基于層次分析法的指揮信息系統(tǒng)效能評估

蘇耀峰

基于層次分析法的指揮信息系統(tǒng)效能評估

蘇耀峰

為了對指揮信息系統(tǒng)效能進(jìn)行評估驗證，首先對層次分析法的基本思想和評估步驟進(jìn)行了分析，然后從構(gòu)建效能評估指標(biāo)體系、建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)造判斷矩陣和計算優(yōu)先數(shù)、計算綜合優(yōu)先數(shù)和確定排序得出效能評估值等四個步驟驗證其在指揮信息系統(tǒng)效能評估中的應(yīng)用。該方法的應(yīng)用大大提高了指揮信息系統(tǒng)效能評估的可操作性和科學(xué)性。

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是上世紀(jì)七十年代由美國匹茲堡大學(xué)運(yùn)籌學(xué)教授Satty提出的一種系統(tǒng)分析方法。它認(rèn)為一個復(fù)雜問題通常可以表示為有序的層次結(jié)構(gòu)，通過建立兩兩比較矩陣得出各個指標(biāo)層的相對權(quán)重，進(jìn)而得出系統(tǒng)效能值。該方法以其定性與定量相結(jié)合處理各種決策因素的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于武器裝備、水利工程等復(fù)雜系統(tǒng)的效能評估。

指揮信息系統(tǒng)是信息化戰(zhàn)爭的物質(zhì)基礎(chǔ)，在信息化戰(zhàn)爭中的地位與作用日益突出。指揮信息系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能與作戰(zhàn)背景、作戰(zhàn)樣式、使命任務(wù)、作戰(zhàn)對手、系統(tǒng)自身效能等眾多因素有關(guān)，而且各個因素之間相互影響、相互制約，因此就需要從不同角度運(yùn)用多種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評估。本文通過對層次分析法的深入分析，利用建立好的評估指標(biāo)體系，對指揮信息系統(tǒng)效能進(jìn)行評估驗證。

基本思路

層次分析法主要思想是根據(jù)待評估系統(tǒng)的功能按照要求達(dá)到的目標(biāo)分為若干組成因素，并依照各個因素之間的隸屬關(guān)系將其分層，從而構(gòu)成一個層次結(jié)構(gòu)模型。然后分析每一層因素，計算得出處于低層因素對于目標(biāo)層的重要性權(quán)值，并進(jìn)行比較排序。在AHP方法中，準(zhǔn)則和目標(biāo)等因素被分為各不關(guān)聯(lián)的層次，并形成自上而下的支配關(guān)系，即遞階層次關(guān)系。該關(guān)系是AHP方法的核心關(guān)系，通過分析建立遞階層次結(jié)構(gòu)是否有效合理對于能否成功解決問題具有決定性意義。

使用層次分析法進(jìn)行評估大致可以分為四個步驟：

（1）界定待評估系統(tǒng)的邊界，分析系統(tǒng)各個影響因素的關(guān)系，將系統(tǒng)分為不同層次；

（2）比較每一層次中的因素相對于上一層因素的重要性，建立權(quán)重判斷矩陣；

（3）根據(jù)判斷矩陣計算得到各層次中的各指標(biāo)權(quán)重，并檢驗其一致性；

（4）合成計算各層元素對最高層的權(quán)重并進(jìn)行排序。

評估實例

指揮信息系統(tǒng)效能評估是對系統(tǒng)自身功能、質(zhì)量的評估，即技術(shù)性能的評估；是對系統(tǒng)在作戰(zhàn)環(huán)境中運(yùn)用效能的評估，即作戰(zhàn)效能的評估。指揮信息系統(tǒng)效能評估的步驟通常包括系統(tǒng)界定和狀態(tài)描述、明確假設(shè)條件、建立指標(biāo)體系、確定評估模型、收集與分析數(shù)據(jù)、檢驗評估結(jié)論等六個步驟。下面結(jié)合層次分析法按照構(gòu)建效能評估指標(biāo)體系、建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)造判斷矩陣，計算優(yōu)先數(shù)、計算綜合優(yōu)先數(shù)，確定排序等四個步驟驗證其在指揮信息系統(tǒng)效能評估中的應(yīng)用。

構(gòu)建效能評估指標(biāo)體系

構(gòu)建指揮信息系統(tǒng)效能評估指標(biāo)體系首先需要梳理系統(tǒng)主要功能和戰(zhàn)技術(shù)指標(biāo)，然后通過層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行分層描述，進(jìn)而構(gòu)成系統(tǒng)整體指標(biāo)體系。根據(jù)指揮信息系統(tǒng)的使命任務(wù)，通常認(rèn)為系統(tǒng)應(yīng)該具備最基本的八種保障能力，即人機(jī)交互能力、信息處理能力、輔助決策能力、系統(tǒng)互通能力、信息傳輸能力、系統(tǒng)生存能力、情報獲取能力、系統(tǒng)安全保密能力。根據(jù)上述能力可得出指揮信息系統(tǒng)效能評估的通用指標(biāo)體系，如圖1所示。

