基于三角模糊函數的氣墊登陸艇登陸點選擇優化模型*

晁雙喜 郭江龍

(92529部隊 臺州 317604)

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基于三角模糊函數的氣墊登陸艇登陸點選擇優化模型*

晁雙喜 郭江龍

(92529部隊 臺州 317604)

針對氣墊登陸艇奪島作戰時登陸點選擇優化問題,根據登陸點的選擇要求,確定四個基本的影響因素,利用三角模糊函數建立登陸點選擇優化模型。并依據該模型進行實例分析,得出氣墊登陸艇四個備選登陸點的選擇排序。通過實驗分析,該模型能夠快速地實現對登陸點的排序選優,為指揮員提供輔助決策。

氣墊登陸艇; 登陸點; 選擇優化; 三角模糊函數

Class Number E919

1 引言

氣墊登陸艇登陸地域的選擇對于實施登陸作戰有著至關重要的作用,成功的登陸作戰依賴于恰當的登陸地域[1]。通常,在一個登陸地域中要選擇若干登陸場,而一個登陸場又包括若干登陸點。在奪島作戰中,實施水平登陸的規模應不超過營級,實施垂直登陸的規模通常不超過連級,因此僅需確定登陸點即可。

使用綜合登陸艦實施奪島作戰主要依靠氣墊登陸艇進行超越登陸,這無疑拓展了登陸點選擇的范圍,降低了對登陸點選擇的要求。但由于氣墊登陸艇也有其自身的弱點,因此還應綜合各方面因素,確定有利的氣墊登陸艇登陸點。

2 氣墊登陸艇登陸點選擇要求

登陸點是兩棲作戰部隊最終要奪取并鞏固的陸上地區。采用氣墊登陸艇實施登陸作戰時,登陸點的選擇通常考慮的因素主要有:

1) 較好的岸灘條件

氣墊登陸艇相對常規登陸艇受自然地理條件影響較小,不受水深、暗礁等的影響,也不受或少受敵布設障礙的限制,因而可以一次性投送大批量的兵力突擊上陸,迅速對敵形成兵力和火力優勢,這種高能聚放的特點也正是非傳統登陸作戰的優勢所在。但氣墊登陸艇仍受岸灘條件的限制。在高度上,氣墊登陸艇僅可超越1m～1.5m高的障礙;在寬度上,它只能跨越5m～6m寬的塹壕;在坡度上只可在坡度為5°左右的路上行駛。氣墊登陸艇在沖擊上陸時,其登陸點附近的岸灘只有同時滿足上述條件才能使用。

同時氣墊登陸艇的上陸方式對登陸點的正面寬度要求較高,以一個陸戰營上陸的登陸點寬度為例,通常為0.5km～1km,而使用氣墊登陸艇實施登陸作戰,登陸點寬度最好要達到1km～1.5km,這個寬度是傳統登陸點寬度的1.5～2倍。因而,為發揮氣墊登陸艇輸送的優長,在考慮到登陸兵保證完成戰術任務的正面登陸寬度前提下,所選擇的登陸點要有盡可能寬的正面,以滿足超越上陸的需要。除寬度要求外,登陸點還應具有一定的縱深,便于上岸的登陸部隊展開。

2) 利于達成戰術突然性

戰術突然性有利于快速達成作戰目的、減少戰斗損傷。在高技術條件下作戰,特別是渡海登島作戰,達成戰術突然性越來越難,但在敵意想不到地點實施登陸攻擊,也就達成了出敵不意的效果。

3) 敵防御相對薄弱

登陸作戰在戰術上要求避強擊弱。因此,在選擇登陸點時,應選擇敵防御薄弱的區域登陸。防御薄弱區域,通常指敵海岸無設防或防御兵力較弱,敵未堅固筑壘,離敵重兵較遠,不利于敵迅速增援的地區等。登陸場選擇在這些地區,有利于登陸突破,減少已方傷亡。

