ZASTOSOWANIE SYMULATORA DETERMINISTYCZNEGO DO WSPOMAGANIA OCENY WARIANTU DZIAŁAŃ BOJOWYCH SIŁ LĄDOWYCH

Transkrypt

1 Szybkobieżne Pojazdy Gąsienicowe (32) nr 1,2013 Tomasz DROZDOWSKI Jarosław KOSZELA Roman WANTOCH-REKOWSKI ZASTOSOWANIE SYMULATORA DETERMINISTYCZNEGO DO WSPOMAGANIA OCENY WARIANTU DZIAŁAŃ BOJOWYCH SIŁ LĄDOWYCH Streszczenie. W artykule przedstawiono implementację symulatora deterministycznego wykorzystywanego do oceny wariantu działań bojowych sił lądowych oraz przykładowy scenariusz z wynikami uzyskanymi w trakcie symulacji w formie zobrazowania na podkładach mapowych oraz w formie tabelarycznych zestawień ubywania poszczególnych kategorii potencjałów w wyniku oddziaływania ogniowego przeciwnika. 1. WSTĘP Słowa kluczowe: symulacja działań bojowych, symulacja deterministyczna, warianty działań Symulatory działań bojowych są istotnym elementem systemu szkolenia wojsk oraz wspomagania ich działania na realnym polu walki [1], [2], [5], [6], [7]. Współczesne pole walki wymusza na dowódcach, w trakcie podejmowania decyzji, uwzględnienie ogromnej ilości informacji. Ze względu na dużą dynamikę działań często nie jest jednakże to możliwe, a podejmowane decyzje obarczone są dużym błędem wynikającym z uproszczenia prowadzonych analiz. Dlatego też na etapie opracowania wariantów działań w trakcie cyklu decyzyjnego, dowódca powinien wspomagać się narzędziami umożliwiającymi szybką ocenę opracowanych wariantów. Taka ocena wykonywana z wykorzystaniem symulatora powinna uwzględniać pełną informację o warunkach (np. teren, pogoda), w których realizowane mają być zadania. Należy uwzględnić parametry posiadanego uzbrojenia i sprzętu wojskowego, wykorzystywanych środków bojowych i materiałowych oraz oddziaływanie ogniowego przeciwnika. W ramach prowadzonych prac w Wydziale Cybernetyki Wojskowej Akademii Technicznej powstał symulator do analizy wariantów działań spełniający ww. oczekiwania. 2. OPIS SYMULATORA DETERMINISTYCZNEGO Opracowany symulator działań bojowych wykorzystuje mechanizm symulacji krokowej. Symulator składa się z następujących zasadniczych komponentów: edytor scenariuszy, edytor bazy parametrów uzbrojenia i sprzętu wojskowego (UiSW), edytor bazy parametrów środków bojowych i materiałowych (ŚBiM), edytor bazy parametrów środków ogniowych (ŚO), edytor danych terenowych, moduł symulacji walki, mgr inż. Tomasz DROZDOWSKI, dr inż. Jarosław KOSZELA, dr inż. Roman WANTOCH-REKOWSKI Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

2 Tomasz DROZDOWSKI, Jarosław KOSZELA, Roman WANTOCH-REKOWSKI o moduł przemieszczania, o moduł rozpoznania, o moduł oddziaływania ogniowego (strzelanie ogniem bezpośrednim oraz ogniem pośrednim), moduł zobrazowania przebiegu symulacji oraz wyników symulacji. Na rys. 1 przedstawiono wygląd dwóch podstawowych okien aplikacji, składających się na symulator krokowy okno zawierające drzewa struktury jednostek obu stron konfliktu (tzw. łańcuchy dowodzenia) oraz główne okno zobrazowania przebiegu symulacji. Rys. 1. Okna główne symulatora działań bojowych Edytor scenariuszy jest jednych z ważniejszych narzędzi wchodzących w skład symulatora - umożliwia m.in.: tworzenie łańcucha dowodzenia stron konfliktu, rozmieszczenie początkowe jednostek, ustalenie wyposażenia jednostek w uzbrojenie i sprzęt wojskowy oraz środki bojowe, ustalenie zadań początkowych jednostek. Edytor bazy parametrów UiSW, ŚBiM i ŚO umożliwia przygotowanie bazy parametrów niezbędnych dla modelowania walki. Uzbrojenie i sprzęt wojskowy opisywane są m. in. następującymi parametrami: potencjał, kategoria mobilności, parametry jezdne: o prędkość maksymalna, o prędkość ekonomiczna, o zużycie paliwa przy prędkości maksymalnej, o zużycie paliwa przy prędkości ekonomicznej, pojemność zbiorników paliwa, pojemność dodatkowych zbiorników paliwa, rodzaj paliwa, rozmiary,

