桌面推演技术前沿及发展趋势.docx

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1、桌面推演技术前沿及发展趋势摘要：桌面推演通过模拟事件场景及处置过程来提高参演人员的风险感知能力、信息研判能力、指挥决策能力和协同配合能力，被广泛应用于军事作战、应急管理和教育培训等领域。本文立足于突发事件应对，介绍了桌面推演技术的内涵和意义，分析了桌面推演的主要技术方法，并重点介绍了桌面推演情景构建与大数据仿真等前沿技术的发展现状和面临的挑战，总结了桌面推演技术在全球及各领域的应用情况。最后，提出了集成平台开发、跨国演练合作、虚拟现实结合等大数据时代下桌面推演技术发展趋势。关键词：桌面推演；兵棋推演；情景构建仿真；大数据;虚拟现实当今，国际形势复杂多变、各类突发性灾害事件频发，严重威胁着人类身

2、体健康和生命安全。其中，突发性灾害事件不仅影响人身安全，还将对政治、经济、社会、文化和生态环境等带来严重破坏，甚至造成次生、衍生灾害及多种风险叠加共振。例如，2019年末暴发的新冠肺炎疫情截至2021年6月6日造成全球累计确诊病例数超17263万，累计死亡病例数超371.8万；据估计，2020年全球自然灾害造成的经济损失总额达2680亿美元。面对突发事件的复杂性、系统性、破坏性、不确定性、传染性和持续性，各国政府制定了大量各级各类应急预案，并通过桌面推演、实战演练等演练方式对应急预案内容进行修订和完善，不断提升管理人员应急处置能力。例如，我国自2005年印发国家突发公共事件总体应急预案以来，截

3、至2019年9月，全国应急预案总数达550余万件，为突发事件发生、发展、结束等阶段工作的统筹安排发挥了重要作用。桌面推演也称桌面演练，是指参演人员利用地图、沙盘、流程图、计算机模拟、视频会议等辅助手段，针对事先假定的演练情景，讨论和推演应急决策及现场处置的过程。桌面推演通常在室内进行，针对预先设定的事件情景以口头交流方式对事件处置流程、角色职责、多方协同与决策等内容进行推演，通过模拟场景和事件的处置过程来促进参演人员掌握应急职责和程序，提高参演人员的风险感知能力、信息研判能力和解决问题能力。相比于实战演练，桌面推演不需要实际调动组织力量，具有投入少、风险小、操作性强、省时省力、形式灵活且不受场

4、地限制等优点，被广泛地应用于军事、应急管理、教育培训等领域，并发挥着重要作用。例如,在军事领域，沙盘、兵棋和仿真等桌面推演技术可以逼真地反映实际作战过程，从而为作战计划和指挥决策等提供科学依据；在应急管理领域，桌面推演通过模拟应对突发事件的活动，可达到检验应急预案、完善应急准备、锻炼应急队伍、磨合应急机制、普及应急知识等综合效果；在教育培训领域,桌面推演通过角色扮演、案例分析、情景模拟等手段，可实现学员在理论知识、专业技能、沟通协调和团队合作等方面的综合培训。随着信息技术应用的不断深入，桌面推演类软件和信息平台得到陆续开发，地理信息系统、虚拟现实、三维场景建模、仿真系统等技术的应用大大提高了桌

5、面推演的真实感和有效性。结合情景构建、大数据仿真等前沿技术可以显著提高桌面推演的互动性和科学性，为决策者掌握事态演变过程提供预见性，并支撑在关键时刻做出科学而有效的决策。与此同时，大规模桌面推演过程中产生了海量涉及应急处置问题、参与人员、处置流程、处置结果、效果评估等应急管理政策制定相关信息，利用大数据技术等对这些信息进行分析，可以更好地理解并解决复杂的公共政策和应急管理问题，支撑治理流程创新和治理政策评估，促进政策信息学的发展，并提高应急决策的智能化水平。1桌面推演主要技术方法桌面推演通常采用文字、图片、地图、沙盘、流程图、计算机模拟、视频资料等方式描述突发事件场景，根据不同工作条件可借助各

