熊先巍，陳 琳，王文忠

（海軍勤務(wù)學(xué)院戰(zhàn)勤指揮系，天津 300450）

0 引言

軍事建模仿真能夠模擬高風(fēng)險(xiǎn)、高成本、難以重復(fù)的問(wèn)題，因而廣泛地運(yùn)用于輔助決策、機(jī)關(guān)訓(xùn)練、裁決評(píng)估、預(yù)測(cè)戰(zhàn)爭(zhēng)等領(lǐng)域。兵棋作為戰(zhàn)爭(zhēng)模擬的工具，采用棋子表示作戰(zhàn)單位、棋盤表示作戰(zhàn)環(huán)境、規(guī)則和數(shù)據(jù)支撐推演裁決，在西方國(guó)家得到廣泛應(yīng)用［1］。近年來(lái)，兵棋推演正逐漸成為國(guó)內(nèi)研究的熱點(diǎn)。隨著兵棋在裝備保障領(lǐng)域發(fā)揮的作用越來(lái)越大，針對(duì)裝備保障兵棋的研究日益增多，但相對(duì)作戰(zhàn)指揮領(lǐng)域而言，裝備保障兵棋的研究還較薄弱［2-6］。

裝備保障能力的發(fā)揮依賴于科學(xué)的裝備保障方案，對(duì)裝備保障方案進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)是分析、改進(jìn)和設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)。裝備保障評(píng)估包括裝備保障決策、實(shí)施至結(jié)束的全過(guò)程中所開(kāi)展的分析與評(píng)價(jià)活動(dòng)，是裝備保障科學(xué)管理的重要組成部分，也是兵棋推演的重要功能之一。因此，結(jié)合兵棋推演開(kāi)展對(duì)裝備保障評(píng)估的研究具有一定的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。本文重點(diǎn)對(duì)基于兵棋系統(tǒng)的裝備保障評(píng)估方法進(jìn)行了研究。

1 裝備保障兵棋概述

兵棋是一類強(qiáng)調(diào)對(duì)抗性的作戰(zhàn)模擬工具。裝備保障兵棋是兵棋原理在裝備保障領(lǐng)域的應(yīng)用，其功能包括對(duì)裝備保障備選方案進(jìn)行過(guò)程推演和評(píng)估優(yōu)化［4］。對(duì)裝備保障方案的評(píng)估優(yōu)化通常需要在多個(gè)備選保障方案中進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)選，判斷各方案滿足保障目標(biāo)的程度，最終形成一個(gè)具備可行性、能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)保障資源最佳配置的方案。

裝備保障兵棋的要素與常用的兵棋系統(tǒng)一樣，具備棋子、地圖和規(guī)則三要素。其中，地圖要素的作用是模擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，是兵棋推演參與者展開(kāi)作戰(zhàn)行動(dòng)或保障行動(dòng)的場(chǎng)所。在兵棋推演過(guò)程中，兵棋地圖通過(guò)可視化方式為兵棋推演人員提供戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息，同時(shí)為軍事模型提供戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息數(shù)據(jù)。從地理信息系統(tǒng)中能夠提取環(huán)境信息用于分析解決多準(zhǔn)則決策問(wèn)題［7］。兵棋地圖中存儲(chǔ)了海量環(huán)境信息數(shù)據(jù)，包括靜態(tài)環(huán)境信息和動(dòng)態(tài)環(huán)境信息，如圖1 所示。

圖1 兵棋地圖信息類型

由于兵棋推演本身就是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，加之建模精度較高的兵棋地圖中不僅包含靜態(tài)地理信息，還包括各類動(dòng)態(tài)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息，從上述信息中可以提取出對(duì)裝備保障行動(dòng)影響較大的因素進(jìn)行分析，并用于裝備保障方案的綜合評(píng)估。

本文的兵棋動(dòng)態(tài)評(píng)估，就是基于兵棋動(dòng)態(tài)推演過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)地圖信息對(duì)裝備保障方案進(jìn)行評(píng)估。

2 裝備保障兵棋動(dòng)態(tài)評(píng)估方法

2.1 兵棋地圖動(dòng)態(tài)評(píng)估模型

2.1.1 原理

為充分利用兵棋地圖中的信息對(duì)裝備保障方案進(jìn)行評(píng)估，在裝備保障兵棋基礎(chǔ)上建立兵棋地圖動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)模型。

