基于分層分級(jí)的聯(lián)合作戰(zhàn)評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

段玉保

(解放軍91336部隊(duì)，河北 秦皇島 066326)

0 引 言

作戰(zhàn)能力評(píng)估是評(píng)價(jià)聯(lián)合作戰(zhàn)力量完成任務(wù)并進(jìn)行衡量的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前聯(lián)合作戰(zhàn)演習(xí)中的分析評(píng)估條件建設(shè)還不夠完善，缺乏演習(xí)全過程的精細(xì)化評(píng)估支撐手段，缺少自動(dòng)化的數(shù)據(jù)處理、分析和評(píng)估工具。分析評(píng)估主要依賴人工開展，對(duì)作戰(zhàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)分析深度不夠、評(píng)估效率不高，嚴(yán)重影響對(duì)作戰(zhàn)能力的評(píng)估和演習(xí)效益的充分發(fā)揮。

1 需求分析

聯(lián)合作戰(zhàn)演習(xí)中，導(dǎo)演部、紅/藍(lán)指揮所、各兵力群指、各作戰(zhàn)平臺(tái)不同部位在評(píng)估階段關(guān)注的側(cè)重點(diǎn)和技術(shù)要素各不相同，指揮員重點(diǎn)關(guān)注指揮體系和鏈路的運(yùn)轉(zhuǎn)情況、典型作戰(zhàn)平臺(tái)場景運(yùn)用、任務(wù)的完成率及軍事效費(fèi)比，裝備指揮人員比較關(guān)注裝備的作戰(zhàn)性能、協(xié)同運(yùn)用、信息通聯(lián)等。

系統(tǒng)綜合利用各種演習(xí)數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)警探測、指揮控制、火力打擊和信息對(duì)抗等方面開展全系統(tǒng)全流程全要素評(píng)估，對(duì)演習(xí)數(shù)據(jù)深度挖掘分析、多維度多要素關(guān)聯(lián)處理，通過可視化方式直觀展示作戰(zhàn)過程，暴露方案設(shè)計(jì)、戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法、兵力行動(dòng)、裝備操作以及裝備性能等方面的主要問題，為指揮流程、裝備運(yùn)用方面的優(yōu)化提供建議，為部隊(duì)立足現(xiàn)有裝備打仗提供數(shù)據(jù)支撐[1]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

聯(lián)合作戰(zhàn)評(píng)估系統(tǒng)的組成架構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)主要包括底層數(shù)據(jù)引擎服務(wù)以及數(shù)據(jù)整編分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)展示分系統(tǒng)、仿真模型計(jì)算分系統(tǒng)、分析評(píng)估分系統(tǒng)、回放控制分系統(tǒng)等5個(gè)分系統(tǒng)。

圖1 聯(lián)合作戰(zhàn)評(píng)估系統(tǒng)的組成架構(gòu)

2.2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)聯(lián)合作戰(zhàn)中現(xiàn)有裝備數(shù)據(jù)以及需求，系統(tǒng)需具備以下功能:

(1) 數(shù)據(jù)引擎服務(wù)：提供規(guī)范的軍事模型框架和作戰(zhàn)流程框架，驅(qū)動(dòng)各領(lǐng)域模塊。通過時(shí)間管理、事件管理、戰(zhàn)場管理和環(huán)境管理等模塊的協(xié)作配合，調(diào)度模型運(yùn)行和交互,完成作戰(zhàn)過程的仿真回放，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到的多源數(shù)據(jù)融合處理，具備數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)功能，滿足評(píng)估對(duì)象對(duì)不同平臺(tái)、目標(biāo)的數(shù)據(jù)需求[2]。

(2) 數(shù)據(jù)整編功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)探測數(shù)據(jù)，通信數(shù)據(jù)，信息對(duì)抗數(shù)據(jù)，測控設(shè)備數(shù)據(jù)以及音視頻等數(shù)據(jù)的系統(tǒng)導(dǎo)入和數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)歸約、數(shù)據(jù)變換等數(shù)據(jù)預(yù)處理功能，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性、一致性、時(shí)效性和可信性。

(3) 數(shù)據(jù)展示功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)演習(xí)過程整體態(tài)勢、單平臺(tái)作戰(zhàn)視景、組網(wǎng)建鏈拓?fù)洹⒅笓]殺傷鏈路運(yùn)轉(zhuǎn)、作戰(zhàn)關(guān)鍵事件推進(jìn)、信息對(duì)抗過程的可視化顯示[3]。

(4) 仿真模型計(jì)算功能：對(duì)水面艦艇、潛艇、飛機(jī)、導(dǎo)彈、無人機(jī)、岸基雷達(dá)、信息對(duì)抗裝備等作戰(zhàn)平臺(tái)實(shí)體進(jìn)行建模，通過演習(xí)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡、平臺(tái)裝備的信息對(duì)抗效果、毀傷效果。比對(duì)仿真計(jì)算效果和真實(shí)對(duì)抗效果，不斷修正完善仿真數(shù)據(jù)模型。

