張乃敏,孫 巖,臧康華,杜 偉
(陸軍指揮學(xué)院演訓(xùn)中心,江蘇 南京 210045)
隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)在政務(wù)、交通、軍隊(duì)、學(xué)校等領(lǐng)域中的廣泛運(yùn)用,智慧城市、智慧軍營(yíng)、智慧校園等先進(jìn)運(yùn)行模式大量涌現(xiàn),新模式和新理念呈現(xiàn)開(kāi)放性、共享化、個(gè)性化和交互性等特征,成為當(dāng)前信息化在各個(gè)管理領(lǐng)域發(fā)展的主流方向。智慧管理模式的共性特點(diǎn)是通過(guò)前沿信息技術(shù)的運(yùn)用,構(gòu)建能夠支撐城市、軍營(yíng)、校園等組織實(shí)體發(fā)展的智慧化環(huán)境,對(duì)組織實(shí)體內(nèi)部運(yùn)行的各類服務(wù)活動(dòng)做出高效準(zhǔn)確的響應(yīng)。
當(dāng)前在軍事模擬訓(xùn)練領(lǐng)域,信息技術(shù)運(yùn)用成效明顯,圍繞實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練,模擬訓(xùn)練系統(tǒng)和器材的功能越來(lái)越完善,在很大程度上提高了模擬訓(xùn)練的質(zhì)量效益。但是信息系統(tǒng)“煙囪”林立、基礎(chǔ)資源利用率低、虛實(shí)結(jié)合難度大等問(wèn)題,仍然制約著模擬訓(xùn)練的創(chuàng)新發(fā)展。通過(guò)借鑒智慧管理的先進(jìn)理念和模式,打造體系化的智慧模擬訓(xùn)練中心,為模擬訓(xùn)練活動(dòng)提供更加配套、完善、高效的服務(wù)支撐,為虛兵與實(shí)兵融合訓(xùn)練提供LVC集成資源和接口,是當(dāng)前模擬訓(xùn)練條件理論研究和建設(shè)實(shí)踐的重要方向和有效手段。
智慧模擬訓(xùn)練中心作為一種全新建設(shè)理念和管理模式,以實(shí)體化的模擬訓(xùn)練環(huán)境為基礎(chǔ),在云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的支撐下,將模擬訓(xùn)練系統(tǒng)、模擬訓(xùn)練器材、基礎(chǔ)資源、組訓(xùn)者、受訓(xùn)者等要素與場(chǎng)地環(huán)境進(jìn)行信息整合,實(shí)現(xiàn)對(duì)于模擬訓(xùn)練的導(dǎo)調(diào)、控制、裁決、評(píng)估和管理等業(yè)務(wù)場(chǎng)景的智能化服務(wù)支撐。
智慧模擬訓(xùn)練中心是訓(xùn)練條件建設(shè)發(fā)展的高級(jí)階段,主要包括兩層含義:一是模擬訓(xùn)練場(chǎng)地的智能化管理,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各類設(shè)備、人員、資源的統(tǒng)一運(yùn)維管理;二是模擬訓(xùn)練活動(dòng)的智能化組織實(shí)施,能夠讓用戶與模擬訓(xùn)練條件之間的互動(dòng)產(chǎn)生變革,高效完成各類訓(xùn)練業(yè)務(wù)。
智慧模擬訓(xùn)練中心以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)進(jìn)行智能化軍事模擬訓(xùn)練環(huán)境建設(shè),實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練業(yè)務(wù)應(yīng)用、場(chǎng)地管理為一體的綜合訓(xùn)練環(huán)境,其特征主要有以下幾個(gè)方面。
1)以用戶為中心的信息服務(wù)體系
智慧模擬訓(xùn)練中心相比傳統(tǒng)的模擬訓(xùn)練形式,更加注重以用戶為中心,通過(guò)訓(xùn)練和管理網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)信息的快速獲取、傳輸、管理和使用,并將計(jì)算、數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)等基礎(chǔ)資源與功能平臺(tái)、應(yīng)用軟件進(jìn)行服務(wù)打包,為用戶提供隨時(shí)、實(shí)時(shí)、適時(shí)的信息服務(wù)。
2)以融合為目標(biāo)的業(yè)務(wù)組織體系
在模擬訓(xùn)練活動(dòng)中,通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)和交互接口,實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練業(yè)務(wù)系統(tǒng)、音視頻系統(tǒng)、網(wǎng)站門戶系統(tǒng)、用戶之間的整體聯(lián)動(dòng),在導(dǎo)、控、裁、評(píng)、管等不同訓(xùn)練業(yè)務(wù)實(shí)施過(guò)程中完成資源的調(diào)度、功能的整合、服務(wù)的融合,消除時(shí)間和空間對(duì)訓(xùn)練業(yè)務(wù)可能造成的影響。