4) 對敵要害的威脅大

占領登陸點通常僅僅只是達成整個作戰意圖的一個重要步驟或環節而不是全部,真正的目的是奪取或摧毀敵要害,從而達成作戰企圖。因此,登陸場應盡量選擇在對敵要害威脅較大的地區,從而減少縱深推進距離,縮短敵反應時間。

上述條件往往是相互矛盾的,岸灘條件良好的地區通常也是敵防御最穩固的地區;敵防御薄弱的地區可能是對敵要害威脅最小的地區;利于達成作戰突然性的地區往往又是岸灘最差的地區。因此在登陸場選擇上要首先確定最重要的考慮因素,然后再綜合考慮其它因素。

在奪島作戰中,要使用氣墊登陸艇與直升機配合實施登陸,因此除要考慮以上因素外,還需考慮氣墊登陸艇的登陸場與直升機的著陸場選擇要相互配合與支援的問題,但應以方便氣墊登陸艇登陸為先。

3 氣墊登陸艇登島備選登陸點

登陸(島)作戰屬于攻堅作戰,要求登陸兵力盡量不要分散,同時登陸場還要保證有一定的寬度,以便登陸部隊的展開。本文以××島為例,根據其地理及戰場環境建設特點,選擇以下幾個登陸點:

1) ××島東部登陸點

從××島的地形特點及戰場環境建設來看,××島東部地區是其重心所在,其面積占到××島陸地總面積的一半以上,也是××島守敵的主要駐防區,指揮部、彈藥庫、主要生活設施及人員都在此處,登陸點選擇在此處對敵要害威脅大。××島的東面有較寬闊的地域,寬度約為1km,可容納6～8艘氣墊登陸艇同時登陸,縱深也有約100m,便于登陸艇上陸和部隊展開,岸灘條件較好。

但由于××島東部是其重心所在,因此也是其防御的重點所在,不利用達成戰術突然性。同時××島8個據點中有6個用于此處防御。其中2、3、4據點主要用于防御××島東部,有40mm榴彈槍陣地5個、20m機炮陣地5個、106mm無后座力炮工事1個、機槍堡9個,抗登陸火力較強,因此,從此處登陸對于火力準備和火力支援的要求也較高。但由于××島環礁的影響,雖然敵火力射程較近,但火力支援艦艇仍無法靠近海岸進行射擊,且難以在垂直于××島東部海岸的海域內進行機動和火力打擊,而只能在與其成約45°角的北偏東方向進行射擊,對射擊精度及射擊效果評估都造成了不利的影響。

2) ××島南部登陸點

為奪取××島的重心,××島的南部也是一個可選擇的登陸點。××島的南部與××島的東部的條件類似,只是登陸點寬度略小,僅能容納4～6艘氣墊登陸艇同時著陸,縱深也略小,不利于部隊展開。

××島南部的防御也較強,包括5、6、7三個據點,有40mm榴彈槍陣地3個、20mm機炮陣地6個、106mm無后座力炮工事2個、機槍堡5個。××島南面相對于東面,更有利于艦炮火力支援,火力支援艦艇可選擇與海岸線平行的方向進行機動,距離也可稍近,有利于提高射擊效果,也有利于進行射擊效果評估。

因此,相對于××島東部,××島南部登陸點除岸灘條件稍差外,其它條件與××島東部基本相同。

3) ××島西部登陸點

××島西部是采用常規登陸方式登陸時最佳的登陸點,原因在于××島西側地理條件較好,無暗礁,便于排水型登陸艇搶灘,也有利于火力支援艦艇抵近射擊,同時防御能力相對××島東北部及南部也較弱,僅有3個40mm榴彈槍陣地和1個20mm機炮陣地。

但考慮到××島西側有湖泊,東面登陸點被分為兩半,登陸點面積也較小,且完成登陸后,由于島嶼西部被湖泊分為南北兩半,展開空間狹小,不利于登陸部隊向東側推進,對敵要害威脅小。

