装备保障兵棋动态评估方法研究

熊先巍，陈 琳，王文忠

（海军勤务学院战勤指挥系，天津 300450）

0 引言

军事建模仿真能够模拟高风险、高成本、难以重复的问题，因而广泛地运用于辅助决策、机关训练、裁决评估、预测战争等领域。兵棋作为战争模拟的工具，采用棋子表示作战单位、棋盘表示作战环境、规则和数据支撑推演裁决，在西方国家得到广泛应用［1］。近年来，兵棋推演正逐渐成为国内研究的热点。随着兵棋在装备保障领域发挥的作用越来越大，针对装备保障兵棋的研究日益增多，但相对作战指挥领域而言，装备保障兵棋的研究还较薄弱［2-6］。

装备保障能力的发挥依赖于科学的装备保障方案，对装备保障方案进行客观的评价是分析、改进和设计方案的基础。装备保障评估包括装备保障决策、实施至结束的全过程中所开展的分析与评价活动，是装备保障科学管理的重要组成部分，也是兵棋推演的重要功能之一。因此，结合兵棋推演开展对装备保障评估的研究具有一定的理论意义和现实意义。本文重点对基于兵棋系统的装备保障评估方法进行了研究。

1 装备保障兵棋概述

兵棋是一类强调对抗性的作战模拟工具。装备保障兵棋是兵棋原理在装备保障领域的应用，其功能包括对装备保障备选方案进行过程推演和评估优化［4］。对装备保障方案的评估优化通常需要在多个备选保障方案中进行评估和优选，判断各方案满足保障目标的程度，最终形成一个具备可行性、能达到预期目标，同时实现保障资源最佳配置的方案。

装备保障兵棋的要素与常用的兵棋系统一样，具备棋子、地图和规则三要素。其中，地图要素的作用是模拟战场环境，是兵棋推演参与者展开作战行动或保障行动的场所。在兵棋推演过程中，兵棋地图通过可视化方式为兵棋推演人员提供战场环境信息，同时为军事模型提供战场环境信息数据。从地理信息系统中能够提取环境信息用于分析解决多准则决策问题［7］。兵棋地图中存储了海量环境信息数据，包括静态环境信息和动态环境信息，如图1 所示。

图1 兵棋地图信息类型

由于兵棋推演本身就是一个动态过程，加之建模精度较高的兵棋地图中不仅包含静态地理信息，还包括各类动态战场环境信息，从上述信息中可以提取出对装备保障行动影响较大的因素进行分析，并用于装备保障方案的综合评估。

本文的兵棋动态评估，就是基于兵棋动态推演过程中产生的动态地图信息对装备保障方案进行评估。

2 装备保障兵棋动态评估方法

2.1 兵棋地图动态评估模型

2.1.1 原理

为充分利用兵棋地图中的信息对装备保障方案进行评估，在装备保障兵棋基础上建立兵棋地图动态评价模型。

装备保障兵棋地图动态评估法就是基于兵棋地图动态评估模型，充分利用兵棋地图中的静态和动态信息对保障方案进行评估。兵棋地图动态评估模型的基础是兵棋地图模型。地图模型可分为环境要素模型和环境交互模型，要素模型和交互模型所描述的内容如图2 所示。

图2 兵棋地图模型

为了降低建模难度同时提高计算效率，兵棋地图采用网格化技术，将复杂的战场环境进行适度,抽象简化。网格化技术首先将战场环境划分为统一大小形状的网格单元，网格单元可以采用三角形、正方形、六边形等，目前主流兵棋通常采用六边形网格［8］。将战场环境划分为大小形状一致的网格后，选取各个网格范围内具有代表性的环境属性作为该网格的主特征，并在网格中存储对应的战场环境信息。

地图网格中存储的战场环境信息，会对兵棋棋子的打击能力、机动能力、侦查能力、防护能力等产生影响，因此，基于兵棋地图模型能够对多项效能进行分析评价。

2.1.2 方法

构建装备保障兵棋地图动态评估模型的重点是确定兵棋地图中的战场环境信息对装备保障行动效能的影响。对装备保障行动影响较大的环境因素包括地形地貌、天气水文、建筑物和障碍物等，环境因素对装备保障的影响包括：影响部队的机动性，进而影响装备保障任务的时效性和满足率；影响部队侦察能力、打击能力和防卫能力，影响武器装备的效能，进而影响装备保障任务的伤亡率和战损率等。考虑到兵棋建模实际，可根据具体问题建模，将影响因素进行筛选，选取重要的代表性因素，从而降低建模难度。

