工程伪装效果评价指标体系构建问题分析

刘玉通,王结良,胡志毅,苏海涛,张 渫,杜山山

(32182部队,北京 100042)

1 引 言

军事工程由于施工周期长,目标范围大,极易成为敌军侦查目标,因此,工程伪装一直是提高军事工程生存能力的重要举措。工程伪装效果评价主要是通过采用一定技术手段,对军事工程在可见光、近红外、中远红外及雷达等侦查手段下的伪装效果进行定性或定量评价,主要分析目标伪装后的能见距离、背景融合性,目标发现与识别概率等特性。随着我军军事现代化进程的不断加快,越来越多的技术方法应用于伪装效果评估,检测技术的日新月异和评价手段的多样化,导致评价结果缺乏权威性,如何构建一套通用的评价指标体系,完善当前过时的伪装的评价标准,提高评价结果的权威性,是伪装研究领域的难题,也是评价伪装效果的关键。

2 工程伪装效果评价方法

工程伪装效果评价方法分类因角度而异,从发展历程来看,从最初的主观评价法发展到客观评价法,并逐渐演绎为多指标综合评价法,见图1。

图1 工程伪装效果评价方法发展历程及分类

2.1 主观评价法

伪装效果主观评价法主要基于人的视觉洞察力,测定一定数量的观察者基于不同距离,不同季节与环境条件下,对于目标的发现概率,是一种基础的传统评价方法。该方法易受客观环境条件和观察者主体因素影响,缺乏对目标和背景的客观分析,局限性大且缺乏准确性。

“那么你班上的女生很少，而且你没女朋友。想认识更多女孩应该是你想加入社团的理由之一，搞不好是最大的理由。”长发女生说。

患者在服用卡马西平、螺内酯或者大量服用青霉素类抗生药物后，可能会导致蛋白尿症状。患者大量服用维生素C后再进行尿隐血试验，可能会导致假阴性检验结果的出现，因此当下很多医学检验部门在进行尿常规检验的时候，会增加维生素C含量这一检验指标。

2.2 客观评价法

伪装效果客观评价方法是近年来伪装领域研究热点。多数研究都是采取某一检测手段,基于检测结果的某一特征,选取一个或几个客观分析指标,对伪装检测得到的图像或数值进行分析处理,建立相应评价模型,进行定性或定量评价,并配合具体案例分析加以说明。

影响工程伪装效果的因素很多,构建评价体系要在全面考虑当前各种侦查手段的基础上,针对不同类型的设防工程,科学选定具有代表性的性能指标,合理确定各指标的权重,这也是评价指标体系构建的关键。对此,很早就有人提出了“大伪装”概念,认为传统的检测手段、局部特征、单一波段、静态及简单的伪装理论早已过时,需要代之以多手段、全波段、全局、动态及综合的“大伪装”理论[18]。

客观评价法屏除了观察者主观因素的影响,但存在评价指标单一或者片面的问题,结果权威性不高,不能准确反映伪装工程的全面综合伪装效果。甚至针对同一伪装工程,当基于不同客观指标建立分析模型对其进行效果评价时,可能会得出相异的评价结论。因此,伪装评价必须是包括当前科学性强,应用广泛,技术成熟的所有客观评价指标的一个集成体系。

2.3 综合评价法

综合评价法包括多种检测手段,基于检测结果的多种特征,选取多个伪装指标,综合评判工程伪装的效果。多指标评价提高了评价结果的准确性与可信度,但也带来了一个关键问题,就是如何确定各指标的权重。指标赋权的方法包括主观赋权法、客观赋权法和组合赋权法,见表1。

体系构建要考虑到伪装工程在不同时段、不同季节的遥感侦察情况,伪装效果在一天中随光线强弱和温度升降的变化,一年四季中周边环境变化的影响,其暴露概率可能会发生显著变化。图2为某机场附属设施的红外图像,由图可知,中午时分目标与背景的差异度明显高于早晨和傍晚。因此,工程伪装效果是一个动态全时段评价。譬如,杨鑫曾提出一种基于特征统计的动态伪装效果评估方法,采用目标跟踪技术,通过统计背景与目标的相关性特征数据,按照一定的概率随机更新样本,从而较好地适应了由于季节交替引起的背景大范围变化[21-22]。

表1 伪装效果综合评价指标赋权主要方法

客观赋权方法中熵权法应用最为广泛,此外还有BP神经网络法、数据包络分析法等[11-12]。王展选取亮度、颜色、纹理、形状、尺寸等指标特征,通过熵权法对各评价指标进行赋权,根据环境背景确定各指标之间的关系,并建立伪装评价指标体系,对迷彩伪装设计效果进行了综合评价。熵权法屏除了主观因素影响,不需要专家打分赋权,是一种科学客观,应用较为广泛的指标赋权方法[13]。应家驹等依据伪装图像特征序列数据的信息熵大小决定权重,提出了一种基于特征综合的红外动态伪装效果评估方法,该赋权方法同样属于熵权法[14]。刘建永认为模糊综合评估法、层次分析法及灰色评价等方法,在确定指标权重时存在主观性强以及相关性约束不容易检验等问题,并提出运用数据包络分析主要用来评价,比较具备相同功能的不同单位之间的效率,该方法是利用统计数据处理多目标优化问题的一种运筹学方法[15]。

