军用任务规划技术

关键词：军事；任务规划；大数据；数据挖掘；脑机接口；态势感知；人工智能；专家系统；联合作战规划

定义

任务规划是将武器装备、战场环境和人系统映射到统一的数学空间，运用数学工具和现代计算技术，在武器装备性能和作战规则约束下，按照战术意图对武器装备的使用进行筹划，使各作战要素以统一的目标、统一的计划，有序、协调行动的一门综合学科。

任务规划本质上是以运筹和优化的方法和思想，统筹资源、完成任务。任务规划技术是一项多领域相关、多层面运用、多学科交叉、多技术融合、多系统集成以及人机、脑机交互的高新技术。任务规划技术横向可联通传统技术手段、纵向可融合新兴技术理念，形成传统手段与新兴技术的最佳结合点。进化算法、知识/规则库、分布式协同、机器学习、人工智能、大数据、云计算、AR/VR、脑机结合等新技术、新理念都已经或即将在任务规划技术中得到应用。

发展路线

根据参与研究的主体、成果应用的方向、面向的背景需求不同，任务规划技术的发展主线可划分为理论探索、应用研究、工程实现3个层次，发展各有侧重，最终目的均为任务系统的产品实现提供具体支撑。

理论探索

任务规划相关理论发展主要经历了3个阶段：

第1阶段以军事运筹学、控制理论等相关理论为基础，主要目标是实现辅助计算；

第2阶段以专家系统、智能优化等相关理论为基础，主要目标是实现辅助决策，降低人的工作负荷；

第3阶段以深度学习、数据挖掘等人工智能领域的最新理论成果为基础，主要目标是实现决策的自主化和智能化。

应用研究

应用研究是理论成果与工程实现的纽带与桥梁，近年来随着基础理论的发展和国内军事应用领域对任务规划系统需求的不断提高，大量高校、科研单位的研究人员积极参与到任务规划应用研究当中。关于任务规划技术的研究最早主要集中在飞行器的任务规划领域，包括飞行器任务分配、航路规划、载荷规划等，并逐渐从单飞行器规划到多飞行器协同规划，从飞行器规划扩展到陆、海、天等多领域平台规划，从单武器装备规划到多武器平台协同规划。

基于面向作战应用的任务规划技术主要解决4个域的实际问题:路径域、目标域、预演域、终段域。在路径域含任务分配、航迹规划问题；目标域含目标分析、毁伤计算、突防分析问题；预演域含仿真推演、攻防对抗问题；终段域含远程管控、效能评估问题。

以路径域为例，对于路径域的任务分配技术，首先出现的是基于线性规划和整数规划的任务分配方法，随着智能优化算法的发展，合同网络、蚁群算法、遗传算法等一系列智能优化算法被用来解决任务分配问题。对于路径域的航迹规划技术，基于Voronoi图的路径规划方法、基于共同进化的规划方法等，基本属于数学规划方法层面，后逐步演变为一般优化算法、启发式优化算法、决策树模型等，其技术路线如下图所示。

随着深度神经网络模型、云计算的发展，任务规划技术逐渐吸纳这类模型进行复杂问题的求解，对武器装备作战中的毁伤、突防、目标分析、推演、评估、管控等工程问题的解决起到巨大的推动作用。

工程实现

任务规划技术在巡航导弹领域得到首次工程实现，近些年随着新型战机、无人机、舰船等高新装备的发展，其配套的任务规划系统也纷纷开始研制。经过多年的发展，实现了从单武器到多军兵种联合、射前预案规划到全程作战筹划控制的跨越，构建了相对完整的任务规划技术工程应用体系。从工程实践经验角度来看，任务规划技术工程化的特点是“基础在平台、核心是模型、关键是数据”。平台的重点是满足网络化、服务化、国产化、自主可控的需求，模型重点是通用化，且支持多领域模型快速积累和复用，数据的重点是种类完备且具有标准的数据保障规范体系。

