基于G1法和云理論的預警監視系統能力評估

高曉峰，陳希燚，張岐龍,鐘 偉

(解放軍95806部隊，北京 100076)

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基于G1法和云理論的預警監視系統能力評估

高曉峰，陳希燚，張岐龍,鐘 偉

(解放軍95806部隊，北京 100076)

結合雷達預警監視系統的發展要素，提出了系統建設效能的評估指標體系，在綜合G1法的基礎上，建立云重心理論效能評估模型，通過實例進行了有效的評估分析，表明該法可行有效并為分析系統能力提供了新的方法途徑。

云理論；預警監視；系統能力

0 引 言

現代戰場中,各類飛機、導彈技術迅猛發展，使得來自空天的安全形勢日益嚴峻。空天態勢的預警和監視已逐漸成為世界各國的安全關注重點，軍事大國紛紛加強自身在雷達預警監視系統中的建設和發展。我軍目前也正在加緊預警監視系統的發展與建設，為了更好的發展，分析系統作戰的影響因素，著眼一體化聯合作戰的實戰需求，對預警監視系統的建設水平進行綜合檢驗和總體評價，找準系統發展建設中的薄弱環節和短板部位，研究改進措施，全面提升預警監視系統的總體水平很有必要。

本文在預警監視系統體系構建研究的基礎上，通過構建系統建設評估的指標體系及評估模型，將G1法和云理論應用于層次結構的評估指標體系中，對預警監視系統發展的水平和質量建設進行初步評估分析，不僅得出了可參考性結論，還為系統能力建設的綜合評價提供了一種有效的評估方法。

1 構建評估指標體系

根據預警監視系統建設發展的主要內容，選取反映系統發展的主要因素，作為一級評價指標層，并將一級指標包含的影響因素作為二級評價指標層，從而構建出預警監視系統建設發展水平評估的指標體系，如圖1所示。

圖1 預警監視系統建設能力評估指標體系圖

該指標體系依據預警監視系統建設的主要內容，從影響系統發展水平的系統構成適配性、裝備體系完整性、作戰體系合理性、力量運用有效性和支撐環境的完整性5項指標來衡量。

系統構成適配性，是指構成預警監視系統的各分系統的合適程度以及與作戰威脅所匹配的程度，它可以從系統的功能結構以及對分系統擔負的具體作戰任務劃分是否合理兩方面來衡量；裝備的完備性，是指防空、反導預警裝備的種類功能是否齊全、探測方式手段與使用的頻率、帶寬以及空、天、地預警平臺發展的完備程度；作戰體系合理性，是指影響預警作戰效能的因素組成的合理程度，主要可以從預警作戰的整體預警結構、系統的指揮控制能力(即指揮機構、指揮層次、指揮手段、指揮方式)、部隊編制體制適應作戰的程度以及預警情報傳遞利用的合理度來衡量；力量運用有效性，則是指預警作戰中對各種力量組織運用的有效程度以及所發揮的效能；支撐環境的完整性主要是指對預警監視系統的建設發展起支撐作用的各方面因素的完整情況，包括軍事訓練的水平、理論研究的體系完整性，人才、法規的發展完善程度，預警作戰實驗室對作戰模擬、仿真、評估能力以及對軍事理論、系統、裝備建設的科學性驗證研究能力。

2 建立基于G1法和云重心理論評估模型

2.1 G1法的概念

G1法是針對層次分析法缺陷提出的一種改進型權重賦值方法，通過對影響因素的排序確定權重，適用于評估中不能完全量化的模糊賦值[1]。G1法的特點主要是不用構造判斷矩陣，也不用采取一致性校驗。和普通層次分析法計算指標權重的方式相比，G1 法的計算量大幅降低，并且在運用中對指標具體數量沒有特定限制，因為是通過專家的重要性排序給出指標間的序關系，所得出的結論完全科學有效。

因此，本文采用G1法來確定各指標權重wn，具體方法如下：

(1) 明確指標權重間排序。假定有n個待評價指標{u1,u2,…,un}，需確定其權重{w1,w2,…,wn}。

先明確對于某指標相對于所制定的評價規則，當指標ui的重要性不低于uj時，則可記作ui>uj；那么，如果指標{u1,u2,…,un}相對某評價標準(或目標)具有關系式u1>u2>…>un時，稱為在評價指標{u1,u2,…,un}之間確立了按>排序的序關系。

