基于云模型理论的某作战平台海战场环境评估*

陈长青　杨晓东　朱德宝　张　勋

(1.海军潜艇学院航海观通系　青岛　266042)(2.海军潜艇学院作战指挥系　青岛　266042)

(3.海军潜艇学院　青岛　266042)



基于云模型理论的某作战平台海战场环境评估*

陈长青1杨晓东1朱德宝2张勋3

(1.海军潜艇学院航海观通系青岛266042)(2.海军潜艇学院作战指挥系青岛266042)

(3.海军潜艇学院青岛266042)

摘要针对我某型海上作战平台未来海上作战对海战场环境信息的依赖与需求,开展了某型海上作战平台海战场环境综合效能评估。将人工智能领域的云模型理论与模糊综合评价方法相结合,对海战场环境的量化评估和战场环境安全进行分析。能较好处理定量信息与定性信息的转换,体现海战场环境评估的科学性,能为我某型海上作战平台遂行作战任务安全决策提供咨询。

关键词云模型; 海战场; 环境; 评估

Comprehensive Evaluation of Combat Platform’s Sea Battle Environment Based on Cloud Model Theory

CHEN Changqing1YANG Xiaodong1ZHU Debao2ZHANG Xun3

(1. Navigation Department, Navy Submarine Academy, Qingdao266042)(2. Combat Commanding Department,Navy Submarine Academy, Qingdao266042)(3. Navy Submarine Academy, Qingdao266042)

AbstractAccording to the reliance and requirements of sea battle environment message in the future combat of our combat platform, the comprehensive evaluation of the sea battle environment is conducted. The method of cloud model and fuzzy mathematics is used to analyze the safety of the sea battle environment. It can be better applied in dealing with problems that both have fixed quantity and fixed quality characteristics. This scientific way of dealing with sea battle environment evaluation problem, will make good advices to the combat platform’s combat operation.

Key Wordscloud model, sea battle space, environment, evaluation

Class NumberE925

1引言

某型海上作战平台海战场环境综合评估受多种因素的影响,具有较大的随机性和模糊性。杨理智等[1]用基于云模型方法的量化分析,开展了潜在军事冲突对我海上能源战略通道安全的风险评估,很好解决了定性评价向量化评估转变的实际问题。吴禹力等[2]采用基于云重心的海战场环境评估方法,构建了海洋环境指标体系,并进行评估,但该文献着眼于海军水面舰艇兵力应用层面,关于某型海上作战平台兵力行动较为敏感的相关海洋环境要素缺乏针对性。郑均杰等[3]给出了海战场电磁环境的定义和复杂性分析,运用模糊综合评判模型对海战场环境进行了研究。李玉阳等[4]针对海洋水声环境特点,建立了水下水声场相关模型,利用实测数据构建快速评估系统,为水下战场环境的实时保障提供了一种有效途径。本文在相关工作基础之上,通过引入云模型的评估方法,开展海战场环境的综合评估,以期为某型海上作战平台航路规划提供更具科学性、实用性的决策咨询。

2云模型理论及其适应性

2.1云的基本概念

云[5]是用自然语言表示的某个定性概念与定量表示之间的不确定性转换模型,具有直观性和普遍性。它主要反映概念上的不确定性,即模糊性(边界上的亦此亦彼性)和随机性(发生的概率)。

图1　云模型的数字特征[6]

云的数字特征用三个参数来描述,即期望值Ex(Expected Value)、熵En(Entropy)和超熵He(Hyper Entropy),三个数字特征整体表征一个概念,记做CG(Ex,En,He)。其中期望值Ex为概念上的原型值(中心值、标准值),最能代表这个定性概念的数值;熵En为概念不确定度的度量,熵越大,概念相对越模糊;超熵He为熵的不确定性程度的度量,即熵的熵,反映了云的离散程度。

2.2云发生器

云发生器CG(Cloud Generator)指被固化了的云模型生成算法,主要有正向云发生器和逆向云发生器两种[7]。正向云发生器实现定性语言值到定量数值的转换,在已知三个数字特征的情况下用来生成所需数量的云滴,如图2所示。逆向云发生器实现定量数值到其定性语言的转换,即从给定的云滴样本中求出正向云发生器的三个特征数字,从而实现对样本数据的定性评价。下面以正向云发生器为例进行介绍。

图2　正向云发生器

3某型海上作战平台海战场环境综合效能评估指标体系的建立

由于海战场环境综合评估的涉及面很广,因此,能否构建一个科学的指标体系是整个评估工作的关键[8]。本文在已有研究基础上,通过收集相关某型海上作战平台海战场环境资料、系统把握海战场环境评估的范围、需求,并结合领域专家的意见,构建了一个通用的某型海上作战平台海战场环境指标体系,如图3所示。

图3　某作战平台海战场环境指标体系

4确定权重

采用专家咨询的方法为各层指标建立权重因子,这些权重因子全部用定性语言表述,如“重要”、“比较重要”、“不重要”等。再将其转化为正态云来表述,用不同的正态云图表示其不同的重要程度。不失一般性,可以将权重因子集描述为W={W1,W2,…,Wn}。通常权重因子集的等级不低于3级,不高于9级[9]。

