陳 日，汪 濤，吳書金，全 琪,李忠國

(中國人民解放軍陸軍勤務(wù)學(xué)院， 重慶 401331)

目前，油料保障需求預(yù)測理論和模型方法較多。如李少鳴等[1]指出要根據(jù)作戰(zhàn)裝備、編成、樣式及環(huán)境特點等預(yù)測油料保障需求；李橫等[2]指出預(yù)測方法要盡可能縮小油料保障需求波動區(qū)間；李興明等[3]運(yùn)用數(shù)列灰預(yù)測模型預(yù)測油料消耗量；劉國進(jìn)等[4]、林平等[5]運(yùn)用系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)法分別預(yù)測油料需求量和艦艇編隊油料消耗量；賴偉等[6]運(yùn)用蘭徹斯特方程預(yù)測飛機(jī)戰(zhàn)損量，進(jìn)而預(yù)測航空兵作戰(zhàn)油料消耗量；倪聰?shù)萚7]運(yùn)用灰色模型與支持向量機(jī)預(yù)測邊境封控油料保障需求；陸思錫等[8]、余小平等[9]、孫濤等[10]運(yùn)用了基于灰色理論和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型組合預(yù)測油料消耗量；龔杰等[11]運(yùn)用改進(jìn)粒子群算法對灰色模型、平滑指數(shù)模型和廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測結(jié)果加權(quán)求和，預(yù)測油料消耗量。艦艇編隊海上油料保障與地面裝備和飛機(jī)(直升機(jī))油料保障相比，具有其特殊性，要圍繞其戰(zhàn)斗編成、作戰(zhàn)樣式、海況敵情等具體條件進(jìn)行科學(xué)合理的預(yù)測。

1 艦艇編隊?wèi)?zhàn)時海上油料保障概要

油料保障是戰(zhàn)斗力生成的重要組成部分，海軍油料保障的重點是保障海軍的海上作戰(zhàn)，在海軍后方勤務(wù)中占有突出地位。戰(zhàn)時海上油料保障可延長艦艇海上作戰(zhàn)時間，擴(kuò)大艦艇作戰(zhàn)半徑，增強(qiáng)艦艇作戰(zhàn)能力，提高艦艇遠(yuǎn)航生存能力，海上油料保障能力是以艦艇編隊為主的多兵種戰(zhàn)術(shù)集群技、戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用，火力展開的基礎(chǔ)和前提，甚至影響著戰(zhàn)爭的進(jìn)程和結(jié)局[12]。

1.1 艦艇編隊?wèi)?zhàn)時海上油料保障特點

1) 油料保障數(shù)量較大，時間較長。艦艇油柜的容量普遍較大，世界各國大、中型水面艦艇的容量普遍可達(dá)百噸級甚至千噸級。因此，當(dāng)艦艇遠(yuǎn)離岸基保障基地執(zhí)行各項任務(wù)時，實施海上油料保障需求的數(shù)量較大，保障時間較長。近年來，海軍正抓緊實現(xiàn)近海防御型向近海防御與遠(yuǎn)海護(hù)衛(wèi)型結(jié)合轉(zhuǎn)變。隨著海軍戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型持續(xù)、深入推進(jìn)，新列裝艦艇大噸位化趨勢明顯，主、副油柜容量明顯增加，對及時、準(zhǔn)確、高效的實施艦艇海上油料保障提出了新的挑戰(zhàn)。

2) 油料保障海域開闊，隱蔽性差。實施海上油料保障的海域遠(yuǎn)離岸基軍港，四面一望無際，既沒有天然遮蔽物作為隱蔽屏障，也沒有岸基防御體系作為保護(hù)，海域開闊，隱蔽性差，易遭敵發(fā)現(xiàn)打擊，這對海上油料保障的時機(jī)選取以及時效性提出了高要求。

3) 油料保障受環(huán)境影響較大，有利時機(jī)短。艦艇海上油料保障除易受敵方干擾破壞外，也容易遭遇氣候、海況等自然因素的影響。如遇氣候、海況等自然環(huán)境突變，轉(zhuǎn)為惡劣天氣，海上油料保障行動也會受影響，甚至中斷保障。

1.2 艦艇編隊?wèi)?zhàn)時海上油料保障主要方法的選用

目前，艦艇海上油料保障主要分為錨(漂)泊補(bǔ)給、航行補(bǔ)給兩種方法，新型、隱蔽、高效、適應(yīng)性極強(qiáng)的水下補(bǔ)給方法處于研究階段，還沒有有效應(yīng)用的實例。兩種海上油料保障方法依據(jù)采取的形式、樣式之間的區(qū)別，又分為多種不同的方法，常用的補(bǔ)給方法共有7種，每種方法的特點各不相同，如表1所示。