(2) 給出指標uk-1與uik的重要度評判。假定專家對評價指標uk-1及uk相對重要性之比wk-1/wk的評判是rk，rk=wk-1/wk(k=n,n-1,…,3,2，即uk-1的權重是uk的rk倍)。其中rk的賦值參考表如表1所示。

表1 rk賦值表

(3) 權重計算。若專家給出的理性賦值滿足表1要求，則指標的權重為:

(1)

即：wn=(1+r2r3r4…rn+r3r4…rn+…+rn)-1，其中:

wk-1=rkwk

(2)

可見，G1法避免了判斷矩陣的不一致問題，提供了一種計算權重的新方法[2-3]。G1法的優勢主要集中于不用進行一致性檢驗；計算簡單、快捷，方便實用；同時，對同一層指標的數量沒有具體要求。

2.2 云重心理論的基本涵義

“云重心”理論是在概率理論和模糊集合理論進行交叉滲透的基礎上，通過數學模型表示定性概念和定量分析之間的轉換關系，它反映出了知識與客觀事物間概念的模糊性和隨機性。云模型主要通過期望值Ex、熵En和超熵He這3個特征值來表示[4]。Ex表示云重心的位置，即對應模糊概念的中心位置；En表示對應概念的模糊度，En越大，概念的接受范圍越廣，概念描述也越模糊；He反映的是云滴的離散度，He越大，云滴越離散，云層的厚度越高，隸屬度的隨機性也越大。

云重心可用T=a×b來表達，其中a為重心，b為重心高度。期望反應的是評判概念的中心位置，即云的重心，云重心隨著期望的變化而發生改變。若期望值一樣時，云重心的高度可以用來判別概念的重要性。運用云重心評價方法，能夠很好地表示“不確定性”及“無知性”等重要概念，減少復雜系統中數據量化的困難，并無需先驗概率，推理形式簡單，結論可靠。

2.3 云重心理論評估的方法

一般對系統進行評估分析的過程中，系統的評價指標常常既有定量指標又有定性指標，云重心理論就是利用云模型把系統的性能指標完全表達出來，同時通過綜合云來表達系統狀態，經過求取綜合云的重心相對于系統在理想狀態時的重心加權偏離度，最后將結果輸入云測評器，激活相應的評判值[5]。

2.3.1 用云模型計算表達各指標

在所評價系統的指標體系中，一般有數值型和語言型，即定量和定性2種描述方式，通常利用n組樣本來確定系統狀態，利用指標評價值構建決策矩陣。因此，對于數值型指標來說，n個指標可表示為：

Ex=(Ex1+Ex2+…+Exn)/n

(3)

En=[max(Ex1,Ex2,…,Exn)-

min(Ex1,Ex2,…,Exn)]/6

(4)

對于語言性的指標來說， n個指標也通過一個一維綜合云模型來表示，即為：

Ex=(Ex1En1+Ex2En2+…+ExnEnn)/ (En1+En2+…+Enn)

(5)

En=En1+En2+…+Enn

(6)

2.3.2 用偏離度衡量系統情況

當有p個性能指標時，可用p個云重心模型來描述，通過指標反應的系統狀態由一個p維綜合云來表述。如果系統的狀態發生改變，那么這個綜合云的形狀也會隨著發生變化，云重心的位置也將變化。p維綜合云的重心T可表示為：T=(T1,T2,…,Tp)，其中：Ti=ai×bi,i=1,2,…,p。

2.3.3 求偏離度分析判斷云重心的變化

(7)

此時，評判系統狀態的綜合云重心是有方向、大小，但沒有量綱的一個值，在理想情況時，向量是(0,0,…,0)。

(8)

2.3.4 通過模型分析得出系統效能

云理論模型利用集合的形式，將一般描述系統效能的評定結論展現在語言標尺上，組成評語集：V=(v1,v2,…,v11)=(vt|t=1,2,…,11)=(無、非常差、很差、較差、差、一般、好、較好、很好、非常好、極好)，任何一個評語的值都是利用云模型來實現的，因此整體形成了一個定性評價系統的“云發生器”。

利用上述模型所得到的θ值輸入云發生器，將發生2種情況：

(1) 激活某一個評語值的程度和其它評語值相比，幅度明顯且大于某一伐值γ，則此評語就是對系統的評判結果；

(2) 激活了某2個評語值，兩者相比幅度一致或差距不多，且小于某一伐值γ，則需要利用綜合云產生新的云，模型的期望作為定量結果生成，對應的評判可由系統專家或是用戶給定。

對于多層次系統，則由下向上遞推計算各層指標的評定結果，一直到目標層。以2層指標為例：

(9)