3 Zastosowanie symulatora deterministycznego do wspomagania oceny wariantu działań... masa, warianty wyposażenia, parametry inżynieryjne, parametry transportowe, parametry rozpoznania, parametry pływania. Środki ogniowe, które są zasadniczym elementem prowadzenia ognia, opisywane są następującymi parametrami: kaliber, rodzaj amunicji, sposób strzelania (ogień bezpośredni lub/i ogień pośredni), czas celowania, czas ładowania, szybkostrzelność, rodzaj środka (np.: haubica, armata, wyrzutnia). Część właściwości środka ogniowego wynika z parametrów amunicji wykorzystywanej przez dany środek ogniowy. Każdy środek walki opisywany jest specyficznymi parametrami związanymi z realizacją strzelania. Opracowane i zaimplementowane modele walki bazują na prawdopodobieństwie zniszczenia UiSW pojedynczym strzałem tzw. kill probability. Tablica kill probability zawiera przede wszystkim prawdopodobieństwo zniszczenia UiSW przez konkretny typ amunicji wystrzeliwany z danego środka ogniowego. Prawdopodobieństwo zniszczenia definiowane jest wyłącznie dla środków walki strzelających ogniem bezpośrednim, tzn. do celów będących w zasięgu widoczności optycznej (np. karabiny, czołgi). Dla broni strzelającej ogniem pośrednim, jak artyleria, moździerze, wyrzutnie rakiet taktycznych wymagane jest zdefiniowanie tzw. stref rażenia. Ważną funkcją symulatora jest przygotowanie łańcucha dowodzenia dla obu walczących stron. Łańcuch dowodzenia (patrz rys. 1) budowany jest z wykorzystaniem bazy wcześniej przygotowanych jednostek (tzw. szablonów jednostek), dla których przygotowane są dane dotyczące ich parametrów oraz wyposażenia. Umieszczając jednostkę w łańcuchu dowodzenia jednocześnie wskazywane jest, na podkładzie mapowym, jej położenie. Jednostki modelowane w symulatorze podzielone zostały na dwie kategorie: jednostki podstawowe, jednostki złożone. Jednostki podstawowe znajdują się najniżej w łańcuchu dowodzenia i są jednostkami posiadającymi realne położenie oraz wyposażonymi w uzbrojenie i sprzęt wojskowy oraz amunicję i paliwo. W symulatorze modelowane jest działanie właśnie jednostek podstawowych. Jednostki te przemieszczają się, prowadzą rozpoznanie oraz oddziałują ogniowo na przeciwnika. Natomiast jednostki złożone są elementem logicznym spinającym jednostki podstawowe w łańcuch dowodzenia. Jednostki podstawowe opisywane są następującymi parametrami: szczebel, numer taktyczny, narodowość, stopień wyszkolenia, stan morale, rodzaj jednostki (np. pancerna, WRiA),

4 Tomasz DROZDOWSKI, Jarosław KOSZELA, Roman WANTOCH-REKOWSKI prędkość poruszania, kierunek poruszania, położenia, aktualna liczba osób, normatywna liczba osób, stan zdolności bojowej jednostki, potencjał (zagregowana wartość wynikająca z posiadanych środków ogniowych). Na zobrazowaniu graficznym prezentowane są wybrane parametry jednostki. Zaimplementowane modele uwzględniają w dużym stopniu warunki otoczenia, w których realizowane są zadania przemieszczania i oddziaływania ogniowego. Jednym z ważniejszych aspektów, mających wpływ na realizacje tych zadań jest teren. Dlatego też jako integralną część symulatora opracowano edytor umożliwiający zarządzanie danymi mapowymi. Na potrzeby symulacji, wykorzystując mapy cyfrowe w formacie VPF, przygotowane zostały takie formaty danych terenowych, aby możliwe było efektywne ich wykorzystanie. Model terenu składa się z dwóch komplementarnych części: model danych terenu zawierający informację o: o stopniu zalesienia, o stopniu pokrycia wodą, o stopniu pokrycia terenem zurbanizowanym, o występowaniu bagien, o występowaniu przeszkód wodnych; model sieci drogowej zawierający informację o węzłach sieci oraz łukach. Pierwszy z wymienionych wyżej modeli terenu wykorzystywany jest przy modelowaniu walki oraz ruchu w terenie na krótkie odległości, drugi natomiast stosowany jest dla modelowania przegrupowań jednostek na duże odległości. Do edycji danych terenowych wykorzystywany jest edytor graficzny, umożliwiający podgląd i edycją danych terenowych na podkładzie rastrowym (patrz rysunki rys 2 i rys. 3). Rys. 2. Zobrazowanie graficzne danych modelu terenu