3)以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的智慧生成體系
智慧性作為最顯著的特征,主要體現(xiàn)在運(yùn)行過(guò)程中提供具有針對(duì)性的智慧化服務(wù)。按照“數(shù)據(jù)—信息—知識(shí)—智慧”的生成路徑,對(duì)訓(xùn)練過(guò)程和日常管理過(guò)程產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行集成、分析和挖掘,形成知識(shí)圖譜,為業(yè)務(wù)用戶提供智能化和個(gè)性化的服務(wù)。
智慧模擬訓(xùn)練中心在理念模式上與智慧城市、智慧校園存在相同之處,具有非常好的發(fā)展前景,但作為軍事應(yīng)用的一種場(chǎng)景,與民用領(lǐng)域的智慧管理模式存在較大區(qū)別,因此,在建設(shè)和運(yùn)用上具有一定的特殊性,在發(fā)展過(guò)程中面臨著許多挑戰(zhàn)。
1)安全性高要求與移動(dòng)應(yīng)用之間存在的矛盾問(wèn)題
軍事訓(xùn)練課題對(duì)智慧模擬訓(xùn)練中心的安全性提出了更高的要求。在運(yùn)行過(guò)程中,為了保證實(shí)時(shí)的信息服務(wù),需要廣泛使用移動(dòng)應(yīng)用和移動(dòng)終端,相較于閉環(huán)有線局域網(wǎng)絡(luò),無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)的方式存在較大安全隱患,而采用有線方式對(duì)于導(dǎo)調(diào)評(píng)估人員展開(kāi)智能化的導(dǎo)控評(píng)估來(lái)說(shuō)非常不友好,因此,在建設(shè)智慧模擬訓(xùn)練中心過(guò)程中需要更加注重對(duì)網(wǎng)絡(luò)加密技術(shù)的研究。
2)非常態(tài)化運(yùn)行條件下發(fā)揮質(zhì)量效益的問(wèn)題
模擬訓(xùn)練活動(dòng)的組織需要根據(jù)訓(xùn)練部門計(jì)劃展開(kāi),不同于智慧城市和智慧校園的常態(tài)化運(yùn)行模式。在這種條件下,模擬訓(xùn)練中心的服務(wù)用戶頻繁改變,提高了智慧服務(wù)的難度。模擬訓(xùn)練中心運(yùn)行需要龐大的底層計(jì)算、存儲(chǔ)等基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備支撐,能耗較大。因此,需要建立與承訓(xùn)任務(wù)的周期相匹配的運(yùn)行機(jī)制,才能更好地發(fā)揮使用效能。
3) 數(shù)據(jù)資源體系構(gòu)建難度大的問(wèn)題
軍事領(lǐng)域長(zhǎng)期以來(lái)一直存在數(shù)據(jù)采集難、運(yùn)用難的問(wèn)題,軍事模擬訓(xùn)練同樣如此。受訓(xùn)對(duì)象的頻繁轉(zhuǎn)換使得數(shù)據(jù)缺乏一致性和連貫性。相比于一般的業(yè)務(wù)活動(dòng),訓(xùn)練活動(dòng)中用戶之間的交互更加復(fù)雜,人的作用更加突出,產(chǎn)生的半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)更多。因此,需要建立與模擬訓(xùn)練活動(dòng)組織相匹配的數(shù)據(jù)采集、集成、抽取、挖掘全周期管理機(jī)制,從而發(fā)揮模擬訓(xùn)練數(shù)據(jù)效益。
智慧模擬訓(xùn)練中心主要面向模擬訓(xùn)練,由于當(dāng)前各個(gè)訓(xùn)練基地主要承擔(dān)實(shí)兵訓(xùn)練任務(wù),因此,智慧模擬訓(xùn)練中心的建設(shè)優(yōu)先考慮在各個(gè)軍兵種院校進(jìn)行部署,能夠滿足部隊(duì)模擬訓(xùn)練和學(xué)員實(shí)踐性教學(xué)需求,更好地發(fā)揮建設(shè)效益。按照訓(xùn)練大綱,軍事訓(xùn)練一般分為基礎(chǔ)訓(xùn)練、技能訓(xùn)練、指揮訓(xùn)練、要素演練、實(shí)兵演習(xí)等。模擬訓(xùn)練中心在高效模擬仿真技術(shù)的支撐下,能夠展開(kāi)理論學(xué)習(xí)、指揮訓(xùn)練、要素演練等訓(xùn)練內(nèi)容。
1)支撐部隊(duì)駐場(chǎng)或者異地開(kāi)展模擬訓(xùn)練
模擬訓(xùn)練系統(tǒng)、器材提供虛擬仿真、構(gòu)造仿真等手段,支撐各級(jí)部隊(duì)以進(jìn)駐、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程異地等方式開(kāi)展軍事理論學(xué)習(xí)、指揮訓(xùn)練以及要素演練等活動(dòng)。