指标选取必须慎重,一些客观指标的研究和分析模型可能只存在于理论水平,适用范围窄,应用性较差,或者只存在于理论层面,未经过实践验证。这类指标必须加以区分,是否吸纳,赋予多大权重,都要经过充分研究论证。这样才能提高评价结果的可信度。

综合评价法包括的指标更加全面,评价结果可信度高于客观评价,对于形成权威的评价指标体系具有不断推进作用。指标赋权是综合评价法的关键步骤,以上赋权方法中既有借鉴于其他领域的新方法和新思路,也有统计学中应用较为成熟的传统赋权方法,如何科学解决指标赋权问题,是综合评价方法发展的瓶颈。

3 工程伪装效果评价指标体系构建思路探讨

马世欣等采用高光谱异常目标探测技术,基于最高探测值、虚警率和目标面积等三个评价指标,多角度分析目标的伪装效果[1]。邹楠利用高光谱成像技术,通过分析高分辨率光谱信息,对涂层的光学伪装效果进行了客观评价[2]。查国云、林伟等基于纹理特征分析技术,分别建立分析模型,在纹理分析基础上结合Gabor小波变化、模拟人眼识别等技术手段,对伪装效果进行评判[3-4]。王友军、许卫东等针对目标与背景的斑点特征,基于马式距离或欧氏距离等统计学手段,建立了伪装器材效果评价模型[5-6]。许卫东还基于蒙特卡洛随机模拟方法,建立了野战阵地体系的伪装效能分析模型,并编制了相应程序,用以分析不同背景条件下,不同伪装目标的生存概率[7]。程晓鹏等基于图像显著性,根据目标背景特征和内部形状特征,分别计算主显著性和内部显著性,提出了一种红外伪装效果评估方法。该方法将主显著性和内部显著性相融合,得到综合显著性值,来评价目标的红外伪装效果[8]。

3.1 指标体系构建必须贴近实战标准

构建指标体系时,在检测方法上必须囊括当前所有先进的侦查手段,并且在成像质量上尽量贴近实战标准。譬如,美国计划建立由24颗卫星组成的 SeeMe 系统,能够在90 min内实现分发分辨率lm的图像数据,其现役光学侦查卫星“锁眼”的成像分辨率已经达到0.1 m,并同时具备机动变轨与红外侦查能力(见表2)[19]。而国内一些研究中采用的伪装效果检测器材的模拟水平远远落后于实战中敌军侦查水平,其评价结果就不具备实战意义,也就缺乏权威性。由于军事侦查手段日新月异,工程伪装评价中的伪装效果检测就要紧跟敌人的侦查水平,这样才能使评价结果更加可靠,构建的指标体系才更具实战意义,否则就是掩耳盗铃,难以经受实战考验。

表2 美国高分辨率卫星

3.2 指标体系构建因素必须涵盖全面

3.2.1 必须考虑不同类型军事工程的伪装特征

工程伪装要对抗可见光、近红外、中远红外和不同波段雷达的侦查,最终伪装效果评价就应考虑各种侦查手段要素互相融合的方式,必须囊括当前各种伪装检测手段及其相应的客观评价指标。譬如光学成像下的亮度对比、色度色差、纹理形状等,热红外成像下的热红辐射温差、斑点暴露尺寸等客观评价指标。而对于一些新出现的前沿侦查技术,譬如太赫兹雷达、量子雷达、超材料雷达等精确制导成像探测技术,在研究分析尚未成熟前,构建评价指标体系时可暂不考虑[23]。

3.2.2 必须重视军事工程的动态伪装特征

主观赋权方法需要专家评分,应用最多的是层次分析法与模糊综合评价法。孙前等采用层次分析法赋权,基于 Matlab 软件平台,通过工具箱建立了遥感图像处理、指标体系构建、指标权重确定和灰色聚类评价等四个模块,选取了13项工程具体指标,实现了对某防护工程口部伪装效果的完整评价,最终得出烟囱排烟、热辐射和植被破坏是口部伪装效果中较大影响因素[9]。侍冰雪等采用模糊综合评价方法,选取强度、颜色、纹理、边缘形状、斑点尺寸等五个指标,建立了基于模糊综合评价的低能见度分析模型,分析各种迷彩图案的低能见度效应,建立了以相似度为基础的伪装效果评估模型[10]。

