战役油料保障三维态势推演系统结构研究

摘要：该研究旨在提高战役级后勤指挥员、战勤参谋、油料助理对油料保障计划的预演能力。首先，阐述了战役油料保障三维态势推演系统的内涵和作用；然后，通过对系统内涵和作用的理解，进一步分析出系统的三维战场环境构建、三维态势标绘、三维态势推演、想定剧情表现、三维态势显示和辅助功能六项主要功能；最后，在系统功能分析的基础上设计了系统的结构，指出了系统结构的信息流程，并重点对系统的各个关键部件进行了介绍。

关键词：油料保障；三维态势；态势推演；系统结构；模拟训练

中图分类号：E917 文献标识码：A

随着基于计算机模拟的作战实验逐步深入，国内外研究了一些具有三维态势推演功能的系统。典型的有：国外的美国Ternion公司开发的“灵活的分析建模与训练系统”（英文简称：FLAMES）；国内的信息工程大学开发的“三维态势推演模拟系统”、北京华软天成科技发展有限公司开发的“三维战场可视化标绘及推演系统”。这些系统在三维态势推演时直观性较好、逼真度较高，能够满足部分军事需求。但是，它们也存在一些问题：系统对油料保障态势推演的针对性不强；国内的系统在三维态势表示上还局限于对传统战场态势表示方法的简单数字化。为此，需要根据油料保障自身的特点，研究油料保障三维态势推演系统。

1 战役油料保障三维态势推演系统的内涵和作用

战役油料保障是战役军团为遂行战役任务而组织实施的油料保障。它的具体内容包括建立油料保障体制、拟制油料保障计划、部署油料保障力量、运用油料保障方式等。战役油料保障三维态势推演系统以战役级军事演习为背景，在计算机构建的、与演习背景相关的三维战场环境中，围绕己方油料保障部署和行动这个重点内容，按照参演各方制定的行动计划进行油料保障状态的顺序演示。它的主要作用是辅助战役级后勤指挥员、参谋检验油料保障计划的可行性，谋求油料保障过程的精确性。

2 战役油料保障三维态势推演系统功能分析

通过对战役油料保障三维态势推演系统的概念、作用的理解，可以分析出战役油料保障三维态势推演系统的功能需求：一是系统需要以三维战场环境为基础；二是系统需要利用三维军标符号、三维实体模型来表示油料保障机构或实体；三是油料保障实体不能简单的三维化，还需要赋予战术属性；四是系统需要利用油料保障力量消耗、需求量预计等计算方法来衡量油料保障力量的数量变化；五是系统需要利用三维态势来表现油料保障的动态变化过程；六是在油料保障推演过程中，有些油料保障状态是难以用三维表现的，但是这些状态对系统用户理解推演流程非常重要，所以系统需要表现这些非三维的油料保障状态；七是系统需要将油料保障态势推演的过程和结果向用户表达出来；八是系统需要一些辅助功能来支持油料保障三维态势推演。

所以，战役油料保障三维态势推演系统主要有三维战场环境构建、三维态势标绘、三维态势推演、想定剧情表现、三维态势显示、辅助功能六个功能。系统的功能组成如图1所示。

3 系统结构设计方案

根据系统模块化设计的思想，战役油料保障三维态势推演系统的结构由方案编辑器、推演调度器、推演控制器、推演计算器、数据记录器、态势显示器、文档生成器、数据库八个关键部件组成。数据库主要包括推演方案库、事件库、环境信息库、参战力量库、三维军标模型库、动作模型库、推演日志库等。系统结构如图2所示。