2)支撐學(xué)員開(kāi)展實(shí)踐性教學(xué)
訓(xùn)練主要為本院校本科、研究生以及培訓(xùn)學(xué)員的實(shí)踐性教學(xué),也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程異地的方式與其他院校進(jìn)行聯(lián)教聯(lián)訓(xùn),具體包括軍事理論學(xué)習(xí)、參謀技能訓(xùn)練、戰(zhàn)例推演、想定作業(yè)、綜合及專項(xiàng)演練等。
3)支撐與基地互聯(lián)展開(kāi)集成訓(xùn)練
通過(guò)構(gòu)建統(tǒng)一的交互接口和信息交互中間件,與訓(xùn)練基地互聯(lián),將虛擬仿真、構(gòu)造仿真、真實(shí)仿真進(jìn)行集成,實(shí)現(xiàn)模擬訓(xùn)練中心指揮訓(xùn)練與訓(xùn)練基地實(shí)兵訓(xùn)練整體聯(lián)動(dòng),提高實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練質(zhì)效。
智慧模擬訓(xùn)練中心將模擬訓(xùn)練業(yè)務(wù)與模擬訓(xùn)練中心運(yùn)行進(jìn)行充分融合,是一項(xiàng)將現(xiàn)代管理技術(shù)、信息化技術(shù)、模擬仿真技術(shù)與模擬訓(xùn)練理論相融合的復(fù)雜系統(tǒng)工程。在建設(shè)過(guò)程中,需要建立統(tǒng)一的信息交互標(biāo)準(zhǔn),依托4G、5G、局域網(wǎng)傳輸,圍繞模擬訓(xùn)練業(yè)務(wù)特色,構(gòu)建綜合管控平臺(tái),將場(chǎng)地環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備、通用訓(xùn)練資源、模擬訓(xùn)練系統(tǒng)以及器材進(jìn)行整合,實(shí)現(xiàn)信息全面共享與系統(tǒng)相互聯(lián)動(dòng)。
按照不同部分在體系中的功能作用,智慧模擬訓(xùn)練中心體系架構(gòu)主要分為基礎(chǔ)設(shè)施層、信息支撐層、服務(wù)層、應(yīng)用層、業(yè)務(wù)層等5個(gè)層次,如圖1所示。
圖1 智慧模擬訓(xùn)練中心體系架構(gòu)圖
基礎(chǔ)設(shè)施層由支撐整個(gè)中心運(yùn)行的場(chǎng)地環(huán)境和設(shè)施設(shè)備組成。場(chǎng)地環(huán)境主要是開(kāi)展模擬訓(xùn)練所必需的導(dǎo)調(diào)、演練、講評(píng)場(chǎng)所,包括各級(jí)導(dǎo)控中心、各級(jí)紅藍(lán)指揮所等。設(shè)施設(shè)備包括計(jì)算設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、安防設(shè)備、暖通設(shè)備、水電設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)備,以及發(fā)揮智能感知作用的大量采集設(shè)備,包括采集音視頻的話筒、攝像頭和分布在各場(chǎng)所和大型儀器設(shè)備上的傳感器等。
作為智慧模擬訓(xùn)練中心運(yùn)行的“神經(jīng)”,網(wǎng)絡(luò)層發(fā)揮著關(guān)鍵作用,各類信息的交互均通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層來(lái)實(shí)現(xiàn),具體由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、光纖網(wǎng)、交互中間件,以及各類網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和接口等組成。在實(shí)現(xiàn)形式上,軍事綜合信息網(wǎng)、訓(xùn)練局域網(wǎng)、多媒體局域網(wǎng)、無(wú)線接入網(wǎng)等多種組網(wǎng)形式并存,保證模擬訓(xùn)練中心實(shí)現(xiàn)用戶、設(shè)備、系統(tǒng)之間的信息共享。
信息服務(wù)層主要為各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)和應(yīng)用提供信息服務(wù),主要包括數(shù)據(jù)服務(wù)、云計(jì)算服務(wù)、仿真引擎服務(wù)、時(shí)統(tǒng)服務(wù)、信息管理服務(wù)以及相關(guān)的設(shè)備運(yùn)維服務(wù)等。
應(yīng)用層主要包括用于模擬訓(xùn)練業(yè)務(wù)的各類模擬訓(xùn)練系統(tǒng)、模擬訓(xùn)練器材、導(dǎo)控評(píng)估系統(tǒng)以及用于支撐模擬訓(xùn)練中心正常運(yùn)行的綜合管控系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在信息服務(wù)層的支撐下實(shí)現(xiàn)信息互通、功能互補(bǔ),面向組訓(xùn)者、受訓(xùn)者以及管理人員進(jìn)行使用。