2.2 装备保障兵棋地图动态评估流程

基于装备保障兵棋地图中的战场环境信息能够辅助实现装备保障动态评估，流程如下页图3 所示。

2.2.1 建立兵棋地图动态模型

首先，建立兵棋地图环境要素模型。环境要素模型的基础是地理环境信息数据库。根据评估目的和需求明确需要考虑的环境要素，并确定模型的精度。然后，在环境要素模型基础上，结合战场动态信息，建立环境交互模型，交互模型重点分析环境要素之间、战场环境与战场行动之间的相互影响。环境要素模型可以是静态的，但交互模型应当是动态的。

图3 装备保障兵棋地图动态评估流程

2.2.2 构建装备保障评估指标体系

装备保障方案的评估主要是对方案的可行性、效益性以及风险性进行评价。合理的评估指标体系是科学评价的基础。因此，基于众多指标构建恰当的指标体系是装备保障评估的基础问题之一。

针对不同的目标可以建立不同的评价指标体系结构形式。对于简单系统通常采用层次结构评价指标体系，如图4（a）所示，层次结构指标体系中的指标之间相互关系较为简单，同层次指标之间独立不相关［9］。对于复杂系统而言，评估指标往往难以分离或评估模型本身尚未确定，此时应采用网络结构评价指标体系，如图4（b）所示［10］。网络型评价指标体系中，各层次指标相互之间存在复杂的关系，某一层次的指标可影响同层次或其他层次的指标，同时又可能直接或间接地受到同层或其他层指标的影响［9-10］。

如图4 所示，网络型结构指标体系可以分为控制层和网络层两部分：控制层包括系统目标及决策准则；网络层由所有受控制层支配的、相互作用的元素组成。由图4 可知，层次型结构指标体系实际上是网络型结构指标体系的简化。

2.2.3 实施装备保障综合评价

图4 指标体系类型

利用建立的兵棋地图动态模型进行装备保障评估，分析兵棋地图中静态环境信息和动态战场信息与装备保障评估指标之间的关系，并对上述因素之间的关系进行定性或定量描述，在量化过程中，需要注意对不同类型指标和数据的规范化处理。针对具体的装备保障方案，首先，确定兵棋地图各网格内任务部队单元的属性和保障需求量，提取保障方案所涉及地图网格块中的数据信息。根据评估指标体系中的指标，依照战场环境信息与指标之间的对应关系，将地图网格中的战场环境数据换算为指标值。最后，选取合适的综合评价方法对各保障方案进行评估并择优排序。对于层次型指标体系可以采用Saaty 创立的层次分析法（AHP），对于较复杂的网络型指标体系可使用Saaty 改进的网络分析法（ANP）解决［9-10］。

3 装备保障兵棋动态评估应用实例

以装备保障路径优选为例，构建兵棋地图动态评估模型并对备选保障方案进行分析。在装备保障兵棋演练中，当任务部队的某装备物资出现短缺时，向保障部队提交保障申请，保障部队接收到指令后，根据补给供应模型计算，确定物资满足保障需求、运输工具满足输送需求后，确定可行的路线，如下页图5 所示。

如图5 所示，保障部队（A）向任务部队（B）提供装备保障，给出了3 种可行的保障路径备选方案。装备保障路径的选择将会影响整个战争保障的效率，为了择优选出高效的保障方案，可以按照以下步骤构建兵棋动态评估模型，基于模型对保障方案进行评价。

图5 装备保障方案路径示意图

第1 步，依据具体问题建立地图动态模型。对于上述装备保障问题，决策者需要考虑装备物资和运输工具是否满足需求、输送途中和卸载地域可能遇到的各种情况等。针对上述问题选取相关的静态和动态地理环境要素和战场动态要素进行建模，例如：考虑机动能力，就需要重点对地形和天气等因素进行建模；考虑运输能力，就需要对道路桥梁等信息进行建模；考虑防护能力，就需要重点对战场动态因素进行建模。

第2 步，针对保障目标构建装备保障评价指标体系。上述装备保障路径优选的问题本质上是选择一个最优方案，使其能够实现装备保障效能最大化和资源配置最优化，同时确保风险尽可能小。围绕装备保障的系统目标，可以设定保障效能、成本、风险3 个一级指标，然后进一步细化指标准则。指标之间存在较复杂的相互作用，例如，机动性不仅受地形和气候、道路通行性的影响，还会受到敌情影响。鉴于上述指标之间的复杂关系，选择网络型结构指标体系对其进行分析，建立保障方案路径优选的ANP（网络分析法）评价模型，如图6 所示。

