金 琨 劉兆平

(海軍陸戰(zhàn)學(xué)院陸戰(zhàn)隊(duì)系 廣州 510430)

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基于AHP的指揮控制系統(tǒng)效能評(píng)估改進(jìn)方法*

金 琨 劉兆平

(海軍陸戰(zhàn)學(xué)院陸戰(zhàn)隊(duì)系 廣州 510430)

針對(duì)指揮控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)特點(diǎn),建立效能評(píng)估指標(biāo)模型,給出運(yùn)用層次分析法進(jìn)行效能評(píng)估的數(shù)學(xué)模型及實(shí)現(xiàn)方法,引入灰色理論解決評(píng)估過程中指標(biāo)權(quán)重的調(diào)優(yōu)問題,提高評(píng)估結(jié)果的客觀性及合理性,通過實(shí)例說明方法的可行性。

指揮控制系統(tǒng); 層次分析法; 灰色理論; 相容性檢驗(yàn)

Class Number TP309

1 引言

指揮控制信息系統(tǒng)(C4ISR系統(tǒng)),是由軟件、硬件、武器平臺(tái)以及作戰(zhàn)人員組成的軟件密集型系統(tǒng),是一個(gè)極其龐大和復(fù)雜的人機(jī)系統(tǒng),集情報(bào)偵察、預(yù)警探測(cè)、指揮控制和通信等融為一體,為軍隊(duì)指揮層提供決策支持,實(shí)現(xiàn)對(duì)所屬部隊(duì)、裝備的指揮控制和管理,是現(xiàn)代軍隊(duì)的“神經(jīng)中樞”[1]。隨著C4ISR系統(tǒng)在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,信息戰(zhàn)已經(jīng)迅速滲透到作戰(zhàn)的各個(gè)領(lǐng)域,指揮控制系統(tǒng)效能發(fā)揮的優(yōu)劣,直接決定了信息化條件下戰(zhàn)役的走向。

目前現(xiàn)有的指揮控制系統(tǒng)效能評(píng)估方法主要有三類: 1) 性能參數(shù)法[2],采用武器系統(tǒng)典型性能指標(biāo)描述系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能,主要包括性能對(duì)比法、專家評(píng)分法、性能指數(shù)法等; 2) 解析法,以排隊(duì)論、對(duì)策論、軍事運(yùn)籌學(xué)、蘭徹斯特方程等數(shù)學(xué)方法為基礎(chǔ),求解系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能,主要包括層次分析法[3]、模糊綜合評(píng)判法[4]、灰色評(píng)估法[5]、ADC模型[6],神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法[7]; 3) 模擬法[8],通過模擬作戰(zhàn)來檢驗(yàn)武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能,包括網(wǎng)上演習(xí)和計(jì)算機(jī)模擬仿真?？偟膩碚f,性能參數(shù)法過于簡(jiǎn)單,只適于較為單一武器;而對(duì)抗法代價(jià)過高,且有效性值得商榷,C4ISR系統(tǒng)是一個(gè)由各種裝備組成的復(fù)雜系統(tǒng),非常適合使用AHP建立評(píng)估模型[9],但傳統(tǒng)方法未考慮指標(biāo)權(quán)值之間的相互影響關(guān)系,導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果不能充分反映裝備的實(shí)際效能,可信性不高。

本文以新時(shí)期C4ISR系統(tǒng)建設(shè)相關(guān)理論為依據(jù),分析其組成結(jié)構(gòu)特點(diǎn),利用AHP理論,建立系統(tǒng)整體效能評(píng)估模型,采用灰色理論對(duì)存在作用關(guān)系的指標(biāo)權(quán)值進(jìn)行優(yōu)化,最后結(jié)合一個(gè)具體的計(jì)算實(shí)例,說明效能評(píng)估的計(jì)算過程及可行性。

2 效能評(píng)估指標(biāo)體系

2.1 指揮控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

根據(jù)定義和作戰(zhàn)運(yùn)用角度,C4ISR系統(tǒng)主要由信息基礎(chǔ)設(shè)施、情報(bào)監(jiān)視預(yù)警探測(cè)、指揮控制、電子對(duì)抗和與作戰(zhàn)相關(guān)的使命應(yīng)用組成,組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 指揮控制系統(tǒng)的一般組成結(jié)構(gòu)

C4ISR系統(tǒng)的目的是以提高系統(tǒng)信息獲取能力為前提,以擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)信息傳輸能力為紐帶,以提高信息融合處理能力和遠(yuǎn)程武器控制能力為核心,采用先進(jìn)的信息技術(shù),實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)空間的信息共享、武器共用、網(wǎng)絡(luò)化的指揮控制,使部隊(duì)在相關(guān)的作戰(zhàn)空間上信息獲取能力、信息傳輸能力、信息處理能力、信息控制能力、信息安全防護(hù)和信息支援保障能力,以及對(duì)空、對(duì)海、對(duì)潛的作戰(zhàn)指揮和導(dǎo)彈武器打擊能力有大幅度的躍升,從而形成具備整體對(duì)抗能力的電子信息裝備體系,保證協(xié)同作戰(zhàn)和參加聯(lián)合作戰(zhàn)的需要。

2.2 效能評(píng)估指標(biāo)體系

遵循構(gòu)建指標(biāo)體系的整體性、科學(xué)性、客觀性及可行性等原則,制定充分體現(xiàn)C4ISR系統(tǒng)功能的完整指標(biāo)體系,從根本上保證了評(píng)估的科學(xué)性,有效防止因評(píng)估者認(rèn)識(shí)能力不同而產(chǎn)生的巨大差異,通過研究發(fā)現(xiàn),C4ISR系統(tǒng)具有以下顯著特點(diǎn): 1) 遭受到敵方硬火力打擊時(shí)具有很難的再修復(fù)和再使用特性; 2) 當(dāng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或者路由遭受摧毀時(shí)容易陷入癱瘓。