(5) 分析評(píng)估功能：包括定性分析、定量評(píng)估以及定性和定量相結(jié)合的綜合評(píng)估。實(shí)現(xiàn)對(duì)包括作戰(zhàn)指揮鏈路與作戰(zhàn)任務(wù)需求的契合度、殺傷鏈路實(shí)際能力、兵力編成合理性等的定性分析，對(duì)包括通信能力、指揮能力、機(jī)動(dòng)能力、防護(hù)能力、打擊能力、效費(fèi)比評(píng)估等的定量評(píng)估[4]。

(6) 回放控制功能：用于控制回放過程，包括演習(xí)科目數(shù)據(jù)選擇、運(yùn)行/暫停、加速/減速、AB循環(huán)、跳轉(zhuǎn)(按時(shí)刻/事件節(jié)點(diǎn))等操作。

系統(tǒng)工作的過程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)工作過程

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 多源數(shù)據(jù)時(shí)空一致性融合

多源數(shù)據(jù)時(shí)空一致性融合模塊是數(shù)據(jù)引擎服務(wù)的重要組成部分，包括對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)、通信數(shù)據(jù)、電子對(duì)抗數(shù)據(jù)、裝備工作日志及人工數(shù)據(jù)的融合處理和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的加載調(diào)度，對(duì)數(shù)據(jù)的調(diào)度處理采用時(shí)間序列為基準(zhǔn)，融合處理后的數(shù)據(jù)采用總線通信機(jī)制分發(fā)至各終端臺(tái)位[5]。信息處理流程如圖3所示。

圖3 信息處理流程示意圖

將采集到的雷達(dá)探測數(shù)據(jù)、通信數(shù)據(jù)、對(duì)抗數(shù)據(jù)通過信息去重、信息融合處理，與敵我識(shí)別數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)融合，完成綜合目標(biāo)識(shí)別，同時(shí)加載任務(wù)海區(qū)地圖數(shù)據(jù)及軍事模型，形成動(dòng)態(tài)的聯(lián)合作戰(zhàn)演習(xí)態(tài)勢。自動(dòng)采集設(shè)備任務(wù)開始前需系統(tǒng)內(nèi)時(shí)統(tǒng)設(shè)備授時(shí)并保持時(shí)間同步，確保時(shí)間精度，保證多源航跡數(shù)據(jù)融合的完整性與正確性[6]。系統(tǒng)在對(duì)多源數(shù)據(jù)融合的同時(shí)保留不同情報(bào)來源的原始信息，可與融合信息或者其他情報(bào)源進(jìn)行比對(duì)，完成后期的裝備定位精度對(duì)比、兵力行動(dòng)準(zhǔn)確性、任務(wù)完成率等評(píng)估內(nèi)容[7]。

裝備工作數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)一般采用自動(dòng)記錄和人工記錄相結(jié)合的方式，記錄時(shí)間上有一定的誤差，融合處理時(shí)要設(shè)定適當(dāng)?shù)拈撝怠?/p>

3.2 基于層次分析法(AHP)-Fuzzy的評(píng)估

針對(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)中不同的訓(xùn)練對(duì)象和檢驗(yàn)內(nèi)容，采用不同的評(píng)估手段、評(píng)枯標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)估模型，進(jìn)行真實(shí)有效與客觀公正的評(píng)估，是提高訓(xùn)練效果的關(guān)鍵所在，解決的基本途徑是：

(1) 根據(jù)分析評(píng)估工作要求，從貼近實(shí)戰(zhàn)評(píng)估的實(shí)際需要出發(fā)，采取分解與綜合、實(shí)時(shí)與事后、定量與定性、人工與自動(dòng)相結(jié)合的評(píng)估方法，從任務(wù)完成率、武器裝備作戰(zhàn)能力、戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法應(yīng)用、聯(lián)合作戰(zhàn)編組能力四個(gè)大的方面，科學(xué)合理地確定出相應(yīng)的評(píng)估手段、評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)估模型，真實(shí)有效、客觀公正地對(duì)作戰(zhàn)過程各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行評(píng)估。

(2) 首先可基于層次分析方法(AHP)建立完整的評(píng)估指標(biāo)體系，然后根據(jù)指標(biāo)體系間的內(nèi)在關(guān)系建立相應(yīng)的評(píng)估數(shù)學(xué)模型集，按不同目的、不同類別的評(píng)估要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)單裝、單平臺(tái)、作戰(zhàn)編隊(duì)的多重評(píng)估。其中，對(duì)能夠量化的指標(biāo)可直接進(jìn)行量化計(jì)算；而對(duì)目前難于統(tǒng)一度量的指標(biāo)，則應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)演習(xí)情況進(jìn)行考核評(píng)估[8]。

