第10卷 第4期 2019年8月
C o mm a n d I n f o r m a t i o nS y s t e ma n dT e c h n o l o g y
V o l .10 N o .4
A u g
.2019㊃理论与探索㊃
d o i :10.15908/j
.c n k i .c i s t .2019.04.004分布式态势模拟训练系统关键技术及解决方案* 汪 跃 唐志军 章 邢 陆君之 舒乐乐
(中国电子科技集团公司第二十八研究所 南京210007
)摘 要：针对分布式态势模拟训练系统功能复杂和构建困难的问题，在分析系统基本需求的基础上，提出
了一种通用的分布式态势模拟训练系统服务架构，分析了远程异地统一管理㊁复杂态势环境模拟㊁异构仿真系统集成㊁分布式仿真资源管理和训练效果综合评估5项关键技术，并提出了相应的解决方案，可为构建战役级分布式态势模拟训练系统㊁开展多级联训㊁提升综合评估能力和改进训练方法等提供参考㊂ 关键词：态势模拟；统一导调；系统集成；训练评估
中图分类号:T P 391.9 文献标识码:A 文章编号:1674-909X (2019)04-0022-05
K e y T e c h n o l o g
i e s a n dS o l u t i o n s f o rD i s t r i b u t e dS i t u a t i o nS i m u l a t i o n T r a i n i n g S y
s t e m WA N G Y u e T A N GZ h i j u n Z H A N G X i n g
L UJ u n z h i S HU L e l e (T h e 28t hR e s e a r c h I n s t i t u t e o fC h i n aE l e c t r o n i c sT e c h n o l o g y G r o u p C o r p o r a t i o n ,N a n j i n g 2
10007,C h i n a )A b s t r a c t :A i m e d a t t h e p r o b l e m o f c o m p l e xf u n c t i o n sa n dd i f f i c u l t y t
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s i s ,a k i n do f g e n e r a l s e r v i c e a r c h i t e c t u r e f o r t h e d i s t r i b u t e d s i t u a t i o n s i m u l a t i o n t r a i n i n g s y s t e mi s p r o -p o s e d .F i v e i t e m s o f k e y t e c h n i q u e i n c l u d i n g u n i f i e d r e m o t em a n a g e m e n t i n d i f f e r e n t p l a c e s ,s i m -
u l a t i o no f c o m p l e x s i t u a t i o n e n v i r o n m e n t ,h e t e r o g e n e o u s s i m u l a t i o n s y s t e mi n t e g r a t i o n ,d i s t r i b u -t e d s i m u l a t i o n r e s o u r c em a n a g e m e n t ,a n dc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o n f o r t r a i n i n g e f f e c t s a r ea n a -
l y z e d .M e a n w h i l e ,t h ec o r r e s p o n d i n g s o l u t i o n sa r e p r e s e n t e d .I tc a n p r o v i d er e f e r e n c e f o rc o n -s t r u c t i n g c a m p a i g n -l e v e l d i s t r i b u t e d s i t u a t i o n s i m u l a t i o n t r a i n i n g s y s t e m ,c a r r y i n g o u tm u l t i -
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水貂肉
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❋基金项目:
装备发展部 十三五 预研课题资助项目㊂收稿日期:2018-03-24
引用格式：汪跃，唐志军，章邢，等.分布式态势模拟训练系统关键技术及解决方案[J ].指挥信息系统与技术,2019,10
(4):22-26.