5 Zastosowanie symulatora deterministycznego do wspomagania oceny wariantu działań... Rys. 3. Zobrazowanie graficzne danych modelu sieci drogowej Ostatnim etapem przygotowania scenariusza jest opracowanie zadań początkowych dla poszczególnych jednostek. Edytor scenariuszy umożliwia przygotowanie następujących zadań: atak, marsz, obrona oraz ostrzał artyleryjski. Planowane zadania oznaczone są linią przerywaną, a zadania aktualnie realizowane są przedstawiane linią ciągłą. Na rys. 4 przedstawiono przykładowe zadania jednostki 201kz składające się z dwóch etapów: marsz oraz natarcie. Oba etapy mają swoje odzwierciedlenie zarówno w łańcuchu dowodzenia, jak i na podkładzie mapowym. Rys. 4. Przykładowe zadania początkowe Po wprowadzeniu scenariusza zawierającego jednostki, ich wyposażenie oraz zadania początkowe możliwe jest uruchomienie symulacji. Przebieg symulacji prezentowany jest jednocześnie na kilka sposobów:

6 Tomasz DROZDOWSKI, Jarosław KOSZELA, Roman WANTOCH-REKOWSKI w łańcuchu dowodzenia dostępna jest informacja o początkowym i aktualnym potencjale jednostki, na podkładzie mapowym prezentowane jest: o położenie jednostek, o prędkość poruszania, o kierunek poruszania, o numer taktyczny, o identyfikacja przełożonego, o stan zdolności bojowej (1 pełna zdolność bojowa, 2 zasadnicza zdolność bojowa, 3 utrata zdolności bojowej, 4 rozbita) w zestawieniu tabelarycznym (patrz rys. 5) zawarto informację o ubywaniu wartości pięciu wyróżnionych kategorii potencjału: o pancerny, o wria, o piechoty, o OPL, o inne. W zestawieniu tabelarycznym, w każdym wierszu, przedstawiona jest zagregowana wartość potencjałów dla danego kroku symulacji. Rys. 5. Zestawienie ubywania potencjału w trakcie symulacji 3. PRZYKŁADOWE WYNIKI SYMULACJI Dla scenariusza, zawierającego dwie jednostki wojsk własnych oraz jedną jednostkę przeciwnika, wykonano symulację zadania przemieszczania i ataku na broniącego się przeciwnika. Scenariusz zawiera następujące dane (jednostki podstawowe): wojska własne: Oznaczenie: 201kz Położenie: N E, Poziom morale: 1.0, Stopień fortyfikacji: 0.0 Stopień wyszkolenia: 1.0 Liczba żołnierzy: 100, Normatyw osobowy: 100