借鑒目前美軍“聯(lián)合能力集成與開發(fā)系統(tǒng)”分析過程的思想[10],按照目標(biāo)、能力、體系三因素逐步分析,自頂向下得到系統(tǒng)目標(biāo)、保障能力、體系功能,結(jié)合目標(biāo)任務(wù)與層次分析法制定指標(biāo)體系,其結(jié)果如圖2所示。

圖2 指揮控制系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)體系

3 AHP效能評(píng)估改進(jìn)模型

3.1 基于灰色理論的評(píng)價(jià)向量生成

表1 判斷矩陣取值情況

判斷矩陣指將n個(gè)影響因素兩兩比較后按照表1規(guī)則所建立的矩陣。A是一個(gè)一致性矩陣,其主特征值對(duì)應(yīng)的主特征向量元素的大小,表示了各評(píng)價(jià)對(duì)象的優(yōu)先級(jí)順序[3]。

以此類推,可得到E中各一級(jí)指標(biāo)相對(duì)于E的權(quán)重集w={w1,w2,…,wr},因此,第二級(jí)灰色綜合評(píng)判向量B={w},R=,其中b表示該情況作戰(zhàn)指標(biāo)屬于Vi的灰度。

3.2 相容性檢驗(yàn)

根據(jù)表1,應(yīng)用比例標(biāo)度法,對(duì)同層因素兩兩比較,得出判斷矩陣C,見表2。

求C的最大特征根所對(duì)應(yīng)的特征向量,經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后,得到同層各因素相對(duì)于上一層各因素的相對(duì)重要性權(quán)重,進(jìn)行相容性檢驗(yàn):

相容性指標(biāo):

表2 指揮控制系統(tǒng)判斷矩陣

如果CI≤0,則矩陣有相容性,特征向量{w1,w2,…,wr}就是所確定的各因素權(quán)重,當(dāng)CI>0,需重新調(diào)整判斷矩陣的元素,直到具有滿意的一致性為止。

4 應(yīng)用舉例

根據(jù)上述效能評(píng)估改進(jìn)模型,邀請(qǐng)10名專家采用打分方式對(duì)某一指揮控制系統(tǒng)效能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià),其結(jié)果如表3所示。

表3 專家打分結(jié)果

根據(jù)表2,可得到上述五種指標(biāo)的判斷矩陣:

經(jīng)計(jì)算,A1～A5均滿足相容性要求,進(jìn)一步,根據(jù)3.1節(jié)可計(jì)算出第一級(jí)灰色綜合評(píng)判向量為

B1=W1R1=(0.0316 0.332 0.532 0.0321 0.2366 0.3846)

B2=W2R2=(0.0728 0.234 0.2378 0.2899 0.1488 0.0123)

B3=W3R3=(0.4312 0.2179 0.4323 0.3473 0.3566 0.0538)

B4=W4R4=(0.0832 0.4282 0.2398 0.5623 0.6343 0.0389)

B5=W5R5=(0.032 0.528 0.0189 0.2388 0.5238 0.0523)

進(jìn)一步可得第二級(jí)灰色綜合評(píng)判向量為(0.052 0.1934 0.2023 0.3998 0.287 0.1033),根據(jù)最大隸屬度原則,該單位研制的指揮控制系統(tǒng)效能一般,需要對(duì)其進(jìn)行二次開發(fā)或性能改進(jìn),以增強(qiáng)其效能。

5 結(jié)語

提高武器裝備的作戰(zhàn)效能是裝備發(fā)展的主要目標(biāo),武器裝備效能評(píng)估分析是裝備發(fā)展科學(xué)決策的重要依據(jù)。在運(yùn)用AHP法對(duì)指揮控制系統(tǒng)進(jìn)行效能評(píng)估過程中,引入灰色理論可以很好地解決指標(biāo)權(quán)重的調(diào)優(yōu)問題,有利于保證評(píng)估結(jié)果的客觀性與合理性。下一步將重點(diǎn)研究灰函數(shù)的定義及適應(yīng)性問題,以便進(jìn)一步提高模型解決實(shí)際問題的能力及效果。

[1] 劉桂芳,張健,陳鳳濱.高技術(shù)條件下的C4ISR—軍隊(duì)指揮自動(dòng)化[M].長(zhǎng)沙:國(guó)防大學(xué)出版社,2002:3-10.

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An Improved Effectiveness Evaluation Method of Command and Control System Based on Analytic Hierarchy Process

JIN Kun LIU Zhaoping

(The Marine Department, Naval Marine Academy, Guangzhou 510430)

A kind of effectiveness evaluation model is created with full consideration of composition structure of current command and control system. It is given math model and implementation detail of effectiveness-evaluating based on analytic hierarchy process, while effectiveness index adjustment is well done by importing grey theory that can ensure the evaluation result objective and reasonable. Lastly, feasibility of this method is proved by an instance.

command and control system, analytic hierarchy process, grey theory, consistence verification

2014年7月10日,

2014年8月29日

金琨,男,講師,研究方向:作戰(zhàn)指揮,戰(zhàn)術(shù)建模及仿真。劉兆平,男,副教授,研究方向:聯(lián)合作戰(zhàn)。

TP309

10.3969/j.issn1672-9730.2015.01.034