根据装备的发展与作战的体系化变革历程，任务规划技术在该层次可以归纳为4个主要的阶段，即:单型武器任务规划技术、装备平台任务规划技术、合同作战任务规划技术、联合作战任务规划技术。国内主要以工业部门为研究主力，如中国航天科工集团、中国航天科技集团、中国电子科技集团等。工业部门以型号研制为牵引，逐渐发展成为一个完整的研发体系，如航天三院在国内构建了由研发平台、模型体系、数据工程组成的任务规划工程研发体系，为任务规划系统研制和任务规划技术验证创造了条件。研制出我国第一型通用任务规划平台(CMPE)；首创通用任务规划建模语言MPDL，构建了覆盖各领域装备的性能/效能/战术模型体系；建立从数据需求、保障渠道、交换格式、校验方法，到管理分发途径的完整数据工程解决方案。我国在任务规划工程实现层技术能力的发展路线如下图所示。

( 联合作战是指军种部队之间的协同作战，合同作战是指军种内部兵种部队之间的协同作战。也就是说，“联合”与“合同”的主要区别是使用军种或兵种作战力量的区别。)

中外对比

自20世纪80年代以来，世界各国纷纷开展了任务规划技术的研究。以美军为代表的西方国家最早开展任务规划的研究、研制和应用，在世界处于领先地位，其陆海空三军都分别装备有不同的任务规划系统，从系统层面美军与国内的发展对比如下图所示。

进入新世纪以来，发达国家对军事领域的任务规划技术提到了新的高度。美军重视新技术背景下对智能化任务规划技术的探索。来自南加州大学的研究人员设计了虚拟指挥体系，作战人员可以在充满各类作战信息的虚拟指挥中心内指挥作战，甚至可在虚拟体系中直接实现对作战平台的操控。目前主要军事强国均对人工智能等先进技术在任务规划领域的应用产生了强烈兴趣。美国国防部于2017年透露，其已建立整合利用大数据和机器学习能力的职能团队。

与发达国家相比，国内任务规划相关技术还有很大的进步空间。在分析研究我军军事任务规划需求的基础上，对标国际拓展研究思路，以理论研究为指导，完善配套模型、数据、标准等，未来可重点开展联合任务规划体系框架、功能使用、运行机理等系统研究与应用。同时在面对人工智能这一全球共同的机遇时，任务规划技术成为支撑人工智能转化为军事“超级智能”的关键，人工智能对任务规划技术的颠覆性潜力正逐步显现。

美军任务规划系统

1980年年开始装备计算机辅助任务计划系统（Computer－ Aided Mission Planning System ，CAMPS），1983年完成基于Unix的任务支持系统I （MissionSupport System ，MSS I）的开发；1989年完成基于PC的任务支持系统II （MSS II）的开发；1992年研制成功空军任务支持系统（AirForce MissionSupport System ，AFMSS）；1996年完成Windows环境下的便携式飞行计划软件（Portable Flight Planning Software，PFPS）；1998年12月海军任务规划系统定版（Naval Mission Planning Systems，NavMPS）；2002年4月研制出用于陆、海、空三军联合任务规划系统(Joint Mission Planning System， JMPS)。

空军任务支持系统

空军任务支持系统（AFMSS）由便携式飞行规划系统（PFPS）、任务规划系统（MPS）和便携式任务规划系统（PMPS）组成。AFMSS能作为一个独立系统，或同其它信息指挥系统联结使用。系统软件考虑到地形、天气、飞机机动能力和敌方火力威胁等因素约束，并根据已知敌方目标的位置和类型，结合具体飞行器的武器分发和燃料需求计算，估算出其航路。另外，计划者还能考虑到运用其它飞机拦击敌机的计划配合，具有任务检查、打印功能，并能为机载航空电子控制系统上载任务计划，进行任务结束后任务下载、回演。其任务计划工具包括：战斗、航路和空投计划、武器分发、目标计划、雷达预警、威胁分析、全程飞行路线三维预演、任务计划数据装载与下载。