WA N G Y u e ,T A N GZ h i j u n ,Z HA N GX i n g ,e t a l .K e y t e c h n o l o g i e s a n d s o l u t i o n s f o r d i s t r i b u t e d s i t u a t i o n s i m u -
l a t i o n t r a i n i n g s y s t e m [J ].C o mm a n d I n f o r m a t i o nS y s t e ma n dT e c h n o l o g y
,2019,10(4):22-26.0 引 言
为加快我军的信息化建设，需要研制和装备各
类不同级别的C 4
I S R 系统㊂态势分析是指挥控制
系统核心功能之一，也是指挥员进行指挥决策的基础㊂为了更好保障态势处理系统的研发，需模拟各类仿真情报信息源以支持和验证系统的开发和建设；同时，为了更好满足日常训练和业务考评，也需
要态势模拟训练系统提供保障㊂
文献[1-8]分别从不同角度介绍了情报模拟仿真理论方法㊁侦察情报模拟训练系统设计和实现方法；文献[9]提出了陆军指挥信息系统模拟训练评估需求；文献[10]提出了海军舰艇作战模拟训练中基于目标驱动的训练需求模型，并研究了基于需求演化的评估指标提取方法㊂目前，国内相关单位也针对各自的业务需求建设了模拟训练系统，这些系统针对各自特定的业务需求研制，业务关注点各不相同，遵循的技术体制也各具特，但基本未统筹考虑远程异地㊁上下联动的分布式态势模拟训练需求㊂本文针对战役级分布式态势模拟训练系统，从实际需求出发，综合分析态势模拟训练系统的基本需求，提出了一种分布式态势模拟训练系统的通用服务架构，并分析了其关键技术和解决途径，为构建战役级分布式态势模拟训练系统提供技术参考㊂1分布式态势模拟训练系统
1.1基本需求
训练仿真用于装备的操作技能训练㊁参谋作业训练和各级指挥员感知逼真的战场态势以进行分析㊁决策和指挥训练[11]㊂装备训练评估是对装备训练系统的功效和工作状态做出评价和估量的价值判断过程[12]㊂态势模拟训练系统基本需求可归纳为数据真实㊁模型逼真㊁目标全面㊁导调灵活㊁部署简便和考评客观㊂
尽管每个具体的态势模拟训练系统需求各不相同，但其基本需求相对不变，主要包括：生成各类态势模拟信息，为态势处理系统和指挥控制系统研制以及日常训练提供保障㊂从该基本需求可分解出基础数据维护㊁想定编辑㊁仿真引擎㊁自动兵力生成㊁统一仿真控制和导调干预㊁客观态势显示㊁态势情报模拟㊁训练数据记录与回放复盘以及训练效果综合评估等系统基本功能构件㊂
态势模拟训练系统通常是为指挥信息系统研发㊁测试和日常训练提供各类复杂战场态势环境，主要关注战场态势的模拟生成，因此可根据实际情况对交战和打击模型的实现适当简化处理，聚焦于复杂态势环境的生成，从而降低系统开发难度，有利于系统快速实现㊂
态势模拟训练系统强调用户界面图形化㊁易操作㊁低成本及系统快速开发㊂从通用角度看，需强化想定制作的图形化㊁态势显示的二三维一体化和导调控制的统一化，并充分考虑对已有仿真软件资产的兼容和利用㊂对已有的功能较为单一的仿真模拟系统或软件，通过接口改造或增加代理等方式实现与
新系统互连㊂
分布式态势模拟训练系统强调联合和统筹，通过网络将纵向和横向各节点的模拟训练应用(通常为战术级应用)连接起来，构成机制统一㊁上下联动的分布式态势模拟训练系统㊂
分布式态势模拟训练系统通常需具备以下能力:1)各节点独立态势处理训练;2)各节点间态势联训;3)联合训练想定制作和剧情产生;4)联合训练统一控制和统一导调干预能力;5)为参训单位态势处理和红蓝对抗等仿真训练提供支撑;6)有较完备的训练效果评估体系，具备综合评估能力㊂
1.2通用架构
借鉴面向服务体系结构(S O A)思想，提出了一个 网+云+端 的分布式态势模拟训练系统通用架构，如图1所示㊂
图1 网+云+端 通用架构
该架构的核心是将态势模拟训练存储资源㊁计算资源和各种数据资源服务化，通过底层基础网络，将各层级的模拟训练应用连接起来，构成战役级分布式态势模拟训练大系统㊂仿真应用节点可按需扩展和调减，实现弹性分布式部署应用，形成基于网络的联合仿真能力㊂
