基于云重心評判的機步旅進攻戰斗戰場態勢評估＊

孫彥飛 楊 輝 何佑明 郝延軍

（陸軍軍官學院 合肥 230031）

1 引言

戰場態勢評估，是指建立關于作戰活動、事件、時間、位置和兵力要素組成的一張視圖，將所觀測到的戰斗力量分布與活動和戰場周圍環境、敵作戰意圖及敵機動性有機地聯系起來，分析并確定事件發生的原因，得到關于敵方兵力結構、使用特點的估計，最終形成戰場綜合態勢圖。理想的態勢評估的結果為：反映真實的戰場態勢，提供事件、活動的預測，并由此提供最優決策的依據，從而幫助指揮員做出正確判斷[1～2]。因此，態勢評估是戰場決策的基礎，在現代戰場中起著非常重要的作用。

機步旅進攻戰斗戰場態勢是機步旅進攻戰斗作戰空間內敵對雙方作戰力量部署和行動構成的狀態和形勢。衡量機步旅進攻戰斗戰場態勢有利與否的標準在于我方是否能以最小的代價最大限度地實現戰斗目的[3]。基于對此理解，機步旅戰場態勢評估可將影響作戰進程的多種因素綜合為一種單一效能的評價目標，并實時反映作戰雙方的態勢動態演化進程，從而將態勢評估歸結為一個綜合評判問題。

信息化條件下的機步旅進攻戰斗戰場態勢是個復雜大系統，戰場上存在著大量的不確定性因素，使得評估更加困難。鑒于此，本文提出一種基于云重心評判的方法來求解戰場態勢評估問題，將定量分析與定性分析相結合，為同類戰場態勢評估提供參考。

2 機步旅進攻戰斗戰場態勢評估指標體系

基于云重心評判法的戰場態勢評估，必須建立合理有效的評估指標體系。評估指標通常分為四大類：尺度參數、性能指標、效能指標、作戰效能指標。從動態觀點出發，尺度參數指戰場環境的規模和作戰地域范圍的大小；性能指標是遂行使命過程中武器裝備系統特定功能情況的度量；效能指標是以使命為參照對指揮控制模型中全部功能的綜合度量；而作戰效能指標是指兵力、武器裝備系統與武裝力量共同對環境的作用，即度量作戰效果。

戰場作為一種動態復雜系統，建立戰場態勢評估指標體系是一個很困難的問題。一般說來，確定的指標應該能夠涵蓋所評估系統的主要因素，以使最終評估結果能夠反映真實的狀況；另一方面，評估指標的范圍越寬，數量越多，確定評估指標的重要順序就越難，處理和建模的過程就越復雜，扭曲系統本質特性的可能性就越大。因此，建立評估指標體系必須遵循一定的原則，按照一定的程序，反復統計分析處理、綜合歸納和權衡，最后得到科學的評估指標體系。

根據建立評估指標體系應遵循的科學性、系統性、完備性、互斥性、可行性、簡潔性等基本原則，對戰場環境系統及決定和影響機步旅作戰效能的主要因素進行深入分析，可以建立機步旅進攻戰斗戰場態勢評估指標體系[4]，如圖1所示。

圖1 機步旅進攻戰斗戰場態勢評估指標體系

3 云重心評判的實現

云是用語言值表示的某個定性概念與其定量表示之間的不確定性轉換模型。云的數字特征用期望值Ex，嫡En、超嫡He三個數值表征，它把模糊性和隨機性完全集成到一起，構成定性和定量相互間的映射。其中，Ex為云的重心位置，標定了相應的模糊概念的中心值；En為定性概念模糊度的度量，它的大小反映了在論域中可被模糊概念接受的元素數；He為嫡的嫡，反映了云滴的離散程度[5]。

云重心可以表示為T＝a×b，a表示云重心的位置，b表示云重心的高度。期望值反映了相應的模糊概念的信息中心值，即云重心位置。期望值相同的云可以通過比較云重心高度的不同來區分它們的重要性。云重心評判法就是通過云重心的變化反映出狀態的變化情況。由于專家評價值的不同以及各指標權重的變化，導致云重心發生改變，通過與理想云模型進行比較，得出測評結果。