系统结构的信息流程是：系统用户（后勤指挥员、战勤参谋、油料助理）按照作战计划和油料保障计划的内容，利用方案编辑器将作战双方的作战地域、参战力量、、武器配备和我方油料保障力量编组、油料保障范围、油料保障线路、油料保障方式等信息编辑成系统能够识别、执行的推演方案和事件信息，并将事件信息和推演方案存入数据库中。推演调度器读取推演方案并不断扫描事件库，从数据库中调度推演方案和事件库涉及的相关模型和数据。推演计算器利用动作模型库的约束条件计算出推演调度器调度的各个模型的更新状态值。推演调度器和推演计算器可以随时接收推演控制器产生的控制指令，而这些控制指令是系统用户发出的控制命令经推演控制器解释后产生的。推演计算器产生的推演数据有两个流向：一是从推演数据中提取的态势数据通过态势显示器在屏幕上输出油料保障三维态势的图形图像；二是经过筛选的推演数据由数据记录器写入推演日志库中。文档生成器对推演日志库中的数据进行统计分析，按照一定的模板输出推演日志记录、推演状态报告和图表等。

方案编辑器的主要功能是将战役级作战指挥员制定的作战计划、战役级后勤指挥员拟制的油料保障计划转换为系统能够识别、执行的推演方案和事件信息。方案编辑器是在数据集Dataset的基础上对具体的推演方案和事件进行设置。Dataset是由很多数据库组成的集合。在推演方案和事件编辑时，推演环境的设定可以调用环境信息库来设定；推演实体的设定也可以通过调用相应的数据库来设定，如车辆类型的选择可以选择参战力量数据库、车辆的三维模型可以选择三维军标模型库，车辆的战术属性可以从车辆类型定义的类库中选择，车辆的动作可以选择动作模型库。方案编辑器将编辑好的推演方案和事件存储到推演方案库和事件库。方案编辑器设计的关键是设计好Dataset的调用机制。

3.2 推演调度器

推演调度器的主要功能是读取推演方案、扫描事件库，根据读取和扫描的信息，从数据库中调度相关模型。推演调度器还可以分为四个模块：方案读取模块，负责读取推演方案信息；事件扫描模块，负责扫描事件库中的事件；模型调度模块，负责从数据库中调度方案、事件中涉及的相关模型；数据发送模块，用于传送调度完毕的模型数据。推演调度器设计的关键是实现这4个模块和模块之间接口的设计。

3.3 推演计算器

推演计算器的主要功能是利用动作模型库的相关约束条件对相关模型进行计算，从而产生更新的推演数据。推演计算器也分为4个模块：数据接收模块，用于接收推演调度器传送的模型数据；指令接收模块，用于接收推演控制器传送的控制指令；推演计算模块，用于计算新的态势状态数据；数据发送模块，用于传送经过计算的推演数据（含态势数据）。推演计算器设计的关键是实现这4个模块和模块之间接口的设计。

3.4 推演控制器

系统用户可以向系统发送开始推演、暂停推演、停止推演、推演时间设定、模拟步长设置等推演命令来实现对系统的控制。推演控制器的主要功能是接收用户的控制命令，并将控制命令解释为系统能够识别的控制指令。推演控制器控制的对象主要是推演调度器和推演计算器，它决定着推演调度器和推演计算器的工作状态和参数设置。它主要分为3个模块：用户控制模块，用于接收系统用户的控制命令；指令解释模块，将用户的控制命令解释为系统能够识别的控制指令；数据传送模块，用于向推演调度器和推演计算器传送控制指令。推演控制器设计的关键是实现这3个模块和模块之间接口的设计。

3.5 数据记录器

数据记录器的功能比较单一，就是将推演计算器产生的推演数据记录到推演日志库中。它分为2个模块：数据接收模块，用于接收推演计算器产生的推演数据；数据记录模块，将新产生的推演数据存储到推演日志库中。数据记录器设计的关键是实现这2个模块和模块之间接口的设计。

3.6 态势显示器

态势显示器是一个输出单元，它的主要功能是接收推演计算器输出的态势数据，并将态势数据以图形图像的形式显示给系统用户。态势数据是系统用户从推演数据中提取出来的、符合用户需求的一些数据，具体包括特定范围的三维地理数据、三维军标模型数据及其位置、姿态、战斗属性等信息等。态势显示器分为3个模块：数据接收模块，接收推演计算器的态势数据；数据处理模块，将接收的态势数据进行规范化处理，使这些数据符合计算机中图形处理单元GPU的要求；数据显示模块，将规范化的态势数据输出到显示设备上。态势显示器设计的关键是实现这3个模块和模块之间接口的设计。