该架构可由各实体部门自行组织模拟训练，也可由上级部门牵头组织各相关下级单位一起开展统一导调㊁上下联动的模拟训练㊂一次完整的分布式态势模拟训练过程主要包括计划制定和下发㊁模拟环境构建(含参训单位组织)㊁分布式仿真运行㊁组训方导调导控㊁参训方模拟处置㊁仿真评估和分析㊂
32
第10卷第4期汪跃，等：分布式态势模拟训练系统关键技术及解决方案
2 关键技术及解决方案
2.1 远程异地统一管理
统一管理的基础是明确信息交互关系和信息交换类型㊂信息交互关系和数据交换类型可以在演训开始前确立，每个席位需要明确接收的数据源㊁数据类型和接收方式等，以及发送的数据类型㊁目的地和发送方式等㊂
分布式态势模拟训练系统需实现远程异地 8
个统一 ，具体如下:1)统一训练计划管理：提供训练想定编辑工具，支持红蓝双方行动计划同时录入,
提供想定管理界面;2)统一基础数据管理：包括目标㊁兵力部署和部队装备等;3
)统一仿真时间：可借助授时设备，确保参与训练的系统保持时间一致性;
4
)统一仿真运行控制：能够控制仿真系统的启动㊁结束㊁暂停㊁继续和加速等;5)统一导调干预：能够根据导演意图编辑并发布各类目标行动干预命令，发布导调文书;6)统一数据交换标准：明确各类数据交换标准，包括命令数据㊁推演数据㊁目标数据㊁情报数据和模拟器状态信息等;7)统一态势显示：实时显示客观态势信息，及时报告态势信息变化情况;
8
)统一训练评估：自动收集㊁统计㊁分析和评估受训人员对复杂态势的分析㊁研判和处置情况，给出训练情况综合评定㊂
设计了总库+分库的方案以实现基础数据的统一，即将全局通用的基础数据放在总库，确保核心共用数据的统一；将参训部门专用数据放在参训部门本地分库，仅供本部门访问㊂通过这种方式减少总库数据量和访问量，简化用户和数据访问的权限管理㊂
设计了网络代理模式解决远程异地运行控制和统一导调干预㊂各参训节点通过代理模块接收导演部的导调控制命令，并转成本地内部格式，同时将命令执行状态反馈给导演部，使导演部能及时掌握各参
训席位状态㊂
态势信息统一涉及实时推演态势目标的数据更新㊂根据使用场景设计了3种解决方案:
1
)主动推送模式，即通过网络实时广播目标状态信息㊂该模式适用于模拟态势目标数量较少㊁更新频率较低的场景㊂数据所需网络带宽计算公式为:
Q =ðm
i =1
8U i F i N ()
i (1
)其中,Q 为数据总带宽，单位b i t /s ;U i 为某类态势
目标平均数据长度，单位B y t e ;F i 为该类目标数据更新频率，单位次/s ;N i 为该类目标数;m 为目标种类数㊂当目标数量较多㊁更新频率较高时，为减少网络传输量和提高效率，需对目标数据合并打包
和压
缩处理㊂该模式需根据演训需求合理设置推送数据类型和频率，以降低网络传输负载㊂当整个演训系统规模较大，各模拟系统对数据的实时性需求差异较大时，该模式就很难兼顾所有需求，易造成网络带宽的无效占用㊂
2
)查询订阅模式㊂构建一个数据服务中心，保存并更新态势目标实时数据，各模拟系统根据需要定期访问数据服务中心并获取所需数据㊂
3
)数据文件模式，即在仿真推演前将所有模拟目标状态演算出来，以数据文件方式一次性发给相关模拟软件㊂该模式可降低训练过程中的网络负载，但灵活性差㊂一旦目标在推演过程中被干预改变，相关模拟软件无法及时获知目标变化信息㊂因此，该模式仅适用于推演过程中无导调干预的演训场景㊂
2.2 复杂态势环境模拟
如何构建各种复杂㊁逼真的模拟态势环境是分布式态势模拟训练系统需解决的关键问题之一㊂在
借鉴王君等[13
]提出的一种虚实兵力方法的基础上,
本文设计了2种虚实结合的态势模拟途径:1)通过实时接入实装真实信源，生成虚实结合的复杂模拟态势;2)将历史真实数据与模拟数据进行混合生成，进一步丰富态势要素，实现复杂㊁逼真的态势环
境模拟，为后续实装系统开展模拟训练提供保障㊂具体实现方式包括:1)完善模拟目标类型，能模拟生成各种空中㊁空间㊁水面㊁水下㊁陆上和电磁等各类目标;2)完善模拟探测装备种类，即完善各种探测装备和手段模拟，丰富情报类型;3)优化仿真模型，重点加强目标仿真模型和装备探测模型的逼真度和
