侯臘梅

（北方自動控制技術研究所，太原 030006）

0 引言

面對各軍兵種獨立開發(fā)的不計其數(shù)的指揮控制系統(tǒng)，不僅系統(tǒng)龐雜，并且集成性較差，亦存在功能重復類似情況，針對這樣的問題，簡單形式化的組合并不能解決升級差、集成難、互聯(lián)互通弱等問題，要打通各軍兵種間的互聯(lián)互通鏈路，讓其深度融合，提出一種基于數(shù)據(jù)化指揮框架的指控能力包構建方法。指控能力包是對指控能力進行封裝形成的模型數(shù)據(jù)包，依據(jù)作戰(zhàn)需求，在數(shù)據(jù)化指揮框架的支撐下可動態(tài)加載，通過加載不同的指控能力包，賦予新的指控能力。

1 數(shù)據(jù)化指揮框架

數(shù)據(jù)化指揮框架主要實現(xiàn)功能和界面的擴展，支持動態(tài)加載指控能力包。其整體架構是一個面向服務的架構，由上而下大致分為3 層：任務定制和信息展示、任務流程管理、服務封裝集成等子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)化指揮框架如圖1 所示。

圖1 數(shù)據(jù)化指揮框架

1.1 任務定制和信息展示

此子系統(tǒng)主要目標就是將數(shù)據(jù)化指揮進行前端呈現(xiàn)，主要是讓用戶從一個固定流程的交互接口中解放出來。其中，將任務定制劃分為向導編排和自定義編排兩種方法，分別針對不同的應用場景。向導任務定制主要根據(jù)動態(tài)登錄的用戶身份，實現(xiàn)以用戶為中心的資源動態(tài)分配，進行匹配定制，針對不同的用戶登錄身份自動匹配生成對應的指揮流程及界面。自定義流程編排適用于作戰(zhàn)力量臨機組合應用場景，針對戰(zhàn)場突發(fā)情況，臨機構建火力打擊群快速完成臨機任務。采用了人機交互解決方案，一步步地引導使用者去正確地設置自己的需求和選擇，輔助完成流程編排。自定義工作流程編排軟件集成了bpmn-js 工具，使得系統(tǒng)用戶通常能夠在其中直接拖放一些通過各種圖形形式顯示的服務顯控組件，選擇不同軟件服務進行組合的方式。最后，生成A-BPMN（abstract-business process model and notation）文件，和用戶文件一起傳給任務流程管理系統(tǒng)。

1.2 任務流程管理

由于A-BPMN 文件無法被引擎識別并正確地執(zhí)行，需要將其轉換成一個可執(zhí)行的、規(guī)范的BPMN 文件。Activiti 流程執(zhí)行引擎作為此系統(tǒng)的一個重要組成部分，根據(jù)BPMN 文件中所描述的各種操作流程，按照相應次序進行調用服務以形成該子系統(tǒng)的各個組件。任務執(zhí)行過程中產(chǎn)生的過程數(shù)據(jù)及標記信息會被存入H2 關系數(shù)據(jù)庫。流程引擎在執(zhí)行BPMN 文件同時，會將相應的MapReduce 作業(yè)上傳到一個集群監(jiān)控模塊，框架則通過監(jiān)控功能模塊，及時記錄出現(xiàn)的異常情況并將其推送給系統(tǒng)運維者。另外，為了確保其全部的流程能夠在一個循環(huán)周期內順利地完成并執(zhí)行，性能參數(shù)采集模塊會根據(jù)H2 中保存的全部流程執(zhí)行的歷史記錄，利用簡單的圖像縮減算法來估計新提交的BPMN文件的預運行時間，以便更加合理地分配軟硬件的資源。

1.3 服務封裝集成

這里各個功能模塊都將被封裝成一個個的服務，再將各個服務封裝成指控能力包，這些都將成為任務流程執(zhí)行的基本單元。此子系統(tǒng)按照指控能力包接口開發(fā)規(guī)范將其封裝成為一個獨立的服務，隱藏了內部功能的具體實現(xiàn)細節(jié)和邏輯，用戶只需按照接口規(guī)范調用即可，滿足多樣化需求。

2 指控能力包構建方法

2.1 指控能力包概念

指控能力包是將不同兵種專業(yè)和不同武器裝備的指控能力進行封裝形成的模型數(shù)據(jù)包。指控軟件根據(jù)作戰(zhàn)需要，通過加載不同的指控能力包，具備指揮控制不同作戰(zhàn)力量的能力。

