基于AHP的指挥控制系统效能评估改进方法*

金 琨 刘兆平

(海军陆战学院陆战队系 广州 510430)



基于AHP的指挥控制系统效能评估改进方法*

金 琨 刘兆平

(海军陆战学院陆战队系 广州 510430)

针对指挥控制系统的组成结构特点,建立效能评估指标模型,给出运用层次分析法进行效能评估的数学模型及实现方法,引入灰色理论解决评估过程中指标权重的调优问题,提高评估结果的客观性及合理性,通过实例说明方法的可行性。

指挥控制系统; 层次分析法; 灰色理论; 相容性检验

Class Number TP309

1 引言

指挥控制信息系统(C4ISR系统),是由软件、硬件、武器平台以及作战人员组成的软件密集型系统,是一个极其庞大和复杂的人机系统,集情报侦察、预警探测、指挥控制和通信等融为一体,为军队指挥层提供决策支持,实现对所属部队、装备的指挥控制和管理,是现代军队的“神经中枢”[1]。随着C4ISR系统在军事领域的广泛应用,信息战已经迅速渗透到作战的各个领域,指挥控制系统效能发挥的优劣,直接决定了信息化条件下战役的走向。

目前现有的指挥控制系统效能评估方法主要有三类: 1) 性能参数法[2],采用武器系统典型性能指标描述系统的作战效能,主要包括性能对比法、专家评分法、性能指数法等; 2) 解析法,以排队论、对策论、军事运筹学、兰彻斯特方程等数学方法为基础,求解系统的作战效能,主要包括层次分析法[3]、模糊综合评判法[4]、灰色评估法[5]、ADC模型[6],神经网络方法[7]; 3) 模拟法[8],通过模拟作战来检验武器系统的作战效能,包括网上演习和计算机模拟仿真。总的来说,性能参数法过于简单,只适于较为单一武器;而对抗法代价过高,且有效性值得商榷,C4ISR系统是一个由各种装备组成的复杂系统,非常适合使用AHP建立评估模型[9],但传统方法未考虑指标权值之间的相互影响关系,导致评估结果不能充分反映装备的实际效能,可信性不高。

本文以新时期C4ISR系统建设相关理论为依据,分析其组成结构特点,利用AHP理论,建立系统整体效能评估模型,采用灰色理论对存在作用关系的指标权值进行优化,最后结合一个具体的计算实例,说明效能评估的计算过程及可行性。

2 效能评估指标体系

2.1 指挥控制系统结构组成

根据定义和作战运用角度,C4ISR系统主要由信息基础设施、情报监视预警探测、指挥控制、电子对抗和与作战相关的使命应用组成,组织结构如图1所示。

图1 指挥控制系统的一般组成结构

C4ISR系统的目的是以提高系统信息获取能力为前提,以扩大网络信息传输能力为纽带,以提高信息融合处理能力和远程武器控制能力为核心,采用先进的信息技术,实现战场空间的信息共享、武器共用、网络化的指挥控制,使部队在相关的作战空间上信息获取能力、信息传输能力、信息处理能力、信息控制能力、信息安全防护和信息支援保障能力,以及对空、对海、对潜的作战指挥和导弹武器打击能力有大幅度的跃升,从而形成具备整体对抗能力的电子信息装备体系,保证协同作战和参加联合作战的需要。

2.2 效能评估指标体系

遵循构建指标体系的整体性、科学性、客观性及可行性等原则,制定充分体现C4ISR系统功能的完整指标体系,从根本上保证了评估的科学性,有效防止因评估者认识能力不同而产生的巨大差异,通过研究发现,C4ISR系统具有以下显著特点: 1) 遭受到敌方硬火力打击时具有很难的再修复和再使用特性; 2) 当关键节点或者路由遭受摧毁时容易陷入瘫痪。

借鉴目前美军“联合能力集成与开发系统”分析过程的思想[10],按照目标、能力、体系三因素逐步分析,自顶向下得到系统目标、保障能力、体系功能,结合目标任务与层次分析法制定指标体系,其结果如图2所示。

图2 指挥控制系统效能评估指标体系

3 AHP效能评估改进模型

3.1 基于灰色理论的评价向量生成

表1 判断矩阵取值情况

判断矩阵指将n个影响因素两两比较后按照表1规则所建立的矩阵。A是一个一致性矩阵,其主特征值对应的主特征向量元素的大小,表示了各评价对象的优先级顺序[3]。

以此类推,可得到E中各一级指标相对于E的权重集w={w1,w2,…,wr},因此,第二级灰色综合评判向量B={w},R={b},其中b表示该情况作战指标属于Vi的灰度。