7 Zastosowanie symulatora deterministycznego do wspomagania oceny wariantu działań... Rodzaj jednostki: Zmechanizowana, Szczebel: Kompania UiSW jednostki Oznaczenie: Haubica_2S1 - Liczba: 10, Norma: 10, Potencjał: 6.0 Oznaczenie: kbkak - Liczba: 115, Norma: 115, Potencjał: 0.1 Oznaczenie: BWP1 - Liczba: 20, Norma: 20, Potencjał: 8.0 ŚBiM jednostki Oznaczenie: amo_a_pg-15w - Ilość: 200.0, Ilość logistyka: 0.0, Norma: Oznaczenie: ON - Ilość: 700.0, Ilość logistyka: 0.0, Norma: Oznaczenie: 202kz Położenie: N E, Poziom morale: 1.0, Stopień fortyfikacji: 0.0, Stopień wyszkolenia: 1.0 Liczba żołnierzy: 149, Normatyw osobowy: 149 Rodzaj jednostki: Zmechanizowana, Szczebel: Kompania UiSW jednostki Oznaczenie: BWP1 - Liczba: 12, Norma: 12, Potencjał: 8.0 ŚBiM jednostki Oznaczenie: ON - Ilość: , Ilość logistyka: 0.0, Norma: Oznaczenie: amo_a_og-15w - Ilość: 200.0, Ilość logistyka: 0.0, Norma: wojska przeciwnika: Oznaczenie: 101kz Położenie: N E, Poziom morale: 1.0, Stopień fortyfikacji: 0.0, Stopień wyszkolenia: 1.0 Liczba żołnierzy: 100, Normatyw osobowy: 100 Rodzaj jednostki: Zmechanizowana, Szczebel: Kompania UiSW jednostki Oznaczenie: BWP1 - Liczba: 13, Norma: 13, Potencjał: 8.0 Oznaczenie: kbkak - Liczba: 115, Norma: 115, Potencjał: 0.1 Oznaczenie: Sam. Ciężarowy - Liczba: 12, Norma: 12, Potencjał: 0.0 ŚBiM jednostki Oznaczenie: ON - Ilość: , Ilość logistyka: 0.0, Norma: Oznaczenie: amo_a_og-15w - Ilość: 300.0, Ilość logistyka: 0.0, Norma: Sumaryczny potencjał wojsk własnych wynosi 327 punktów, a przeciwnika 115. Zobrazowanie graficzne przebiegu symulacji i podstawowych informacji o zdolności walczących jednostek przedstawiają rysunki od rys. 6 do rys. 11. Rys. 6. Krok 1 czas symulacyjny 12:00 Rys. 7. Krok 2 czas symulacyjny 12:10

8 Tomasz DROZDOWSKI, Jarosław KOSZELA, Roman WANTOCH-REKOWSKI Rys. 8. Krok 3 czas symulacyjny 12:20 Rys. 9. Krok 4 czas symulacyjny 12:30 Rys. 10. Krok 5 czas symulacyjny 12:40 Rys. 11. Krok 6 czas symulacyjny 12:50 Na rysunkach rys. 12 i rys. 13 przedstawiono ubywanie potencjałów w poszczególnych kategoriach w miarę upływu czasu i oddziaływania ogniowego przeciwnika z uwzględnieniem zasięgu rażenia posiadanych środków ogniowych (rys. 15). Rys. 12. Przebieg utraty potencjałów wojsk własnych Rys. 13. Przebieg utraty potencjałów wojsk przeciwnika Zagregowany przebieg ubywania potencjału dla każdej ze stron przedstawiono na rys. 14. Rys. 14. Przebieg utraty potencjałów wojsk własnych i przeciwnika

9 Zastosowanie symulatora deterministycznego do wspomagania oceny wariantu działań... Rys. 15. Maksymalne zasięgi rażenia poszczególnych jednostek podstawowych Poniżej przedstawiono fragment wykazu meldunków poszczególnych jednostek podstawowych biorących udział w symulacji: [10 12:00] 201kz Nowe zadanie [10 12:00] 201kz Start etapu zadania DZIALANIE_MARSZ [10 12:00] 202kz Nowe zadanie [10 12:00] 202kz Start etapu zadania DZIALANIE_MARSZ [10 12:00] 101kz Nowe zadanie [10 12:00] 101kz Start etapu zadania DZIALANIE_OBRONA [10 12:22] 201kz Koniec etapu zadania nr 0 [DZIALANIE_MARSZ] [10 12:22] 201kz Start etapu zadania DZIALANIE_ATAK [10 12:27] 101kz Wykrycie pka 201kz [10 12:28] 202kz Koniec etapu zadania nr 0 [DZIALANIE_MARSZ] [10 12:28] 202kz Start etapu zadania DZIALANIE_ATAK [10 12:33] 201kz Wykrycie pka 101kz [10 12:33] 101kz Wykrycie pka 202kz [10 12:36] 201kz OGIEŃ PKA (utrata 100 punktów potencjału) [10 12:39] 202kz Wykrycie pka 101kz [10 12:42] 101kz OGIEŃ PKA (utrata 100 punktów potencjału) [10 12:47] 201kz OGIEŃ PKA (utrata 100 punktów potencjału) [10 12:50] 202kz OGIEŃ PKA (utrata 100 punktów potencjału) [10 12:50] 101kz Utrata zdolności bojowej [10 12:52] 101kz Rozbicie jednostki [10 13:01] 202kz Koniec etapu zadania nr 1 [DZIALANIE_ATAK] [10 13:01] 202kz Koniec Zadania [10 13:01] 202kz Nowe zadanie [10 13:01] 202kz Start etapu zadania DZIALANIE_OBRONA [10 13:03] 201kz Koniec etapu zadania nr 1 [DZIALANIE_ATAK] [10 13:03] 201kz Koniec Zadania [10 13:03] 201kz Nowe zadanie [10 13:03] 201kz Start etapu zadania DZIALANIE_OBRONA Jednostki wysyłały meldunki o rozpoczęciu i zakończeniu zadań oraz o zdarzeniach wynikających z dynamiki walki. Dotyczy to informacji z rozpoznania przeciwnika. W pierwszej kolejności, w czasie symulacyjnym 12:27, jednostka 101kz rozpoznała atakująca jednostkę 201kz a następnie, o 12:33, drugą jednostkę atakującą 202kz. W tym samym czasie 201kz rozpoznała broniącego się przeciwnika. Od tego momentu rozpoczęła się walka, o czym świadczą wysyłane przez jednostki meldunki OGIEŃ PKA. W czasie symulacyjnym 12:50 broniąca się jednostka 101kz utraciła zdolność bojową, co sygnalizowane jest statusem równym 3 (patrz także rys. 11).