裝備保障兵棋地圖動(dòng)態(tài)評(píng)估法就是基于兵棋地圖動(dòng)態(tài)評(píng)估模型，充分利用兵棋地圖中的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信息對(duì)保障方案進(jìn)行評(píng)估。兵棋地圖動(dòng)態(tài)評(píng)估模型的基礎(chǔ)是兵棋地圖模型。地圖模型可分為環(huán)境要素模型和環(huán)境交互模型，要素模型和交互模型所描述的內(nèi)容如圖2 所示。

圖2 兵棋地圖模型

為了降低建模難度同時(shí)提高計(jì)算效率，兵棋地圖采用網(wǎng)格化技術(shù)，將復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行適度,抽象簡(jiǎn)化。網(wǎng)格化技術(shù)首先將戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境劃分為統(tǒng)一大小形狀的網(wǎng)格單元，網(wǎng)格單元可以采用三角形、正方形、六邊形等，目前主流兵棋通常采用六邊形網(wǎng)格［8］。將戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境劃分為大小形狀一致的網(wǎng)格后，選取各個(gè)網(wǎng)格范圍內(nèi)具有代表性的環(huán)境屬性作為該網(wǎng)格的主特征，并在網(wǎng)格中存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息。

地圖網(wǎng)格中存儲(chǔ)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息，會(huì)對(duì)兵棋棋子的打擊能力、機(jī)動(dòng)能力、偵查能力、防護(hù)能力等產(chǎn)生影響，因此，基于兵棋地圖模型能夠?qū)Χ囗?xiàng)效能進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

2.1.2 方法

構(gòu)建裝備保障兵棋地圖動(dòng)態(tài)評(píng)估模型的重點(diǎn)是確定兵棋地圖中的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息對(duì)裝備保障行動(dòng)效能的影響。對(duì)裝備保障行動(dòng)影響較大的環(huán)境因素包括地形地貌、天氣水文、建筑物和障礙物等，環(huán)境因素對(duì)裝備保障的影響包括：影響部隊(duì)的機(jī)動(dòng)性，進(jìn)而影響裝備保障任務(wù)的時(shí)效性和滿足率；影響部隊(duì)偵察能力、打擊能力和防衛(wèi)能力，影響武器裝備的效能，進(jìn)而影響裝備保障任務(wù)的傷亡率和戰(zhàn)損率等。考慮到兵棋建模實(shí)際，可根據(jù)具體問(wèn)題建模，將影響因素進(jìn)行篩選，選取重要的代表性因素，從而降低建模難度。

2.2 裝備保障兵棋地圖動(dòng)態(tài)評(píng)估流程

基于裝備保障兵棋地圖中的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息能夠輔助實(shí)現(xiàn)裝備保障動(dòng)態(tài)評(píng)估，流程如下頁(yè)圖3 所示。

2.2.1 建立兵棋地圖動(dòng)態(tài)模型

首先，建立兵棋地圖環(huán)境要素模型。環(huán)境要素模型的基礎(chǔ)是地理環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)評(píng)估目的和需求明確需要考慮的環(huán)境要素，并確定模型的精度。然后，在環(huán)境要素模型基礎(chǔ)上，結(jié)合戰(zhàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)信息，建立環(huán)境交互模型，交互模型重點(diǎn)分析環(huán)境要素之間、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境與戰(zhàn)場(chǎng)行動(dòng)之間的相互影響。環(huán)境要素模型可以是靜態(tài)的，但交互模型應(yīng)當(dāng)是動(dòng)態(tài)的。

圖3 裝備保障兵棋地圖動(dòng)態(tài)評(píng)估流程

2.2.2 構(gòu)建裝備保障評(píng)估指標(biāo)體系

裝備保障方案的評(píng)估主要是對(duì)方案的可行性、效益性以及風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。合理的評(píng)估指標(biāo)體系是科學(xué)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。因此，基于眾多指標(biāo)構(gòu)建恰當(dāng)?shù)闹笜?biāo)體系是裝備保障評(píng)估的基礎(chǔ)問(wèn)題之一。

