数字孪生体实验室

孪生战场构建体系初探

作者：朱武

战场顶层概念视图

战场是军队作战的空间，是敌对双方军事思想、战略方针、作战意图、作战编成、作战形式和作战手段在一定时间、空间集中表现和较量的场所。战场包含的要素会受到军事思想与理论、作战概念、作战模式及各种军事技术应用的综合影响。将数字孪生技术应用与军事领域，构建数字孪生战场，需要适配当下战场的概念认知，并相互影响、迭代演进。从总体来看，我军将现代军事冲突视为敌我作战体系之间的对抗，围绕这一军事思想，我军逐步深化信息化作战能力，落实一体化联合作战模式，实践体系化作战，并对分布式作战进行研究和局部应用。因此，可以从战场环境、作战力量、作战体系对抗三个组成维度，构建战场概念视图，如下图所示。

自然环境要素、人文环境要素、军事环境要素构成了战场环境的基础，可通过叠加敌我双方作战力量状态、作战意图、作战能力、作战威胁等数据，形成战场综合态势。

实体是作战体系中的最小单位，可以是单个武器、装备平台或作战小队等，取决于作战体系实施对抗时，对作战力量抽象所需分辨的最小单元，实体可以提供作战所需的各种如指挥控制、侦查情报、火力、信息对抗、机动、保护、保障等能力要素，这些要素通过对实体的结构组织，向上形成体系视角的各种体系（如指挥体系、火力打击体系等）能力。

围绕作战目标，对作战力量编成编组，由多层级、立体化的作战力量实体、结构所具备的能力要素融合成作战体系的能力支撑，形成作战体系，根据作战策划，各力量实体、结构根据上级指令、局部态势与自身状态，进行作战决策与作战行动，由分散、独立、敌我双发之间的作战协同行动与作战对抗行动，对战场局部或整体产生影响，最终形成整体战场随时间的演进。

数字孪生战场概念模型

数字孪生融合了物联网、大数据、人工智能、虚拟现实等新技术，是支撑新军事变革落地的关键技术手段。应用数字孪生技术，构建孪生战场，其内在逻辑是数字孪生技术的方法论适合对复杂系统或体系的刻画，主要体现在：

1、由战场物理空间实体对象组成的对抗体系具备高度的复杂性，孪生技术可以有效降低系统复杂性。

复杂系统科学研究不仅关注构成系统结构的组元本身，更关注的是系统中各组元的关联。系统复杂度是规模的函数，行为的规模取决于系统中耦合相关组元数量。传统对复杂系统的研究，可以基于统计方法来刻画可能状态集合，实现对复杂系统某些系统特征的洞察。比如对一个气体系统，通过统计物理，可以刻画该系统诸如压力、可压缩性等特性，但对该气体系统刻画其特定状态的行为，由于构成该系统的规模极为庞大，该述求基本是不可能的任务。

对战场对抗体系的研究，是通过对战场对象集合形成的状态空间进行描述，并对特定状态空间，研究跟随战场对象行为集合的状态演进，实现各种状态下的优选行为，最终形成对抗体系的决策知识体系。然而，随着组成战场对象数量的增加，以及对对象状态刻画的深入，表达战场的状态空间会快速出现维度灾难。因此，对战场对抗体系进行研究，需要在一定程度上解决状态空间的维度灾难。数字孪生技术可以建立对象局部与整体的关联和映射，通过局部降维与整体融合，确保系统状态空间在合理的范围内，体现系统的特征，有效支持系统域问题的解决。

2、战场孪生对象需要具备适配业务需要的智能行为

战场物理空间的实体对象本身根据领域诉求，具备多维度能力要素，诸如打击、侦查、机动等，各要素在实际战场中具体的能力状态，也会受到环境、自身状态、协同对象的影响。同时，真实的战场系统是由组成系统的各实体对象，分层聚合形成各种具备作战概念对象，特别是人在作战概念对象中，承担行为决策，执行各种作战活动，实施对抗，完成作战任务。因此，将作战实体、作战概念逻辑对象通过数字孪生技术，构建与之对应的战场孪生对象时，需要体现行为决策能力。

传统的战场推演，采用预先定义模拟各种作战行动的仿真实体活动，通过人在回路的方式，组织作战活动进程，形成仿真推演脚本，实施推演。这种模式无法仿真真实战场复杂的交互、对抗行为。而孪生技术，可以综合作战概念对象的行为空间、状态空间以及作战知识，通过对抗学习模型，不断演化模拟人的决策，实现战场孪生对象对不同层级的作战概念对象的智能行为仿真，在孪生系统上叠加相应的不确定性因素，最终实现对真实战场在对抗行为上的高精度仿真。

3、战场系统需要基于知识推理进行缺失信息补偿，消除部分不确定性

真实战场本身是敌我双方在信息对抗模式下的作战行动对抗，在不同层级的作战概念对象均需要在不完全信息条件下进行行为决策，人的经验知识、推理知识是行为决策的重要依据。而孪生系统，可以基于智能算法，对不完全信息，进行融合与知识推理，实现缺失信息补偿，为作战概念对象的智能行为仿真，提供更好的训练和决策支撑数据。

据上所述，采用数字孪生技术，建立全息态势感知，适配体系作战要求，灵活模拟作战模式，多层级协同仿真，实现孪生战场构建，从而为作战、训练、推演等军事需求提供多领域、全要素、智能化的能力保障。

基于战场在作战体系、作战力量、作战活动与战场环境这些维度要素的抽象，形成孪生战场概念模型，如下图所示：

孪生战场的孪生体可分为作战概念对象的孪生体以及战场环境孪生对象两种。战场环境孪生对象为作战概念对象提供了态势信息的支持。作战概念对象孪生体主要是围绕状态空间、行为空间和作战知识，构建对应物理战场实体对象的能力仿真与行为仿真。通过作战概念对象孪生体的协同仿真，实现系统层级的战场仿真。

孪生战场能力框架

孪生战场的目的是为了构建与当前作战思想、作战概念、作战模式相适配的，包含战场全要素且体系化的，反应作战行动全流程的虚拟化战场。它以作战预案（需求）为牵引，以作战体系为范本，以作战力量为核心，以战场环境为基础，协同推进作战行动，以监视、融合、分析、评估、决策等能力，支撑各种数字孪生战场应用落地。因此，孪生战场对战场各个层级、各个维度要素的模型构建、运行均有明确的能力要求，如下图所示：

来源：数字孪生体实验室

孪生战场构建体系初探

2022-08-19 同步

还没有评论

VIP会员学习福利任务兑换礼品帮助与反馈

返回顶部