图6 保障路径方案效能评估的网络分析评价模型

第3 步，基于动态评估模型和评估指标体系对备选方案进行综合评价。根据装备保障兵棋动态评估法的原理，分析地图模型中的信息与评估指标之间的关系，对各项指标进行解析量化。首先，对图5中的3 种可行保障方案展开定性分析：

1）保障方案1：方案1 的保障路径经过10 个兵棋地图网格，其中包括1 个城镇居民点网格，9 个平原网格，路径中无明显坡度变化；保障路径经过的网格中无明显植被覆盖，防护性能略差，且路径中距离居民和湖泊等显著标记物较近，存在一定遭遇敌军空袭的风险。

2）保障方案2：方案2 的保障路径途经8 个兵棋地图网格，其中包括1 个山林地的网格，其余7个平原网格，不经过居民点；保障路径中包括一段山地公路，如果保障单元是采用货运卡车进行输送，可忽略网格坡度起伏的影响；保障路径中的起伏地形和植被覆盖可提高防护性，遭遇敌军的风险较低。

3）保障方案3：方案3 的保障路径经过10 个兵棋地图网格，包括2 个灌木草丛和1 个森林地块，经过1 座跨河流的公路桥梁，不经过山地和居民点；保障路径中经过2 个灌木草丛和森林地块的植被覆盖可提高一定隐蔽性，遭遇敌军的风险较低，但是由于路径中途径一座跨河桥梁，属于较明显的标志物，遭遇敌军空袭的风险较大。

在上述定性分析基础上，分别对各指标参数进行定量分析和数学建模。文献［11］中研究了作战仿真系统中的数据量化问题，对包括机动要素、防护要素、保障要素等作战要素进行了分析。针对本例中的兵棋地图动态评估模型，下页表1 中给出了一组可行的模型参数量化方法。

基于图6 中网络型指标体系，采用网络分析法（ANP）对保障点备选方案进行综合评价。Saaty 提出的网络分析法是对他本人创立的层次分析法（AHP）的改进，两种方法的理论基础都是基于对定量和定性指标在绝对标度上的相对度量，区别主要在于指标体系不一样：层次分析法的指标体系是图4（a）所示的层次型结构；网络分析法的指标体系是图4（b）所示的网络型结构［10］。对于复杂的装备保障问题而言，采用网络型结构指标体系能够更全面地考虑各类因素相互作用对保障全局目标的影响，能够构建一个比层次型结构指标体系更接近客观现实的指标体系。由于网络分析法涉及超矩阵运算，计算非常复杂，手工运算难度极大，通常需要借助计算机软件求解。目前用于超矩阵运算的软件主要是Super Decision（SD 超级决策）软件，该免费软件由Saaty 教授参与研发，能够用于求解AHP 和ANP 问题。

依据专家对模型中的指标要素进行两两判断打分，由ANP 法可计算得到如表2 所示的指标权重。

表1 兵棋地图动态评估模型参数表

表2 指标权重

基于表1 对各指标参数的分析计算和表2 的权重，结合采集的专家成对比较信息，构造超矩阵并通过Super Decisions 软件计算极限超矩阵，汇总综合评价，得到各方案的综合评价值如表3 所示。

表3 保障方案综合评价值

上述评价过程和结果表明：方案1 和方案2 的综合评价值相差不大，前者路径多平原具有较好机动性和通行性，后者路径总距离较短但途径地形复杂，两个方案在效能与风险方面各有优势。由于专家赋予效能指标的权重比风险指标更高，方案1 的综合评分略高于方案2。相比之下，方案3 在效能、成本和风险方面均不占优势，因此，在备选方案中得分最低。从而可以确定方案1 为最优的保障路径方案，方案2 为次优，评估结束。

4 结论

装备保障效能的高低对作战进程和结果有着重要影响，应当站在全局的角度，综合分析，总体谋划，运用科学方法和手段进行评估论证，科学运用保障方式方法，避免决策失误造成的不良后果。本文就装备保障兵棋动态评估方法进行了初步研究，构建了兵棋地图动态评估模型，模型能够在动态的兵棋推演中利用动态战场环境信息，对装备保障方案的保障效能进行评估，为选择、优化和制定科学合理的保障方案提供有效手段，有助于充分利用保障资源，实现高效保障。