針對(duì)不同的目標(biāo)可以建立不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于簡(jiǎn)單系統(tǒng)通常采用層次結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖4（a）所示，層次結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系中的指標(biāo)之間相互關(guān)系較為簡(jiǎn)單，同層次指標(biāo)之間獨(dú)立不相關(guān)［9］。對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)而言，評(píng)估指標(biāo)往往難以分離或評(píng)估模型本身尚未確定，此時(shí)應(yīng)采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖4（b）所示［10］。網(wǎng)絡(luò)型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，各層次指標(biāo)相互之間存在復(fù)雜的關(guān)系，某一層次的指標(biāo)可影響同層次或其他層次的指標(biāo)，同時(shí)又可能直接或間接地受到同層或其他層指標(biāo)的影響［9-10］。

如圖4 所示，網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系可以分為控制層和網(wǎng)絡(luò)層兩部分：控制層包括系統(tǒng)目標(biāo)及決策準(zhǔn)則；網(wǎng)絡(luò)層由所有受控制層支配的、相互作用的元素組成。由圖4 可知，層次型結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系實(shí)際上是網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系的簡(jiǎn)化。

2.2.3 實(shí)施裝備保障綜合評(píng)價(jià)

圖4 指標(biāo)體系類型

利用建立的兵棋地圖動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行裝備保障評(píng)估，分析兵棋地圖中靜態(tài)環(huán)境信息和動(dòng)態(tài)戰(zhàn)場(chǎng)信息與裝備保障評(píng)估指標(biāo)之間的關(guān)系，并對(duì)上述因素之間的關(guān)系進(jìn)行定性或定量描述，在量化過(guò)程中，需要注意對(duì)不同類型指標(biāo)和數(shù)據(jù)的規(guī)范化處理。針對(duì)具體的裝備保障方案，首先，確定兵棋地圖各網(wǎng)格內(nèi)任務(wù)部隊(duì)單元的屬性和保障需求量，提取保障方案所涉及地圖網(wǎng)格塊中的數(shù)據(jù)信息。根據(jù)評(píng)估指標(biāo)體系中的指標(biāo)，依照戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息與指標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將地圖網(wǎng)格中的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)換算為指標(biāo)值。最后，選取合適的綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)各保障方案進(jìn)行評(píng)估并擇優(yōu)排序。對(duì)于層次型指標(biāo)體系可以采用Saaty 創(chuàng)立的層次分析法（AHP），對(duì)于較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)型指標(biāo)體系可使用Saaty 改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)分析法（ANP）解決［9-10］。

3 裝備保障兵棋動(dòng)態(tài)評(píng)估應(yīng)用實(shí)例

以裝備保障路徑優(yōu)選為例，構(gòu)建兵棋地圖動(dòng)態(tài)評(píng)估模型并對(duì)備選保障方案進(jìn)行分析。在裝備保障兵棋演練中，當(dāng)任務(wù)部隊(duì)的某裝備物資出現(xiàn)短缺時(shí)，向保障部隊(duì)提交保障申請(qǐng)，保障部隊(duì)接收到指令后，根據(jù)補(bǔ)給供應(yīng)模型計(jì)算，確定物資滿足保障需求、運(yùn)輸工具滿足輸送需求后，確定可行的路線，如下頁(yè)圖5 所示。

如圖5 所示，保障部隊(duì)（A）向任務(wù)部隊(duì)（B）提供裝備保障，給出了3 種可行的保障路徑備選方案。裝備保障路徑的選擇將會(huì)影響整個(gè)戰(zhàn)爭(zhēng)保障的效率，為了擇優(yōu)選出高效的保障方案，可以按照以下步驟構(gòu)建兵棋動(dòng)態(tài)評(píng)估模型，基于模型對(duì)保障方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖5 裝備保障方案路徑示意圖

第1 步，依據(jù)具體問(wèn)題建立地圖動(dòng)態(tài)模型。對(duì)于上述裝備保障問(wèn)題，決策者需要考慮裝備物資和運(yùn)輸工具是否滿足需求、輸送途中和卸載地域可能遇到的各種情況等。針對(duì)上述問(wèn)題選取相關(guān)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)地理環(huán)境要素和戰(zhàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)要素進(jìn)行建模，例如：考慮機(jī)動(dòng)能力，就需要重點(diǎn)對(duì)地形和天氣等因素進(jìn)行建模；考慮運(yùn)輸能力，就需要對(duì)道路橋梁等信息進(jìn)行建模；考慮防護(hù)能力，就需要重點(diǎn)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)因素進(jìn)行建模。