10 Tomasz DROZDOWSKI, Jarosław KOSZELA, Roman WANTOCH-REKOWSKI 4. PODSUMOWANIE Doświadczenia zebrane w trakcie korzystania z symulatora działań bojowych przez dowódców w warunkach poligonowych świadczą o dużej potrzebie wykorzystywania takich narzędzi zarówno w zakresie szkolenia wojsk, jak i korzystania z nich w warunkach bojowych. Uzyskiwane wyniki walki z wykorzystaniem zaimplementowanych modeli walki pokrywają się z oceną ekspertów wojskowych, co świadczy o tym, że parametry systemu zostały w trakcie prowadzonych badań poprawnie skalibrowane. 5. LITERATURA [1] Antkiewicz R., Najgebauer A., Kulas W., Pierzchała D., Rulka J., Tarapata Z., Wantoch- Rekowski R.: The Automation of Combat Decision Processes in the Simulation Based Operational Training Support System, Proceedings of the 2007 IEEE Symposium on Computational Intelligence in Security and Defense Applications (CISDA) 2007, ISBN , Honolulu (Hawaii, USA), [2] Antkiewicz R., Najgebauer A., Kulas W., Pierzchała D., Rulka J., Tarapata Z., Wantoch- Rekowski R.: Selected Problems of Designing and Using Deterministic and Stochastic Simulators for Military Trainings, 43rd Hawaii International Conference on System Sciences, IEEE Computer Society, ISBN , 5-8 January, Koloa, Kauai, Hawaii (USA), [3] Najgebauer A.: Decision Support Systems for Conflict Situations. Models, Methods and the Interactive Simulation Environments (in Polish). Ed. Biuletyn WAT, 1999, (294 p.), ISBN [4] Najgebauer A.: Polish Initiatives in M&S and Training. Simulation Based Operational Training Support System (SBOTSS) Zlocien, Proceedings of the ITEC 2004, London, UK, [5] Antkiewicz R., Najgebauer W., Pierzchała D., Rulka J., Tarapata Z., Wantoch-Rekowski R., Drozdowski T.: Knowledge-Based Approach for Military Mission Planning and Simulation, 2012 Rijeka, Croatia, ISBN/ISSN: [6] Antkiewicz R., Najgebauer W., Pierzchała D., Rulka J., Tarapata Z., Wantoch-Rekowski R., Drozdowski T., Koszela J., Kasprzyk R.: Informatyczne systemy wspomagania decyzji w sytuacjach konfliktowych i kryzysowych, 2012 Warszawa, ISBN/ISSN: [7] Antkiewicz R., Najgebauer W., Pierzchała D., Rulka J., Tarapata Z., Wantoch-Rekowski R.: Knowledge-Based Pattern Recognition Method and Tool to Support Mission Planning and Simulation, 2011, LECTURE NOTES IN ARTIFICIAL INTELLIGENCE, pp: , ISBN/ISSN: DISCRETE SIMULATOR OF LAND FORCES COMBAT FOR COURSE OF ACTION ANALYSIS Abstract. The paper presents description of discrete simulator of land forces combat. The example of scenario results was presented using GUI and tables with certain kind of potential during simulation. Keywords: combat model, discrete simulation, course of action