聯合火力打擊方案優選系統研究*

盧振宇 郝文寧 陳錦陽

（1.陸軍工程大學指揮控制工程學院 南京 210007）（2.31102 部隊 南京 210000）

1 引言

聯合火力打擊作為戰爭中的典型行動，涉及陸、海、空、天、電多維空間，武器裝備、目標類別繁多。在方案制定過程中，參謀人員會形成多套聯合火力打擊方案，供作戰指揮員選擇，在優選過程中，不光需要考慮打擊時機、目標選擇、彈藥匹配、時空協調等作戰方面的情況，還需要考慮到政治、經濟、外交等方方面面的因素。因此，要解決聯合火力打擊方案優選問題，需要由不同領域、學科專家構成的專家體系，依靠群體的知識和智慧才行，可知該問題是一個典型的多準則模決策問題［1］。

張紫萱等基于級別優先關系組織排序法（PROMETHEE），結合畢達哥拉斯模糊（Pythagorean Fuzzy，PF）理論［2］，用畢達哥拉斯模糊數的形式表示評價準則的權重和決策者的偏好關系，在準備階段、個人評價階段和群體評價階段三個階段上提出了基于畢達哥拉斯模糊PROMETHEE（Pythagorean Fuzzy PROMETHEE，PF-PROMETHEE）的多準則群決策方法［3］，將傳統的PROMETHEE 擴展到畢達哥拉斯模糊環境中。采用PF-PROMETHEE來解決聯合火力打擊方案優選問題能更好地反映人在決策過程中的不確定性和猶豫性，充分利用群體的智慧來對可選方案進行優選排序，但有三個地方需要進一步探討：1）作戰系統是一個動態的復雜巨系統，因此它有復雜的非線性和不確定性等，如何確定合適的評價準則，并提高評價矩陣中數據的準確性。2）專家無法掌握全面的知識，在選擇偏好函數時會存在短板，如何補全短板，保證所選的函數及參數能較好地反映專家偏好。3）在計算出偏序和全序之后，沒有一個反饋機制，可能出現有專家不認可的情況。

錢學森院士總結提煉出了復雜巨系統，又提出了處理該系統的方法論——綜合集成研討廳體系［4］。該體系包括人（專家）、知識（數據和信息體系）以及機器（計算機體系），將他們有機結合，從而形成一個智能程度很高的人機結合系統。在打擊方案優選的問題上，可以借鑒該體系思想，構建一個基于PF-PROMETHEE的方案優選系統。

2 相關研究

2.1 多準則模糊群決策

多準則群決策是指以群體為決策主體，在多個互相存在矛盾沖突且不能彼此替代的準則下，從有限備選方案集中選擇最優方案或者進行方案排序的決策問題。多準則群決策領域的相關研究主要集中在能夠輔助決策者識別滿意的方案，使得決策者對于多個準則能夠選到滿意程度最大的方案［5～6］。基于效用理論（Utility Theory）［7］的決策方法和基于級別優先關系（Outranking Relation）［8］的決策方法是兩類經典的多準則決策方法。組織排序法PROMETHEE（Preference Ranking Organization METHod for Enrichment of Evaluations）是一類最常見、最具有代表性的基于級別優先關系的多準則決策方法［9］，它根據級別優先關系定義方案的流入、流出和凈流，并據此得到備選方案的偏序或全序。

Atanassov［10］通過引入非隸屬度函數提出了直覺模糊集（Intuitionistic Fuzzy Set，IFS）的概念，Liao［11］提出了基于IFS 的PROMETHEE 方法，用隸屬度函數、非隸屬度函數和猶豫度函數來共同模擬決策過程中的不確定性。但由于IFS 的定義要求隸屬度和非隸屬之和要小于等于1，實際應用中這一限制條件并不總能被滿足。Yager［2］在IFS 的基礎上，提出了畢達哥拉斯模糊集（Pythagorean Fuzzy Set，PFS），相較于IFS擁有更大的定義空間，能夠更好地適應和表達不確定、不準確信息。

2.2 共識達成

在進行多準則群決策的過程中，由于決策專家固有的知識水平差異和個人利益沖突，他們很少能達成完全一致的意見。因此，群決策中經常運用更靈活合理的模糊邏輯方法，要求達到一種“軟共識”［12］，即大多數決策者都同意解方案，并且少部分不同意的決策者也可以接受或者至少不反對解方案。熊才權等［13］給出了提案共識和決策共識形成的大致流程與途徑，并提供了一種基于網絡的群體討論平臺，以完成對提案共識和決策共識的可視化提煉。

從理論上來看，由錢學森等人建立的綜合集成廳體系也是達成共識的有效途徑［14］。它把專家智力、各種資料信息與機器的智慧有機融合在一起，通過人幫機、機幫人的方法，人的功能就是聚焦于問題領域，最大程度的調動思想；而機器的功能則是整合群體意識，可視化地展示人們的思維過程和達成共識的過程狀態，引導參與的人員盡快形成共識。