由表1可知，艦艇海上油料保障方法中，航行補(bǔ)給的常用方法較多，錨(漂)泊補(bǔ)給的常用方法較少。由于錨(漂)泊補(bǔ)給對隱蔽性要求非常高，因此戰(zhàn)時一般不采用這種方法進(jìn)行油料保障；航行垂直補(bǔ)給要依托直升機(jī)完成，補(bǔ)給數(shù)量較少、效率較低，戰(zhàn)時一般也不采用；戰(zhàn)時通常選擇航行縱向補(bǔ)給或航行橫向補(bǔ)給具體樣式中的一種。相比于航行縱向補(bǔ)給，航行橫向補(bǔ)給的效率較高，相同時間內(nèi)補(bǔ)給油料的數(shù)量較多，但對海情要求略高。

表1 海上油料保障的常用方法

1.3 艦艇編隊?wèi)?zhàn)時海上油料保障與平時海上油料保障的區(qū)別

艦艇編隊?wèi)?zhàn)時與平時海上油料保障，作戰(zhàn)艦艇所處環(huán)境不同，擔(dān)負(fù)任務(wù)不同，行動目的不同，區(qū)別也較為明顯。

1) 艦艇采用的戰(zhàn)斗、技術(shù)參數(shù)不同。艦艇編隊作戰(zhàn)，戰(zhàn)機(jī)稍縱即逝，皆采用戰(zhàn)時戰(zhàn)斗技術(shù)參數(shù)進(jìn)行，例如戰(zhàn)時百海里油耗、戰(zhàn)時小時油耗、戰(zhàn)時航速等；而平時海上油料保障考慮到經(jīng)濟(jì)性及發(fā)動機(jī)壽命等因素，采用百海里油耗、小時油耗、標(biāo)準(zhǔn)航速等參數(shù)。

2) 海上油料保障方式選取不同。戰(zhàn)時海上油料保障，較多選用航行補(bǔ)給方式，在確保戰(zhàn)時補(bǔ)給海域隱秘性的同時盡可能提高油料補(bǔ)給效率，再加上海況及氣候等因素的影響，補(bǔ)給海域及補(bǔ)給時機(jī)的選擇具有不確定性；平時海上油料保障，隱秘性要求較低，在海況及氣候較好的情況下，一般選用補(bǔ)給效率較高的錨泊補(bǔ)給方式進(jìn)行，可同時為多艘艦艇加油，油料補(bǔ)給期間補(bǔ)給艦與受油艦艇皆為發(fā)動機(jī)停機(jī)加油，且一般將補(bǔ)給艦艇編入作戰(zhàn)艦艇編隊進(jìn)行伴隨保障，補(bǔ)給海域選擇性較為廣泛。

3) 海上油料保障影響因素不同。艦艇編隊?wèi)?zhàn)時油料需求量要根據(jù)海況及氣候、作戰(zhàn)樣式及強(qiáng)度等具體戰(zhàn)斗環(huán)境因素確定，具有較強(qiáng)的波動性；而艦艇編隊平時執(zhí)行任務(wù)或訓(xùn)練，通常選在氣候適宜、海況穩(wěn)定的環(huán)境中進(jìn)行，任務(wù)或訓(xùn)練形式及強(qiáng)度相對穩(wěn)定，各因素對油料需求量的影響相對較低。

2 艦艇編隊?wèi)?zhàn)時海上油料保障的影響因素

艦艇編隊?wèi)?zhàn)時海上油料保障受海況及氣候、作戰(zhàn)樣式及強(qiáng)度、作戰(zhàn)時間等諸多因素的影響。艦艇編隊階段性作戰(zhàn)海上油料保障需求預(yù)測一定要充分考慮這些因素對初步預(yù)測結(jié)果的影響，才能準(zhǔn)確預(yù)測油料保障需求。

1) 海況及氣候。海況指海區(qū)物理、化學(xué)、生物等性質(zhì)及其變動情況，包括溫度、鹽度和密度的分布，水團(tuán)和大洋環(huán)流的分布狀況等；在風(fēng)力作用下，根據(jù)視野內(nèi)海面狀況、波峰的形狀及其破裂程度和浪花泡沫出現(xiàn)的多少等，把海況共分為10個等級。當(dāng)其他條件相同時，海況等級越高，艦艇的油料消耗越大，溫度越高，氣候越干燥，油料的自然損耗越高，在油料補(bǔ)給的過程中也越容易出現(xiàn)氣阻等現(xiàn)象，降低油料補(bǔ)給效率。