运用专家咨询法对指标进行打分,对专家的打分过程不一一列举。这里仅以如何确定一级指标权重为例,根据专家打分结果,列出专家打分矩阵:

(1)

计算专家打分矩阵各行元素乘积的n次方根,并进行归一化处理,如表1所示。

表1　某作战平台海战场环境指标权重统计表

5模糊综合评价

由于本文涉及的要素指标项过多及篇幅所限,下面仅以指标U11一项为例,给出将定量数据转化为云模型的具体操作流程。在[0,1]之间可以将论域分为五个评估等级:“很好”、“好”、“一般”、“差”、“很差”,并分别对应其云模型。存在双边约束[Cmin,Cmax]的评语,可利用下式计算云的数字特征:

Ex=(Cmax+Cmin)/2

En=(Cmax-Cmin)/6

He=k

(2)

其中,k为常数,可根据评语本身的模糊程度来具体调整。对于只有单边约束Cmin或Cmax的评语,可以先确定缺省期望值,再按照公式计算云参数,用半升半降云来描述。

邀请十位专家对这一项进行打分,专家打分的依据为不同级别的指标U11对某型海上作战平台隐蔽性的影响情况。本文由传统打分中给定单一评价值扩展到给定评价范围,再分别计算指标的最大评价值和最小评价值,再通过云模型综合提升概念,建立专家评价云模型[10]。例如,专家1认为,指标U11对某型海上作战平台隐蔽性的影响介于比较重要和重要两个等级之间(该区间满足0≤专家给定评价值≤0.6),可给予最大评价值0.4,最小评价值0.2。汇总十位专家的打分表所表2所示。

表2　指标U11对某型海上作战平台隐蔽性重要程度专家打分汇总表

同理,再对其他指标进行打分。根据逆向云发生器算法并结合运算公式,计算可得指标U1的综合云模型如表3所示。

表3　指标U1下要素云模型示意表

在得到底层指标云模型的数字特征值之后,再结合该层指标项的各项权重值,就可以得到其上层指标项的评价结果,公式如式(3):

(3)

通过上述步骤从下而上逐步计算,得到最终目标层的结果。通过正向云发生器,生成系统的综合评估云图,得到评估结果。

则指标U1的最终云模型为

(4)

同理,可以通过计算得到:

(5)

(6)

(7)

(8)

综合指标对应的权重,运用公式得出某型海上作战平台海战场环境的最终评估云模型

(9)

某型海上作战平台海战场环境的各个指标评价集采用五级标度法,对应的定性语言值范围设定为[0,1]。将建立的实际云RC与对应的云标尺评估云进行相似性比较,找到最相似的评估云,如图4所示。比较相似度后,可以看出,我某型海上作战平台海战场环境综合评估结果是介于比较危险和一般安全之间,更加接近于一般安全。

图4　某型海上作战平台海战场环境综合评估结果

6结语

某型海上作战平台海战场环境综合评估是一个主客观信息多元集成的复杂体系,基于云模型的效能评估方法能有效地实现定性和定量信息的相互转换,将模糊性和随机性进行了较为合理的处理,有效地解决了某型海上作战平台海战场综合效能评估的不确定性,体现了科学性。在下一步的工作中,将针对某型海上作战平台遂行不同的作战任务,对敏感海区和敌情信息进行分类、筛选和研究,通过动态分析某型海上作战平台行动过程中的航路规划问题,以及海战场环境动态评估,为我某型海上作战平台未来海战场作战提供科学决策支持。

参 考 文 献

[1] 杨理智,张韧.基于云模型的我国能源战略通道安全风险评估[J].军事运筹与系统工程,2014,28(1):74-80.

[2] 吴禹力,郑有志.基于云重心方法的海战场环境评估[J].指挥控制与仿真,2011,33(5):65-67.

[3] 郑均杰,王晓东.基于模糊综合评判法的海战场电磁环境复杂度研究[J].舰船电子对抗,2013,36(3):39-42.

[4] 李玉阳,笪良龙,韩梅,等.水声环境快速评估建模与仿真[J].系统仿真学报,2012,24(6):1156-1160.

[5] 沈进昌,杜树新,罗季阳,等.基于云模型的模糊综合评价方法及应用[J].模糊系统与数学,2012(12):115-123.

[6] 汤君,赵文杰,李德军.基于云模型的战场情报综合效能评估[J].舰船电子工程,2012(6):37-39.

[7] 韩冰,刘义军,陈汶滨,等.基于云模型的指标权重获取方法[J].软件导刊,2012(5):15-17.

[8] 李健伟,刘璘,吴宏超,等.基于云模型的机载雷达告警设备威胁告警能力评估[J].舰船电子工程,2014(6):64-67.

[9] 李德毅.不确定性人工智能[M].北京:国防工业出版社,2005.

[10] 杨峰,赵慧波,吴俊,等.基于云模型的战略预警信息系统效能评估[J].系统工程与电子技术,2014(7):1332-1338.

中图分类号E925

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.01.007

作者简介:陈长青,男,硕士研究生,讲师,研究方向:载运工程。杨晓东,男,博士,教授,研究方向:舰船航行与监测。朱德宝,男,硕士,副教授,研究方向:作战指挥学。张勋,男,硕士研究生,研究方向:作战指挥学。

*收稿日期:2015年7月5日,修回日期:2015年8月26日