基于防空弹药配送的公路网道路重要度测算研究*

高慧明 王永忠 黄德所

(陆军军官学院 合肥 230031)



基于防空弹药配送的公路网道路重要度测算研究*

高慧明 王永忠 黄德所

(陆军军官学院 合肥 230031)

为了解决战时道路抢修缺少定量数据的参考,提出了一种路网结构与配送数量相结合的道路重要度测算方法。以防空弹药配送为基本算例,结合敌机选择性攻击,通过对比攻击前后某段路网对于配送影响,从而计算出道路重要度的数值。结果表明:此种方法易于实现、方便集成于军事后勤管理系统之中,更有效地为指挥员提供决策支持。

道路重要度; 弹药配送; 选择性攻击; 最大最小蚁群算法

Class Number U695

1 引言

战时公路网是敌机攻击的重要目标[1]。由于飞行半径、攻击成本等条件的约束,某国敌机战时将采用选择性攻击的手段,重点攻击公路网的主干道路[2]。工程保障部队指挥员通过对道路重要度的测算,可以为防空弹药配送道路实施伪装防护、抢修抢建[3]等提供定量依据。因此,道路重要度的测算是一项非常有意义的工作[4]。

2 道路重要度测算研究现状

当前对于道路重要度测算相关的工作主要分为两类,即:

1) 图论的角度。其基本思路是将路网抽象为图,将路网的交叉口定义为节点,采用图论进行研究。这一类研究当前热点是结合复杂网络系统理论进行展开[5～7]。研究内容主要围绕节点的重要度,即节点的接近度、介数、凝聚度等参数的定量化。

2) 道路规划角度。基本思路是从道路网络自身特性出发,以规划为视角,建立相应的指标体系[8～10]。这些指标包括道路等级、通行能力、隐蔽性、地理位置等。通过专家打分的方法进行排序,再采用相关的算法,如模糊分类、AHP方法、灰色理论等,综合计算出道路的重要度。

在当前研究中,第一类方法是从网络拓扑结构出发,确定节点的重要度,没有考虑到军事后勤运输系统和敌机攻击等实际因素的影响。对于防空部队来讲,网络节点,并不完全是路的交叉口,而是需要弹药量的作战部队。

第二类方法存在的主要问题是“粒度”过大。这种方法在实施时,由于无法将每一段道路进行打分,只能先将道路“粗略”地分为几大类,再通过AHP等方法进行测评。缺点是无法精确地为每一段道路提供出定量的数据。

此外,以上这两种方法都无法解决,工程保障部队指挥员的定量需求。例如,“某段道路是否需要抢修”、“抢修后带来的效益是多少”。

本文提出一种新的方法,即结合路网结构与防空兵弹药配送网络来计算出道路重要度的方法。

3 战时道路重要度测算方法

防空弹药配送是由隶属于军事后勤的弹药仓库,根据防空部队的弹药需求量,通过调派车辆进行弹药前送的运输行为。防空兵作战的部署一般在道路或临时道路附近布置作战部队。如果以图来描述,则作战部队是节点,节点与节点之间为图的边。由于作战部队可以携行部分弹药。当弹药消耗量不需要补充时,作战部队不会提出补充弹药的申请。

由此可以得出,战时道路重要度测算不但取决于路网,也取决于弹药配送网络。对于某路段,即使它在网络拓扑结构中很重要,但如果实际配送网络没有选择它(此段道路上的配送数量为0),那么,在战时,工程保障指挥员可以不需要对它进行抢修,由此,可以得到公式:

Ij=f(R,Q)

(1)

式中,Ij为道路重要度,R为路网,Q为防空弹药配送网络。

由于主干道路是敌机攻击的首先目标,假设某段公路遭受敌方空袭并损毁,工程保障指挥员需要考虑如下问题:

1) 当前路网是否能够满足后勤物资配送的状况。

2) 如果能满足配送要求,是否有必要抢修损毁的路段,以提高弹药配送的效率。

以上两个问题分解为以下步骤:

Step 1 在道路完好的情况下,给定道路网络、各节点弹药需求数量,计算最优的配送路线A。

Step 2 敌方攻击某条道路后,计算当前路网的最优配送路线B。路线B如果能满足所有节点的弹药配送任务,则进入Step 3,否则,抢修当前路段。

Step 3 比较路线A与路线B的综合差值,即为此段道路重要度Ij的描述。

Step 4 指挥员综合考虑Ij值和其它因素(其它资源),决定是否进行抢修损毁的路段。

4 算例分析

4.1 计算路线A

假设战斗区域的地理环境,人烟稀少,地势平坦。一是配送时间充裕,可以每天配送一次,时间充足,不用考虑车速的问题;二是人烟稀少,容易被敌侦察发现,应当尽量减少配送车辆的数量,减少被敌发现的概率;三是地势平坦,车辆行车的目标可以直接以直线进行前进;四是仓库弹药充足;五是配送车辆充足,每个配送点只由一辆车配送;六是配送点(弹药库)为一个[11]。

为便于研究,此问题可以抽象为:共有k辆容量为q的车辆,只有一个起点,所有的车辆均从起点出发,结束任务后,返回起点。共有N个访问节点;访问节点的货物需求均小于q;dij为两点之间的距离。求满足配送任务需求的情况下,最短的运输路径,同时,尽可能减少派出车辆的数量。属于有约束容量一个起点的车辆路径优化问题。