2) 作戰(zhàn)樣式及強(qiáng)度。不同的作戰(zhàn)樣式及作戰(zhàn)強(qiáng)度，會導(dǎo)致艦艇發(fā)動機(jī)處于不同的工作狀況，因而導(dǎo)致一段時間內(nèi)的油料消耗量有所差異。根據(jù)作戰(zhàn)行動目的、規(guī)模和條件，會有多種不同的作戰(zhàn)樣式，采取的戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)法也會有所區(qū)別，因而影響油料需求量。

3) 作戰(zhàn)時間。戰(zhàn)時狀態(tài)下，即使是在非交戰(zhàn)時間段，艦艇也存在著油料消耗，在其他條件相同時，作戰(zhàn)時間越長，油料的需求量越多；此外，作戰(zhàn)時間越長，參戰(zhàn)艦艇的數(shù)量可能越多，增加油料的需求量。

4) 其他因素。一是人員因素。油料業(yè)務(wù)人員素質(zhì)高、業(yè)務(wù)能力強(qiáng)、技能嫻熟，會相對提高油料保障效率，反之降低；二是加油、受油的設(shè)備設(shè)施工作狀態(tài)良好，實用性較強(qiáng)，操作簡單，也會相應(yīng)提高油料保障效率，反之降低；戰(zhàn)時狀態(tài)下，也要考慮艦艇的作戰(zhàn)損耗。

3 艦艇編隊階段性作戰(zhàn)海上油料保障需求預(yù)測模型的構(gòu)建

依據(jù)艦艇編隊?wèi)?zhàn)時海上油料保障影響因素及特點，以3艘艦艇組成的艦艇編隊為例，構(gòu)建艦艇編隊階段性作戰(zhàn)海上油料保障需求預(yù)測模型。

3.1 背景條件

此次階段性作戰(zhàn)，艦艇編隊由集結(jié)海域出發(fā)，前往作戰(zhàn)海域作戰(zhàn)；作戰(zhàn)過程中，綜合補(bǔ)給艦從油料保障基地出發(fā)，航行至油料補(bǔ)給海域分別為編隊艦艇依次補(bǔ)充油料一次，待第3艘作戰(zhàn)艦艇補(bǔ)充完油料后，返回油料保障基地補(bǔ)充油料，油料補(bǔ)充完畢后，此作戰(zhàn)階段結(jié)束。

規(guī)定：同一時刻至少有兩艘編隊艦艇在作戰(zhàn)海域作戰(zhàn)；戰(zhàn)時通常不為艦艇補(bǔ)給附屬油料，本次油料需求預(yù)測只考慮艦艇消耗的液體燃料(主油，下同)，且品種唯一；所有艦艇在油料補(bǔ)給作業(yè)時的油料消耗量按照怠速油耗計算，其余階段的油料消耗量按照戰(zhàn)時百海里油耗及戰(zhàn)時小時油耗計算，綜合補(bǔ)給艦在油料保障基地補(bǔ)充油料為發(fā)動機(jī)停機(jī)加油且不計油料損耗；每次油料補(bǔ)給補(bǔ)充至受油裝備主油總儲量的90%(安全儲量)；此作戰(zhàn)階段沒有艦艇損毀。

該作戰(zhàn)階段戰(zhàn)場分布如圖1所示，海上油料保障時間軸如圖2所示。

L1為集結(jié)海域至作戰(zhàn)海域的距離(100 n mile)；L2為作戰(zhàn)海域至油料補(bǔ)給海域的距離(100 n mile)；L3為油料補(bǔ)給海域至油料保障基地的距離(100 n mile)。

TA→TB為艦艇編隊從油料保障基地航行至作戰(zhàn)海域；TB→TO為艦艇編隊作戰(zhàn)；TB→TD為補(bǔ)充油料前，三艘艦艇同時在作戰(zhàn)海域作戰(zhàn)時間，記為t0(h)；TC→TD為綜合補(bǔ)給艦從油料保障基地航行至油料補(bǔ)給海域；TD→TE為第一艘編隊艦艇從作戰(zhàn)海域航行至油料補(bǔ)給海域；TE→TF為綜合補(bǔ)給艦為第一艘編隊艦艇加油，記為t1(h)；TF→TG為第一艘編隊艦艇返回作戰(zhàn)海域；TG→TH為第二艘編隊艦艇從作戰(zhàn)海域航行至油料補(bǔ)給海域；TH→TI為綜合補(bǔ)給艦為第二艘編隊艦艇加油，記為t2(h)；TI→TJ為第二艘編隊艦艇返回作戰(zhàn)海域；TJ→TK為第三艘編隊艦艇從作戰(zhàn)海域航行至油料補(bǔ)給海域；TK→TL為綜合補(bǔ)給艦為第三艘編隊艦艇加油，記為t3(h)；TL→TM為第三艘編隊艦艇返回作戰(zhàn)海域；TL→TN為綜合補(bǔ)給艦從油料補(bǔ)海域返回油料保障基地；TN→TO為綜合補(bǔ)給艦在油料保障基地進(jìn)行油料補(bǔ)給，記為ts(h)；TA→TO為艦艇編隊階段性作戰(zhàn)。

