藍雙方依托棋盤，通過手工移動棋子進行對抗，裁決員通過擲骰子、依托裁決表裁決對抗結果，手工記錄推演進程和結果。計算機兵棋系統是集成兵棋多種功能的軟件平臺，運行速度快，存儲數據量大，檢驗評估能力強。

基于戰術導彈兵棋系統的作戰方案評估在戰是在戰術導彈計算機兵棋推演系統的平臺上仿真導彈部隊的作戰實驗，將作戰方案轉化為兵棋數據并錄入系統，在模擬對抗中，方案制定團隊或相關作戰人員對系統生成數據進行分析和處理，優化對比生成最優方案。

2.2?戰術導彈兵棋推演系統設計

導彈部隊作戰具備戰術導彈作戰自身的特點，因此在評估作戰方案時，首先要通過軟件編程實現戰術導彈作戰實驗模擬、對作戰方案評估等功能。

棋盤設定為導彈部隊的作戰區域，使用六角網格量化軍事地圖，在計算機上實現棋盤的放大、縮小、平移、選擇和圖層控制等操作；棋子的設計根據導彈部隊作戰分為單位算子、標識算子和輔助算子，單位算子描述導彈作戰各作戰單元性能的算子，例如發射類算子、保障類算子等。標識算子是描述作戰單元所處作戰狀態的算子，例如偵察監視標識算子、氣象預報類算子等。輔助算子是推演過程中起輔助作用的算子；兵棋的規則設定可分為行動規則和裁決規則，行動規則是依據作戰實際對作戰單元的行動進行限定的一類規則，例如各類棋子在棋盤上移動、堆疊和拆分的規則等。裁決規則是對棋子行動效果的裁決，是根據棋子的各種屬性，通過計算機生成隨機數形成裁決表，對棋子的各種行動效果進行裁決，如偵察效果、打擊效果等[6-9]。其戰術導彈兵棋系統結構框圖如圖5所示。

圖5 戰術導彈兵棋系統結構框圖

3 作戰方案評估設計

基于戰術導彈兵棋推演系統的作戰方案評估是參謀人員或者專家在戰術導彈兵棋系統模擬的戰場環境和紅藍雙方的對抗過程中，按照作戰方案的實施流程，提取和細化作戰方案評估的指標，采用兵棋復盤關聯分析，整合離散的戰場態勢數據，通過計算機數據分析形成數據報告，最后綜合數據比對，進行風險效益權衡，對比篩選最優作戰方案。

3.1?評估內容

通常根據上級明確的作戰任務和打擊目標，由參謀人員具體確定作戰方案評估的內容和重點，其內容主要包括基本戰法、主要方向和目標、力量運用、關鍵行動等。

基本戰法是綜合性評估的內容，主要評估某一方案戰法的可行性，存在的風險；主要方向和目標重點評估重點奪控目標、打擊目標和控制目標的效益、風險及可行性等；力量運用主要評估作戰力量的運用重點是否合理，力量編組是否合適，部署是否得當，任務是否匹配；關鍵行動主要評估方案中重要作戰行動能否達到預定目標和結果。

3.2?評估流程

2.1 2016年全國武術散打冠軍賽中量級別散打運動員拳法運用分析 武術散打基本拳法技術包含沖拳、貫拳、抄拳、鞭拳[7]4種。對2016年全國武術散打冠軍賽中量級別男子散打前8名選手的60場、92局比賽的拳法技術應用特點分析見表2。

2) 細化行動方案。細化行動方案的方法采用圖表細化和系統細化兩種方法。圖表細化就是根據一系列的圖或表模板，通過填表或標圖的方式進行細化。系統細化就是將方案的主體內容逐步在推演系統中進行細化。主要包括態勢構設、敵情預想、細化目標、分解行動等關鍵環節。

3) 明確評估指標。按照“明確評估重點、提出綜合指標、確定綜合權重、細化要素指標”的步驟進行。作戰方案中評估的內容主要包括：主要戰斗方向和主要目標、戰斗部署、火力毀傷指標、電磁資源使用等。

4) 組織實施推演。首先準備好推演條件，如目標任務清單、行動細化清單、評估標準、紅藍推演編組和推演評估系統，然后按照推演任務的需要實施對抗推演、階段循環復推、展開支路推演，最后生成推演系統數據、推演系統態勢。

5) 復盤關聯分析。通過兵棋復盤的功能，實現作戰綜合態勢復現、數據挖掘解析、要素關聯分析，生成數據分析表、推演態勢圖以及評估報告。利用評估系統的自動記錄和態勢回放功能，針對關鍵環節和重點評估等實際需要，對整體推演過程進行態勢回放復現與分析。對推演形成的各類數據進行詳細分析，挖掘發現作戰方案的優劣及問題所在，通過分析不同要素和問題之間的關聯關系，找出方案中存在的問題與不足，最后形成數據報告。

6) 對比優選方案。通過比對推演過程中紅藍雙方戰損、偵察發現概率、指揮效率等數據，細致分析各個方案取得戰斗效果的大小與其可能遇到的風險的大小，進而進行綜合權衡，按照推演之前確定好的篩選標準，對多套作戰方案進行比對，得出最優方案和備用方案(圖6)。

圖6 兵棋系統數據分析

4?結論

1) 通過使用戰術導彈兵棋系統平臺，將導彈部隊作戰方案評估貫穿模擬作戰對抗全過程，能夠為作戰指揮員和參謀人員提供更加客觀、靈活、可靠的作戰方案檢驗評估手段，精準查找作戰方案中不合理的環節，便于不斷優化完善。

1) 系統數據準備。系統數據準備分為3個階段：第1階段為數據采集轉化，按照系統評估需求有針對性地采集相關數據，并按照系統特定格式加以轉化，分為數據采集和數據轉化兩個環節；第2階段為分布分項錄入，按照各要素的具體分工，分步驟分項目錄入具體系統及方案數據；第3階段為綜合檢驗審核，組織參與評估人員，對采集與錄入的數據進行一致性校驗、規范性檢驗和合理性審核。

3) 戰術導彈兵棋推演系統具有貼近實戰、對抗逼真、裁決公正等顯著特性，能夠廣泛用于導彈作戰體系檢驗、戰法研究、作戰能力評估等重要領域。

審核編輯：符乾江