4) 湖泊東部登陸點 ××島北部

從地形上看,××島東部和南部地區是最有利于登陸的地點,而且也是敵之重心。但敵防御的重點也在此地,同時由于××島環礁的影響,火力支援艦艇受暗礁的限制,不敢機動到××島的東面實施火力支援,只能部署于南北兩側,導致××島東部和南部地區的目標通視性不好,火力打擊的效果也會受到很大影響,無法有效支援對××島東部和南部地區登陸的部隊。若在此處登陸,部隊所受的損失可能較大。

通過對××島防御陣地的分析可以發現,各防御陣地武器的射向基本都指向島外,××島西面內部及周圍基本無防御,且為其它火力點的射擊死區,從敵防御陣地的背后發動攻擊,可以達成一定的戰術突然性,應為一種較好的登陸方式。

4 基于三角模糊數的登陸點排序選優模型

根據以上分析可知,備選登陸點共用四處,即××島東部、××島南部、××島西部及××島北部。為能較科學地確定各登陸點的排序,除以上的定性分析外,還應進行定量評估。根據氣墊登陸艇登陸點選擇的影響因素及奪占××島嶼作戰實際,登陸點排序選優時主要應考慮以下因素:岸灘特性、戰術突然性、敵防御能力及對敵要害的威脅程度等。而在這四個因素中,除敵防御能力為成本型因素(越小越好)外,其它均為效益型因素(越大越好),為了使各因素的影響效果一致,將敵防御能力改為突破敵防御的難度。

由于各登陸點相對于各因素只能給出一個定性的評價,難以給出一個準確的數值,為減小定量數值與定性評價之間的誤差,可使用一個三角模糊數來表示定性的評價結果。三角模糊數的定義為:

(1)

考慮到這四個基本因素的權重只能大概給出,而指揮員對各個登陸點可能有主觀偏好,該主觀偏好也可用三角模糊數來表示,為了將各登陸點的客觀條件與指揮員的主觀判斷相結合,使客觀情況與主觀判斷盡可能接近,從而消除排序過程中的誤差,可使用對方案有偏好的三角模糊數型多屬性決策方法對登陸點進行排序選優。采用三角模糊數方法進行排序的具體算法如下:

(2)

3) 由于種種條件的制約,決策者的主觀偏好與客觀偏好直接存在一定的偏差,為了使決策具有合理性,屬性權重向量W選擇應使決策者的主觀偏好值與客觀偏好值(屬性值)的總偏差最小。考慮到規范化決策矩陣R=(rij)m×n中的元素及決策者的主觀偏好值均是以三角模糊數形式給出的,利用三角模糊數比較的相似度概念,建立下列單目標優化模型:

(3)

式中,s(rij,vj)由下式計算:

(4)

式(4)表示在第i屬性下決策者對第j個方案的主觀偏好值vj與相應的客觀偏好值(屬性值)rij之間的相似度。且s(a,b)越大,三角模糊數a,b的相似的程度越大。

wi為第i屬性的權重,單目標函數F(w)表示在所有屬性下決策者的主觀偏好值與客觀偏好值(屬性值)之間的總相似程度,解此線性規劃模型,將得到最優屬性權重向量w。

4) 在求出屬性的最優權重向量w=(w1,w2,…,wn)T之后,還需算出各方案的綜合屬性值:

(5)

由于zj(j∈N)仍是三角模糊數,不便于直接對方案進行排序,因此可用三角模糊數比較的可能度式算出它們之間的可能度,可能度由下式計算:

(6)

其中,λ值的選擇取決于決策者的風險態度。當λ>0.5時,稱決策者是追求風險的;當λ=0.5時,稱決策者是風險中立的;當λ<0.5時,稱決策者是厭惡風險的。

利用式(6)即可建立可能度矩陣(pij)m×n,其中pij=P(zi≥zj),然后利用模糊互補判斷矩陣排序向量ω=(ω1,ω2,…,ωn)T的計算公式:

