智慧模擬訓練中心建設研究*

張乃敏,孫 巖,臧康華,杜 偉

(陸軍指揮學院演訓中心,江蘇 南京 210045)

隨著云計算、大數據等技術在政務、交通、軍隊、學校等領域中的廣泛運用,智慧城市、智慧軍營、智慧校園等先進運行模式大量涌現,新模式和新理念呈現開放性、共享化、個性化和交互性等特征,成為當前信息化在各個管理領域發展的主流方向。智慧管理模式的共性特點是通過前沿信息技術的運用,構建能夠支撐城市、軍營、校園等組織實體發展的智慧化環境,對組織實體內部運行的各類服務活動做出高效準確的響應。

當前在軍事模擬訓練領域,信息技術運用成效明顯,圍繞實戰化訓練,模擬訓練系統和器材的功能越來越完善,在很大程度上提高了模擬訓練的質量效益。但是信息系統“煙囪”林立、基礎資源利用率低、虛實結合難度大等問題,仍然制約著模擬訓練的創新發展。通過借鑒智慧管理的先進理念和模式,打造體系化的智慧模擬訓練中心,為模擬訓練活動提供更加配套、完善、高效的服務支撐,為虛兵與實兵融合訓練提供LVC集成資源和接口,是當前模擬訓練條件理論研究和建設實踐的重要方向和有效手段。

1 智慧模擬訓練中心內涵

1.1 智慧模擬訓練中心基本概念

智慧模擬訓練中心作為一種全新建設理念和管理模式,以實體化的模擬訓練環境為基礎,在云計算、物聯網、大數據技術的支撐下,將模擬訓練系統、模擬訓練器材、基礎資源、組訓者、受訓者等要素與場地環境進行信息整合,實現對于模擬訓練的導調、控制、裁決、評估和管理等業務場景的智能化服務支撐。

智慧模擬訓練中心是訓練條件建設發展的高級階段,主要包括兩層含義:一是模擬訓練場地的智能化管理,能夠實現對各類設備、人員、資源的統一運維管理;二是模擬訓練活動的智能化組織實施,能夠讓用戶與模擬訓練條件之間的互動產生變革,高效完成各類訓練業務。

1.2 智慧模擬訓練中心主要特征

智慧模擬訓練中心以網絡為基礎進行智能化軍事模擬訓練環境建設,實現訓練業務應用、場地管理為一體的綜合訓練環境,其特征主要有以下幾個方面。

1)以用戶為中心的信息服務體系

智慧模擬訓練中心相比傳統的模擬訓練形式,更加注重以用戶為中心,通過訓練和管理網絡,實現信息的快速獲取、傳輸、管理和使用,并將計算、數據、存儲等基礎資源與功能平臺、應用軟件進行服務打包,為用戶提供隨時、實時、適時的信息服務。

2)以融合為目標的業務組織體系

在模擬訓練活動中,通過信息網絡和交互接口,實現訓練業務系統、音視頻系統、網站門戶系統、用戶之間的整體聯動,在導、控、裁、評、管等不同訓練業務實施過程中完成資源的調度、功能的整合、服務的融合,消除時間和空間對訓練業務可能造成的影響。

3)以數據為基礎的智慧生成體系

智慧性作為最顯著的特征,主要體現在運行過程中提供具有針對性的智慧化服務。按照“數據—信息—知識—智慧”的生成路徑,對訓練過程和日常管理過程產生的海量數據進行集成、分析和挖掘,形成知識圖譜,為業務用戶提供智能化和個性化的服務。

1.3 智慧模擬訓練中心發展機遇和挑戰

智慧模擬訓練中心在理念模式上與智慧城市、智慧校園存在相同之處,具有非常好的發展前景,但作為軍事應用的一種場景,與民用領域的智慧管理模式存在較大區別,因此，在建設和運用上具有一定的特殊性,在發展過程中面臨著許多挑戰。

1)安全性高要求與移動應用之間存在的矛盾問題

軍事訓練課題對智慧模擬訓練中心的安全性提出了更高的要求。在運行過程中,為了保證實時的信息服務,需要廣泛使用移動應用和移動終端,相較于閉環有線局域網絡,無線接入網絡的方式存在較大安全隱患,而采用有線方式對于導調評估人員展開智能化的導控評估來說非常不友好,因此，在建設智慧模擬訓練中心過程中需要更加注重對網絡加密技術的研究。

2)非常態化運行條件下發揮質量效益的問題

模擬訓練活動的組織需要根據訓練部門計劃展開,不同于智慧城市和智慧校園的常態化運行模式。在這種條件下,模擬訓練中心的服務用戶頻繁改變,提高了智慧服務的難度。模擬訓練中心運行需要龐大的底層計算、存儲等基礎設施設備支撐,能耗較大。因此,需要建立與承訓任務的周期相匹配的運行機制,才能更好地發揮使用效能。