業(yè)務(wù)層主要是各類系統(tǒng)、模擬器在面向不同的訓(xùn)練業(yè)務(wù)時(shí)進(jìn)行組合,構(gòu)設(shè)專項(xiàng)訓(xùn)練業(yè)務(wù)場(chǎng)景,以滿足不同訓(xùn)練對(duì)象的訓(xùn)練需求。圍繞著智慧模擬訓(xùn)練中心的功能定位,根據(jù)用戶和具體業(yè)務(wù)內(nèi)容的區(qū)別,分為理論學(xué)習(xí)、作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)與理論研究、個(gè)人戰(zhàn)術(shù)模擬訓(xùn)練、指揮機(jī)關(guān)模擬訓(xùn)練、紅藍(lán)對(duì)抗模擬訓(xùn)練等類型。
通過(guò)對(duì)建設(shè)目標(biāo)、整體功能和體系架構(gòu)的分析,智慧模擬訓(xùn)練中心在建設(shè)過(guò)程中,需要解決以下關(guān)鍵技術(shù)。
物聯(lián)網(wǎng)在智慧模擬訓(xùn)練中心的應(yīng)用是通過(guò)各類感知手段,獲取模擬訓(xùn)練活動(dòng)中的人、系統(tǒng)、設(shè)備的狀態(tài)信息,并按照標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議上報(bào)至數(shù)據(jù)處理中心。主要通過(guò)在存儲(chǔ)、計(jì)算、水電等各類基礎(chǔ)設(shè)施上添加溫度、濕度、壓力、壓電傳感器,在可移動(dòng)式終端上添加RFID標(biāo)簽,在用戶活動(dòng)空間內(nèi)添加拾音器、攝像機(jī)等音視頻采集設(shè)備等方法手段,構(gòu)建覆蓋整個(gè)模擬訓(xùn)練中心的全維信息感知、采集和識(shí)別手段。
以用戶為中心,決定了智慧服務(wù)的根本要求是為不同用戶提供合適的、區(qū)別的服務(wù)。在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上,按照專家領(lǐng)域知識(shí)構(gòu)建典型的用戶標(biāo)簽。以大量感知設(shè)備收集到的訓(xùn)練業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及個(gè)人活動(dòng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),進(jìn)行字段篩選和預(yù)處理,獲得反映用戶行為的數(shù)據(jù)字段?;谟脩粜袨閿?shù)據(jù)構(gòu)建面向用戶畫像的知識(shí)圖譜,再通過(guò)語(yǔ)義模型將生成知識(shí)圖譜的語(yǔ)料表示成詞向量。根據(jù)詞向量的相似性計(jì)算,在典型用戶標(biāo)簽基礎(chǔ)上生成對(duì)象用戶的標(biāo)簽表,確定用戶的畫像,在畫像基礎(chǔ)上產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的服務(wù)類型,同時(shí)對(duì)典型用戶標(biāo)簽庫(kù)進(jìn)行豐富完善。
作為智慧模擬訓(xùn)練中心的核心業(yè)務(wù),模擬訓(xùn)練必須滿足高效、智能、快捷等要求。在模擬訓(xùn)練系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中,充分融合虛擬化、容器、并行化技術(shù),打造部署在Iaas、Paas、Saas等各類型的云化模擬仿真體系。在仿真構(gòu)建過(guò)程中,應(yīng)用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)化學(xué)習(xí)算法,通過(guò)人在環(huán)路、無(wú)監(jiān)督自我博弈等方式,使仿真模型能夠?qū)ψ鲬?zhàn)思想和戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練,不斷完善規(guī)則庫(kù),實(shí)現(xiàn)自我的進(jìn)化,從而提高仿真模型的精確度。
模擬訓(xùn)練中心的智慧性主要體現(xiàn)在模擬訓(xùn)練業(yè)務(wù)之中。云計(jì)算、高效仿真、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)的融合,能夠助推軍事模擬訓(xùn)練高效實(shí)踐運(yùn)用的發(fā)展。