3.2 相容性检验

根据表1,应用比例标度法,对同层因素两两比较,得出判断矩阵C,见表2。

求C的最大特征根所对应的特征向量,经标准化后,得到同层各因素相对于上一层各因素的相对重要性权重,进行相容性检验:

相容性指标:

表2 指挥控制系统判断矩阵

如果CI≤0,则矩阵有相容性,特征向量{w1,w2,…,wr}就是所确定的各因素权重,当CI>0,需重新调整判断矩阵的元素,直到具有满意的一致性为止。

4 应用举例

根据上述效能评估改进模型,邀请10名专家采用打分方式对某一指挥控制系统效能指标进行评价,其结果如表3所示。

表3 专家打分结果

根据表2,可得到上述五种指标的判断矩阵:

经计算,A1～A5均满足相容性要求,进一步,根据3.1节可计算出第一级灰色综合评判向量为

B1=W1R1=(0.0316 0.332 0.532 0.0321 0.2366 0.3846)

B2=W2R2=(0.0728 0.234 0.2378 0.2899 0.1488 0.0123)

B3=W3R3=(0.4312 0.2179 0.4323 0.3473 0.3566 0.0538)

B4=W4R4=(0.0832 0.4282 0.2398 0.5623 0.6343 0.0389)

B5=W5R5=(0.032 0.528 0.0189 0.2388 0.5238 0.0523)

进一步可得第二级灰色综合评判向量为(0.052 0.1934 0.2023 0.3998 0.287 0.1033),根据最大隶属度原则,该单位研制的指挥控制系统效能一般,需要对其进行二次开发或性能改进,以增强其效能。

5 结语

提高武器装备的作战效能是装备发展的主要目标,武器装备效能评估分析是装备发展科学决策的重要依据。在运用AHP法对指挥控制系统进行效能评估过程中,引入灰色理论可以很好地解决指标权重的调优问题,有利于保证评估结果的客观性与合理性。下一步将重点研究灰函数的定义及适应性问题,以便进一步提高模型解决实际问题的能力及效果。

[1] 刘桂芳,张健,陈凤滨.高技术条件下的C4ISR—军队指挥自动化[M].长沙:国防大学出版社,2002:3-10.

[2] 胡玉农,夏正洪,王俊峰,等.复杂电子信息系统效能评估方法综述[J].计算机应用,2009,26(3):819-822.

[3] 基于AHP和灰色评估法的水面舰艇编队作战效能评估[J].指挥控制与仿真,2007,29(3):19-73.

[4] 蒙存占,何成铭,孙红宇,等.基于模糊综合评估法的装备保障系统效能评估[J].四川兵工学报,2008,29(6):12-15.

[5] 刘思峰,郭天榜,党耀国,等.灰色系统理论及其应用[M].北京:科学出版社,2004:25-28.

[6] 赵德才,汪陆平,李骥,等.基于ADC模型对通信系统效能的评估方法[J].舰船电子工程,2009,29(6):96-98.

[7] 白炜,鞠儒生,邱小刚.基于RBF神经网络的作战效能评估方法[J].系统仿真学报,2008,20(23):391-397.

[8] 郭奇胜.装备效能评估概述[M].北京:国防工业出版社,2005:70-75.

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[10] 白风凯,方家银.装备联合能力一体化研究[J].装备指挥技术学院学报,2005,12(1):11-14.

An Improved Effectiveness Evaluation Method of Command and Control System Based on Analytic Hierarchy Process

JIN Kun LIU Zhaoping

(The Marine Department, Naval Marine Academy, Guangzhou 510430)

A kind of effectiveness evaluation model is created with full consideration of composition structure of current command and control system. It is given math model and implementation detail of effectiveness-evaluating based on analytic hierarchy process, while effectiveness index adjustment is well done by importing grey theory that can ensure the evaluation result objective and reasonable. Lastly, feasibility of this method is proved by an instance.

command and control system, analytic hierarchy process, grey theory, consistence verification

2014年7月10日,

2014年8月29日

金琨,男,讲师,研究方向:作战指挥,战术建模及仿真。刘兆平,男,副教授,研究方向:联合作战。

TP309

10.3969/j.issn1672-9730.2015.01.034