指控能力包可以在軟件應用市場中發(fā)布，支持在線下載和更新。指控能力包可由開放式的數(shù)據(jù)化指揮框架動態(tài)加載運行，多個指控能力包的指控能力能夠在數(shù)據(jù)化指揮框架中融合應用，支持服務動態(tài)組合。

2.2 指控能力包基本分類

根據(jù)指控對象的不同，指控能力包可分為通用指控能力包、兵種專業(yè)指控能力包和武器裝備指控能力包3 大類，如圖2 所示。

圖2 指控能力包基本分類

通用指控能力包中主要包括戰(zhàn)術部隊通用性、基礎性的數(shù)據(jù)模型。兵種專業(yè)指控能力包主要針對不同的兵種部（分）隊和不同專業(yè)的指揮控制，包括相關兵種專業(yè)內通用性、基礎性的數(shù)據(jù)模型。武器裝備指控能力包主要針對不同的武器裝備，如武器平臺、偵察裝備、保障裝備等，包括各武器平臺個性化的數(shù)據(jù)模型。

三類指控能力包的關系是從通用到專用，從“粗”到“精”，依次繼承和擴展。以指令集為例，通用指控能力包中的指令集，是最基本的、最通用的，各兵種專業(yè)和各類武器裝備都可通用；兵種專業(yè)指控能力包中的指令集，是在基本和通用指令集基礎上，擴充本兵種專業(yè)的通用指令集，包括對所屬武器平臺、偵察裝備等的通用指令集；武器裝備指控能力包中的指令集，是在通用和所屬兵種專業(yè)指控能力包指令集的基礎上，增加該型武器裝備特有的指令集，可以是對通用指令集的補充也可以新增。

通用指控能力包的研制主體、兵種專業(yè)指控能力包的研制主體和武器裝備指控能力包的研制主體應歸屬于對應的總體單位。通用指控能力包服務于兵種專業(yè)指控能力、武器裝備指控能力包，屬于最基礎、最底層的，下一層次的指控能力包應當在上一層次的指控能力包基礎上進行開發(fā)。因此，指控能力包開發(fā)工具設計應考慮分布式研發(fā)需求。

2.3 指控能力包體系架構

指控能力包的體系結構自上而下劃分為4層：接口層、資源層、集成層和應用層，各層功能松耦合，相對獨立，能夠實現(xiàn)“即插即用”，下層為上層提供服務支撐。指控能力包的體系結構如圖3 所示。

圖3 指控能力包的體系結構

其中，資源層是指控能力包的核心組成部分，由構成指控能力包的各種指控服務、各種模型算法和相應的基礎數(shù)據(jù)組成。接口層主要提供外部使用的API 接口，實現(xiàn)統(tǒng)一信息交互，數(shù)據(jù)統(tǒng)一訪問、數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳輸?shù)冉涌趨f(xié)議。集成層主要規(guī)定了指控能力包內部各服務間的集成機制和通信規(guī)范，實現(xiàn)按照既定規(guī)則將軍事應用服務和各種基礎服務進行組合。應用層是提供指控能力包的對外集成表現(xiàn)形式，主要包含指控能力包的基本描述、調用機制和封裝機制等。其中，指控能力包的描述主要由能力包的編號、適用范圍、指控功能等內容構成。

3 指控能力包的設計實現(xiàn)

3.1 指控能力包設計

指控能力包的主要內容包括數(shù)據(jù)化指令集、指揮流程、基礎數(shù)據(jù)、模型算法、指揮規(guī)則等，如圖4所示。

圖4 指控能力包主要內容

3.1.1 數(shù)據(jù)化指令集

數(shù)據(jù)化指令集的基本特征要求就是“數(shù)據(jù)化”，數(shù)據(jù)化的目標是讓機器“可理解”，因此，必須對指令集進行數(shù)據(jù)化建模一般情況下，一條作戰(zhàn)指令包含主體、動作、客體、要求等要素。這里以通用行動指令為例進行說明，表1 描述了通用行動指令以及對應的數(shù)據(jù)項，從表1 可以看出，這些數(shù)據(jù)項就是本體模型里的一個類或對象，因此，數(shù)據(jù)化指令集按照本體建模即可。

