基于数据化指挥框架的指挥控制能力包构建方法

侯腊梅

（北方自动控制技术研究所，太原 030006）

0 引言

面对各军兵种独立开发的不计其数的指挥控制系统，不仅系统庞杂，并且集成性较差，亦存在功能重复类似情况，针对这样的问题，简单形式化的组合并不能解决升级差、集成难、互联互通弱等问题，要打通各军兵种间的互联互通链路，让其深度融合，提出一种基于数据化指挥框架的指控能力包构建方法。指控能力包是对指控能力进行封装形成的模型数据包，依据作战需求，在数据化指挥框架的支撑下可动态加载，通过加载不同的指控能力包，赋予新的指控能力。

1 数据化指挥框架

数据化指挥框架主要实现功能和界面的扩展，支持动态加载指控能力包。其整体架构是一个面向服务的架构，由上而下大致分为3 层：任务定制和信息展示、任务流程管理、服务封装集成等子系统。数据化指挥框架如图1 所示。

图1 数据化指挥框架

1.1 任务定制和信息展示

此子系统主要目标就是将数据化指挥进行前端呈现，主要是让用户从一个固定流程的交互接口中解放出来。其中，将任务定制划分为向导编排和自定义编排两种方法，分别针对不同的应用场景。向导任务定制主要根据动态登录的用户身份，实现以用户为中心的资源动态分配，进行匹配定制，针对不同的用户登录身份自动匹配生成对应的指挥流程及界面。自定义流程编排适用于作战力量临机组合应用场景，针对战场突发情况，临机构建火力打击群快速完成临机任务。采用了人机交互解决方案，一步步地引导使用者去正确地设置自己的需求和选择，辅助完成流程编排。自定义工作流程编排软件集成了bpmn-js 工具，使得系统用户通常能够在其中直接拖放一些通过各种图形形式显示的服务显控组件，选择不同软件服务进行组合的方式。最后，生成A-BPMN（abstract-business process model and notation）文件，和用户文件一起传给任务流程管理系统。

1.2 任务流程管理

由于A-BPMN 文件无法被引擎识别并正确地执行，需要将其转换成一个可执行的、规范的BPMN 文件。Activiti 流程执行引擎作为此系统的一个重要组成部分，根据BPMN 文件中所描述的各种操作流程，按照相应次序进行调用服务以形成该子系统的各个组件。任务执行过程中产生的过程数据及标记信息会被存入H2 关系数据库。流程引擎在执行BPMN 文件同时，会将相应的MapReduce 作业上传到一个集群监控模块，框架则通过监控功能模块，及时记录出现的异常情况并将其推送给系统运维者。另外，为了确保其全部的流程能够在一个循环周期内顺利地完成并执行，性能参数采集模块会根据H2 中保存的全部流程执行的历史记录，利用简单的图像缩减算法来估计新提交的BPMN文件的预运行时间，以便更加合理地分配软硬件的资源。

1.3 服务封装集成

这里各个功能模块都将被封装成一个个的服务，再将各个服务封装成指控能力包，这些都将成为任务流程执行的基本单元。此子系统按照指控能力包接口开发规范将其封装成为一个独立的服务，隐藏了内部功能的具体实现细节和逻辑，用户只需按照接口规范调用即可，满足多样化需求。

2 指控能力包构建方法

2.1 指控能力包概念

指控能力包是将不同兵种专业和不同武器装备的指控能力进行封装形成的模型数据包。指控软件根据作战需要，通过加载不同的指控能力包，具备指挥控制不同作战力量的能力。

指控能力包可以在软件应用市场中发布，支持在线下载和更新。指控能力包可由开放式的数据化指挥框架动态加载运行，多个指控能力包的指控能力能够在数据化指挥框架中融合应用，支持服务动态组合。

2.2 指控能力包基本分类

根据指控对象的不同，指控能力包可分为通用指控能力包、兵种专业指控能力包和武器装备指控能力包3 大类，如图2 所示。

图2 指控能力包基本分类

通用指控能力包中主要包括战术部队通用性、基础性的数据模型。兵种专业指控能力包主要针对不同的兵种部（分）队和不同专业的指挥控制，包括相关兵种专业内通用性、基础性的数据模型。武器装备指控能力包主要针对不同的武器装备，如武器平台、侦察装备、保障装备等，包括各武器平台个性化的数据模型。

三类指控能力包的关系是从通用到专用，从“粗”到“精”，依次继承和扩展。以指令集为例，通用指控能力包中的指令集，是最基本的、最通用的，各兵种专业和各类武器装备都可通用；兵种专业指控能力包中的指令集，是在基本和通用指令集基础上，扩充本兵种专业的通用指令集，包括对所属武器平台、侦察装备等的通用指令集；武器装备指控能力包中的指令集，是在通用和所属兵种专业指控能力包指令集的基础上，增加该型武器装备特有的指令集，可以是对通用指令集的补充也可以新增。

