基于云理论的坦克驾驶模拟器训练效果评估

孟 辉,薛 青

(1.装甲兵工程学院, 北京 100072； 2. 68304部队, 陕西 渭南 715200)

【后勤保障与装备管理】

基于云理论的坦克驾驶模拟器训练效果评估

孟 辉1,2,薛 青1

(1.装甲兵工程学院, 北京 100072； 2. 68304部队, 陕西 渭南 715200)

运用装备作战仿真技术进行模拟训练是解决实战化训练问题的突破口，而对于模拟训练来说，评估问题一直是比较棘手的难题。针对该问题，以坦克驾驶模拟器训练效果评估问题为主要研究对象，在确定了评价指标体系的基础上，运用云理论知识，建立云模型对定性数据进行了处理和综合评估，通过实例验证了该方法的可行性，为处理定性-定量指标综合评价问题以及仿真系统的效果评估问题提供了有意义的探索和借鉴。

模拟器；云理论；评估

运用装备作战仿真技术进行模拟训练是解决实战化训练问题的一个突破口。它具有代入感强、经济效益好、可重复度高等优点，而且能够克服天气、地形等客观不良因素的影响，模拟不同的战术背景，对训练进行全时掌控和调整，进而大大地提升训练效果，能够满足当前部队以任务为牵引的训练要求。

以坦克驾驶模拟器为例，它是通过模拟真实坦克的驾驶性能，为训练对象提供可靠的驾驶环境的模拟训练系统。当前建设中的坦克驾驶模拟训练系统，在功能上能够较好地模拟真实坦克的性能，使受训对象能通过训练掌握驾驶的基本动作要领和技能，提升实车训练的效率。 但是，“以模拟仿真器为主的训练在多大程度上能够代替实际的训练?”、“如何对模拟器的训练效果进行评估？”这两个问题一直在仿真领域是一个解决不好而且也不好解决的问题。因为基于模拟器的训练更多时候是在定量数据的基础上进行开发和利用的，而实际的训练要求和评估结果分析却又必须通过自然语言这种具有高度不确定性的形式进行体现。而云理论在解决此类定性-定量指标综合评价问题具有得天独厚的优势，可以用来作为解决上述问题的有效方法。

1 坦克驾驶模拟器训练效果评价指标体系

对坦克驾驶模拟器的训练效果的评估需要考虑很多的指标，包括一些很具体的性能指标和一些不确定性指标，而这些不确定性指标的重要性在专家进行评价的时候表现的更为明显[1]，通过在实践中总结分析，建立基于专家系统，坦克驾驶模拟器训练效果评价指标体系如图1所示。

图1 坦克驾驶模拟器训练效果评价指标体系

1) 操作感觉评价。主要是对驾驶模拟器操作部件的性能是否与实车感觉相一致进行评价。包括驾驶操作的基本流程是否正确、操作部件的力感、系统响应是否与实车的感觉相一致。

2) 模拟性能评价。主要是对驾驶模拟器的动力学性能和运动学性能是否与实车相符进行评价。动力学性能主要包括：发动机的性能、通过不同地形障碍物时车辆的转速、整个车辆的状态以及其他性能指标的变化；运动学指标主要是指在不同的情况之下车辆的速度、转向性能等。

3) 环境逼真度评价。主要是指对视景仿真的逼真度、训练障碍物的设置是否准确进行评价。在实际的评估过程中发现，视景仿真的逼真度直接影响受训对象驾驶技能的形成和掌握。

2 云模型评估方法

2.1 云模型的基础理论

2.1.1 云的概念

人们常常用自然语言对事物给出评价，云模型指的是用语言值表示的定性的概念和其定量表示之间的不确定性转换模型。

比如，设U是一个用精确数值量表示的论域，与U相对应的定性概念是A，那么，对于任意一个论域中的元素x，都有一个具有比较稳定倾向的随机数y∈[0，1]，y也叫做x对A的隶属度，将隶属度在论域上的分布称为隶属云，简称为云。云由大量的云滴组成，它的形状体现着定性概念的关键特性。每一个云滴都是对相应定性概念的定量描述。云滴的生成，表征着相应的定性概念与定量值之间存在着的不确定性映射。根据论域U的维数进行分类，一维云、二维云、多维云等多种不同类型[2]。

2.1.2 云的数字特征

云的数字特征反映了定性知识的定量特性，用期望值Ex、熵En、超熵He3个指标来表征，如图2所示[2-3]。

图2 云的数字特征示意图

期望值Ex:是最能代表这个定性概念的值也是概念在论域中的中心值，100%地隶属于这个概念[2]。

熵En:反映了在论域中可被这个概念所接受的数值范围，是定性概念模糊度的度量，熵越大，概念所接受的数值范围也越大，概念越模糊[2]。

超熵He:是熵En的熵，反映了云滴的离散程度。超熵越大，云滴离散度越大，隶属度的随机性越大，云的“厚度”也越大[2]。

可见，云模型的3个数字特征值把模糊性和随机性完全集成到一起，构成定性概念和定量数值之间的映射关系，并以此作为知识表示的基础。

2.2 基于云模型评价的基本方法

2.2.1 相关各指标的云模型表示

在一个给定的系统性能评价指标体系中，首先，提取n组样品，然后将这n个精确数值型的指标通过云模型来表示。其中[3]