表1 通用行動指令數(shù)據(jù)項列表

3.1.2 指揮流程

指揮流程的基本特征要求是“可定制”。能夠以“數(shù)據(jù)驅動”，在數(shù)據(jù)化指揮框架的支撐下加載不同指揮流程，同樣包括通用（向導）和專用（自定義流程編排）。向導功能是將通用的指揮流程按照bpmn.js腳本文件進行編寫存儲；自定義流程編排是利用數(shù)據(jù)化指揮框架集成bpmn-js 工具功能，進行個性化定制。通用指揮流程如圖5 所示，從行動監(jiān)控-行動調控-作戰(zhàn)指揮-效果評估，形成一個大閉環(huán)。

圖5 通用指揮流程

3.1.3 基礎數(shù)據(jù)

基礎數(shù)據(jù)在指控能力包中也尤為重要，包含共性數(shù)據(jù)、專用數(shù)據(jù)。共性數(shù)據(jù)一般引用已有數(shù)據(jù)，包含我方基礎數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、敵方基礎數(shù)據(jù)和地圖數(shù)據(jù)，比如預案開設時需導入基礎數(shù)據(jù)（包含作戰(zhàn)編制、作戰(zhàn)裝備、攜行彈種彈藥等）。專用數(shù)據(jù)應當具體情況具體分析（比如射表）。共性數(shù)據(jù)分類如圖6 所示。

圖6 共性數(shù)據(jù)分類

3.1.4 模型算法

模型算法主要體現(xiàn)為各種服務，考慮到不同指控能力包的繼承和擴展，應該對每類模型算法進行規(guī)范化接口定義，實現(xiàn)調用的自動化。這里以炮兵彈種服務為例說明，炮兵涉及到的炮種、彈種種類繁多，每個炮種、彈種對應不同的彈道解算服務，而彈道解算模型又依賴不同的效能計算服務、火力分配等多個服務，服務間的調用關系復雜，如果將各個服務接口規(guī)范化，由統(tǒng)一接口進行處理，可實現(xiàn)服務的自動調用，用戶不需要了解其內部原理，只需給定相應接口參數(shù)即可。

3.1.5 指揮規(guī)則

指揮規(guī)則的核心是武器裝備和作戰(zhàn)力量如何應用的問題，以及應用限制如何作用于指揮過程的問題。例如，從指揮控制角度著手，把各兵力的作戰(zhàn)規(guī)則落實到指揮控制系統(tǒng)中去，從有目的、有計劃的態(tài)勢判斷（敵部署、敵隊形、敵數(shù)量、敵狀態(tài)以及敵動向等變化進行判斷），到作戰(zhàn)規(guī)則的自動觸發(fā)（條件觸發(fā)、規(guī)則匹配），最后到作戰(zhàn)指揮控制相關知識，進行系統(tǒng)地、完整地提煉。也就是說通過對戰(zhàn)場態(tài)勢關鍵點變化的判斷，對作戰(zhàn)規(guī)則進行指揮控制的知識化提煉，適時為指揮員提供指揮控制建議。

3.2 指控能力包實現(xiàn)

指控能力包的應用場景主要是針對在作戰(zhàn)力量臨機組合的同時，賦予指揮對象新的指控能力，基于數(shù)據(jù)化指揮框架，實現(xiàn)指控能力包的動態(tài)更新加載，調用軟件商店接口，指控能力包支持在線下載與更新、自動部署。通過上述指控能力包的設計，形成基于數(shù)據(jù)化指揮框架的指控能力包功能原型軟件，效果圖如圖7 所示。

圖7 指控能力包生成界面效果

以情報偵察隊發(fā)現(xiàn)敵反沖擊兵力集結為典型應用場景，旅指揮所根據(jù)臨機任務，利用云搜索全旅可用的火力資源，并將所有火力資源臨機編組為火力打擊群。由于臨機組建的火力打擊群打破了戰(zhàn)斗編組界限，針對新的編組，應賦予新的能力，形成相應的指控能力包。

4 結論

指控能力包采用基于數(shù)據(jù)化通用指揮框架的思想，具有強自治、松耦合、可復用、開放性及可集成等特點，將指控能力“數(shù)據(jù)化”，解決目前合成指控與兵種專業(yè)指控“兩張皮”、各兵種專業(yè)指控模型數(shù)據(jù)難以共享等問題，提升了數(shù)據(jù)化指揮能力，實現(xiàn)兵種指揮與合成指揮的深度融合。