戰時民用機場組成單元重要度評估方法

張楠楠,趙旭東,陳志龍,蘇小超

(陸軍工程大學， 南京 210007)

method

機場作為交通基礎設施體系中較為重要的組成部分，承擔了運送國家物流人流的重大任務，是國家交通運輸、國民生活和經濟社會發展不可或缺的交通運輸支撐。近年來，隨著我國城市化而快速發展，機場數量不斷增多，規模不斷擴展，運行機制也日益復雜，其作為交通基礎設施重要目標，受到戰時空襲打擊的威脅也越來越大。

一直以來，機場都是現代戰爭的重點攻擊目標，在美軍的“五環打擊理論”中，機場位于第三環交通基礎設施目標，軍用機場屬于軍工設施，處于第二環關鍵經濟目標，摧毀機場對破壞戰爭物資輸送能力，削弱戰爭潛力，降低民心士氣，造成嚴重影響，進而影響戰爭走向，決定戰爭結果。美軍五環打擊理論如圖1所示。

圖1 美軍五環打擊理論示意圖

近現代幾場戰爭實例中，空襲打擊目標大多包含民用機場和軍用機場，其國家交通基礎體系遭受嚴重損失。第三次中東戰爭中，以色列空軍摧毀了埃及19座機場，用六天便結束了戰爭；海灣戰爭中，北約首輪轟炸就破壞了伊拉克境內所有軍用機場的跑道；第一次車程戰爭中，俄羅斯第一次軍事襲擊就空襲了車臣首府格羅尼茲附近三個機場，使車臣武裝失去空中優勢；敘利亞空襲中，美英法聯軍擊毀了敘大部分機場，使敘利亞處于被動挨打局面。

在現代戰爭中，制空權是相當重要的一環，戰局由地面轉向空中，并且由空襲主導[1]。機場目標更是爭奪的重點，是各種戰斗中最優先打擊的目標之一。飛機從出動到完成任務返回機場，都依賴于機場的各種設施。軍用機場的重要性不言而喻，大型民用機場戰時可作為軍用機場的戰略替代品。因此，民用機場的防護研究也顯得尤為重要。

民用機場系統分為供飛機活動的空側部分和供旅客及貨物轉入或轉出空側的陸側部分。重要單元主要為跑道、停機坪、航站樓、滑行道、塔臺、供油設施、供電設施、聯外交通等[2]。為研究民用機場戰時防護，首先要對機場系統進行關鍵單元研判，故提出了一種判斷戰時民用機場組成單元重要度評估的方法。

1 機場設施重要度評估指標體系建立

依據機場系統的實際情況，結合毀傷威脅、目標屬性和防護能力三個方面構建機場系統組成設施重要度的評價指標體系，對設施重要度進行綜合評價，如表1所示。

表1 機場設施重要度評估指標體系

1.1 毀傷威脅

1) 識別特性

識別特性是指敵方利用空天偵察及地面偵察，根據衛星紅外呈像，或根據目標與背景反射光波、紅外、反射微波的差別等暴露癥候的明顯程度，來研判識別重要目標及關鍵部位的位置及布局。

2) 毀傷次序

毀傷次序是指敵通過偵查監視、制定空襲方案，確定空襲目標后，對確定的重要目標及關鍵部位的毀傷打擊的優先等級。優先等級越高，則表示關鍵部位對整個系統重要程度越高。

3) 毀傷影響

毀傷影響是指機場系統某關鍵部位毀傷后對整個機場運行效率的影響，包括次部位毀傷后帶來的多米諾效應對機場運行效率的影響。系統組成的毀傷影響越大，遭受敵方打擊的可能性就越大。

1.2 目標屬性

1) 自身價值

自身價值是指由目標組成自身的屬性、特性所決定的固有價值，主要包括自身的經濟價值、軍事價值和社會影響，是敵方決定是否為空襲打擊對象的重要因素之一。目標組成自身價值越大，其遭受空襲的可能性越大。

2) 系統價值

系統價值是指目標組成在整個系統中的重要性?，F代戰爭由空襲主導，注重“外科手術”式打擊，打擊往往能夠起到“擊一點而癱一片”的效果。因此，系統價值也是目標組成遭受空襲打擊可能性的重要影響因素，且目標的系統價值越高，遭受空襲打擊的可能性也越大。

3) 目標易損性

目標易損性是指目標組成遭受空襲打擊時容易被摧毀的程度，與目標組成的形狀、堅固程度、防護力量及攻擊手段、攻擊強度等因素有關。在相同的空襲武器及目標強度下，目標組成越容易被摧毀，遭受空襲打擊的概率就越大。

