基于三角模糊函数的气垫登陆艇登陆点选择优化模型*

晁双喜 郭江龙

(92529部队 台州 317604)



基于三角模糊函数的气垫登陆艇登陆点选择优化模型*

晁双喜 郭江龙

(92529部队 台州 317604)

针对气垫登陆艇夺岛作战时登陆点选择优化问题,根据登陆点的选择要求,确定四个基本的影响因素,利用三角模糊函数建立登陆点选择优化模型。并依据该模型进行实例分析,得出气垫登陆艇四个备选登陆点的选择排序。通过实验分析,该模型能够快速地实现对登陆点的排序选优,为指挥员提供辅助决策。

气垫登陆艇; 登陆点; 选择优化; 三角模糊函数

Class Number E919

1 引言

气垫登陆艇登陆地域的选择对于实施登陆作战有着至关重要的作用,成功的登陆作战依赖于恰当的登陆地域[1]。通常,在一个登陆地域中要选择若干登陆场,而一个登陆场又包括若干登陆点。在夺岛作战中,实施水平登陆的规模应不超过营级,实施垂直登陆的规模通常不超过连级,因此仅需确定登陆点即可。

使用综合登陆舰实施夺岛作战主要依靠气垫登陆艇进行超越登陆,这无疑拓展了登陆点选择的范围,降低了对登陆点选择的要求。但由于气垫登陆艇也有其自身的弱点,因此还应综合各方面因素,确定有利的气垫登陆艇登陆点。

2 气垫登陆艇登陆点选择要求

登陆点是两栖作战部队最终要夺取并巩固的陆上地区。采用气垫登陆艇实施登陆作战时,登陆点的选择通常考虑的因素主要有:

1) 较好的岸滩条件

气垫登陆艇相对常规登陆艇受自然地理条件影响较小,不受水深、暗礁等的影响,也不受或少受敌布设障碍的限制,因而可以一次性投送大批量的兵力突击上陆,迅速对敌形成兵力和火力优势,这种高能聚放的特点也正是非传统登陆作战的优势所在。但气垫登陆艇仍受岸滩条件的限制。在高度上,气垫登陆艇仅可超越1m～1.5m高的障碍;在宽度上,它只能跨越5m～6m宽的堑壕;在坡度上只可在坡度为5°左右的路上行驶。气垫登陆艇在冲击上陆时,其登陆点附近的岸滩只有同时满足上述条件才能使用。

同时气垫登陆艇的上陆方式对登陆点的正面宽度要求较高,以一个陆战营上陆的登陆点宽度为例,通常为0.5km～1km,而使用气垫登陆艇实施登陆作战,登陆点宽度最好要达到1km～1.5km,这个宽度是传统登陆点宽度的1.5～2倍。因而,为发挥气垫登陆艇输送的优长,在考虑到登陆兵保证完成战术任务的正面登陆宽度前提下,所选择的登陆点要有尽可能宽的正面,以满足超越上陆的需要。除宽度要求外,登陆点还应具有一定的纵深,便于上岸的登陆部队展开。

2) 利于达成战术突然性

战术突然性有利于快速达成作战目的、减少战斗损伤。在高技术条件下作战,特别是渡海登岛作战,达成战术突然性越来越难,但在敌意想不到地点实施登陆攻击,也就达成了出敌不意的效果。

3) 敌防御相对薄弱

登陆作战在战术上要求避强击弱。因此,在选择登陆点时,应选择敌防御薄弱的区域登陆。防御薄弱区域,通常指敌海岸无设防或防御兵力较弱,敌未坚固筑垒,离敌重兵较远,不利于敌迅速增援的地区等。登陆场选择在这些地区,有利于登陆突破,减少已方伤亡。

4) 对敌要害的威胁大

占领登陆点通常仅仅只是达成整个作战意图的一个重要步骤或环节而不是全部,真正的目的是夺取或摧毁敌要害,从而达成作战企图。因此,登陆场应尽量选择在对敌要害威胁较大的地区,从而减少纵深推进距离,缩短敌反应时间。

上述条件往往是相互矛盾的,岸滩条件良好的地区通常也是敌防御最稳固的地区;敌防御薄弱的地区可能是对敌要害威胁最小的地区;利于达成作战突然性的地区往往又是岸滩最差的地区。因此在登陆场选择上要首先确定最重要的考虑因素,然后再综合考虑其它因素。

在夺岛作战中,要使用气垫登陆艇与直升机配合实施登陆,因此除要考虑以上因素外,还需考虑气垫登陆艇的登陆场与直升机的着陆场选择要相互配合与支援的问题,但应以方便气垫登陆艇登陆为先。

3 气垫登陆艇登岛备选登陆点

登陆(岛)作战属于攻坚作战,要求登陆兵力尽量不要分散,同时登陆场还要保证有一定的宽度,以便登陆部队的展开。本文以××岛为例,根据其地理及战场环境建设特点,选择以下几个登陆点:

1) ××岛东部登陆点

从××岛的地形特点及战场环境建设来看,××岛东部地区是其重心所在,其面积占到××岛陆地总面积的一半以上,也是××岛守敌的主要驻防区,指挥部、弹药库、主要生活设施及人员都在此处,登陆点选择在此处对敌要害威胁大。××岛的东面有较宽阔的地域,宽度约为1km,可容纳6～8艘气垫登陆艇同时登陆,纵深也有约100m,便于登陆艇上陆和部队展开,岸滩条件较好。

但由于××岛东部是其重心所在,因此也是其防御的重点所在,不利用达成战术突然性。同时××岛8个据点中有6个用于此处防御。其中2、3、4据点主要用于防御××岛东部,有40mm榴弹枪阵地5个、20m机炮阵地5个、106mm无后座力炮工事1个、机枪堡9个,抗登陆火力较强,因此,从此处登陆对于火力准备和火力支援的要求也较高。但由于××岛环礁的影响,虽然敌火力射程较近,但火力支援舰艇仍无法靠近海岸进行射击,且难以在垂直于××岛东部海岸的海域内进行机动和火力打击,而只能在与其成约45°角的北偏东方向进行射击,对射击精度及射击效果评估都造成了不利的影响。

2) ××岛南部登陆点

为夺取××岛的重心,××岛的南部也是一个可选择的登陆点。××岛的南部与××岛的东部的条件类似,只是登陆点宽度略小,仅能容纳4～6艘气垫登陆艇同时着陆,纵深也略小,不利于部队展开。

××岛南部的防御也较强,包括5、6、7三个据点,有40mm榴弹枪阵地3个、20mm机炮阵地6个、106mm无后座力炮工事2个、机枪堡5个。××岛南面相对于东面,更有利于舰炮火力支援,火力支援舰艇可选择与海岸线平行的方向进行机动,距离也可稍近,有利于提高射击效果,也有利于进行射击效果评估。

因此,相对于××岛东部,××岛南部登陆点除岸滩条件稍差外,其它条件与××岛东部基本相同。

3) ××岛西部登陆点

××岛西部是采用常规登陆方式登陆时最佳的登陆点,原因在于××岛西侧地理条件较好,无暗礁,便于排水型登陆艇抢滩,也有利于火力支援舰艇抵近射击,同时防御能力相对××岛东北部及南部也较弱,仅有3个40mm榴弹枪阵地和1个20mm机炮阵地。

但考虑到××岛西侧有湖泊,东面登陆点被分为两半,登陆点面积也较小,且完成登陆后,由于岛屿西部被湖泊分为南北两半,展开空间狭小,不利于登陆部队向东侧推进,对敌要害威胁小。

4) 湖泊东部登陆点 ××岛北部

从地形上看,××岛东部和南部地区是最有利于登陆的地点,而且也是敌之重心。但敌防御的重点也在此地,同时由于××岛环礁的影响,火力支援舰艇受暗礁的限制,不敢机动到××岛的东面实施火力支援,只能部署于南北两侧,导致××岛东部和南部地区的目标通视性不好,火力打击的效果也会受到很大影响,无法有效支援对××岛东部和南部地区登陆的部队。若在此处登陆,部队所受的损失可能较大。

通过对××岛防御阵地的分析可以发现,各防御阵地武器的射向基本都指向岛外,××岛西面内部及周围基本无防御,且为其它火力点的射击死区,从敌防御阵地的背后发动攻击,可以达成一定的战术突然性,应为一种较好的登陆方式。

4 基于三角模糊数的登陆点排序选优模型

根据以上分析可知,备选登陆点共用四处,即××岛东部、××岛南部、××岛西部及××岛北部。为能较科学地确定各登陆点的排序,除以上的定性分析外,还应进行定量评估。根据气垫登陆艇登陆点选择的影响因素及夺占××岛屿作战实际,登陆点排序选优时主要应考虑以下因素:岸滩特性、战术突然性、敌防御能力及对敌要害的威胁程度等。而在这四个因素中,除敌防御能力为成本型因素(越小越好)外,其它均为效益型因素(越大越好),为了使各因素的影响效果一致,将敌防御能力改为突破敌防御的难度。

由于各登陆点相对于各因素只能给出一个定性的评价,难以给出一个准确的数值,为减小定量数值与定性评价之间的误差,可使用一个三角模糊数来表示定性的评价结果。三角模糊数的定义为:

(1)

考虑到这四个基本因素的权重只能大概给出,而指挥员对各个登陆点可能有主观偏好,该主观偏好也可用三角模糊数来表示,为了将各登陆点的客观条件与指挥员的主观判断相结合,使客观情况与主观判断尽可能接近,从而消除排序过程中的误差,可使用对方案有偏好的三角模糊数型多属性决策方法对登陆点进行排序选优。采用三角模糊数方法进行排序的具体算法如下:

(2)

3) 由于种种条件的制约,决策者的主观偏好与客观偏好直接存在一定的偏差,为了使决策具有合理性,属性权重向量W选择应使决策者的主观偏好值与客观偏好值(属性值)的总偏差最小。考虑到规范化决策矩阵R=(rij)m×n中的元素及决策者的主观偏好值均是以三角模糊数形式给出的,利用三角模糊数比较的相似度概念,建立下列单目标优化模型:

(3)

式中,s(rij,vj)由下式计算:

(4)

式(4)表示在第i属性下决策者对第j个方案的主观偏好值vj与相应的客观偏好值(属性值)rij之间的相似度。且s(a,b)越大,三角模糊数a,b的相似的程度越大。

wi为第i属性的权重,单目标函数F(w)表示在所有属性下决策者的主观偏好值与客观偏好值(属性值)之间的总相似程度,解此线性规划模型,将得到最优属性权重向量w。

4) 在求出属性的最优权重向量w=(w1,w2,…,wn)T之后,还需算出各方案的综合属性值:

(5)

由于zj(j∈N)仍是三角模糊数,不便于直接对方案进行排序,因此可用三角模糊数比较的可能度式算出它们之间的可能度,可能度由下式计算:

(6)

其中,λ值的选择取决于决策者的风险态度。当λ>0.5时,称决策者是追求风险的;当λ=0.5时,称决策者是风险中立的;当λ<0.5时,称决策者是厌恶风险的。

利用式(6)即可建立可能度矩阵(pij)m×n,其中pij=P(zi≥zj),然后利用模糊互补判断矩阵排序向量ω=(ω1,ω2,…,ωn)T的计算公式:

(7)

求得可能度矩阵的排序向量,并按其分量大小对方案进行排序,即得到最优方案。

为将模糊语言转化为三角模糊数,现将各个因素划分为四个等级,并确定相应的三角模糊数。若可选择的登陆点较多,也可将其划分成更多的等级。

表1 登陆点选择的因素与等级

根据对各个登陆点各因素的分析,结合表1,可以确定各个登陆点对各因素的属性值,以区间数形式给出,如表2所示。

表2 四个登陆点的具体属性值

根据夺占××岛屿作战的实际,设各项指标的部分权重信息为:0.22≤w1≤0.43,0.15≤w2≤0.25,0.19≤w3≤0.31,0.32≤w4≤0.54,用上述方法进行登陆点选择和排序。首先根据表2中的数据建立模糊决策矩阵A:

利用式(2),将其转化为规范矩阵R:

根据上级作战意图和决策者自己的主观偏好,设决策者对以上目标的主观偏好如表3所示。

利用式(4)来计算相应的客观偏好值与主观偏好值之间的相似度,如表4所示。

表3 四个登陆点的主观偏好值

表4 客观偏好值与主观偏好值之间的相似度

利用式(3)可建立如下模型:

(8)

求解该线性规划模型,求出属性权重向量w=(0.22,0.19,0.25,0.34)T,然后利用式(5)求得四个候选登陆点的综合属性值,分别为模糊数:Z1=(0.310,0.518,0.874),Z2=(0.280,0.474,0.821),Z3=(0.119,0.262,0.556),Z4=(0.349,0.581,0.942)。

为了对各个方案进行选择排序,先利用式(6)求出两两比较的可能度矩阵(由于夺占××岛屿作战占有兵力优势,因此不必冒过大的风险,可取λ=0.5)为

然后利用式(7)求出可能度矩阵P的排序向量ω=(0.3532,0.3417,0.2724,0.3676)T,因此四个登陆点的排序结果为:××岛北部登陆点>××岛东部登陆点>××岛南部登陆点>××岛西部登陆点。

5 结语

本文针对气垫登陆艇夺岛作战时登陆点选择优化问题,从作战使用角度,利用三角模糊函数建立登陆点选择优化模型。基于该选择优化模型,结合实例分析,对气垫登陆艇夺岛作战时的四个备选登陆点进行选择排序。在运用该模型选择登陆点时,应尽可能采用多种侦察方法,确定气垫登陆艇夺岛作战时的影响因素,并进行科学评价,给出力求贴近实际的具体属性值,实现对排陆点准确的排序选优。

[1] 喻其宏.海岸带军事地理环境对气垫登陆艇登陆作战模糊影响模型的建立[J].解放军测汇学院学报,1997,8(24):9-13.

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Model of Air-cushioned Landing Craft Choosing Landing Site Based on Triangular Fuzzy Number

CHAO Shuangxi GUO Jianglong

(No.92529 Troops of PLA,Taizhou 317604)

According to the problem of air-cushioned landing craft choosing landing site,the method of triangular fuzzy number based on the demand of landing choice is used to deal with this problem.Through instance analysis based on the model,the selection sort of four alternative landing of air-cushioned landing craft can be acquired.By experimental analysis,the landing site can be quickly determined,and commanders can be helped to make quick decision.

air-cushioned landing craft,landing,choice the best,triangular fuzzy number

2014年8月2日,

2014年9月27日

晁双喜,男,研究方向:登陆舰编队作战。郭江龙,男,硕士,研究方向:军事运筹,舰载武器系统作战使用。

E919

10.3969/j.issn1672-9730.2015.02.011