第2 步，針對(duì)保障目標(biāo)構(gòu)建裝備保障評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。上述裝備保障路徑優(yōu)選的問(wèn)題本質(zhì)上是選擇一個(gè)最優(yōu)方案，使其能夠?qū)崿F(xiàn)裝備保障效能最大化和資源配置最優(yōu)化，同時(shí)確保風(fēng)險(xiǎn)盡可能小。圍繞裝備保障的系統(tǒng)目標(biāo)，可以設(shè)定保障效能、成本、風(fēng)險(xiǎn)3 個(gè)一級(jí)指標(biāo)，然后進(jìn)一步細(xì)化指標(biāo)準(zhǔn)則。指標(biāo)之間存在較復(fù)雜的相互作用，例如，機(jī)動(dòng)性不僅受地形和氣候、道路通行性的影響，還會(huì)受到敵情影響。鑒于上述指標(biāo)之間的復(fù)雜關(guān)系，選擇網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系對(duì)其進(jìn)行分析，建立保障方案路徑優(yōu)選的ANP（網(wǎng)絡(luò)分析法）評(píng)價(jià)模型，如圖6 所示。

圖6 保障路徑方案效能評(píng)估的網(wǎng)絡(luò)分析評(píng)價(jià)模型

第3 步，基于動(dòng)態(tài)評(píng)估模型和評(píng)估指標(biāo)體系對(duì)備選方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。根據(jù)裝備保障兵棋動(dòng)態(tài)評(píng)估法的原理，分析地圖模型中的信息與評(píng)估指標(biāo)之間的關(guān)系，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行解析量化。首先，對(duì)圖5中的3 種可行保障方案展開(kāi)定性分析：

1）保障方案1：方案1 的保障路徑經(jīng)過(guò)10 個(gè)兵棋地圖網(wǎng)格，其中包括1 個(gè)城鎮(zhèn)居民點(diǎn)網(wǎng)格，9 個(gè)平原網(wǎng)格，路徑中無(wú)明顯坡度變化；保障路徑經(jīng)過(guò)的網(wǎng)格中無(wú)明顯植被覆蓋，防護(hù)性能略差，且路徑中距離居民和湖泊等顯著標(biāo)記物較近，存在一定遭遇敵軍空襲的風(fēng)險(xiǎn)。

2）保障方案2：方案2 的保障路徑途經(jīng)8 個(gè)兵棋地圖網(wǎng)格，其中包括1 個(gè)山林地的網(wǎng)格，其余7個(gè)平原網(wǎng)格，不經(jīng)過(guò)居民點(diǎn)；保障路徑中包括一段山地公路，如果保障單元是采用貨運(yùn)卡車進(jìn)行輸送，可忽略網(wǎng)格坡度起伏的影響；保障路徑中的起伏地形和植被覆蓋可提高防護(hù)性，遭遇敵軍的風(fēng)險(xiǎn)較低。

3）保障方案3：方案3 的保障路徑經(jīng)過(guò)10 個(gè)兵棋地圖網(wǎng)格，包括2 個(gè)灌木草叢和1 個(gè)森林地塊，經(jīng)過(guò)1 座跨河流的公路橋梁，不經(jīng)過(guò)山地和居民點(diǎn)；保障路徑中經(jīng)過(guò)2 個(gè)灌木草叢和森林地塊的植被覆蓋可提高一定隱蔽性，遭遇敵軍的風(fēng)險(xiǎn)較低，但是由于路徑中途徑一座跨河橋梁，屬于較明顯的標(biāo)志物，遭遇敵軍空襲的風(fēng)險(xiǎn)較大。

在上述定性分析基礎(chǔ)上，分別對(duì)各指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行定量分析和數(shù)學(xué)建模。文獻(xiàn)［11］中研究了作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)量化問(wèn)題，對(duì)包括機(jī)動(dòng)要素、防護(hù)要素、保障要素等作戰(zhàn)要素進(jìn)行了分析。針對(duì)本例中的兵棋地圖動(dòng)態(tài)評(píng)估模型，下頁(yè)表1 中給出了一組可行的模型參數(shù)量化方法。