海军任务规划系统

海军任务规划系统（NavMPS）能够快速地处理大量的数字化地形、威胁和环境数据，主要为美国海军部队和陆战队的无人飞行器、远距离武器、固定翼和旋转翼飞机，提供自动化的任务规划和航路优化。任务规划者可以使用NavMPS强大的数据库，快速创建合适的任务规划。例如，条幅式的图表、雷达预测、飞行计划以及任务加载数据等。这大大减少了任务规划和武器系统的前期准备时间，提高了圆满实现任务的可能性。目前，海军任务规划系统硬件有四种配置：DTC－ II、ACE／VME、SUN ULTRA2（1200／1300）和CUI（系统）为了满足多种武器系统的任务规划需求，增大NavMPS的速度和灵活性，软件采用模块结构设计。

联合任务规划系统

1999年美军开始研制联合任务规划系统（Joint MissionPlanning System，JMPS），主要是将海军任务规划系统（NMPS）、空军任务支持系统（AFMSS）和特种部队行动计划和预演系统（SOFPARS）一起移植到基于国防信息高速公路的Windows2000／NT软件平台，目的是为三军联合作战提供任务规划系统。系统主要用来制定飞行威胁分析、飞机航路、攻击协调等航空任务计划，其特点如下：（1 ）界面友好，易于使用；（2）为各军兵种之间的任务计划调整构建了合理的框架；（3）灵活的集成模型，减少了执行任务计划的冒险；（4）在运行期间允许用户为满足任务计划需要而进行系统配置选择；（5）为第三方开发者顺利移植AFMSS＆TAMPS功能到JMPS提供了可扩展的体系；（6）通过有效的使用可扩展功能、共同处理及自动化工具来减少开发、移植及生命周期费用。

基于Agent方法的MPS实现

Agent：

Agent和对象一样具有标识、状态、行为和接口，但Agent和对象相比，主要有以下差异：

1. Agent具有智能，通常拥有自己的知识库和推理机，而对象一般不具有智能性；
2. Agent能够自主地决定是否对来自其它Agent的信息作出响应，而对象必须按照外界的要求去行动。也就是说Agent系统能封装行为，而对象只能封装状态，不能封装行为，对象的行为取决于外部方法的调用；
3. Agent之间有通信通常采用支持知识传递的通信语言。

但Agent可以看做是一类特殊的对象，即具有心智状态和智能的对象，Agent本身可以通过对象技术进行构造，而且大多数Agent都采用了面向对象的技术，Agent本身具有的特性又弥补了对象技术本身存在的不足，成为继对象技术后，计算机领域的又一次飞跃。全球范围内的Agent研究浪潮正在兴起，包括计算机、人工智能、系统集成以及其它行业的研究人员正在对该技术进行更深入的研究，并将其引入到各自的研究领域，为更加有效地解决生产实际问题提供了新的工具。

MPS的作战运用

MPS在海湾战争中的应用

海湾战争中，美国空军由于使用了MSSⅡ任务支援系统，使精确制导武器在首战中的命中率倍增。美国海军利用任务规划系统制定了战斧巡航导弹与有人驾驶飞机协同作战的精确作战计划，致使沙漠风暴实施的空地一体战获得巨大成功。精确打击导弹任务规划即制定导弹攻击计划的过程，主要包括精确打击导弹攻击战术决策规划和精确打击导弹攻击技术决策规划两个部分。精确打击导弹攻击战术决策包括战斗决心和攻击方案两部分内容；精确打击导弹攻击技术决策规划则具体确定每一枚精确打击导弹的攻击方式，包括精确打击导弹的发射顺序、工作频率、搜索区域、搜索方式、末制导头工作模式、末段机动突防弹道类型等。

MPS在阿富汗战争中的应用

美军B-52对塔利班实施空袭作战基本上都是通过MPS来制定飞行任务，主要包括起飞程序、飞行航线、威胁模拟、目标分析和武器投射、队形、图表准备和着陆程序。任务指挥官，负责从起飞到任务完成所有计划的行动和要求的规划，利用任务规划系统软件对主要目标（喀布尔、坎大哈、马扎里沙里夫机场等军事目标）情况、任务目的、情报、预警雷达覆盖线和地面控制设施线、飞行航线和目标地域的防空情况、被动的探测措施、搜索与投弹、战术运用等进行任务规划，然后，将规划数据通过数传装置上传到作战飞机上。