3) 數據資源體系構建難度大的問題

軍事領域長期以來一直存在數據采集難、運用難的問題,軍事模擬訓練同樣如此。受訓對象的頻繁轉換使得數據缺乏一致性和連貫性。相比于一般的業務活動,訓練活動中用戶之間的交互更加復雜,人的作用更加突出,產生的半結構化和非結構化數據更多。因此,需要建立與模擬訓練活動組織相匹配的數據采集、集成、抽取、挖掘全周期管理機制,從而發揮模擬訓練數據效益。

2 智慧模擬訓練中心功能定位

智慧模擬訓練中心主要面向模擬訓練,由于當前各個訓練基地主要承擔實兵訓練任務,因此,智慧模擬訓練中心的建設優先考慮在各個軍兵種院校進行部署,能夠滿足部隊模擬訓練和學員實踐性教學需求,更好地發揮建設效益。按照訓練大綱,軍事訓練一般分為基礎訓練、技能訓練、指揮訓練、要素演練、實兵演習等。模擬訓練中心在高效模擬仿真技術的支撐下,能夠展開理論學習、指揮訓練、要素演練等訓練內容。

1)支撐部隊駐場或者異地開展模擬訓練

模擬訓練系統、器材提供虛擬仿真、構造仿真等手段,支撐各級部隊以進駐、網絡遠程異地等方式開展軍事理論學習、指揮訓練以及要素演練等活動。

2)支撐學員開展實踐性教學

訓練主要為本院校本科、研究生以及培訓學員的實踐性教學,也可通過網絡遠程異地的方式與其他院校進行聯教聯訓,具體包括軍事理論學習、參謀技能訓練、戰例推演、想定作業、綜合及專項演練等。

3)支撐與基地互聯展開集成訓練

通過構建統一的交互接口和信息交互中間件,與訓練基地互聯,將虛擬仿真、構造仿真、真實仿真進行集成,實現模擬訓練中心指揮訓練與訓練基地實兵訓練整體聯動,提高實戰化訓練質效。

3 智慧模擬訓練中心體系架構設計

智慧模擬訓練中心將模擬訓練業務與模擬訓練中心運行進行充分融合,是一項將現代管理技術、信息化技術、模擬仿真技術與模擬訓練理論相融合的復雜系統工程。在建設過程中,需要建立統一的信息交互標準,依托4G、5G、局域網傳輸,圍繞模擬訓練業務特色,構建綜合管控平臺,將場地環境、基礎設施設備、通用訓練資源、模擬訓練系統以及器材進行整合,實現信息全面共享與系統相互聯動。

按照不同部分在體系中的功能作用,智慧模擬訓練中心體系架構主要分為基礎設施層、信息支撐層、服務層、應用層、業務層等5個層次,如圖1所示。

圖1 智慧模擬訓練中心體系架構圖

3.1 基礎設施層

基礎設施層由支撐整個中心運行的場地環境和設施設備組成。場地環境主要是開展模擬訓練所必需的導調、演練、講評場所,包括各級導控中心、各級紅藍指揮所等。設施設備包括計算設備、存儲設備、安防設備、暖通設備、水電設備等基礎設備,以及發揮智能感知作用的大量采集設備,包括采集音視頻的話筒、攝像頭和分布在各場所和大型儀器設備上的傳感器等。

3.2 網絡層

作為智慧模擬訓練中心運行的“神經”,網絡層發揮著關鍵作用,各類信息的交互均通過網絡層來實現,具體由網絡設備、光纖網、交互中間件,以及各類網絡協議和接口等組成。在實現形式上,軍事綜合信息網、訓練局域網、多媒體局域網、無線接入網等多種組網形式并存,保證模擬訓練中心實現用戶、設備、系統之間的信息共享。

3.3 信息服務層

信息服務層主要為各類業務系統和應用提供信息服務,主要包括數據服務、云計算服務、仿真引擎服務、時統服務、信息管理服務以及相關的設備運維服務等。

3.4 應用層

應用層主要包括用于模擬訓練業務的各類模擬訓練系統、模擬訓練器材、導控評估系統以及用于支撐模擬訓練中心正常運行的綜合管控系統。這些系統在信息服務層的支撐下實現信息互通、功能互補,面向組訓者、受訓者以及管理人員進行使用。

3.5 業務層

業務層主要是各類系統、模擬器在面向不同的訓練業務時進行組合,構設專項訓練業務場景,以滿足不同訓練對象的訓練需求。圍繞著智慧模擬訓練中心的功能定位,根據用戶和具體業務內容的區別,分為理論學習、作戰實驗與理論研究、個人戰術模擬訓練、指揮機關模擬訓練、紅藍對抗模擬訓練等類型。

4 關鍵技術分析

通過對建設目標、整體功能和體系架構的分析,智慧模擬訓練中心在建設過程中,需要解決以下關鍵技術。

4.1 基于物聯網的全維感知技術

物聯網在智慧模擬訓練中心的應用是通過各類感知手段,獲取模擬訓練活動中的人、系統、設備的狀態信息,并按照標準的通信協議上報至數據處理中心。主要通過在存儲、計算、水電等各類基礎設施上添加溫度、濕度、壓力、壓電傳感器,在可移動式終端上添加RFID標簽,在用戶活動空間內添加拾音器、攝像機等音視頻采集設備等方法手段,構建覆蓋整個模擬訓練中心的全維信息感知、采集和識別手段。