3.2 確立模型

根據(jù)上述背景條件，則艦艇編隊階段性作戰(zhàn)海上油料保障總需求量為

(1)

Qi為i型艦艇階段性作戰(zhàn)油料需求量；Qs為綜合補(bǔ)給艦階段性作戰(zhàn)油料需求量(保障給其他艦艇的油料不計算在該艦需求量之內(nèi))。

則有：

(2)

(3)

(4)

(5)

Wi為i型艦艇戰(zhàn)時百海里油耗(kg/100n mile)；Ws為綜合補(bǔ)給艦戰(zhàn)時百海里油耗(kg/100n mile)；Hi為i型艦艇戰(zhàn)時小時油耗(kg/h)；Hs為s型艦艇戰(zhàn)時小時油耗(kg/h)；Vi為i型艦艇戰(zhàn)時航速(100n mile /h)；Vs為綜合補(bǔ)給艦戰(zhàn)時航速(100n mile /h)；δ為怠速油耗系數(shù)，可知 0<δ<1 ；θ為該作戰(zhàn)階段海況及氣候、作戰(zhàn)樣式、強(qiáng)度以及其他影響因素的綜合修正系數(shù)，一般有θ>1。

將式(2)～式(5)代入式(1)，則有：

(6)

3.3 模型求解

在任意一種給定的實際背景下，Li、Hi、Hs、Wi、Ws皆為已知量，δ、θ可依據(jù)艦艇及環(huán)境的具體狀態(tài)確定，t0可依據(jù)作戰(zhàn)進(jìn)程確定，都為已知量，Vi、Vs、ti、ts為待求參數(shù)(i∈N+)。其中，H、V、W三者之間的關(guān)系為

Hi=ViWi

Hs=VsWs(i∈N+)

(7)

則Vi、Vs可求得。根據(jù)背景條件，可得：

(8)

(9)

(10)

(11)

Pi為綜合補(bǔ)給艦給i型艦艇加油時的加油速度(kg/h)；Ps為綜合補(bǔ)給艦在油料保障基地加油時的加油速度(kg/h)；Bi為i型艦艇燃料油(主油)總儲量(kg)；Bs為綜合補(bǔ)給艦燃料油(主油)總儲量(kg)；Ai為i型艦艇作戰(zhàn)階段開始前燃料油(主油)實際儲量(kg)；As為綜合補(bǔ)給艦作戰(zhàn)階段開始前燃料油(主油)實際儲量(kg)。

Pi、Ps、Bi、Bs、Ai、As皆為已知量。因為t0為已知量，所以將ti、ts看作t0的函數(shù)，即：

ti=fi(t0) (i∈N+)

(12)

整理得：

(13)

(14)

(15)

式(15)中，εi、εs通過已知量可直接求得，ti為t0一元一次函數(shù)，可求；求得ti后，通過式(11)，ts可求，則Qi、Qs可求，解畢。

4 實例驗證

某艦隊組織3艦編隊海上油料保障演習(xí)，演習(xí)環(huán)境參數(shù)及艦艇部分參數(shù)(處理后數(shù)據(jù))詳見表2。演習(xí)結(jié)束，共消耗油料Xkg，其中第X階段共需求油料約1 120 t。

表2 演習(xí)環(huán)境及艦艇部分參數(shù)(處理后數(shù)據(jù))

用3.2節(jié)三艦編隊階段性作戰(zhàn)海上油料保障需求預(yù)測模型計算如下：

即該艦艇編隊此次階段性作戰(zhàn)油料海上油料保障的總油料需求量為1 127 348.49 kg，約為1 128 t。

5 結(jié)論

此模型可推廣至多艘艦艇單編隊或多編隊作戰(zhàn)海上油料保障需求預(yù)測。設(shè)：ti=fi(t0)=αit0+εi，可推得：

當(dāng)n≥2時，αn的通項公式為

當(dāng)n≥3時，εn的遞推公式為

(n∈Z+)