智慧訓(xùn)練中心面向的受訓(xùn)人員存在地域不同、軍兵種不同、任職崗位不同、教育培訓(xùn)經(jīng)歷不同等差別?,F(xiàn)有的模擬訓(xùn)練模式一般采取集中或異地的方式,依托統(tǒng)一的模擬系統(tǒng)展開(kāi)訓(xùn)練,所有人訓(xùn)練內(nèi)容和流程基本一致,難以體現(xiàn)差異化和個(gè)性化,訓(xùn)練質(zhì)量有待提高。智慧模擬訓(xùn)練中心依托云平臺(tái),能夠?qū)⒉煌挠?jì)算資源、存儲(chǔ)資源、數(shù)據(jù)資源、模擬系統(tǒng)、功能模塊、訓(xùn)練內(nèi)容進(jìn)行整合并推送至本地或者遠(yuǎn)程異地的不同席位。受訓(xùn)者能夠登錄訓(xùn)練門戶網(wǎng)站定制屬于自己的訓(xùn)練計(jì)劃和訓(xùn)練內(nèi)容,通過(guò)集中組訓(xùn)、個(gè)人自訓(xùn)、理論學(xué)習(xí)等多種模式相結(jié)合,提高模擬訓(xùn)練質(zhì)量效益。
在采集設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)服務(wù)等體系各層的支持下,智慧模擬訓(xùn)練中心能夠全面采集用戶個(gè)人信息、用戶行為數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及在訓(xùn)練組織過(guò)程中的音視頻等非格式化數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)在后臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)的支撐下,能夠進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析,并不斷匯聚到訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫(kù),在模擬訓(xùn)練活動(dòng)組織過(guò)程中,導(dǎo)調(diào)評(píng)估人員借助移動(dòng)終端,能夠?qū)崟r(shí)查看受訓(xùn)人員的行為數(shù)據(jù),通過(guò)相匹配的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行分析。同時(shí),在數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)的海量數(shù)據(jù)中進(jìn)行基于關(guān)聯(lián)度和相似度的查找,找到與受訓(xùn)人員、訓(xùn)練活動(dòng)相符合的“畫像”數(shù)據(jù),從而針對(duì)具體的訓(xùn)練人員、訓(xùn)練活動(dòng)進(jìn)行定量的導(dǎo)調(diào)評(píng)估。
智慧模擬訓(xùn)練中心在組織訓(xùn)練時(shí)期,出入人員多且頻繁、臨時(shí)設(shè)備和固定設(shè)備混合部署、組訓(xùn)人員任務(wù)繁雜,對(duì)管理控制提出了較高的要求。智慧模擬訓(xùn)練中心依托傳感器、異構(gòu)接口等技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)信息系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)、安防系統(tǒng)的集中統(tǒng)一管理,使得組訓(xùn)者能夠從模擬訓(xùn)練業(yè)務(wù)視角實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)管理數(shù)據(jù)的共享集中、互通互融,避免各種領(lǐng)域知識(shí)、設(shè)備操作技能造成的高門檻。通過(guò)構(gòu)建綜合管控平臺(tái),實(shí)現(xiàn)整個(gè)訓(xùn)練中心的統(tǒng)一的消息與事件管理、三維建模條件下的視圖管理、各個(gè)要素的全面監(jiān)控和集中管理。
本文針對(duì)大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)以及人工智能技術(shù)在軍事訓(xùn)練領(lǐng)域應(yīng)用進(jìn)行了探索,提出了智慧模擬訓(xùn)練中心的理念,并圍繞著概念內(nèi)涵、主要特征、機(jī)遇挑戰(zhàn)等方面進(jìn)行了理論分析,明確了智慧模擬訓(xùn)練中心建設(shè)功能定位,設(shè)計(jì)了體系架構(gòu),并結(jié)合模擬訓(xùn)練中心的功能定位明確了實(shí)踐運(yùn)用模式。
概念化的體系框架設(shè)計(jì),對(duì)模擬訓(xùn)練條件建設(shè)工作具有指導(dǎo)作用,對(duì)訓(xùn)練模式創(chuàng)新也具有一定的啟發(fā)意義。本文主要從理論層面進(jìn)行探索設(shè)計(jì),對(duì)于實(shí)際的建設(shè)和應(yīng)用,需要按照軍兵種訓(xùn)練要求、院校特點(diǎn)優(yōu)長(zhǎng)進(jìn)行深入的建設(shè)需求分析,在體系框架下聚焦訓(xùn)練任務(wù)進(jìn)行細(xì)化的研究和設(shè)計(jì),才能真正建成具有實(shí)用價(jià)值的高效訓(xùn)練中心。