4) 目標機動性

目標機動性是指目標組成(設施設備)的機動轉移能力。目標機動性包括兩層含義：一是防空襲準備階段目標組成實施移動和展開的能力；二是目標組成的機動轉移速度。在同等武器同等價值的前提下，目標機動性越弱，其遭受空襲的概率就越大。

1.3 防護能力

1) 偽裝能力

偽裝能力是指目標自身可采取掩蔽和偽裝的能力[3-4]。偽裝采取煙幕、箔條、角反射器、紅外誘餌、GPS干擾機等手段，是干擾各種偵察和各種制導系統的有效措施，可以使敵偵查系統不能正常工作，使精確制導武器精度降低，彈頭引偏。

2) 冗余程度

冗余程度是指目標組成部分或體系內部各類單元在遭受毀傷后的可替代性[5]。如重要線路的雙線備份，關鍵部位的備份設置，都可增強系統的冗余性，可有效減緩毀傷后果。

3) 搶修能力

搶修能力是指目標被毀傷后組織人力物力恢復目標原既定功能的能力。搶修能力包括制定搶修方案、儲備搶修物資、組建訓練搶險搶修專業隊等。搶修速度是衡量搶修能力的指標。

根據機場系統各單元重要度評價體系，假設A代表機場系統各單元重要度的綜合評價目標；U代表一級評價指標組成的集合，記作U={U1，U2，U3}；Ui代表二級評價指標組成的集合，記作Ui={Ui1，Ui2，Ui3}。

2 評估模型建立

采用模糊數學和灰色評估的方法綜合確定評估值[6-11]，模型建立流程如圖2所示。

圖2 評估模型建立流程框圖

2.1 確定評估指標綜合權重

2.1.1AHM法確定評估指標權重

機場系統各單元重要度多為定性指標，無法直接進行量化計算，因此需將其轉化為定性指標。AHM法建立屬性判斷矩陣，首先要確定各評價指標互相之間的重要度標度[13-15]。以Saaty標度為基準，具體標度及含義如表2所示。

表2 Saaty標度

采用專家打分的方法，因素之間兩兩比較得到n階判斷矩陣B=(bij)n×n,判斷矩陣B具有如下性質：

(1)

計算得出屬性判斷矩陣A=(aij)n×n，其中，屬性aij可以由bij確定，轉換公式如下：

(2)

式中：k為大于等于2的正整數，由此即可確定屬性判斷矩陣A。

相對屬性權重：

(3)

式中：n為同一母指標所屬子指標個數。得到各相對屬性權重后，合成權重:

(4)

2.1.2CRITIC法確定評估指標權重

采集等級評定原始數據，整理得到矩陣，yij表示第i類等級的第j個指標的數量，m表示等級數量，n表示評估指標數量，i=1,2,…,m；j=1,2，…，n。

對矩陣進行標準化及無量綱化處理：

(5)

根據功效系數法，通常取c=0.4，d=0.6，并用原始數據中最優和最差數據代表max(yj)和min(yj)，經整理可得目標屬性矩陣。

第j個評估指標所含信息量Cj：

(6)

則可得各評估指標相對于目標A的權重：

(7)

2.1.3確定評估指標綜合權重

利用合成歸一法，構造綜合賦權模型為:

(8)

式中：W為各評估指標綜合權重。

一級指標相對于目標層A的權重:

(9)

二級指標相對于所屬一級指標的權重:

(10)

2.2 灰色關聯法確定綜合評估值

1) 確定評估樣本矩陣

制定評分等級，也是將定性指標進行量化處理的有效辦法，根據機場系統目標重要度評估標準，按分值F劃定五個等級(F≥0)，如表3所示。

表3 評分等級標準

安排P個專家進行評價打分，每一個專家按照表給出的評分等級標準，對二級評價指標Uij進行評分，分值為dij，則可確定指標的評估樣本矩陣為:

(11)

2) 確定評估灰類

根據表3中的等級劃分，設定5個評估灰類如下：

第1等級(e=1)，灰類“極端重要”，灰數1∈[0，9，+∞]；第2等級(e=2)，灰類“強烈重要”，灰數1∈[0，7，14]；第3等級(e=3)，灰類“一般重要”，灰數1∈[0，5，10]；第4等級(e=4)，灰類“稍微重要”，灰數1∈[0，3，6]；第5等級(e=5)，灰類“重要”，灰數1∈[0，1，2]。

根據以上灰數取值，定義各等級對應系數為1∈[0，h/2，h]，對應白化權函數如下：

第1等級：

(12)

第2、3、4等級：

(13)

第5等級(e=5)：

(14)

3) 計算灰色評估系數

針對評估指標Uij，第e個等級灰類的灰色評估系數:

(15)

根據5個評估灰類，則總灰色評估系數:

(16)

4) 計算灰色評估權向量和評估矩陣

針對評估指標Uij，第e個灰類的灰色評估權為:

(17)

評估指標Uij的灰色評估權向量為:

(18)

灰色評價權向量經歸一化后，形成評估矩陣為:

(19)

5) 綜合評估

對二級指標Ui進行綜合評估，結果為:

(20)

則可得二級指標對于各評估灰類的灰色評估矩陣J=(H1,H2,…,Hm)T

對一級指標U進行綜合評估，結果為:

(21)

對各灰類等級賦值得各灰類值向量F=(f1,f2,…,fm)T，則機場系統組成單元重要度綜合評估值為：

Z=H·F

(22)

3 案例

以某機場為例，眾多的機場系統組成單元中，選取塔臺為對象，重要度評估流程及結果如下：

3.1 AHM法計算評估指標權重

邀請專家根據Saaty標度表，按照指標體系順序兩兩比較，得到判斷矩陣如下：

由式(2)得出屬性判斷矩陣為

由式(3)、(4)可得AHM法下各指標相對于目標A的權重：

3.2 CRITIC法計算評估指標權重

邀請防護領域專家及機場工作人員20人，根據表1，按照評分等級，對機場組成單元重要度進行等級評定，如表4所示。

專家進行評定時，要細化考慮各指標內容，經綜合權衡后給出評定結果。專家根據機場系統實際情況及自身技術能力，經驗判斷，合理給出各指標權重，基本符合現實情況。為減少主觀性對評估結果的影響，挑選參與評定的專家都為從事防護領域多年的資深人員，所得到的數據用CRITIC法進行處理。

表4 等級評定結果

提取表中數據，有：

由式(5)對矩陣進行歸一化及無量綱化處理，并由式(6)計算評估指標所含信息量：

由式(12)計算可得CRITIC法各指標對目標層A的權重為

3.3 計算評估指標綜合權重

根據式(8)計算各指標對目標層的綜合權重為：

根據式(9)計算一級指標U對于目標層的權重：

根據式(10)計算二級指標Ui對于所屬一級指標的權重：

3.4 計算灰色評估矩陣

邀請5位防護專家對各指標進行評分，得到評估樣本矩陣，如表5所示。

表5 評估樣本矩陣

根據5個評估灰類，由式(12)-(16)得總灰色評估系數為

由式(17)-式(18)計算灰色評估權向量，經歸一化后形成灰色評估矩陣：

由式(20)對二級指標Ui進行綜合評估評估：

各評估灰類的灰色評估矩陣J=[H1,H2,H3]T，由式(21)對一級指標U進行綜合評估：

根據前文，按極端重要、強烈重要、非常重要、稍微重要、一般重要的順序，可得各灰類值向量為

F=(9,7,5,3,1)

由式(22)，可得機場單元塔臺的重要度綜合評估值為：

Z=H·F=7.152 7

依次對機場系統其他組成單元進行重要度評估，結果如下：

Z(跑道)=8.315 4

Z(停機坪)=1.658 2

Z(機庫)=3.564 7

Z(航站樓)=4.336 7

Z(滑行道)=3.056 1

Z(供油設施)=6.822 9

Z(供電設施)=5.369 0

Z(聯外交通)=4.912 7

評估結果是通過梳理戰時民用機場組成單元重要度的基本要素，采用主觀賦權和客觀賦權相結合的方法計算得出，組成單元重要度評估指標較全面，使評估結果更科學準確。評估結果將定性指標量化，也更為直觀的顯示出各組成單元的重要度值。

結果顯示，跑道的重要度值為8.315 4，評估等級為極端重要，由此證明跑道是機場系統的核心組成單元，戰時或成為敵方打擊的重中之重，因此對跑道的防護應為機場系統防護的首選；塔臺和供油設施的重要度值分別為7.152 7和6.822 9，評估等級為強烈重要，作為飛機起降的直接保障，也是要考慮重點防護的單元；其他單元也應根據其重要度評估值采取相應等級的防護措施。評估結果為防護規劃和措施提供了思路，更有利于做到戰時防護、平時建設、精準防護和綜合防護。

4 結論

從毀傷威脅、目標屬性、防護能力三方面建立機場系統組成單位重要度評價框架，采用AHM評估以及CRITIC評估方法，結合灰色模糊評估，建立了機場系統組成單元重要度評估模型，并以某大型機場為算例，得出評估結果。

經過模型對機場系統組成單元重要度的計算，跑道的評估結果為極端重要；供油設施、塔臺的評估結果為強烈重要；候機樓、供電設施，聯外交通的評估結果為非常重要；機庫、滑行道的評估結果為稍微重要；停機坪的評估結果為一般重要。評估值越高的單元越重要，越需要重點防護。通過對機場系統組成單元重要度的評估，為后續防護措施的規劃及研究提供了理論基礎。