(7)

求得可能度矩陣的排序向量,并按其分量大小對方案進行排序,即得到最優方案。

為將模糊語言轉化為三角模糊數,現將各個因素劃分為四個等級,并確定相應的三角模糊數。若可選擇的登陸點較多,也可將其劃分成更多的等級。

表1 登陸點選擇的因素與等級

根據對各個登陸點各因素的分析,結合表1,可以確定各個登陸點對各因素的屬性值,以區間數形式給出,如表2所示。

表2 四個登陸點的具體屬性值

根據奪占××島嶼作戰的實際,設各項指標的部分權重信息為:0.22≤w1≤0.43,0.15≤w2≤0.25,0.19≤w3≤0.31,0.32≤w4≤0.54,用上述方法進行登陸點選擇和排序。首先根據表2中的數據建立模糊決策矩陣A:

利用式(2),將其轉化為規范矩陣R:

根據上級作戰意圖和決策者自己的主觀偏好,設決策者對以上目標的主觀偏好如表3所示。

利用式(4)來計算相應的客觀偏好值與主觀偏好值之間的相似度,如表4所示。

表3 四個登陸點的主觀偏好值

表4 客觀偏好值與主觀偏好值之間的相似度

利用式(3)可建立如下模型:

(8)

求解該線性規劃模型,求出屬性權重向量w=(0.22,0.19,0.25,0.34)T,然后利用式(5)求得四個候選登陸點的綜合屬性值,分別為模糊數:Z1=(0.310,0.518,0.874),Z2=(0.280,0.474,0.821),Z3=(0.119,0.262,0.556),Z4=(0.349,0.581,0.942)。

為了對各個方案進行選擇排序,先利用式(6)求出兩兩比較的可能度矩陣(由于奪占××島嶼作戰占有兵力優勢,因此不必冒過大的風險,可取λ=0.5)為

然后利用式(7)求出可能度矩陣P的排序向量ω=(0.3532,0.3417,0.2724,0.3676)T,因此四個登陸點的排序結果為:××島北部登陸點>××島東部登陸點>××島南部登陸點>××島西部登陸點。

5 結語

本文針對氣墊登陸艇奪島作戰時登陸點選擇優化問題,從作戰使用角度,利用三角模糊函數建立登陸點選擇優化模型。基于該選擇優化模型,結合實例分析,對氣墊登陸艇奪島作戰時的四個備選登陸點進行選擇排序。在運用該模型選擇登陸點時,應盡可能采用多種偵察方法,確定氣墊登陸艇奪島作戰時的影響因素,并進行科學評價,給出力求貼近實際的具體屬性值,實現對排陸點準確的排序選優。

[1] 喻其宏.海岸帶軍事地理環境對氣墊登陸艇登陸作戰模糊影響模型的建立[J].解放軍測匯學院學報,1997,8(24):9-13.

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Model of Air-cushioned Landing Craft Choosing Landing Site Based on Triangular Fuzzy Number

CHAO Shuangxi GUO Jianglong

(No.92529 Troops of PLA,Taizhou 317604)

According to the problem of air-cushioned landing craft choosing landing site,the method of triangular fuzzy number based on the demand of landing choice is used to deal with this problem.Through instance analysis based on the model,the selection sort of four alternative landing of air-cushioned landing craft can be acquired.By experimental analysis,the landing site can be quickly determined,and commanders can be helped to make quick decision.

air-cushioned landing craft,landing,choice the best,triangular fuzzy number

2014年8月2日,

2014年9月27日

晁雙喜,男,研究方向:登陸艦編隊作戰。郭江龍,男,碩士,研究方向:軍事運籌,艦載武器系統作戰使用。

E919

10.3969/j.issn1672-9730.2015.02.011