3.7 文档生成器

文档生成器是另一个输出单元，它的主要功能是对推演日志库的数据进行筛选和统计分析，并将筛选和统计分析后的数据按照系统用户设定的模板输出文档。文档生成器输出的文档主要有推演日志记录、某一时刻或某个阶段的态势推演状态报告、整个态势推演过程的分析报告。它可以分为3个模块：数据筛选模块，用于从推演日志库中筛选出文档模板要求的相关数据；数据分析模块，用于分析数据筛选模块筛选的数据，按照文档模板的要求进行统计分析；文档生成模块，利用系统用户设定的文档模板，将数据筛选模块和数据分析模块产生的数据以文档的形式输出。文档生成器设计的关键是实现这3个模块和模块之间接口的设计。

3.8 数据库

战役油料保障三维态势推演系统涉及的数据库比较多，主要有推演方案库、事件库、环境信息库、参战力量库、三维军标模型库、动作模型库、推演日志库等。数据库的设计重点在确定数据库中的具体要素和数据结构在计算机中的存储表现形式。下面，分别对这些数据库进行介绍。

3.8.1 推演方案库

推演方案库用于存储推演方案。推演方案库由很多子数据库组成，子数据库的名称是推演方案的名称，每一个子数据库的内容存储一个具体的推演方案。在每一个子数据库中，可以有2个数据库表：推演参数设置表、具体推演方案表。推演参数设置表主要存储推演环境的数据库链接地址、推演时间段、模拟步长等基本参数。具体推演方案表由很多推演子项组成。推演子项的要素包括推演子项ID、推演时间、目标参战实体、表示目标参战实体的三维军标模型、动作类型（由动作模型库提供）、目标参战实体的战术属性值等。

3.8.2 事件库

在离散系统模拟中，一个事件表示模拟过程中的一个重要时刻。当事件发生时，系统会执行某些动作，系统状态会发生相应的变化。战役油料保障中，事件有很多类型，按照事件本身的性质分，有敌方的攻击破坏事件、我方的补充油料保障力量、改变油料保障路线、转变油料保障方式事件和泥石流、地震等自然事件；按照事件出现的方式分，可以分为在推演过程中按固定时刻激活的固定事件（如战役油料保障中重要时刻的油料保障活动）和在推演过程中不能确定激活时刻的随机事件（如战役油料保障中敌人突然来袭事件、地震等）。事件库的建立对系统推演有着重要意义，它可以提高系统模拟战役油料保障态势推演过程的真实性。

事件库用于存储战役油料保障态势推演中的所有事件，它由事件项组成。事件项与推演子项的不同之处在于：一是事件项可能会涉及到多个目标参战实体，也可能不会涉及到任何一个目标参战实体，而推演子项始终涉及到一个目标参战实体；二是事件项的某些要素与推演子项的某些要素不一样，如敌人攻击破坏事件会引起油料保障力量数量和机动路线的改变，这需要事件项应该有影响油料保障力量的数量和机动路线的要素，这时事件项的要素可以包括油料保障力量影响因子等。事件项与推演子项也有联系：某一事件项的事件激活后，会增加（或减少）推演子项的数目，也可能会改变某一推演子项的具体要素的属性值。

事件库设计的难点是事件项的数据结构设计，因为事件类型、内容不同会引起不同的油料保障态势状态的变化。事件库的设计可以根据事件类型的划分来建立具有不同事件项要素的数据库，也可以将事件库设计成通用的数据库。不管怎么样设计，事件项的基本要素应该包括事件ID、事件发生的时刻、事件名称、事件的内容、事件作用的范围、事件影响的结果。事件的内容是文字表述，可以用来表现那些不能用三维表现的油料保障状态。