4.2 基于知識圖譜的用戶畫像技術

以用戶為中心,決定了智慧服務的根本要求是為不同用戶提供合適的、區別的服務。在技術實現上,按照專家領域知識構建典型的用戶標簽。以大量感知設備收集到的訓練業務數據以及個人活動數據為基礎,進行字段篩選和預處理,獲得反映用戶行為的數據字段?；谟脩粜袨閿祿嫿嫦蛴脩舢嬒竦闹R圖譜,再通過語義模型將生成知識圖譜的語料表示成詞向量。根據詞向量的相似性計算,在典型用戶標簽基礎上生成對象用戶的標簽表,確定用戶的畫像,在畫像基礎上產生相對應的服務類型,同時對典型用戶標簽庫進行豐富完善。

4.3 基于云平臺和深度學習的模擬仿真技術

作為智慧模擬訓練中心的核心業務,模擬訓練必須滿足高效、智能、快捷等要求。在模擬訓練系統研發過程中,充分融合虛擬化、容器、并行化技術,打造部署在Iaas、Paas、Saas等各類型的云化模擬仿真體系。在仿真構建過程中,應用深度神經網絡的進化學習算法,通過人在環路、無監督自我博弈等方式,使仿真模型能夠對作戰思想和戰術戰法進行學習訓練,不斷完善規則庫,實現自我的進化,從而提高仿真模型的精確度。

5 智慧模擬訓練中心實踐運用模式

模擬訓練中心的智慧性主要體現在模擬訓練業務之中。云計算、高效仿真、大數據等先進技術的融合,能夠助推軍事模擬訓練高效實踐運用的發展。

5.1 面向受訓人員的多維訓練模式

智慧訓練中心面向的受訓人員存在地域不同、軍兵種不同、任職崗位不同、教育培訓經歷不同等差別?，F有的模擬訓練模式一般采取集中或異地的方式,依托統一的模擬系統展開訓練,所有人訓練內容和流程基本一致,難以體現差異化和個性化,訓練質量有待提高。智慧模擬訓練中心依托云平臺,能夠將不同的計算資源、存儲資源、數據資源、模擬系統、功能模塊、訓練內容進行整合并推送至本地或者遠程異地的不同席位。受訓者能夠登錄訓練門戶網站定制屬于自己的訓練計劃和訓練內容,通過集中組訓、個人自訓、理論學習等多種模式相結合,提高模擬訓練質量效益。

5.2 基于數據分析的精準導調評估

在采集設備、互聯網絡、數據服務等體系各層的支持下,智慧模擬訓練中心能夠全面采集用戶個人信息、用戶行為數據、系統運行數據以及在訓練組織過程中的音視頻等非格式化數據。這些數據在后臺數據服務的支撐下,能夠進行關聯分析,并不斷匯聚到訓練數據庫,在模擬訓練活動組織過程中,導調評估人員借助移動終端,能夠實時查看受訓人員的行為數據,通過相匹配的數據模型進行分析。同時,在數據中心存儲的海量數據中進行基于關聯度和相似度的查找,找到與受訓人員、訓練活動相符合的“畫像”數據,從而針對具體的訓練人員、訓練活動進行定量的導調評估。

5.3 突出智慧聯動的綜合管理控制

智慧模擬訓練中心在組織訓練時期,出入人員多且頻繁、臨時設備和固定設備混合部署、組訓人員任務繁雜,對管理控制提出了較高的要求。智慧模擬訓練中心依托傳感器、異構接口等技術,實現對信息系統、通信網絡、服務器、數據庫、安防系統的集中統一管理,使得組訓者能夠從模擬訓練業務視角實現各項管理數據的共享集中、互通互融,避免各種領域知識、設備操作技能造成的高門檻。通過構建綜合管控平臺,實現整個訓練中心的統一的消息與事件管理、三維建模條件下的視圖管理、各個要素的全面監控和集中管理。

6 結束語

本文針對大數據、云平臺、物聯網以及人工智能技術在軍事訓練領域應用進行了探索,提出了智慧模擬訓練中心的理念,并圍繞著概念內涵、主要特征、機遇挑戰等方面進行了理論分析,明確了智慧模擬訓練中心建設功能定位,設計了體系架構,并結合模擬訓練中心的功能定位明確了實踐運用模式。

概念化的體系框架設計,對模擬訓練條件建設工作具有指導作用,對訓練模式創新也具有一定的啟發意義。本文主要從理論層面進行探索設計,對于實際的建設和應用,需要按照軍兵種訓練要求、院校特點優長進行深入的建設需求分析,在體系框架下聚焦訓練任務進行細化的研究和設計,才能真正建成具有實用價值的高效訓練中心。