美军联合作战规划体系

概念

由作战指挥官和他们的下属联合部队指挥官为了应对意外事件和危机发起的与联合军事行动相关联的规划活动。

美军作战规划体系主要分为Strategic Planning，Operation Planning和Tactical Planning三个层次，其中而Strategic Planning指代战略规划，以实现战略目的为主要目标主要体现国家政策与战区战略；Operation Planning指作战规划，面向战役或大规模战争，偏向于战争的整体布局和设计；Tactical Planning指代任务规划（Mission Planning），以完成作战任务为主要目标，主要在战术层次中有所体现，针对具体的部队行动、武器航迹等战术行动而进行的规划。

组织机构

战略层，面向国家、国防和军事等方面，组织机构统筹考虑，进行国家整体层面的顶层战略概要规划。主要的实体机构/人包括国家总统、国防部/国防部长、参联会/参联会主席等。

战役层，按照联合司令部和军种部职责的不同，分为军政和军令两个方面。军政，即“养兵”，由各军种部司令负总责，以军种发展为主要目标，负责行政管理、战备训练、武器装备采购，主要进行兵力管理和部队建设方面的规划；军令，即“用兵”，以战区为重心，由战区司令负总责，通过合理运用兵力实现战略目标，细化概要战略规划，部署编组兵力，形成战役层的作战指导、作战构想、作战方案等计划文书。战役层是美军联合作战规划体系的核心，对上和对下都起着非常重要的作用。

战术层，面向战术、战斗层面，对战役层计划进一步细化，落实为作战行动计划、武器任务规划等便于任务部队和武器平台执行的计划文书，其组织机构以战术层的各类任务部队为主。

制定流程

美军在规划过程中有着非常统一和规范的制定流程，称为联合作战规划流程（JPP，2017 年修改为 Joint Planning Process，此前为 Joint Operation Planning Process，JOPP）。

JPP 作为一套顺序的、解析式的计划制定流程，它的实施遵循着一整套严密的逻辑时序步骤，用于分析任务特点、制定和比较备选行动方案、选择最优方案并制定相应计划和命令。JPP 主要可以规定了作战计划过程中七个步骤：初始计划制定、任务分析、COA（作战行动计划）制定、COA 分析与兵棋推演、COA 比较、COA 选取与审批、计划/命令制定。

JPP 强化了各级部队应对各类军事行动、非军事任务时的行动规划和计划能力，有助于推动各作战指挥官及其参谋团队、下属司令部在整个计划制定过程中的良性交互与作用。它帮助组织计划活动，共享共同的态势感知信息和决策意图，以及高效地制定作战计划和作战命令。基于各级组织机构，综合战略层、战役层的组织机构与计划产品，结合 JPP，形成联合作战计划体系。

参考文献

[1]孙鑫，陈晓东，曹晓文，严江江。军用任务规划技术综述与展望[J]。指挥与控制学报，2017，3(04):289-298。军用任务规划技术综述与展望 - 中国知网 (cnki。net)

[2]唐金国。美军任务规划系统的现状、发展和关键技术[J]。军事运筹与系统工程，2003，{4}(03):62-64。美军任务规划系统的现状、发展和关键技术 - 中国知网 (cnki。net)

[3]汪洋。美军联合作战筹划及任务规划研究[J]。计算机与数字工程，2016，44(08):1493-1497。美军联合作战筹划及任务规划研究 - 中国知网 (cnki。net)

[4]贺庆，李国梁。 美军联合作战规划体系浅析[A]。 中国指挥与控制学会。第六届中国指挥控制大会论文集（上册）[C]。中国指挥与控制学会:中国指挥与控制学会，2018:7。美军联合作战规划体系浅析 - 中国知网 (cnki。net)