基于AHP的指揮控制系統效能評估改進方法*

金 琨 劉兆平

(海軍陸戰學院陸戰隊系 廣州 510430)

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基于AHP的指揮控制系統效能評估改進方法*

金 琨 劉兆平

(海軍陸戰學院陸戰隊系 廣州 510430)

針對指揮控制系統的組成結構特點,建立效能評估指標模型,給出運用層次分析法進行效能評估的數學模型及實現方法,引入灰色理論解決評估過程中指標權重的調優問題,提高評估結果的客觀性及合理性,通過實例說明方法的可行性。

指揮控制系統; 層次分析法; 灰色理論; 相容性檢驗

Class Number TP309

1 引言

指揮控制信息系統(C4ISR系統),是由軟件、硬件、武器平臺以及作戰人員組成的軟件密集型系統,是一個極其龐大和復雜的人機系統,集情報偵察、預警探測、指揮控制和通信等融為一體,為軍隊指揮層提供決策支持,實現對所屬部隊、裝備的指揮控制和管理,是現代軍隊的“神經中樞”[1]。隨著C4ISR系統在軍事領域的廣泛應用,信息戰已經迅速滲透到作戰的各個領域,指揮控制系統效能發揮的優劣,直接決定了信息化條件下戰役的走向。

目前現有的指揮控制系統效能評估方法主要有三類: 1) 性能參數法[2],采用武器系統典型性能指標描述系統的作戰效能,主要包括性能對比法、專家評分法、性能指數法等; 2) 解析法,以排隊論、對策論、軍事運籌學、蘭徹斯特方程等數學方法為基礎,求解系統的作戰效能,主要包括層次分析法[3]、模糊綜合評判法[4]、灰色評估法[5]、ADC模型[6],神經網絡方法[7]; 3) 模擬法[8],通過模擬作戰來檢驗武器系統的作戰效能,包括網上演習和計算機模擬仿真。總的來說,性能參數法過于簡單,只適于較為單一武器;而對抗法代價過高,且有效性值得商榷,C4ISR系統是一個由各種裝備組成的復雜系統,非常適合使用AHP建立評估模型[9],但傳統方法未考慮指標權值之間的相互影響關系,導致評估結果不能充分反映裝備的實際效能,可信性不高。

本文以新時期C4ISR系統建設相關理論為依據,分析其組成結構特點,利用AHP理論,建立系統整體效能評估模型,采用灰色理論對存在作用關系的指標權值進行優化,最后結合一個具體的計算實例,說明效能評估的計算過程及可行性。

2 效能評估指標體系

2.1 指揮控制系統結構組成

根據定義和作戰運用角度,C4ISR系統主要由信息基礎設施、情報監視預警探測、指揮控制、電子對抗和與作戰相關的使命應用組成,組織結構如圖1所示。

圖1 指揮控制系統的一般組成結構

C4ISR系統的目的是以提高系統信息獲取能力為前提,以擴大網絡信息傳輸能力為紐帶,以提高信息融合處理能力和遠程武器控制能力為核心,采用先進的信息技術,實現戰場空間的信息共享、武器共用、網絡化的指揮控制,使部隊在相關的作戰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、信息安全防護和信息支援保障能力,以及對空、對海、對潛的作戰指揮和導彈武器打擊能力有大幅度的躍升,從而形成具備整體對抗能力的電子信息裝備體系,保證協同作戰和參加聯合作戰的需要。

2.2 效能評估指標體系

遵循構建指標體系的整體性、科學性、客觀性及可行性等原則,制定充分體現C4ISR系統功能的完整指標體系,從根本上保證了評估的科學性,有效防止因評估者認識能力不同而產生的巨大差異,通過研究發現,C4ISR系統具有以下顯著特點: 1) 遭受到敵方硬火力打擊時具有很難的再修復和再使用特性; 2) 當關鍵節點或者路由遭受摧毀時容易陷入癱瘓。