Ex=(Ex1+Ex2+…Exn)/n

(1)

(2)

每个语言型值的指标都可以用对应的一个云模型来表示，因此对于n个语言值表示的一个指标，可以用一维综合云来表示[2]

(3)

En=(En1+En2+...Enn)

(4)

2.2.2 用综合云表征系统状态

对于系统的多个性能指标，可以用多个云模型来表征，由于每个指标都有相应的权重，因此系统的状态可以用综合云来刻画[4-5]。综合云产生方法如下。

定义：给定论域上的两个云C1和C2，分别描述为C1(Ex1,En1,HE1),C2(Ex2,En2,HE2)[2],假设有常数λ，则

(5)

λC=(λEx,λEn,λHe)

(6)

2.2.3 评测的评语集

根据分析和实际需求，采用由5个评语组成的评语集：

V=(v1,v2,…，v5)=(Vt|t=1,2,…，5) =(差、较差、一般、较好、好)构成了一个定性评测的云发生器。

3 坦克驾驶模拟器训练效果评估实例分析

1) 根据上面提出的坦克驾驶模拟器训练效果评价指标体系，采用专家评估的方法，对3项指标(操作感觉评价E1、模拟性能评价E2、环境逼真度评价E3)分别进行评价，结果如表1所示。

表1 坦克驾驶模拟器训练效果评价表

2) 运用云理论，将语言值用相应的3个数字特征值来表征。Ex的值作为表1中语言值的定量表达式，由此实现从定性表述到定量表示的转化，转化结果如表2所示。

3) 由表2、式(3)、式(4)可以求得坦克驾驶模拟器训练效果3项评价指标分别的云模型的参数Ex、EN，超熵He的值通常依据评语的模糊程度来调整，这里取值0.03。求得各指标云模型参数如表3所示。

表2 评价值定量表

表3 各指标云模型参数表

4) 对3个指标的云模型进行一个综合，最终形成对整个坦克驾驶模拟器训练效果评估的云模型E0，利用层次分析法，根据图1中的评价指标体系计算权重，由于篇幅有限，权重计算过程在此略去，经计算求得操作感觉评价E1、模拟性能评价E2、环境逼真度评价E33个指标的权重为(0.4,0.4,0.2)，将权重代入式(5)进行计算，得出综合评价云模型E0(0.712 5, 0.042 51, 0.013 41)。

通过分析综合云模型的云图，如图3所示，可以发现，评价结果云模型的大部分云滴被 “较好”的评价云所占有，因此可以判断对该型号的坦克驾驶模拟器的训练效果综合评价结果为“较好”。

图3 评估结果云图

4 结束语

从评价结果看出，云理论提供了一个很好的方法，在不损失其模糊性的基础上，通过将定性的语言和指标量化，较好地表征了评价结果的随机性和模糊性，能够很好地反映真实系统的重要特性。本研究结合项目研究所得，提出了坦克驾驶模拟器训练效果评价指标体系，在此基础上运用云模型对采集到的定性数据进行了处理和综合评估，对处理定性-定量指标综合评价问题以及仿真系统的效果评估问题提供了有意义的探索和提高。

[1] 周梅军，朱宏.军用训练模拟器综合评估的模糊层次模型[J].兵工自动化，2009,28(5)：41-42.

[2] 秦昳，卢强，黄士坦.基于云理论和信息融合理论的系统性能评估方法研究[J].计算机工程与科学，2012,34(2)：181-185.

[3] 邓建军，杨建军，高峰.基于云理论的地空导弹武器假目标逼真度评价[J].火力与指挥控制，2013,38(3)：92-94.

[4] 薛青.装备作战仿真基础[M].北京：国防工业出版社，2010.

[5] 马亚龙，邵秋峰.评估理论和方法及其军事应用[M].北京：国防工业出版社,2012.

(责任编辑 杨继森)

Research for Training Effectiveness Evaluation of Tank Driving Simulator Based on Cloud Theory

MENG Hui1, 2, XUE Qing1

(1.Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China; 2.The No. 68304thTroop of PLA, Weinan 715200, China)

The simulation training is the key technology for solving the problem of actual military training. To solve the difficult problem of evaluating the simulation training, the cloud theory was applied in evaluating the tank driving simulator. Based on establishing the index system of training effectiveness evaluation of tank training simulator, the cloud models of each sub-index were proposed with cloud theory. The practical calculation result shows that the method is feasible. It provides meaningful exploration for dealing with comprehensive evaluation and effectiveness evaluation of simulator.

simulator; cloud theory; effectiveness evaluation

2015-03-09

孟辉(1988—)，男，硕士，助理工程师，主要从事装备作战仿真研究。

10.11809/scbgxb2015.08.020

孟辉,薛青.基于云理论的坦克驾驶模拟器训练效果评估[J].四川兵工学报，2015(8):82-84.

format:MENG Hui,XUE Qing.Research for Training Effectiveness Evaluation of Tank Driving Simulator Based on Cloud Theory[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(8):82-84.

TP391；TJ811

A

1006-0707(2015)08-0082-03