推进竹文化旅游提档升级。依托竹林基地规划，精心组织实施，强化竹文化与竹景观、竹编工艺以及竹建筑的深度融合，创建一批竹建筑小品、竹博园、竹文化主题公园、竹林康养基地、竹林小镇等。将符合条件的竹林主题公园、竹林康养基地、竹林小镇优先纳入省级示范点，择优支持申报国家示范点。

图2 某机场附属设施早中晚热红外图像

3.2.3 必须涵盖当前主要军事侦查手段

不同类型的军事工程,对其进行伪装效果总体评价时,其指标体系的构成要素及其权重,就会有所差异,很难制定统一通用的评价指标体系。目前,军事伪装工程涉及飞机洞库、指挥所、油库、导弹阵地、潜艇基地等,其各自评价指标及相应权重必然有所差异。陈都[20]针对不同类型伪装工程,曾提出基于环境设计的工程伪装效能评估指标选取方法,将评估指标体系作为产品,利用环境设计方法进行产品设计。该方法是一种基于递归逻辑而提出的产品设计方法,对工程项目特征进行分析,从外层环境影响因素开始,逐一分解并完成新的描述,最终得到整个评估指标体系。

3.3 指标体系构建必须客观可信

指标体系构建过程中,应尽量采纳客观并且实践应用较为成熟、易于量化的指标,最大限度降低主观不确定性因素的影响。

Kilimall在肯尼亚苦心经营一年，做出了一个商家和消费者的“小循环”之后，才开始面向中国国内招商，以满足非洲消费者的“海外购”需求。

3.3.1 指标选取成熟可信

组合赋权法兼顾主观意愿与客观信息分析,更多应用于多属性决策[16]。李中华基于模糊聚类方法、结合信息熵和统计特征,提出了一种针对迷彩伪装效果评价的多指标权重分配算法,并结合实例将其与专家打分法、熵权法进行比较,证明该组合赋权法的科学性与准确性更优[17]。

例2:(ST)东亚中国2010年12月31日的资产负债表、2010年度的利润表和现金流量表根据中华人民共和国财政部颁布的企业会计准则（2006）的规定编制，并经毕马威华振会计师事务所上海分所审计(东亚银行年度报告：2010)[6]。

3.3.2 指标选取客观易量化

工程伪装是关乎存亡的重要军事措施,在指标选取中,由于人的主观能动性存在很多不确定性因素,与其相关性较大的指标,不宜纳入指标体系。譬如山体洞库伪装,对于同样的检测图像,普通人与领域专家洞察目标的概率必然不会相同。因此,一些难以量化的分析指标,或者依托人体主观能力建立的分析模式,量化可信度不高的分析指标,不宜采纳。

3.3.3 指标赋权避免专家评分

其次是指标赋权,依靠专家打分赋权,存在主观不确定性因素,评价结果缺乏效果检验,可信度较差,不能准确反映其伪装效果。譬如层次分析法与模糊综合评价法,针对同一伪装工程的某一项分析指标,不同专家的赋权不尽相同,人为主观因素介入导致指标影响权重无法准确界定。

式(1)中，y=[y1,y2,…,yNr]T，表示接收到的符号向量；xl,s=[0,…,0,xs,0,…,0]T，表示发送的符号向量，其中，xsS (S={x1,x2,…,xM})，且仅第l个元素(l{1,2,…,Nt})不为零；n=[n1,n2,…,nNr]T，表示均值为0、方差为σ2的复加性高斯白噪声；hl表示信道矩阵H的第l列；xs为该时隙激活天线l的发送符号.

对照组给予贝那普利（北京诺华制药有限公司生产；国药准字：H20030514）起始剂量为2.5 mg，1次/d，后期根据患者病情逐渐增加剂量，最高不得超过20 mg。观察组在对照组基础上增加螺内酯（杭州民生药业有限公司生产；国药准字：H33020070）40 mg/次，2次/d。

4 结 语

军事工程伪装研究必须与军事侦查技术同步发展,工程伪装效果评价方法会不断创新,评价指标体系是一个不断发展与完善的动态体系,标准同样不可固化。研究人员希望构建一套统一通用的评价体系及标准,客观分析这是很困难的。同样伪装效果,在当下侦查技术手段下达到某一伪装标准,但是新技术的出现极有可能直接颠覆以往的技术体系及标准。譬如量子雷达的出现,在固定虚警概率下能够取得更高的检测概率,从而降低了检测目标所需的信号强度,突破了传统雷达探测性能的极限[24-25]。任何新的侦查手段出现或者已有侦查手段的跨越式发展,都有可能导致体系指标及评价标准的过时。工程伪装效果评价需要与时俱进,指标体系及标准需要紧跟目标侦查技术的科技发展前沿,不断更新完善,才能适应当前激烈的军事竞争,才能实现真正的“大伪装”效果。