建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型

層次分析法中遞階層次一般包括方案層、準(zhǔn)則層與目標(biāo)層三個基本層次，結(jié)合以上內(nèi)容構(gòu)建的指揮信息系統(tǒng)效能評估體系，可以將指揮信息系統(tǒng)效能作為層次結(jié)構(gòu)模型中的目標(biāo)層；將情報獲取能力A1、信息傳輸能力A2以及其他能力作為層次結(jié)構(gòu)模型中的準(zhǔn)則層；共有三套系統(tǒng)參與效能評估，作為方案層。評價層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 指揮信息系統(tǒng)效能評估指標(biāo)體系

表1 準(zhǔn)則層的判斷矩陣和優(yōu)先數(shù)

圖2 指揮信息系統(tǒng)效能評估層次結(jié)構(gòu)

構(gòu)造判斷矩陣，計算優(yōu)先數(shù)

在某一準(zhǔn)則下，對于任意兩個元素，通過比較可以得出哪個元素更重要些及重要程度。即，若第個元素與第個元素比較得，則元素與元素比較為，并且有。目前，多使用1～9的比例標(biāo)度作為賦予重要多少的數(shù)值，即兩個元素同等重要，標(biāo)度值為1；兩個元素中，元素稍重要，標(biāo)度值為3；兩個元素中，元素更重要，標(biāo)度值為5；兩個元素中，元素有主導(dǎo)作用，標(biāo)度值為7；兩個元素中，元素有強(qiáng)主導(dǎo)作用，標(biāo)度值為9；其他折中情況，標(biāo)度值可為2、4、6、8及其他中間值。最終構(gòu)造出評價指標(biāo)判斷矩陣。

優(yōu)先數(shù)根據(jù)上述判斷矩陣求出的最大特征根得到對應(yīng)的單位特征向量，即在某一準(zhǔn)則下的排序權(quán)重。其計算方法有冪法、和法、根法、最小二乘法、上三角元素法等。本文采用根法計算優(yōu)先數(shù)，即，首先計算判斷矩陣每一行元素的乘積，并計算該乘積的n次方根，對所得到的n個n次方根進(jìn)行歸一化處理，即可得到所求的優(yōu)先數(shù)向量。

準(zhǔn)則層的判斷矩陣和優(yōu)先數(shù)如表1所示。

方案層的判斷矩陣和優(yōu)先數(shù)如表2-表9所示。

表2 方案層“情報獲取能力”判斷矩陣和優(yōu)先數(shù)

表3 方案層“信息傳輸能力”判斷矩陣和優(yōu)先數(shù)

表4 方案層“信息處理能力”判斷矩陣和優(yōu)先數(shù)

表5 方案層“輔助決策能力”判斷矩陣和優(yōu)先數(shù)

表6 方案層“人機(jī)交互能力”判斷矩陣和優(yōu)先數(shù)

表7 方案層“系統(tǒng)互通能力”判斷矩陣和優(yōu)先數(shù)

表8 方案層“系統(tǒng)生存能力”判斷矩陣和優(yōu)先數(shù)

表9 方案層“系統(tǒng)安全保密能力”判斷矩陣和優(yōu)先數(shù)

計算綜合優(yōu)先數(shù)，確定排序

為了得到遞階層級結(jié)構(gòu)模型中所有元素相對于總目標(biāo)的權(quán)重，需要適當(dāng)組合上一步計算結(jié)果，以計算出總排序的相對權(quán)重。這一步通常是由上而下逐層進(jìn)行，最終得出方案層的優(yōu)先順序。具體步驟是首先將準(zhǔn)則層的優(yōu)先數(shù)向量作為該層的組合優(yōu)先數(shù)，然后使用方案層的單排序優(yōu)先數(shù)乘以相應(yīng)上層元素的優(yōu)先數(shù)并求和，得出方案層的綜合優(yōu)先數(shù)，如表10所示。

表10 方案層綜合優(yōu)先數(shù)

效能評估結(jié)果分析

由上述層次分析法綜合優(yōu)先數(shù)的計算結(jié)果可知，系統(tǒng)A的作戰(zhàn)效能最好，特別是它的情報獲取能力、信息傳輸能力、信息處理能力以及輔助決策能力和系統(tǒng)生存能力都是三個系統(tǒng)中最好的。系統(tǒng)B和系統(tǒng)C作戰(zhàn)效能基本相當(dāng)，系統(tǒng)B在系統(tǒng)安全保密能力上最強(qiáng)，系統(tǒng)C在人機(jī)交互能力和系統(tǒng)互通能力上最強(qiáng)。

結(jié)語

層次分析法將復(fù)雜問題層次化，逐層分析各影響因素，具有定性和定量分析相結(jié)合、適用范圍廣、推廣應(yīng)用價值強(qiáng)等特點(diǎn)。通過實例分析，在指揮信息系統(tǒng)效能評估過程中，該方法具有較強(qiáng)的適用性，評估結(jié)果符合實際情況。但是，層次分析法還處于發(fā)展過程中，其理論不斷豐富，在指揮信息系統(tǒng)效能評估領(lǐng)域還處于探索階段，在層次結(jié)構(gòu)的合理性、判斷矩陣的一致性等方面還有待于進(jìn)一步完善和提高。

DOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2016.06.010