借鑒目前美軍“聯合能力集成與開發系統”分析過程的思想[10],按照目標、能力、體系三因素逐步分析,自頂向下得到系統目標、保障能力、體系功能,結合目標任務與層次分析法制定指標體系,其結果如圖2所示。

圖2 指揮控制系統效能評估指標體系

3 AHP效能評估改進模型

3.1 基于灰色理論的評價向量生成

表1 判斷矩陣取值情況

判斷矩陣指將n個影響因素兩兩比較后按照表1規則所建立的矩陣。A是一個一致性矩陣,其主特征值對應的主特征向量元素的大小,表示了各評價對象的優先級順序[3]。

以此類推,可得到E中各一級指標相對于E的權重集w={w1,w2,…,wr},因此,第二級灰色綜合評判向量B={w},R={b},其中b表示該情況作戰指標屬于Vi的灰度。

3.2 相容性檢驗

根據表1,應用比例標度法,對同層因素兩兩比較,得出判斷矩陣C,見表2。

求C的最大特征根所對應的特征向量,經標準化后,得到同層各因素相對于上一層各因素的相對重要性權重,進行相容性檢驗:

相容性指標:

表2 指揮控制系統判斷矩陣

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重,當CI>0,需重新調整判斷矩陣的元素,直到具有滿意的一致性為止。

4 應用舉例

根據上述效能評估改進模型,邀請10名專家采用打分方式對某一指揮控制系統效能指標進行評價,其結果如表3所示。

表3 專家打分結果

根據表2,可得到上述五種指標的判斷矩陣:

經計算,A1～A5均滿足相容性要求,進一步,根據3.1節可計算出第一級灰色綜合評判向量為

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)

進一步可得第二級灰色綜合評判向量為(0.052 0.1934 0.2023 0.3998 0.287 0.1033),根據最大隸屬度原則,該單位研制的指揮控制系統效能一般,需要對其進行二次開發或性能改進,以增強其效能。

5 結語

提高武器裝備的作戰效能是裝備發展的主要目標,武器裝備效能評估分析是裝備發展科學決策的重要依據。在運用AHP法對指揮控制系統進行效能評估過程中,引入灰色理論可以很好地解決指標權重的調優問題,有利于保證評估結果的客觀性與合理性。下一步將重點研究灰函數的定義及適應性問題,以便進一步提高模型解決實際問題的能力及效果。

[1] 劉桂芳,張健,陳鳳濱.高技術條件下的C4ISR—軍隊指揮自動化[M].長沙:國防大學出版社,2002:3-10.

[2] 胡玉農,夏正洪,王俊峰,等.復雜電子信息系統效能評估方法綜述[J].計算機應用,2009,26(3):819-822.

[3] 基于AHP和灰色評估法的水面艦艇編隊作戰效能評估[J].指揮控制與仿真,2007,29(3):19-73.

[4] 蒙存占,何成銘,孫紅宇,等.基于模糊綜合評估法的裝備保障系統效能評估[J].四川兵工學報,2008,29(6):12-15.

[5] 劉思峰,郭天榜,黨耀國,等.灰色系統理論及其應用[M].北京:科學出版社,2004:25-28.

[6] 趙德才,汪陸平,李驥,等.基于ADC模型對通信系統效能的評估方法[J].艦船電子工程,2009,29(6):96-98.

[7] 白煒,鞠儒生,邱小剛.基于RBF神經網絡的作戰效能評估方法[J].系統仿真學報,2008,20(23):391-397.

[8] 郭奇勝.裝備效能評估概述[M].北京:國防工業出版社,2005:70-75.

[9] 蔣正芳.基于AHP的防空兵指揮控制系統效能評估[J].科技信息,2012(1):151-153.

[10] 白風凱,方家銀.裝備聯合能力一體化研究[J].裝備指揮技術學院學報,2005,12(1):11-14.

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:作戰指揮,戰術建模及仿真。劉兆平,男,副教授,研究方向:聯合作戰。

TP309

10.3969/j.issn1672-9730.2015.01.034