2.3 基于信息空間的綜合集成研討廳體系

1990年，我國杰出科學家錢學森首先提出了研究復雜巨系統的基本理論，并通過不斷的探索與研究，最終發展為“人—機結合、以人為主，從定性到定量的綜合集成研討廳體系”，簡稱“綜合集成研討廳體系”。戴汝為等發揮信息技術的優越性，基于互聯網、高性能計算等，建立了一個綜合集成研討廳系統。系統綜合了宏觀經濟數據、信息、建模方法、模型技術等內容，將學者間有效溝通交流、人機結合研討組織、信息協作推薦等難點問題在組織結構、系統軟硬件架構上很好的解決了。進一步，戴汝為團隊在此基礎上提出了“基于信息空間的綜合集成研討廳體系”［15］。這是信息技術飛速發展的社會條件下，結合實際對錢老提出的方法論作出的進一步拓展。

目前，國內外相關研究主要集中在提升綜合集成法和解決軍事、政治、經濟、公共安全、智慧城市等方面。胡曉峰等［16］結合戰略決策問題，利用綜合集成法提出了可輔助軍事戰略決策的綜合集成研討環境。韓祥蘭等［17］運用綜合集成研討廳理論，建立了論證導彈武器裝備型號的原型系統，可幫助人們進行武器裝備論證。薛惠峰等［18］在綜合集成法基礎上，提出綜合提升方法，并通過水資源管理的例子進行了實踐驗證。從這些研究中可以看出，錢學森提出的解決方法高瞻遠矚，在解決復雜問題上給出了非常有用的幫助，一直到今天，還在為處理各類問題提供方法論，發揮著不可替代的作用。

3 聯合火力打擊方案優選系統設計

3.1 功能需求

通過調查研究，系統應具備以下功能：

1）在進行聯打方案優選過程，能滿足人員觀點的清晰表達和對評價指標的量化展示，并能將專家自身的經驗知識與仿真模型工具得到的定量結果有機結合，共同為方案評估優選服務。

2）為專家之間的協作和研討提供相應的技術支持，能夠構建分布式環境，形成一個虛擬的平臺，滿足分布在不同位置專家研討交流、共享信息的需要。

3）具有訪問外圍仿真系統或析取、接收和分析仿真結果、為專家提供決策支持的能力。能夠集成大量已有的模型、仿真推演系統，如各類實體、行動、評估和環境模型，以及各類任務規劃、決策支持、對抗推演、目標分析系統等。

4）具有支撐決策的信息資源庫以及信息獲取能力，提供低耦合、易擴展的接口，能引接已有外部數據資源，如地圖數據、武器裝備數據、情報數據、作戰規則數據等。

5）提供滿足上述功能的機制和管理功能：用戶權限管理、安全防護、會議管理、研討廳管理。

3.2 功能模塊

該系統分為三個子模塊：專家決策、過程主持、系統管理模塊。每個模塊實現功能如圖1所示。

圖1 聯合火力打擊方案優選系統功能模塊

專家決策模塊主要實現專家參與群決策過程中需要完成的各個子任務，包括：1）根據提供的方案集以及首長指示等自主選擇評價準則、偏好函數以及參數選擇，并對于最終的評價準則集發表意見。2）在個人評價階段完成打分、偏好關系集成、提交結果。并在研討時參與討論，發表自己的意見。3）在打分過程中出現超出自身認知范圍的不確定事項時，能夠通過人機交互完成知識的查詢檢索。

過程主持模塊主要完成整個決策過程中的事務性工作，以及群決策過程中的工作，包括：1）負責會議專家的召集、方案集的分發、會議過程的控制。2）共識度未達到閾值時的意見反饋、研討會組織以及意見收集處理。3）群決策過程中的偏好關系集成、數據導出。

系統管理模塊主要負責整個分布式環境、系統運行、后臺數據庫維護等保障工作，包括：1）系統用戶的錄入、管理、權限設置，后臺數據庫的可視化管理。2）保證分布式環境正常運行，提供邏輯上的“研討廳”。3）提供與外部其他模擬仿真、推演評估系統的接口，確保能夠正常調用它們的數據集。

3.3 系統流程

當需要進行一個方案優選活動時，分為三個階段：準備階段、個人評價階段、群體評價階段，具體流程如圖2所示。

圖2 方案優選流程圖

3.3.1 會議準備階段

1）根據方案內容，由指揮員確定參與方案優選的專家，并分配專家權重，錄入系統，給每位專家分配登陸賬號、密碼。

2）專家通過分配的賬號進入系統，主持人通過專用網絡分發方案以及參考指標體系，如果保密要求高、個別專家不在同一地方，可采取紙質方案通過機要渠道或專人護送的方式分發給專家。