3.8.3 环境信息库

环境信息库主要是存储作战地域的三维地理信息、人文信息、气象信息、经济状况、地方油料力量分布情况等数据，用于生成战役油料保障地域的三维战场环境和辅助系统用户在推演方案编辑时查询相关信息。环境信息库分为三维地理信息数据库、气象信息数据库和战场环境资料数据库三个子数据库。三维地理信息数据库是环境信息库中设计的重点，主要存储油料保障地域的数字高程模型、纹理数据、地物数据；气象信息数据库存储表现火、雨、雪、雾、白天、黑夜等状态的三维数据；战场环境资料数据库用于存储记录战役油料保障地域的人文信息、宗教信息、经济状况、地方油料保障力量分布等文档。

3.8.4 参战力量库

参战力量库用于存储敌我双方的作战实体、作战编组、指挥关系和我方战役油料保障力量、油料保障力量编组、油料指挥关系、油料保障范围等数据。根据存储信息种类的不同，参战数据库可以分为参战实体数据库、关系类型数据库、关系数据库三种子数据库。参战实体数据库存储推演过程中涉及的各个作战实体、油料保障实体信息，如参战实体的ID、名称、类型、战术属性；关系数据库存储作战实体之间、保障实体之间、作战实体与保障实体之间的关系类型信息（如指挥、被指挥、保障、被保障、加强、配属）。关系类型数据库的子项的要素可以包括关系类型ID、关系类型、关系属性。关系数据库存储各个参战实体之间的关系，它的子项的要素包括关系ID、参战实体A、参战实体B、A对B的关系。

3.8.5 三维军标模型库

三维军标模型库存储表示参战实体的三维实体模型和表示基本指挥所、后勤指挥所、进攻路线、保障路线等规则的、非规则的三维军标符号。三维军标模型库是实现战役油料保障三维态势推演的重要部分，它可以让系统用户在显示设备上形象地看到战役油料保障态势推演的状态变化过程，如坦克的机动、车辆的行驶、单兵的行走等。三维军标模型库分为三维实体模型库和三维军标符号库两个子数据库。三维实体模型库存储参战实体的三维模型，三维军标符号库存储规则的、非规则的三维军标符号。

3.8.6 动作模型库

动作模型库存储推演计算器用来计算的各种动作模型。动作模型的种类比较多，不仅包括单兵行走、车辆行驶、飞机飞行、舰船航行、加油车加油等参战实体自身具有的动作模型，而且包括闪烁、出现、消失等参战实体自身不具有的动态表现形式，也包括部队转移、后勤防卫、保障力量编组、保障方式转变、保障路线改变等战术动作，还包括各种计算公式，如三维地形分析公式、作战实体油料消耗计算、油料保障力量需求预计公式等计算动作。动作模型库的设计比较复杂，需要认真分析、比较、分类，总结出合理的子数据库划分和各个子数据库的数据结构。设计时，可以考虑动作模型库中建立参战实体动作库、动态表现数据库、战术动作数据库、计算动作数据库四个子数据库，用来分别存储上述四类动作模型。

3.8.7 推演日志库

推演日志库的功能是存储数据记录器传送的推演数据，是产生各类文档的源泉。推演日志库的设计要求是能够比较详细地记录推演数据。所以在设计时，合理设计推演日志库的数据结构至关重要。推演日志记录的主要内容应该包括：时间、目标物、目标物的位置、目标物的状态等。通常，推演日志库下面没有子数据库。

4 结束语

本文阐述了战役油料保障三维态势推演系统的内涵，比较详细地分析了战役油料保障三维态势推演系统的功能，重点设计了战役油料保障三维态势推演系统的结构。战役油料保障三维态势推演系统对于战役级后勤指挥员、战勤参谋、油料助理制定油料保障决策具有很强的针对性。随着战役油料保障三维态势推演系统的功能不断丰富和完善，相信在不久的将来，它的作用将会日益凸显出来。

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