基于HLA的海上投送指挥模拟训练系统设计

周智威， 李海华， 水忠明， 蔡 晶

(1.陆军军事交通学院学员五大队研究生队，天津 300161；2.陆军军事交通学院联合投送系，天津 300161；3.31626部队，广东 广州 510800)

长期以来，海上投送指挥训练有多种形式，一种是依托军委、战区或者军队院校组织的指挥演练实施，表现形式一般为网上作业、流程推演等，这些方式基于固定的流程，无法体现实际投送过程中的动态变化属性。另一种是结合年度的实兵实装演训活动开展指挥训练，但是组织实兵实装训练需要动用军民船艇，组训成本很高。利用互联网技术和现代信息技术，通过模拟海上气象、水文、敌情等动态环境，能使指挥员置身于计算机构建的虚拟战场环境中实施海上投送需求测算和方案拟制、海上航线选择、渡航舰船控制、海上对敌防卫等指挥技能训练。这种方式不需要实际动用运输工具、不涉及装卸载实际操作，便可以进行指挥技能训练，符合当前部队指挥员训练的新要求。本文提出研发一种基于HLA(High Level Architecture，高层体系结构)的海上投送指挥模拟训练系统，其以红蓝攻防对抗为作战背景，以先进的建模仿真技术为基础，将海上投送行动筹划、海上会合编队、编队行进控制、作战兵力掩护等行动模拟呈现，为部队海上投送指挥提供了一种新的模拟训练方法。

1 HLA的基本概念

HLA是一种通用的分布式交互仿真的技术框架。它为各仿真应用提供运行支撑环境RTI和标准化的接口规范，并通过这个接口与各仿真应用构建一个联邦网络。RTI通过与各联邦成员的信息交互，实现对整个联邦的控制和仿真过程推进。基于HLA，可以将若干个子系统构建成一个庞大的仿真系统，并保持各子系统的独立性同时实现信息的有效交互[1]。

2 模拟训练系统的联邦开发方法

基于HLA的仿真系统开发方法有两种：一是集成现有的系统，为各个仿真系统提供RTI接口，从而搭建起一个联邦网络。该方法构建的系统的通用性相对较差。二是在RTI接口的规范下完全从底层开发仿真应用。优点是系统开放，应用的信息交互效率更高；缺点是开发周期相对较长，工作难度较大。因为海上运输投送的指挥训练目前没有现成的模拟系统，所以本文采用这种方案，在RTI接口的规范下从底层开发仿真应用。

海上投送指挥模拟训练系统设计开发步骤为：①定义联邦目标，根据海上投送指挥活动流程，对系统功能进行分析，确定联邦开发目标和仿真系统的整体结构，根据功能需求建立联邦成员。②开发联邦概念模型，确定联邦成员公布订购关系。③设计联邦。根据各联邦成员的功能需求进行详细设计，给各联邦成员分配功能。④开发联邦。开发联邦对象模型(FOM)，从而实现联邦目标。⑤集成和测试联邦。把所有的联邦成员都集成到一个环境中，测试联邦成员的互操作程度是否满足需求，根据测试结果来调整完善系统。⑥运行联邦并准备结果。运行联邦并对数据进行采集，对输出结果进行分析，并评估联邦目的是否达到。

3 系统需求分析

系统针对战场环境下部队海上投送指挥行为过程进行模拟设计，面向海上运输投送指挥人员和院校学员，其能够直观、全面、准确、快速地表现海上投送行动筹划计划和控制协调的作业过程，并具有一定的通用性和扩展性。

在海上投送行动中，指挥员主要完成的指挥任务有：一是筹划投送任务。在充分收集情报的基础上，围绕实现投送目标，对投送方法、步骤、措施等进行预先筹划和计划。二是控制投送保障行动。特别是对投送实施过程中的各部队实施指挥，主要内容有明确航线、航向、会合点、调整点、在登陆海区中的位置、处置航行过程中的各种情况、控制和协调各部队和运输舰船的行动等。

为使构建的模拟训练系统满足海上投送指挥员训练的需求，系统应具备如下功能：①投送筹划功能，提供指挥员在航渡行动前进行方案计划的拟制功能，主要有拟制运输输送计划和运输投送保障计划。②海上气象水文环境生成功能。以海上投送活动为主要对象，构建“岸—海”一体的虚拟海上投送场景数据，包括装载海岸、登陆海区、登陆海岸、气象水文等。③导调与管理功能。导调功能主要体现在发布想定文书，生成仿真环境上，并对仿真整个过程进行控制和管理。④投送力量和支援力量生成功能。提供可实时控制的各编队的运输舰船队，在各编队控制台的控制下，进入目标海区和登陆海岸。⑤综合态势显示功能。将投送地域环境进行动态的显示，显示目标海区内舰船编队的实时位置和运动状态，并能够随着投送行动的推进，实时动态显示[2]。

4 模拟训练系统的设计

海上投送指挥模拟训练系统由两个子系统组成：任务筹划系统、航渡控制系统。其中任务筹划系统用于制定海上运输投送方案，训练指挥员筹划海上投送行动；航渡控制系统为海上运输部队的指挥训练提供作战背景，指挥员按照海上运输投送方案所编排的序列组织投送，根据战场环境和敌情变化处置突发情况。

4.1 任务筹划子系统

任务筹划系统主要用于训练受训人员的运输投送计划能力。该系统主要包括两个主要功能模块：任务想定模块和运输方案拟制模块。任务想定模块负责提供上级命令、敌我情况和战场环境情况，在训练开始前由施训人员导入数据或者设定内容。运输方案拟制模块提供受训人员展开部队海上投送方案计划的拟制功能，包括绘制装卸载地域要图、船舶需求计算、制定部队海上投送计划表、绘制船舶配积载图、制定装(卸)载计划、制定投送保障计划等。