6、类工具以增强推演效果，如沙盘、兵棋、计算机模拟仿真等。1.1 沙盘推演沙盘模型通常按照一定的比例缩小展示，主要有地形沙盘、多媒体沙盘(或数字沙盘)、电子沙盘等模型。地形沙盘以微缩实体方式展示地形地貌特征，例如山体、水体、桥梁、道路等，被应用于军事、政府、水利、电力、交通、旅游、公安指挥和国土资源等领域及行业。多媒体沙盘则利用电、光、声、图像、三维动画、计算机程控技术等与实体模型相结合，实现多媒体展示、互动功能于一体，可达到逼真的动态视觉效果，大多在科技馆、博物馆、数字展厅等作为展示型展项。电子沙盘以传统沙盘堆制理论为依据，以地形数据库数据为基础，采用现代计算机图形图像技术生成三维实体模型，可以

7、为用户提供一个基于地形的逼真、实时、可交互的虚拟操作环境。随着现代计算机技术的发展与应用，电子沙盘结合网络环境虚拟技术、人机交互技术、三维地形生成技术等，具有误差小、解析度高、可实施性强、自动化程度高和科技含量高等优点。电子沙盘系统具有良好的实用性，最早应用于军事方面，根据军事要塞、机场、港口、山谷高地等军事地理目标的经纬坐标、土质地貌水文资料等真实地理参数，按一定的比例尺，结合现代的计算机技术、虚拟现实技术为军事作战和指挥提供三维的模拟地形环境，如美军的CATT(TheCombinedArmedTracticalTrainer)NPSNETSTOW(SyntheticTheaterOfWar

8、)SIMNET(SIMulationNETworking)、C4ISR9等。除军事领域外，电子沙盘还被应用于经济发展、城市规划、仿古建筑、应急抢险、科技表现、商业展示、课程教学等领域，加强了对实战的模拟程度，且具有互动性、趣味性、竞争性等特点。例如企业ERP沙盘通过角色扮演、情景演练等方式模拟企业经营管理过程，从而提高学员的管理能力和团队合作精神；南水北调电子沙盘系统基于真实的遥感数据、工程数据等，直观地展示工程中重点区域及路线的全景动态等，为我国南水北调工程的建设运行管理提供了决策支持。1.2 兵棋推演兵棋（Wargame）是将地形、兵团人数及战斗力，还有天气等诸多因素集成在一个地图上的棋类

9、游戏，用于对战争实际情况的模拟。现代兵棋（Kriegsspiel）由普鲁士的宫廷文职战争顾问冯莱斯维茨于1811年发明，它由一幅地图、一套棋子、两个对阵人、一个裁判、一本详细规则、一张概率表和一个骰子组成，可以逼真地模拟当时战场的活动。20世纪60年代以来，随着信息化时代的到来，现代兵棋推演逐渐从传统手工兵棋演变成将兵棋推演思想与信息技术相结合的先进的计算机兵棋推演系统。例如，美军用于伊拉克战争的联合战区级模拟（JTLS）和我国研发的大型战略战役兵棋演习系统是典型的大型兵棋系统，具有兵棋实体多、行动种类多、演习内容全、推演规模大和专业化程度高等特点。相比于手工兵棋，计算机兵棋系统着眼于复杂、动

10、态、可配置的战场环境，不断提高作战模型的精度，可模拟仿真各种大范围区域的军事作战行为，并做到实时化和连续化推演，从而增强对战场态势的展现能力，提高推演逼真度及推演效率。兵棋推演可以非常逼真地反映实际作战过程，陆、海、空、天、电联合并行作战，通过各方根据态势进行决策，从而驱动整个兵棋推演持续推进，最终模拟出实际的作战流程及作战效果（图1）。随着时代的发展，现代兵棋推演的应用已从军事领域扩展到社会经济等多个领域，并发挥着不可替代的作用。在社会管理领域，兵棋推演是进行恐怖袭击、流行病传播等重大社会危机推演与预防的重要手段，例如美国的“天花病毒恐怖袭击兵棋推演模拟了恐怖分子对波特兰市的恐怖袭击，得出了