处理效率优化;4)接入实装信源数据，将实装信源数据与模拟数据混合，形成虚实结合的复杂态势，使用时需注意对数据时间进行修正，确保与模拟演练的仿真时间保持一致;5)混合历史真实态势数据：将一些典型目标的航迹和活动规律等历史真实数据抽取出来，加入模拟数据，形成虚实结合的复杂态势，使用时同样需要对数据时间进行修正㊂2.3 异构仿真系统集成
很多部门已建有一些仿真系统或专用模拟器，如各类侦察装备的模拟软件㊂这些系统或软件平台各异，技术体系和架构各不相同，对外接口和数据交换五花八门㊂考虑到节省资源㊁减少重复劳动和降低系统研发成本等，有必要对已有仿真软件资产兼容㊁集成和改造复用㊂如何集成这些异构仿真系统也是分布式态势模拟训练系统需解决的关键问题之一㊂
对已有仿真模拟系统或模拟器软件，设计了接口改造㊁增加代理或协议转换2种方式实现与大系4
2指挥信息系统与技术
2019年8月
统互连互通㊂
空调节能器
1)对于单个模拟器软件，通过接口改造方式，增加对外交互的目标数据㊁态势数据㊁控制命令和干预命令等的接收和转换接口，实现对单个模拟器集成㊂2)对于已有仿真系统，通过代理或协议转换方式，屏蔽各系统内部的平台差异和处理细节，同时对系统与外部的数据交互信息进行收发和预处理，通过数据层面的接口统一和交互，实现与整个态势模拟训练的大系统集成㊂
2.4分布式仿真资源管理
分布式态势模拟训练系统在开展战役级多级联训时，面临着资源规划复杂㊁资源管控复杂㊁数据交互复杂等一系列问题㊂借助云计算㊁大数据和资源虚拟化等技术，建立云服务和大数据平台实现对分布式仿真资源的高效管理㊂
1)利用资源虚拟化技术㊂通过资源虚拟化技术动态构建训练环境，实现资源共享和高效合理利用㊂主
要有2大类资源虚拟化:(1)通信网络㊁计算资源和存储资源等基础资源虚拟化;(2)各类仿真系统㊁模拟软件及实物/半实物模拟器等训练资源虚拟化㊂2)建立云服务和大数据平台㊂通过建立联合训练云服务平台，对全网模型㊁数据和计算能力等异构资源统一提供配置管理㊁接入管理㊁权限管理㊁时间管理㊁实体/对象管理㊁交互管理和运行监控等服务㊂云计算服务通过构建虚拟化的计算㊁存储和网络资源池，实现资源的集中管控㊁并发使用㊁按需组织㊁灵活共享和动态扩展，降低过程管控复杂度，从而提升训练管理效率㊂系统通过建立大数据平台，实现对联训相关的基础数据㊁仿真模型和训练资源等数据的虚拟存储与统一管理，降低数据交互和管理的复杂度㊂
2.5训练效果综合评估
为了客观评估受训人员综合业务水平，需统筹考虑业务理论知识㊁值班操作㊁特情处置和专题研究等多方面能力，通过建立评估指标体系和综合能力评估模型，开发评估算法库，提升自动评估智能化水平，为受训人员的综合业务水平评估提供支撑㊂本文通过以下4个方面来提升训练效果综合评估能力: 1)建立评估指标体系，构建评估模型
文献[14]提出了建立评估指标体系遵循的基本原则，总结了常用评估分析方法；文献[15]提出了一种基于主客观权重综合的训练评估方法；文献[16]提出了一种基于A N P的实战化训练评估分析方法；文献[17]提出了一种多层次模糊综合评估方法；文献[18]构建了作战模拟训练评估指标体系，并给出了基于灰层次分析法的评估模型㊂借鉴上述训练评估理论和方法模型，针对战场态势模拟训练系
统的评估特点，从分析研判能力㊁情况处置能力和专
题研究能力等方面分别构建开放的评估指标体系,
并给出量化评估模型㊂从客观性㊁简明性㊁完备性㊁
独立性和可测性5个方面不断补充完善评估指标，修正量化评估模型㊂结合实际演训情况，动态构建
评估指标体系，动态加载评估模型，提升系统自动化
评估水平㊂
2)基于机器学习的智能化训练评估
传统的人工评估方式只适用于小规模且评估指
标较少的训练系统㊂一次较大规模的战役级分布式
态势模拟训练记录和采集的训练数据类型复杂，且
数据量巨大，完全依靠人工评判难以完成㊂
基于采集的各类数据，建立训练评估指标体系,
构建数据挖掘和机器学习等智能化评估模型算法,