4.2 航渡控制子系统

航渡控制子系统是海上投送指挥模拟训练系统的一个组成部分，承担为其他仿真对象提供红蓝对抗的作战背景功能。在海上投送指挥模拟训练系统中，对抗双方的剧情想定如下：红方海上投送部队根据部队投送方案和计划中的出发区域、航速、任务和要求抵达登陆海区的时间，编组成分批次进入登入海区的航渡群。登陆编队的航行序列通常为：扫雷舰艇队、直接火力支援队、登陆输送队，直接掩护队。直接掩护队通常配置在登陆输送队可能受到威胁的方向上；扫雷舰艇队和直接火力支援队先于登陆输送队进入海区，在先期对海上雷区进行破障，而后夺占海上有利位置。在此过程中，可能遭到蓝方舰船或者空中打击。同时，红方防空雷达可能发现蓝方的小股袭扰部队并向指挥员报告。红方指挥员及时调整后续航行路线，根据对敌袭扰部队的可能来袭方向，调整后续航渡群的航行路线尽可能远离敌袭扰的方向。

通过上述分析，选取红方指挥中心、扫雷舰艇队、直接火力支援队、登陆输送队、直接掩护队、蓝方袭扰部队、红方防空雷达等实体作为联邦成员，建立起基于HLA的仿真系统，气象水文等地理环境则作为战场环境加入仿真系统，共同构建航渡控制子系统。

系统在设计上满足上述需求分析的主要功能，其详细设计如下：在HLA的体制下，一个完整的模拟系统可以看成一个大联邦。航渡控制系统内部各个联邦成员通过RTI搭建了整个联邦，每个成员负责特定的功能模块。其中，扫雷舰艇队、直接火力支援队和直接掩护队联邦成员由独立的计算机设备构成，人机交互实现对各船队的控制，主要仿真其扫雷破障、火力打击等战术行动；红方指挥中心联邦成员主要仿真指挥员完成任务筹划后进行海上航渡控制和协调功能，通过RTI建立与各船队和防空雷达联邦成员的信息交互；红方防空雷达联邦成员主要仿真联邦中我方作战实体的侦查和情报收集功能，登陆输送队与火力支援队的功能类似，主要仿真我方运输部队在指挥员控制下的按编队序列行进功能；蓝方袭扰部队联邦成员主要仿真对红方部队进行空中火力打击和海上袭扰，从而达到影响红方运输船队控制和协调的功能，该联邦成员是提供指挥控制干扰的主要成员，由施训人员进行人机交互实现控制；导演显控联邦成员主要用于确定初始作战态势，对实时作战态势进行综合显示，并且能够对联邦的运行进行管理、记录仿真过程中的数据，为仿真结束后的复盘分析提供数据支撑。联邦的体系结构见图1。

图1 海上投送指挥模拟训练系统体系结构

4.3 系统的硬件结构设计

根据海上投送指挥模拟训练系统的功能要求和HLA体系结构的设计要求，同时兼顾到系统的扩展能力，海上投送指挥模拟训练系统采用DMSO的RTI1.3-NG版本的RTI，为提高运行效率，特配置一个只负责全局操作(如时间管理等)的中心服务器。因此，模拟训练系统主要由以下硬件构成：导调台、红方指挥控制台、红方运输编队控制台、红方支援队控制台、气象水文生成控制台、综合显示设备、数据库服务器、RTI中心服务器等节点和设备。其中导调控制台和红方指挥台构成独立的任务筹划子系统，在该子系统内完成海上投送任务筹划任务的模拟训练。以上硬件设备是人机交互的主要载体。

5 开发联邦概念模型和开发联邦

开发联邦概念模型：概念模型确定组成每个事件的对象和活动，以及影响仿真结果的关键因素。图2表述了某关键事件的对象、活动和因素。

图2 某事件的对象、活动、因素

开发联邦：联邦对象模型(FOM)记录联邦成员之间的交互数据。根据海上航渡指挥训练的剧情和联邦概念模型以及联邦成员功能构造FOM。利用对象模型开发工具形成联邦执行数据，成员的数据发布和订购关系、对象类结构表和交互类结构表以及参数表，最终形成运行所需的联邦执行数据文件。当各成员能够表现出概念模型中与之对应的对象和活动，这就完成了FOM的开发。

6 仿真流程设计

联邦成员向RTI发出请求创建联邦，RTI初始化后各个仿真对象加入联邦，并通过RTI服务完成公布对象类、注册对象类的实例等交互操作。按照海上投送指挥行动进行模拟训练操作，发出各种行为实践并通过模型对象进行计算，把结果通过RTI发送给各联邦成员。综合显示设备依据各成员发布的实时数据更新显示战场态势。随着仿真的推进，在各联邦成员退出联邦后仿真结束[3]。仿真执行流程为：开始→装载数据→创建联邦→加入联邦→声明公布/订购关系→设置时间管理模式→注册对象实例→接收交互→时间推进→更新对象实例发送交互→退出联邦→结束。

7 结束语

伴随着现代战争样式的不断变化，部队海上投送指挥训练对综合仿真和复杂系统仿真的需求越来越大，仅仅依靠预定的导演剧本进行指挥训练显然不符合战场形势瞬息万变的特点。本文提出的基于HLA的技术方案则引入了动态的虚拟战场环境以及红蓝对抗的作战背景，同时又保留了以往运输投送的筹划训练模块。以这种方式构建模拟训练系统并运用于部队训练中可以更好的做到战训统一，对提高部队指挥员的指挥决策能力、提高部队战斗力具有一定现实价值。