数字孪生战场: 概念、架构与技术

摘 要：当前作战仿真模型存在态势理解滞后、物理模型无法更新等问题，这些问题将影响后续态势推演与 决策效果。为此，提出数字孪生战场的概念，并建立数字孪生战场的４层架构模型。基于这种模型，分析其在战 场空间的部署方式及寿命周期运用，探讨其潜在运用价值。同时，从多源数据采集与处理、孪生战场建模、模型动 态更新和态势推演与决策４个视角出发，讨论数字孪生战场建模所需的关键技术。随着作战仿真模型的运用，可 以帮助指挥机构做出更高效的决策。 关键词：数字孪生战场；指挥决策；多源数据采集；作战建模；模型更新；态势推演 ０ 引 言 随着计算机技术的发展，在现代战争中，人工智能、物 联网、大数据等新型技术与指挥作战紧密结合。如今，随着 分布式作战、多域联合作战等新型作战概念提出与运 用［１２］，作战单元之间和作战区域之间的联动愈发频繁。通 过决策推演算法，指挥机构能够在战场后方对各方作战情 况进行态势判别与推演，生成并下发指挥决策指令［３］。但 在针对全局作战的指挥决策过程中仍有如下问题：（１）现代战争持续时间长，作战范围广泛，位于战场后 方的指挥机构很难在短时间内接收并同时处理多源的传感 器信息。这种限制将使得指挥机构对全局态势的理解有滞 后性与不可靠性，对后续的推演分析和指挥决策造成影响。（２）现代战争是一个复杂系统，战场的轻微扰动可能 会对战场走势造成巨大影响。传统的作战推演模型多为离 线仿真模型，不能对模型关键参数进行实时更新，缺乏针对 性与适应性。这种限制也将对最终的决策产生不利影响。因此，需要开发一种掌握全局资源要素，实时接收战场 信息的全域作战仿真模型。此模型需要在复杂情况下适应 战争突发性与多变性，统筹全局信息，并内嵌推演与决策算 法，以实现战场态势的实时仿真推演，为指挥机构提供可靠 的作战决策方案。数字孪生技术作为一种在线仿真技术，可以实时检测物理实体的状态信息，将多领域信息融合，在 数字空间中同步进行多学科仿真。如今，这项技术已在生 产制造［４７］、电力电工［８１０］、应急指挥［１１１２］等民生领域中进 行广泛研究，并逐步投入实际运用。运用数字孪生技术，从 战前分析与准备、战时感知与决策、战后评估与复盘３个方 面着手，对真实战场进行多尺度建模，与多种智能算法相结 合，可以建立全领域、多维度的寿命周期战场模型，完成战 场与数字空间的实时映射。这种数字模型能够较好地解决 现存推演模型中仿真效果弱、决策推演差的问题，实现实 时、准确且全面的战场态势感知，能够做出高质量决策指 令，充分发挥作战单元之间的协同作战潜力，有助于指挥机 构更好地统筹战场全局。 本文提出数字孪生战场模型的定义，探讨其设计架构、 空间部署与寿命周期运用，并对数字孪生战场构建的关键 技术进行研究。文章具体结构如下：第１节描述数字孪生 技术概念以及在军事领域运用现状；第２节描述数字孪生 战场的定义与架构，给出在时间层面与空间层面的具体运 用；第３节描述建立数字孪生战场的关键技术；最后进行总 结与未来展望。