式中：E為總效能；wi、wij為一、二級指標權重；n為對應指標數量；Ci、Cij為一、二級指標評定結果值。

3 應用分析

根據上述方法模型對預警監視系統能力進行云重心評估，評估中先計算出各級指標的權重和效能，再利用云重心模型得到一級指標的評價，最后綜合通過加權求和法計算得出預警監視系統的建設發展水平。

3.1 指標權重確定

由邀請的專家(來自部隊、院校、裝備科研單位等)分別為各指標打分，將專家打分進行統計后得出各指標均值，通過對均值之間的比較可以確定同級同一層指標的重要性排序，以均值的大小差距確定同一層指標的相對重要程度值(即rk賦值參考)。

同理，可計算其他二級指標的權重：

3.2 利用云重心模型評估

首先，對一級指標進行云重心評估：

(1) 根據判斷指標，采用專家評估的方法，對系統適配性進行定性分析評估，如表2所示(D11為功能結構適配度，D12為任務劃分適配度)。

表2 適配度定性評估表

(2) 用云模型計算表示各指標

根據上述模型用云重心的理論方法，把語言性的評判值用數字特征值(Ex，En，D)來表征。求得的Ex值作為表2的定量表示，從而實現定性到定量的轉化，如表3所示，并得出決策矩陣B：

表3 適配性定量評估表

理想情況時，向量L={1,1}。從矩陣B中計算求取云模型中功能結構適配度、任務劃分適配度的期望和熵，如表4所示。

表4 指標云模型的期望值和熵

(3) 權重w11=0.545 5，w12=0.454 5已求得。

(4) 定云的重心向量

根據評判結果實際得到的該綜合云的重心向量為：

T1={T1，T2}={w11Ex1，w12Ex2}={0.313 7，0.272 7}

(5) 算加權偏離度θ1

(6) 通過云模型分析得出系統效能

由以上計算得到系統適配性的加權偏離度為θ1=-0.41，因此與理想情況的距離為0.41。將結果輸入圖2評測云發生器，激活了“一般”與“好”這2種云對象，激活“好”的幅度大于“一般”。因此，預警監視系統系統構成適配性指標的最終評判值大約在0.59左右，即D1=0.59，則評判的定性表示可用“介于一般和好之間，傾向于好”來說明。

圖2 評測云發生器

可以看出，除了系統的構成適配性評價偏向于“好”外，裝備完備性和支撐環境完整性處于“差”和“一般”之間，這主要是由于我國空基、天基預警裝備較少甚至空白，嚴重影響了裝備的完備性；其次，由于預警系統的支撐環境不足，理論、法規等各項體系建設還不完整；同時，作戰體系合理性與力量運用有效性也均處于“好”與“一般”之間偏向“一般”狀態，說明預警監視系統的作戰體系和力量的運用還需要進一步加強改善。總之，在以后發展中應針對系統的不足和弱項，加快預警監視系統發展的建設與發展步伐。

[1] 賈愛國.信息優勢的度量與效能評估[M].北京：軍事科學出版社，2006.

[2] 周靈敏，呂建新.基于G1法群組決策的運用——對武警部隊摩托化輸送保障能力評估指標權重的確定[J].交通與運輸，2009(12):17-19.

[3] 王學軍，郭亞軍.基于G1法的判斷矩陣的一致性分析[J].中國管理科學，2006,14(3):65-70.

[4] 李洪峰，馮傳茂.基于云重心評判法的炮兵指揮訓練水平評估[J].指揮控制與仿真，2007,29(4):90-92.

[5] 武文軍，成洪俊，曹寧.云重心理論在防空兵作戰能力評估中的運用[J].火力與指揮控制，2005,30(4):82- 84.

Capability Evaluation of The Early Warning Monitoring System Based on G1 Method and Cloud Theory

GAO Xiao-feng,CHEN Xi-yi,ZHANG Qi-long,ZHONG Wei

(Unit 95806 of PLA,Beijing 100076，China)

Combiniing with the development elements of radar early warning monitoring system, this paper puts forward the effectiveness evaluation index system of system building，sets up the theoritical effectiveness evaluation model of cloud center of gravity based on synthetical G1 method,performs effective evaluation and analysis through a practical example，which indicates that the method is effective and feasible,can offer a new way for analyzing the system ability.

cloud theory；early warning monitoring；system capability

2016-05-11

TN97

A

CN32-1413(2016)05-0014-05

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.05.003