机动阵地工程综合效能评估

马千里，曾杨智，喻 虎，张国伟

( 解放军理工大学 工程兵工程学院，南京 210007)

阵地工程是部队作战的重要依托，在人类战争史上曾经扮演过举足轻重的角色。以信息技术为核心的信息化战争颠覆了人们关于战争的传统思维定式，赋予机动战以更加广阔的内涵，对当前野战阵地工程模式提出了严峻的挑战。机动阵地是信息化战争条件下，保障机动作战需求的一种新的野战阵地模式，是传统野战阵地在新的战争条件下的发展。如何构建一套适应信息化条件下机动作战需求的阵地工程模式，并分析其效能的优越性，成为当前阵地工程理论研究亟需解决的一个重要问题。本文通过建立机动阵地工程效能综合评估模型，为机动阵地工程在未来机动作战中的运用提供定量分析的依据，进而为机动阵地理论的发展提供支撑。

1 机动阵地工程效能评估指标体系

机动阵地工程的目标使命是保障机动作战顺利实施，机动作战的需求便是机动阵地工程的使命。未来信息化战争条件下，交战双方都追求高效的信息力、综合的指挥力、强大的打击力、快速的机动力和全面的防护力。信息化战争条件下机动作战对于机动阵地工程的功能性、时效性和适宜性提出了更高的需求。机动阵地工程效能评估体系，是立足于未来战场的发展，为满足部队作战需求，针对本身机动特性，借用工程措施手段，从而充分发挥并提高机动阵地工程效能的结构模型。要建立评估指标体系，首先要对机动阵地工程效能内涵进行分析。机动阵地工程效能内涵是指机动阵地工程决策、构筑行动及其构筑完成的工程体系对于作战效果的影响程度，如图1 所示。

通过对机动阵地工程效能内涵的分析可以得出:机动阵地工程效能可以表示为功能性、时效性和适宜性的函数，因此在建立效能评估指标体系时应当从这三个方面进行分析。未来机动作战中机动阵地工程应当具备的功能主要有:提高部队生存力、克敌机动和确保己方机动，传统阵地工程效能通常还包括火力发扬效能，在未来信息化战争条件下，武器装备的性能得以极大地提高，阵地工程对于增大火力发扬的作用相对降低，故在此不予考虑。因此将机动阵地功能性指标确定为生存效能、障碍效能和机动效能。机动阵地工程时效性和适宜性体现在机动阵地工程的四个领域，在信息域主要与信息质量有关，在认知域和社际域主要与决策质量有关，在物理域主要与行动质量有关。根据层次结构分析得出效能评估指标体系，如图2 所示。

2 建立机动阵地工程效能综合评估模型

2.1 建立机动阵地工程效能评估指标集、评估等级集

根据机动阵地工程效能评估指标体系确定评估指标集，如图3 所示。其中一级评估指标集为U={u1，u2，u3，u4}，二级评估指标集为{ u11，u12，u13}、{ u21，u22，u23}、{ u31，u32}、{u41，u42，u43，u44}，评估等级集为{ v1，v2，v3，v4} 分别代表机动阵地工程效能{优，良，一般，差}。

图3 机动阵地工程效能评估指标集

图3中: u1代表信息效能指标，u11代表信息完整性指标，u12代表信息准确性指标，u13代表信息时效性指标。u2代表决策效能指标，u21代表决策完整性指标，u22代表决策准确性指标，u23代表决策时效性指标。u3代表行动效能指标，u31代表行动协同质量指标，u32代表行动时间指标。u4代表目的效能指标，u41代表生存效能指标，u42代表障碍效能指标，u43代表机动效能指标。

2.2 确定各级评估指标权重向量

评估指标集中的每个因素对于效能综合评估值的影响程度不同，需要根据各种方法确定评估因素的权重向量，其中一级评估因素权重向量为( w1，w2，w3，w4)，二级评估指标集为( w11，w12，w13)、( w21，w22，w23)、( w31，w32)、( w41，w42，w43)。

本文采用改进的模糊层次分析法［1］求取机动阵地工程效能指标权重，主要思想是采用迭代法对初始权重向量进行迭代计算，以获得精度更高的权重向量。其主要步骤为:

1)获得初始权重向量

通过一般模糊层次分析法求得权重的初始向量W(0)=( w1，w2，…，wn)。

2)计算模糊互反判断矩阵

将模糊互补一致矩阵R =( rij)n×n转化为模糊互反一致矩阵E=( eij)n×n，其中eij=rij/rji。

3)构造迭代公式

利用公式1 进行迭代计算。

当k=0 时，V(0)=W(0)

4)满足条件，求得最终权重向量

当迭代满足条件‖V(k+1)‖p-‖V(k)‖p＜ε( ε 为给定的误差)时，则‖V(k+1)‖p可以近似表示最大特征值，式2 即为最终权重向量。

2.3 单指标评判

单指标评判就是通过一定方法确定单个指标对于评估等级集的隶属度，以此得到某一指标集U =( u1，u2，…，un)关于评估指标集{v1，v2，v3，v4} 的模糊关系矩阵R，矩阵R 中第i 行第j 列元素rij 表示指标i 对于评估等级vj 的隶属度