通用指控能力包的研制主体、兵种专业指控能力包的研制主体和武器装备指控能力包的研制主体应归属于对应的总体单位。通用指控能力包服务于兵种专业指控能力、武器装备指控能力包，属于最基础、最底层的，下一层次的指控能力包应当在上一层次的指控能力包基础上进行开发。因此，指控能力包开发工具设计应考虑分布式研发需求。

2.3 指控能力包体系架构

指控能力包的体系结构自上而下划分为4层：接口层、资源层、集成层和应用层，各层功能松耦合，相对独立，能够实现“即插即用”，下层为上层提供服务支撑。指控能力包的体系结构如图3 所示。

图3 指控能力包的体系结构

其中，资源层是指控能力包的核心组成部分，由构成指控能力包的各种指控服务、各种模型算法和相应的基础数据组成。接口层主要提供外部使用的API 接口，实现统一信息交互，数据统一访问、数据统一传输等接口协议。集成层主要规定了指控能力包内部各服务间的集成机制和通信规范，实现按照既定规则将军事应用服务和各种基础服务进行组合。应用层是提供指控能力包的对外集成表现形式，主要包含指控能力包的基本描述、调用机制和封装机制等。其中，指控能力包的描述主要由能力包的编号、适用范围、指控功能等内容构成。

3 指控能力包的设计实现

3.1 指控能力包设计

指控能力包的主要内容包括数据化指令集、指挥流程、基础数据、模型算法、指挥规则等，如图4所示。

图4 指控能力包主要内容

3.1.1 数据化指令集

数据化指令集的基本特征要求就是“数据化”，数据化的目标是让机器“可理解”，因此，必须对指令集进行数据化建模一般情况下，一条作战指令包含主体、动作、客体、要求等要素。这里以通用行动指令为例进行说明，表1 描述了通用行动指令以及对应的数据项，从表1 可以看出，这些数据项就是本体模型里的一个类或对象，因此，数据化指令集按照本体建模即可。

表1 通用行动指令数据项列表

3.1.2 指挥流程

指挥流程的基本特征要求是“可定制”。能够以“数据驱动”，在数据化指挥框架的支撑下加载不同指挥流程，同样包括通用（向导）和专用（自定义流程编排）。向导功能是将通用的指挥流程按照bpmn.js脚本文件进行编写存储；自定义流程编排是利用数据化指挥框架集成bpmn-js 工具功能，进行个性化定制。通用指挥流程如图5 所示，从行动监控-行动调控-作战指挥-效果评估，形成一个大闭环。

图5 通用指挥流程

3.1.3 基础数据

基础数据在指控能力包中也尤为重要，包含共性数据、专用数据。共性数据一般引用已有数据，包含我方基础数据、环境数据、敌方基础数据和地图数据，比如预案开设时需导入基础数据（包含作战编制、作战装备、携行弹种弹药等）。专用数据应当具体情况具体分析（比如射表）。共性数据分类如图6 所示。

图6 共性数据分类

3.1.4 模型算法

模型算法主要体现为各种服务，考虑到不同指控能力包的继承和扩展，应该对每类模型算法进行规范化接口定义，实现调用的自动化。这里以炮兵弹种服务为例说明，炮兵涉及到的炮种、弹种种类繁多，每个炮种、弹种对应不同的弹道解算服务，而弹道解算模型又依赖不同的效能计算服务、火力分配等多个服务，服务间的调用关系复杂，如果将各个服务接口规范化，由统一接口进行处理，可实现服务的自动调用，用户不需要了解其内部原理，只需给定相应接口参数即可。

3.1.5 指挥规则

指挥规则的核心是武器装备和作战力量如何应用的问题，以及应用限制如何作用于指挥过程的问题。例如，从指挥控制角度着手，把各兵力的作战规则落实到指挥控制系统中去，从有目的、有计划的态势判断（敌部署、敌队形、敌数量、敌状态以及敌动向等变化进行判断），到作战规则的自动触发（条件触发、规则匹配），最后到作战指挥控制相关知识，进行系统地、完整地提炼。也就是说通过对战场态势关键点变化的判断，对作战规则进行指挥控制的知识化提炼，适时为指挥员提供指挥控制建议。

3.2 指控能力包实现

指控能力包的应用场景主要是针对在作战力量临机组合的同时，赋予指挥对象新的指控能力，基于数据化指挥框架，实现指控能力包的动态更新加载，调用软件商店接口，指控能力包支持在线下载与更新、自动部署。通过上述指控能力包的设计，形成基于数据化指挥框架的指控能力包功能原型软件，效果图如图7 所示。

图7 指控能力包生成界面效果

以情报侦察队发现敌反冲击兵力集结为典型应用场景，旅指挥所根据临机任务，利用云搜索全旅可用的火力资源，并将所有火力资源临机编组为火力打击群。由于临机组建的火力打击群打破了战斗编组界限，针对新的编组，应赋予新的能力，形成相应的指控能力包。

4 结论

指控能力包采用基于数据化通用指挥框架的思想，具有强自治、松耦合、可复用、开放性及可集成等特点，将指控能力“数据化”，解决目前合成指控与兵种专业指控“两张皮”、各兵种专业指控模型数据难以共享等问题，提升了数据化指挥能力，实现兵种指挥与合成指挥的深度融合。