具體算法步驟如下[6～7]：

步驟1：求各指標的云模型表示

在給出的態勢評估指標體系中，各個指標是用精確數值表示的。n個精確數值型的指標可用一個云模型來表示，其中期望值Ex，嫡En計算式如下：

式中Ex1，…，Exn為各指標的不同狀態值。

步驟2：用一個P維綜合云表示具有P個指標的戰場態勢

P維綜合云的重心T用一個P維向量來表示，即

其中Ti＝ai×bi（i＝1，2，…，P），a為期望值，b為權重。

步驟3：確定各指標的權重分配

權重的確定方法有很多，為了消除人為因素的影響，這里用下面的公式確定權重：

其中W1＝1，n為指標數，i為排隊等級。再將Wi歸一化處理即可得到權重Wi＊。

步驟4：用加權偏離度來衡量云重心的改變

戰場態勢的理想狀態下各指標值是已知的。假設理想狀態下P維綜合云的重心位置向量為重心高度向量為，則理想狀態下云重心向量）。同理，表示當前戰場態勢的P維綜合云的重心向量為T＝（T1，T2，…，TP）。

這樣，就可以用加權偏離度（θ）來衡量這兩種情況下綜合云的重心的差異情況（注：θ值越小表示差異越不明顯，θ值越大表示差異越顯著）。首先將當前態勢下的綜合云的重心向量歸一化，得到一組向量TG＝（TG1，TG2，…，TGP），其中：

經歸一化之后，表征當前態勢的綜合云的重心向量均為有大小、有方向、無量綱的值（理想狀態下為特殊情況，即向量為（0，0，…，0）。

把各指標歸一化之后的向量值乘以其權重值，然后再相加，即得到加權偏離度θ（0≤θ≤1）的值：

步驟5：用云模型實現評測的評語集

采用由11個評語所組成的評語集：V＝（v1，v2，…，v11）＝（Vt｜t＝1，2，…，11）＝（無，非常差，很差，差，較差，一般，較好，好，很好，非常好，極好）。將11個評語置于連續的語言值標尺上，并且每個評語值都用云模型來實現，且評語集的期望值向量為（0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1.0），構成一個定性評測的云發生器（如圖2所示）。

圖2 定性評測云發生器

對于一個具體的方案，將求得的θ值輸入評測云發生器中，它可能有下面兩種激活情況：

1）激活某個評語值云對象的程度遠大于其它評語值（當二者的激活程度差值的絕對值大于某個給定的閾值γ），這時該評語即可作為對方案的評測結果輸出。

2）激活了兩個評語值的云對象，且激活程度相差不是很大（當二者的激活程度差值的絕對值小于某個給定的閾值γ），這時運用云理論中的綜合云的原理，生成一個新的云對象，它的期望值將作為評測結果（定量結果）輸出，而此期望值對應的定性表述可由專家或系統用戶另外給出。

4 實例分析

由于受篇幅的限制，本文運用云重心評價方法對戰場環境指標進行評估，其他指標的評估方法依次類推。

1）確定指標。由圖1可知戰場環境包括氣象條件、地形位置條件、偽裝欺騙和電磁環境影響四個指標參數。

2）抽取各指標的狀態值。從當前態勢中抽取這四個指標的三組數據，即一個時間段內戰場環境的狀態值。如表1所示。

表1 各指標的狀態值

3）語言值量化。按評語集的期望值向量將表1中的各語言進行量化，并根據式（1）、式（2）分別求得各個指標云模型的期望值、熵，如表2。

表2 各指標云模型的期望值和熵

4）求出各指標的權重分配。根據式（4）求出四個指標參數的權重為

5）計算加權偏離度并得出評估結果。依據云理論，由T＝a×b（a表示云重心的位置即期望值，b表示云重心的高度即權重值）可得：

四維加權綜合云的重心向量為T＝（0.1547，0.1104，0.2291，0.3365），理想狀態加權綜合云的重心向量為T0＝（0.221，0.184，0.342，0.1265），歸一化之后為TG＝（0.3，0.4，0.3301，0.6241）。

由式（6）計算后得加權偏離度θ＝0.4107，其輸入評測云發生器之后，將激活“較差”和“一般”兩個云對象。因為二者的激活程度相差較大（γ＞0.2），所以根據步驟5）評測結果為“較差”。

通過此方法反復計算，可評測出兵力數量質量、兵器性能效能、指控通信效能、指揮決策對策及后勤裝備保障指標的狀態，從而根據這六個二級指標的狀態得出整個戰場態勢的評測結果。

5 結語

為了解決戰場態勢評估問題，本文將云理論引入信息融合領域，采用云重心評判法得出了機步旅進攻戰斗戰場態勢的定性評估結果。通過實例表明，此方法將定性與定量相結合，充分考慮了各個因素對評估結果的影響，并且最終的結果是語言評判值，具有一定的科學性和直觀性，拓展了戰場態勢評估的思路。

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