基于圖6 中網(wǎng)絡(luò)型指標(biāo)體系，采用網(wǎng)絡(luò)分析法（ANP）對(duì)保障點(diǎn)備選方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。Saaty 提出的網(wǎng)絡(luò)分析法是對(duì)他本人創(chuàng)立的層次分析法（AHP）的改進(jìn)，兩種方法的理論基礎(chǔ)都是基于對(duì)定量和定性指標(biāo)在絕對(duì)標(biāo)度上的相對(duì)度量，區(qū)別主要在于指標(biāo)體系不一樣：層次分析法的指標(biāo)體系是圖4（a）所示的層次型結(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)分析法的指標(biāo)體系是圖4（b）所示的網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)［10］。對(duì)于復(fù)雜的裝備保障問(wèn)題而言，采用網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系能夠更全面地考慮各類因素相互作用對(duì)保障全局目標(biāo)的影響，能夠構(gòu)建一個(gè)比層次型結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系更接近客觀現(xiàn)實(shí)的指標(biāo)體系。由于網(wǎng)絡(luò)分析法涉及超矩陣運(yùn)算，計(jì)算非常復(fù)雜，手工運(yùn)算難度極大，通常需要借助計(jì)算機(jī)軟件求解。目前用于超矩陣運(yùn)算的軟件主要是Super Decision（SD 超級(jí)決策）軟件，該免費(fèi)軟件由Saaty 教授參與研發(fā)，能夠用于求解AHP 和ANP 問(wèn)題。

依據(jù)專家對(duì)模型中的指標(biāo)要素進(jìn)行兩兩判斷打分，由ANP 法可計(jì)算得到如表2 所示的指標(biāo)權(quán)重。

表1 兵棋地圖動(dòng)態(tài)評(píng)估模型參數(shù)表

表2 指標(biāo)權(quán)重

基于表1 對(duì)各指標(biāo)參數(shù)的分析計(jì)算和表2 的權(quán)重，結(jié)合采集的專家成對(duì)比較信息，構(gòu)造超矩陣并通過(guò)Super Decisions 軟件計(jì)算極限超矩陣，匯總綜合評(píng)價(jià)，得到各方案的綜合評(píng)價(jià)值如表3 所示。

表3 保障方案綜合評(píng)價(jià)值

上述評(píng)價(jià)過(guò)程和結(jié)果表明：方案1 和方案2 的綜合評(píng)價(jià)值相差不大，前者路徑多平原具有較好機(jī)動(dòng)性和通行性，后者路徑總距離較短但途徑地形復(fù)雜，兩個(gè)方案在效能與風(fēng)險(xiǎn)方面各有優(yōu)勢(shì)。由于專家賦予效能指標(biāo)的權(quán)重比風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)更高，方案1 的綜合評(píng)分略高于方案2。相比之下，方案3 在效能、成本和風(fēng)險(xiǎn)方面均不占優(yōu)勢(shì)，因此，在備選方案中得分最低。從而可以確定方案1 為最優(yōu)的保障路徑方案，方案2 為次優(yōu)，評(píng)估結(jié)束。

4 結(jié)論

裝備保障效能的高低對(duì)作戰(zhàn)進(jìn)程和結(jié)果有著重要影響，應(yīng)當(dāng)站在全局的角度，綜合分析，總體謀劃，運(yùn)用科學(xué)方法和手段進(jìn)行評(píng)估論證，科學(xué)運(yùn)用保障方式方法，避免決策失誤造成的不良后果。本文就裝備保障兵棋動(dòng)態(tài)評(píng)估方法進(jìn)行了初步研究，構(gòu)建了兵棋地圖動(dòng)態(tài)評(píng)估模型，模型能夠在動(dòng)態(tài)的兵棋推演中利用動(dòng)態(tài)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息，對(duì)裝備保障方案的保障效能進(jìn)行評(píng)估，為選擇、優(yōu)化和制定科學(xué)合理的保障方案提供有效手段，有助于充分利用保障資源，實(shí)現(xiàn)高效保障。