11、控制人群隔离的关键要素；2019年12月，加拿大农业和农业食品部为推演非洲猪瘟，邀请专家研发专门的兵棋，将传统经验和精确模拟结合起来，增强了应急管理的预见性和时效性。在政治经济管理领域，兵棋推演被用于研究政治或经济危机对世界范围的冲击影响及对策，例如美国开展的关于石油能源战争的石油冲击波演习、针对网络危机的网络冲击波演习以及针对金融危机的“金融大战”推演。各军兵种及部门制定作战计划察战势观作态导演部干预数据、规则察战势观作态各军兵种及部门制定作战计划红方图1兵棋推演流程示例1.3 仿真推演仿真推演是指利用系统建模仿真方法技术，模拟事件及其处置过程的活动，通过处置效果分析评估发现问题、改进应对方

12、案、提高应对能力。仿真推演主要在虚拟环境进行，采用传统桌面推演的组织形式，融入建模和计算机仿真，而不需要调动实际装备和人员，具有经济性、可重复性等优点。三维建模技术可实现现实世界实体的真实再现，主要有边界表示法、线框表示法、实体几何构造法、空间位置枚举法等三维模型表示方法，以及基于OpenGL、DirectX、Java3D、Simio、ExtendSimNetlogo和Creator等三维建模实现方法。常用的仿真技术框架主要有仿真网络(SimulatorNetworking,SIM-net)、分布交互式仿真(DistributedInteractiveSimulation,DIS)、聚合级仿真

13、协议(AggregateLevelSimulationProtocol,ALSP)和高层体系结构(HighLevelArchitecture,HLA)等。以系统动力学、元胞自动机、多Agent系统为代表的仿真技术被广泛应用于模拟传染病在人群中的传播扩散过程，评估各防控措施对控制疾病蔓延的效果。沙盘和兵棋都可以通过模拟手段，将突发事件的内外部环境抽象为一系列的规则，通过模拟事件的发生，使参演人员在军事、经济、应急等一系列活动中感受逼真的环境。当下，随着信息技术的进步，大数据和仿真等信息化手段在推演技术中得到广泛应用，推演技术正在从简单的实操演练和桌面演练形式向结合计算机模拟仿真等技术方向发展，仿

14、真模拟推演系统不断涌现。例如，1997年，美军开发了可操作的战场可视化系统TheDragon,通过三维可视化方式来展现战场空间，并应用于战斗演习；目前，美国应急演练模拟中心已开发出能在虚拟环境下运用烟羽模型、疾病传播模型等进行基于组织机构的多人参与的模拟演练；我国北京航空航天大学先进仿真技术实验室在20世纪90年代开发了以解放战争中某著名战役为背景的虚拟战场演示与观众参与系统，提供战场三维地形、地貌、地物、战斗单元、战场特效的显示。2桌面推演情景构建技术情景最早被定义为对未来可能出现的和可以使事态由初始状态向未来状态发展的一系列事实的描述，在突发事件应急决策中，情景是在突发事件发生后决策主体面

15、临的真实情况，而且是随事件不断发展变化的。情景为应急演练提供了科学、可信的背景信息，同时提供了演练目标和要求，有利于形成复杂复发性灾害事件的综合应对能力。如何构建当前情景并分析推演下一情景，为突发事件决策者掌握情景实时演变过程提供预见性，从而在关键时刻做出科学且有效的决策是突发性灾害事件应急管理的关键问题。情景构建是结合历史案例研究、工程技术模拟对未来一定时期内可能发生的、后果极其严重的事件情景进行科学假设和全景式描述，根据事件演化过程模拟计算事件后果，并依此开展应急任务梳理和应急能力评估，从而完善应急预案、指导应急演练，最终实现应急准备的提升。针对突发性灾害事件的不确定性、破坏性和紧迫性，传统的预测一应对型应急管理模式逐渐转变为科学、高效的情景一应对型应急管理模式，其中，如何科学地构建和描述突发性灾害事件情景的理论与方法最具有前沿性和挑战性。目前，情景构建与推演主要