隶属度的思想是模糊数学的基本思想，当前通过模糊统计试验已经证明了隶属度的客观存在性［2］，因此应用确定隶属度的思想对指标进行评判是有数学理论依据的。通常隶属度主要是通过构造隶属函数来计算。本模型应采用指派方法，即根据指标的具体属性利用现有的模糊分布来构造指标隶属函数。因为机动阵地工程效能评估指标和综合评估值之间函数关系的复杂性，不能准确确定各个指标关于评估等级集的模糊分布，只能定性的判定隶属度关于指标值的变化趋势和速率。根据变化趋势和速率选取拟合度比较好的模糊分布，然后根据每个指标的取值范围，采用专家评议的方法确定相应的评估等级划分，在此基础上构造隶属函数以信息完整性指标为例，计算该指标隶属函数。完整性指标取值范围为( 0，1)，通过专家评议确定评估等级划分为{v1(0.90，1.0)，v2(0.70，0.9)，v3(0.4，0.70)，v4( 0，0.40)}隶属度随着指标值的增大而相应地增大。因此可采用左半梯形分布来表示其隶属度。隶属度在各个评估等级分划的中间点取得最大值1，在与其相邻的评估等级分划中间点降为最小值0，位于评估等级集两端的分划，在越过其中间点时，隶属度变为1。

对于其它指标，均采用左半梯形分布来表示其隶属度，具体计算可以参照此方法进行，在此不再详述。

2.4 机动阵地工程效能综合评判

根据各级评估指标的权重，对单指标评判集运用综合评判函数进行综合评判，即可得到机动阵地工程效能综合评估结果。

设某一层次上的指标集权重为W =( w1，w2…，wn)单指标评判的结果为R=( rij)，i=1，2，…，n;j=1，2，3，4。则评估结果为

其中“◦”称为模糊合成算子，由该算子决定的映射f:In→I 称为综合评估函数［3］。综合评估模糊合成算子的选择对综合评判的结果起着关键作用。通过对体系指标之间关系的复杂性分析，应采用加权平均型算子∑ ( W·R )和几何平均型算子∏RW进行综合评判。对不同层次的指标集进行分析，如果指标间的相关性不是很强，各自独立地对综合评判结果产生影响，就采用加权平均型算子; 如果指标之间相关性较强，某一极小的指标值对综合评判结果的影响很大，则采用几何平均算子。经过分析得出综合评判中模糊合成算子选择情况如图4 所示。

图4 模糊合成算子应用情况图

3 实例分析

本文研究的机动阵地工程目前仍处于理论研究阶段，指标度量模型中有大量参数的确定涉及到未来信息化战争条件下敌我双方的编制、武器装备、作战原则以及作战地区地形等条件，因而当前无法通过指标度量模型来获取机动阵地效能综合评估模型中的指标数据。为了对综合评估模型进行分析，本文以未来信息化战争条件下我军在边境地区进行的应急机动作战为背景，采取专家赋值的方法确定指标值，在此基础上对机动阵地工程进行效能评估，以此来验算模型。

3.1 效能评估基础信息获取

边境地区应急机动作战是未来一段时期内我军有较大可能面临的作战样式，作战中影响机动阵地工程构筑的因素有:战场环境、作战态势、敌军武器、装备、我军指挥控制方式等。对于机动阵地工程效能定性指标，利用加权极值统计数学模型得出各个定性基础指标的赋值结果。利用改进模糊层次分析法求取定性指标的权重，然后采取加权求和的方法进行合成，得到定性指标值，如表1 所示。

根据定量指标的取值范围，本文采用加权极值统计法，综合多位专家赋值的情况，得出定量指标值。结合定性指标值，得到机动阵地工程效能综合评估指标值，如表2 所示。

表2 综合评估指标取值表

3.2 机动阵地工程效能指标权重计算

根据模型中的模糊层次分析法原理计算指标权重，本文以效能评估指标体系中的一级指标:信息效能、决策效能、行动效能、目的效能为例，确定其权重的步骤为:采用模糊标度法对指标进行两两比较，建立模糊判断矩阵，然后采用迭代法计算权重，具体方法通过Matlab 程序来实现。

模糊判断矩阵为

利用Matlab 程序计算权重，设定精度为0.000 1，最大迭代次数为10，经过迭代得出权重向量为:［0.253 7 0.251 2 0.242 6 0.252 5］

采用同样方法确定二级指标权重向量分别为:

信息效能子指标权重向量

决策效能子指标权重向量

行动效能子指标权重向量

目的效能子指标权重向量

3.3 机动阵地工程效能单指标评判

利用底层指标值和各指标隶属函数计算得出底层各指标隶属度矩阵，具体方法通过Matlab 程序来实现。

信息效能子指标隶属度矩阵为

决策效能子指标隶属度矩阵为

行动效能子指标隶属度矩阵为

目的效能子指标隶属度矩阵为

3.4 机动阵地工程效能综合评判

通过模糊合成算子将各个单指标评判结果进行合成，具体方法通过Matlab 程序来实现。模糊合成结果

权重向量为

综合评判结果为

3.5 评估结果分析

通过综合评估结果向量可以发现此机动阵地工程效能评估等级为优，并且对于评估等级优和良的隶属度之和小于1，这是因为本文在综合评判时采取的是几何平均型模糊合成算子，某个指标对某一评估等级的隶属度极小时，则综合评估值对该评估等级的隶属度也趋向于极小，当前者为零时，后者也相应为零，其它指标对该等级的隶属度不再起作用。

为了分析每个指标对于综合评估结果的影响情况，需要根据综合评估向量计算综合评估值，假设评估等级的取值向量为:T= [ 10，8，6，4 ]，则综合评估值为

通过分析评估结果随指标变化情况可以发现:信息准确性、决策准确性、行动协同质量指标对于机动阵地工程效能影响程度较大;生存效能、障碍效能、机动效能指标增大到一定程度时，机动阵地工程效能会有稍微的减小，这是因为目的效能的提高必然以行动时间的增加为代价; 信息时效性、决策时效性、行动时效性指标值与综合评估值负相关，当三者减小到一定程度时，指标的变化对于综合评估值的变化几乎不再产生影响，这反映了机动阵地工程效能对于时效性有较高要求，当时效性指标增大到超出综合评估模型中指标取值范围时，机动阵地工程效能减小为零。

4 综合评估模型可靠性分析

综合评估模型能够达到上述目的的一个重要前提是评估模型可靠、有效，但是通过分析可以发现评估模型的建立涉及到许多不确定因素，效能评估可以看作是评估主体利用特定的评估方法对评估对象做出综合度量的过程，其中评估方法包括评估指标、评估准则和评估信息来源。由此可以得出影响综合评估结果可靠性的因素主要有以下几个方面［4］:

1)评估主体的偏好选择的不确定性。评估指标体系的建立依赖于评估主体对评估对象的认识程度;评估准则的选取受评估主体偏好的影响;主观赋权法从本质上带有主观性的特点。

2)评估对象本身的复杂性。机动阵地工程作为战争系统的一个子系统，具有动态性、复杂性和不确定性的特点，很难找到一种方法去精确地描述其内在的逻辑关系。

3)评估信息来源的准确性和全面性。无论多么完善的评估模型都需要可信的指标信息才能得到更为准确的结果。

模糊综合评估模型三个基本要素是: 隶属函数、指标权重和模糊合成算子，下面从这三个方面分析机动阵地工程效能评估结果的可靠性。

1)采用梯形分布来构造隶属函数，梯形分布在一定程度上反映了指标的客观属性，与一般的直接利用专家打分构造隶属函数的方法相比，具有更强的准确性。

2)采取模糊层次分析法计算指标的权重，与传统层次分析法相比，该方法具备更强的逻辑严密性，并且引入了模糊数学的思想，使得模糊判断矩阵能够更好得符合人思维的一致性。

3)采用加权平均法和几何平均法两种模糊合成算子，并且提出了根据指标之间关系的不同而采用不同的算子，在一定程度上减少了评估结果的不可靠性。

综合上述分析可以认为:本文建立的机动阵地工程效能综合评估模型具有较强的可靠性，评估结果在一定程度上可以用于改进阵地工程构筑决策方案和指导阵地工程理论的发展。但是应当看到模型仍然带有一定的不确定性，需要在以后的应用中进一步的发展完善。

5 结束语

本文建立的机动阵地工程效能综合评估模型是从阵地工程的本质属性出发，通过建立指标体系与阵地工程效能的一种对应关系，来反映阵地工程本质属性对于机动作战影响的程度。通过实例进行了验证分析，效果较好。因此，本文建立的综合评估模型同样可以适用于不同模式的野战阵地工程，应用这样一把“标尺”就可以去度量机动阵地工程和传统野战阵地工程，通过比较两者对于未来信息化条件下机动作战效果的影响程度，以此得出哪种模式更加优越，为指导阵地工程模式的发展提供可靠依据。

［1］李永，胡向红，乔箭.改进的模糊层次分析法［J］.西北大学学报:自然科学版，2005(1):11 -13.

［2］谢季坚.模糊数学方法及其应用［M］.武汉:华中科技大学出版社，2006.

［3］彭祖赠，孙韫玉. 模糊( Fuzzy)数学及其应用［M］. 武汉:武汉大学出版社，2007.

［4］黄炎焱.武器装备作战效能稳健评估方法及其支撑技术研究［D］.长沙:国防科学技术大学，2006.