约束条件为

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

约束条件(2)代表最小派出车辆数目;条件(3)约束所有的车辆从起点出发,并返回起点;约束(4)与约束(5)主要保证每个节点只访问一次。约束(6)表示每辆车的载重量不超过车辆的最大载重量。约束(7)代表哪一辆车从i到j状态函数。

目标函数为

(8)

求解距离最短。

假设防空部队下面有八个营,每个营下面有三个连。配送中心为第一点。共计25个点。点的坐标与弹药的需求量为如表1所示。

表1 需要配送点的参数

由于VRP问题是一个NP难问题,寻优求解方法主要以智能算法为主,本研究采用最大最小蚁群算法进行求解。假设车载重量为6000,迭代次数为500。经过计算得到表2和图1。

表2 路线A的结果

图1 路线A路径

4.2 计算路线B

假设部队05与部队09之间的公路为等级公路(简称道路0509),并遭敌机轰炸后,道路0509产生中断。

表3 重要度计算对比

4.3 计算战时道路重要度

由以上分析可以得知道路0509重要度为

k0509=1238.2-1185.1=53.1

(9)

即在表1的弹药配送量的情况下,道路0509的重要度为53.1。即如果对于道路0509进行抢修,给配送带来的效益,减少53.1的配送距离。根据敌机选择性攻击的路段,可以计算出重要路段的重要度。如表4所示。

表4 选择性攻击路段的重要度

面对此种情况,工程保障指挥员可以综合权衡抢修路段所需要花费的其它资源,如派出车辆、人力、物资器材做出决策。

从表4中,可以得出,重要度最大的为I1822,因此,在当前弹药需求的情况下,战前应当重点伪装路段R1822,同时它也是战时抢修的重点。

从以上分析可以得出,这种方法比单纯地采用图论的方法或AHP等方法得到的数据更具有说服力。同时,此方法可以根据实际情况,动态分析路网与配送网,适应性很强。

5 结语

本文根据防空弹药配送的实际情况下,构建了战时道路重要度测算方法。本测算方法可以为工程保障指挥员提供战时道路重要度战术级的决策支持,同时方法实现简单、能够集成于军事后勤资源管理系统之中,具有较好的扩展性,可以为实战提供决策支持。

进一步研究的工作是: 1) 多个路段遭受攻击时,将产生多重组合,道路重要度如何计算; 2) 不同道路网络结构和防空弹药配送量对于道路重要度的影响程度。

[1] 王海威,陆化晋,蔚欣欣.基于灰色聚类的区域国防公路网节点层次划分[J].交通运输系统工程与信息,2009,9(3):23-28.

[2] 田海,康保国.基于选择性攻击的区域国防公路网可达性研究[J].公路,2010,10:142-146.

[3] 邵玉平,陈少元,刘月,等.战区车辆装备应急保障力量抽组问题研究[J].兵工自动化,2013,32(6):20-22.

[4] 海军,陈斌.战场公路网道路重要度定量评价初探[J].国防交通工程与技术,2007(2):40-42.

[5] 洪增林,刘冰砚,张亚培.复杂网络在交通网络节点重要度评估中的应用[J].西安工业大学学报,2014,34(5):404-410.

[6] HU B, LI F, ZHOU H S. Robustness of Complex Networks under Attack and Repair[J]. Chinese Physics Letters,2009,26(12):12-18.

[7] 邱原,邢焕革.基于复杂理论的作战网络关键边评估方法[J].兵工自动化,2011,30(8):22-26.

[8] 王旭,刘世铎,贾红兵.基于灰色关联分析的公路网节点重要度测算方法研究[J].交通标准化,2010(8):91-94.

[9] 冯焕焕.基于粗糙集和合理变权的公路网节点重要度测算方法[J].公路工程,2012,37(2):60-64.

[10] 李娟.重要度在公路网布局优化中的应用[J].铁道运输与经济,2007,29(7):10-12.

[11] 高慧明,王永忠,黄德所.某防空旅战时弹药配送模型与MMAS求解[C]//第九届中国系统建模与仿真技术高层论坛,2014(1):66-70.

Calculation of Road Important Degree for Highway Network Based on Air Defense Ammunition Distribution

GAO Huiming WANG Yongzhong HUANG Desuo

(Army Officer Academy of PLA, Hefei 230031)

In order to give the commander which road section should be repair first, this paper introduces a new method to calculate the road important degree. This method considers both the highway network and air defense ammunition distribution. Based on selective attack, it gives an example in detail. It calculates the optimal road before and after the selective attack. The results show that this method is easy to realize. It is convenient to integrate into the management information system for logistics. This method is effective for commander to make decision.

road importance degree, ammunition distribution, selective attack, MMAS

2015年3月7日,

2015年4月26日

全军军事学研究生资助课题(编号:2012JY002-295)资助。

高慧明,男,硕士研究生,研究方向:复杂系统、智能算法。王永忠,男,博士,讲师,研究方向:复杂系统与仿真。黄德所,男,博士,教授,研究方向:复杂系统。

U695

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.09.032