3）專家在掌握方案內容后，通過研討廳的平臺發表自己對指標體系的修改意見，可通過文件交流或集中討論的方式來完成此項工作。主持人負責最后匯總意見，修改指標體系，將修改稿再次發送給專家確認。專家同意，進入下一步驟，若還有不同意見，則重復該步驟，直到達成共識。

4）由主持人通過系統向后臺保障人員發送確定的指標體系，保障人員利用知識和機器體系對于評價指標給出具體數值并返回，構建評價矩陣。

3.3.2 個人評價階段

1）根據確定好的評價矩陣，專家為每個指標分配一定的權重。在此基礎上，選擇同一指標下，兩個方案距離小于多少時認為無差異，大于多少時認為方案之間存在絕對優勢，以及中間過程隨著距離變化，偏好值的變化曲線，構建自己的偏好函數。

如果專家對某方面專業知識的缺失，可以發揮知識體系的優勢，通過信息檢索補充缺乏的知識，從而為構建合理的偏好函數提供支撐。

2）提交偏好函數后，系統自動計算偏好關系，生成方案集的排序，專家核對結果。如果對結果不滿意，可以重新修改相關參數后再次計算，得出自己滿意的結果后提交。

3）在此期間，主持人可通過系統跟蹤進度，提醒專家及時完成相關工作，保障人員則利用各類系統提供數據支撐。

3.3.3 群體評價階段

1）在全部專家完成個人評價后，主持人設置好共識度閾值，由系統計算出群體偏好關系，并得出群體排序，以及共識程度。如果達成共識，且專家對于結果無異議，則確認后導出結果，上報首長。如果未達成共識，由系統識別出共識不足的專家和具體位置，反饋修改意見，主持人通過系統提供的文本、音頻、視頻、電子白板等輸入、輸出工具，同步組織研討，專家發表自己的想法建議。專家根據研討結果重新進行個人評價，然后再次進行群體評價，計算共識度，直到所有專家都達成共識。

在研討階段，對于大家爭論較大的地方，可以發揮機器體系的作用，采取作戰實驗的方法進行模擬評估，提供決策參考。

2）專家確認結果，導出，整個流程結束。

4 需重點關注問題

4.1 設計一套可行的、有效的聯合火力打擊方案評估優選流程

結合我軍在長期作戰過程中形成的作戰籌劃流程，基于多準則模糊群決策方法的運用流程，形成一套切實可行的聯合火力打擊方案評估優選流程，重點圍繞以下三個方面：一是根據作戰意圖和當前態勢，選擇合適的評價指標體系并構建可信度高的評價矩陣；二是在研討過程中維持秩序，設定研討流程，規范專家群體的有效互動對話，防止群體思維過度發散等，創造良好的討論氛圍，促進問題的深入討論；三是提出一個共識達成過程，保證既能讓專家迭代過程中將自身意見向群體共識方向靠攏，盡快達成一致，又能充分讓各位專家的意見得到尊重，在群體共識中有所反映。

4.2 構建一個開放的、集成的綜合研討平臺

根據系統的功能需求，在平臺設計上需要展開以下研究：一是構建專家群體進行高效通訊、交流的交互支撐環境，例如網絡會議、共用信息資源、視頻會議等，以及為提升研討效率、感知研討狀態等目的而提供的各種研討組織和研討管理工具。二是提供開放式的系統環境，能夠為部隊現在使用的各類任務規劃系統、方案生成工具集、自主對抗博弈系統、目標分析系統等提供接口，擴充機器體系。

4.3 探索人機融合智能的解決思路

當前，人機融合智能是綜合集成研討廳體系要解決的關鍵問題，要充分利用人的智能、機器智能以及人機融合智能來處理聯合火力打擊方案優選的問題。人機融合體現在不同研討階段：確定評價指標階段、形成偏好關系階段、集中研討階段等等。在整個方案優選過程中，最重要的是機器要能夠盡量準確地感知人對方案的理解、評估目的等思維活動，并在恰當的時機給人提供所需的知識、算力支撐。

5 結語

借鑒綜合集成研討廳體系的思想，在運用PF-PROMETHEE解決聯合火力打擊方案優選過程中，將專家的知識、計算機的高性能與各類資料、信息系統有機地融合在一起，將不同領域的科學技術思想與專家的實踐認識緊密結合在一起，從而形成了一種聯合火力打擊方案的優選。該系統能給予專家數據、信息和相關資料，幫助其準確的找到優選依據，對各種方案進行評價和優選，能利用機器進行仿真計算，定量分析，提高方案優選率，能通過高效的人機交互為正確決策提供有益幫助。該系統核心在于以人為主導，把人的心智與機器高性能的相互結合，充分利用群體智慧來解決方案優選問題。