在考核評(píng)估指標(biāo)體系確定以后，結(jié)合層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)方法建立考核評(píng)估數(shù)學(xué)模型的步驟如下:

(1) 確定評(píng)估體系中各評(píng)估指標(biāo)間重要程度權(quán)重

基于分層分級(jí)的聯(lián)合作戰(zhàn)能力評(píng)估指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)如圖4所示[9]。

圖4 基于分層分級(jí)的聯(lián)合作戰(zhàn)能力評(píng)估指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)圖

矩陣判斷準(zhǔn)則，兩兩比較2個(gè)元素哪個(gè)重要，重要多少，每次取2個(gè)因子Xi和Xj，以aij表示Xi和Xj對(duì)目標(biāo)層的影響大小之比，全部比較結(jié)果用矩陣X=(aij)n×n表示，稱為成對(duì)比較判斷矩陣。

XX1X2…XnX11a12…a1nX21/a121…a2n………1…Xn1/a1n1/a2n…1

式中：aij的值一般采用1～9及其倒數(shù)的標(biāo)度方法。

當(dāng)相互比較因素的重要性能用具有實(shí)際意義的比值說明時(shí)，判斷矩陣相應(yīng)元素的值則取這個(gè)比值。

構(gòu)造基于分層分級(jí)的聯(lián)合作戰(zhàn)能力判斷矩陣X:

XX1X2X3X4X111/311/3X23131X311/311/3X43131

構(gòu)造偵察預(yù)警能力判斷矩陣X1:

X1X11X12X13X11132X121/311/2X131/221

構(gòu)造打擊能力判斷矩陣X2：

X2X21X22X23X24X211342X221/3121/2X231/41/211/3X241/2231

構(gòu)造防御能力判斷矩陣X3:

X3X31X32X33X34X3111/41/51/4X32411/21X335212X34411/21

由此得出作戰(zhàn)能力X=0.125·(X11·0.539 61+X12·0.163 42+X13·0.296 96)+0.375·(X21·0.467 3+X22·0.160 09+X23·0.277 18+X24·0.277 18)+0.125·(X31·0.069 57+X32·0.245 56+X33·0.439 31+X34·0.245 56)+0.375·X4

(2) 確定各評(píng)估指標(biāo)的評(píng)價(jià)集V

將不能量化的指標(biāo)層的指標(biāo)劃分為4個(gè)等級(jí)，各等級(jí)的分?jǐn)?shù)構(gòu)成的向量即為評(píng)價(jià)集V，V=(4，3，2，1)。

(3) 構(gòu)建模糊關(guān)系矩陣R

在構(gòu)造了等級(jí)模糊子集后，要逐個(gè)對(duì)被評(píng)事物從每個(gè)因素ui(i=1,2,…,p)上進(jìn)行量化，即確定從單因素來看被評(píng)事物對(duì)等級(jí)模糊子集的隸屬度(R|ui)，進(jìn)而得到模糊關(guān)系矩陣。

u={u1,u2,……,up}={規(guī)范，準(zhǔn)確，及時(shí)}

(1)

(2)

矩陣R中第i行第j列元素rij，表示某個(gè)被評(píng)事物從因素ui來看對(duì)vj等級(jí)模糊子集的隸屬度。一個(gè)被評(píng)事物在某個(gè)因素ui方面的表現(xiàn)，是通過模糊向量(R|ui)=(ri1,ri2,……,rim)來刻畫的，而在其他評(píng)價(jià)方法中多是由1個(gè)指標(biāo)實(shí)際值來刻畫的，因此，從這個(gè)角度講模糊綜合評(píng)價(jià)要求更多的信息。

(4) 合成模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量B

B=A·R=(0.333 3,0.333 3,0.333 3)·

(3)

4 結(jié)束語

新形勢下軍隊(duì)各級(jí)大抓軍事訓(xùn)練，而在聯(lián)合作戰(zhàn)演習(xí)中，評(píng)估武器裝備作戰(zhàn)效能、檢驗(yàn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法應(yīng)用效益是演習(xí)后期非常重要的一個(gè)階段。本文針對(duì)基于分層分級(jí)的聯(lián)合作戰(zhàn)評(píng)估系統(tǒng)，給出了一種設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方式。當(dāng)前針對(duì)演習(xí)中采集到的海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)融合能力還不夠，多維數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)分析與數(shù)據(jù)挖掘能力還比較薄弱，分析評(píng)估能力也有限，回放展示的內(nèi)容與部隊(duì)需求尚有一定差距。后續(xù)將通過對(duì)系統(tǒng)的進(jìn)一步應(yīng)用和改進(jìn)，深度分析武器裝備的作戰(zhàn)能力、戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用與實(shí)戰(zhàn)的差距，為優(yōu)化部隊(duì)作戰(zhàn)流程、掌握裝備能力底數(shù)提供數(shù)據(jù)支撐。