通过对历史训练数据学习，实现计算机辅助智能化
训练评估㊂智能化训练评估模型主要包括多维度评
估模型和增量学习评估模型等㊂(1)多维度评估模型：针对专业方向㊁知识点和难易程度等不同维度建立算法模型，开展自动评估;(2)增量学习评估模型：在原有知识库基础上，对新增的训练数据开展增量学习并及时更新和修正知识库㊂常见的增量学习模型包括自组织增量学习神经网络和基于情景记忆的马尔可夫决策过程等㊂
具体实现时，可将人工评估结果作为整个训练
数据的特征标签，构建学习算法的输入向量，通过神
经网络模型自学习来训练数据与评估结果间以及数
据不同维度间的关联关系，通过持续交互反馈自动
获取并调整信息，通过增量学习不断改进评估精度㊂3)理论知识考核评估
模拟训练系统通过对受训人员的分析㊁研判和
处置等操作来评判其业务能力，受模拟态势环境等
电磁屏蔽导电胶限制，并不能全面反映受训人员的综合能力㊂在训
练系统中设计了业务理论知识考核模块，通过理论
知识和实际处置相结合方式，实现对受训人员的综
合能力客观全面评估㊂
本文设计了2种业务理论知识考评的实现方式㊂(1)通过浏览器/服务器(B/S)架构的在线考试系统实现;(2)将理论考核模块嵌入态势处理系统以实现基于应用场景的知识考核㊂业务理论知识考核流程如图2所示，主要包括试题库的编辑录入和管理㊁设置并生成试卷㊁在线考试㊁自动阅卷和辅助人工判卷等㊂①题库管理：编辑录入试题，主要包括试题㊁参考答案㊁分值㊁所属专业㊁知识点和难度等级等;②试卷生成：根据理论考核需要从题库中抽取考题生成试卷，可按专业和难度等级生成不同类型
52
第10卷第4期汪跃，等：分布式态势模拟训练系统关键技术及解决方案
试卷，可指定题型与数量㊁每题分值和考试时长等;③在线考试:
受训人员按从事的专业方向和技能等级等进行在线考试并提交试卷;④考官阅卷:
客观题自动阅卷，主观题辅助考官判卷，由系统给出最终成绩
㊂
图2 业务理论知识考核流程
4
)挖掘训练数据，改进训练效果对历史训练数据，通过元数据分析和关联标记等方法进行深入挖掘分析，出其内在分布规律和变化趋势等㊂提出了从横向比较㊁纵向剖析及时间演变3个不同角度来开展挖掘分析，具体如下:
(1
)按受训人员的单位㊁部门和专业方向等横向比较分析，出能力水平的分布差异，分析原因并取长补短;(2)按照演训主题㊁考核知识点和模拟处置内容等纵向剖析，出受训人员理论知识普遍不足的地方，分析研判易出错的情况等，以便在后续训练过程中采取针对性强化训练措施;(3)对受训人员的历次训练情况按照时间序列进行比较分析，挖掘综合能力演变规律，总结模拟演训和业务考核对相关业务知识和专业技能的提升效果，为优化业务训练程序，循序渐进开展模拟态势分析㊁特情处置和技能考核等提供依据㊂
3 结束语
本文针对战役级分布式态势模拟训练系统，通过梳理分析其基本需求，提出了一种通用的分布式态势模拟训练系统服务架构㊂从分布式态势模拟训练系统集成和构建㊁多级联训开展㊁综合评估能力提升和训练数据挖掘等不同角度逐一分析，对远程异地统一管理㊁复杂态势环境模拟㊁异构仿真系统集成㊁分布式多级联训管理和训练效果综合评估等关键技术进行了深入分析，并给出相应的技术途径和解决方案㊂后续将在分布式复杂态势环境模拟㊁分布式仿真对抗模型㊁智能评估模型以及基于大数据的训练效果分析等方面进一步研究㊂参考文献(R e f e r e n c e s
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作者简介:
汪 跃，男(1975 )，高级工程师，研究方向为仿真系统和态势分析㊂唐志军，男(1979 )，高级工程师，研究方向为数据库和数据分析㊂
章 邢，男(1991 )
塑料表面电晕处理机
，助理工程师，研究方向为仿真系统和情报分析㊂陆君之，男(1990 )，助理工程师，研究方向为仿真系统和情报显示㊂舒乐乐，男(1989 )
，
助理工程师，研究方向为情报分析㊂
(本文编辑：李素华)
6
2指挥信息系统与技术
2019年8月
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