ANP在依托C4ISR的指挥控制效能评估中的应用研究

吕　游,李正军,付　晓

(国防科学技术大学指挥军官基础教育学院,湖南 长沙　410072)

ANP在依托C4ISR的指挥控制效能评估中的应用研究

吕游,李正军,付晓

(国防科学技术大学指挥军官基础教育学院,湖南 长沙410072)

摘要:指挥信息系统(C4ISR)作为联系指挥者、指挥对象和武器平台的重要手段,其作用的发挥对指挥体系的整体指挥控制效能具有重要影响。将指挥员、指挥机关、指挥信息系统和所属部队等多种因素作为影响指挥控制效能的主要因素,在分析各因素之间的相互影响及其内部各子因素的相互关系后,采用网络层次分析法(Analytic Network Process, ANP)建立了指挥控制效能评估的网络模型,并运用Super Decision(SD)软件对模型予以实现。

关键词:网络层次分析法;指挥信息系统;指挥控制效能;评估

指挥信息系统依据联合作战指挥体制、作战编成和指挥关系,纵向贯通联合作战指挥部、作战集团(集群)指挥部和作战部队,横向衔接指挥控制、情报、通信、军务动员、政治工作、后勤和装备保障等诸要素,同时联通支援保障信息系统,交链主战武器平台,是我军集战略、战役、战术于一体的信息化指挥手段[1-3]。

不论指挥信息系统如何先进,其操作使用都离不开各级指挥人员。要充分发挥指挥信息系统的作用,在科学、合理设计系统功能及其相关软硬件层次结构的同时,必须充分考虑操作人员的军事素养、意志品质、操作水平等多种因素,只有充分做到“人-机”一体,才能最大程度发挥整个指挥体系的作用。这一方面要求指挥信息系统从设计到功能到硬件配套必须以作战需求为牵引,在操作界面设计上应便于操作,在功能模块设置上应不断优化以便于各部门高效完成指挥协作,在硬件配套上应不断改进升级以提高系统稳定性、可靠性和战场生存能力。另一方面,要通过部队在平时训练、演习中的使用,发现指挥信息系统在软件设计和硬件配套等方面存在的漏洞和不足,对指挥信息系统的改进升级提出合理的建设性意见和建议,从而提高指挥控制效能。

1网络层次分析法(ANP)简介

1.1网络层次分析法的提出

网络层次分析法(Analytic Network Process, ANP)是在层次分析法的基础上建立起来的[4]。层次分析法作为效能评估重要工具,其有效性、科学性在各种决策问题中得到了充分的证实。但层次分析法也有自身的局限性,其对问题的各个要素有一定的要求,需要其相互独立,且下一层元素受到上一层元素支配。而随着社会的发展,决策问题的复杂性不断增加,元素之间的相互关系更加复杂,一些问题难以利用层次分析法得到令人满意的结论。为解决层次分析法的局限性,Thomas L. Saaty教授于1996年提出了网络层次分析法,对层次分析法进行了延伸和拓展[4]。

1.2网络层次分析法简介

网络层次分析法在逻辑结构上与层次分析法有较大区别。层次分析法采用的是层的概念,各层之间有明确的隶属关系。网络层次分析法采用了组的概念,各组之间不仅可以有隶属关系,还可以有反馈关系,不同的组可以相互影响,如图1所示。

图1　层次分析法与网络层次分析法的比较

层次结构是线性结构,层次分析法中认为不同元素之间是彼此独立的,下层元素对上层元素有隶属性质,没有下层元素对上层元素的反馈。网络层次分析法是对层次分析法的改进和发展,打破了不同层次之间的严格界限,将原来的层次关系改进为网络关系,更能体现出各元素之间以及不同层次之间的相互影响和联系,也可以存在循环。网络层次分析法中,一个组件内部的元素可以相互之间存在一定的影响,一个组件可以通过网络结构影响另一个组件,也可以通过一个或多个组件返回该组件,形成一个循环,也就是说网络结构对元素、组件的限制更少,其相互影响可以更复杂,也更能符合实际问题的复杂性。图2描述了一个网络层次结构。

图2　网络层次结构示意图

计算方法上网络层次分析法运用“超矩阵”体现不同元素之间的相对重要性指标,运用数学方法得出各元素的混合权重,为体现不同意见的客观存在,不要求矩阵具有一致性。网络模型比层次模型中各指标的关系更加复杂,求解过程计算量远远大于层次分析法,往往需要使用专业软件进行数据处理。随着计算机软件技术的不断发展,研究人员可以建立相对复杂的模型并通过计算机求解,从而大大减少了数据计算和处理人员的工作量。网络层次分析法已经被广泛运用于经济、交通、建筑、军事等众多领域,并有很多卓有成效的应用实例。

1.3网络层次分析法的数据处理

假设某决策问题被分解成了N个组件,各组件中的元素可以影响该组件或其他组件中的元素,整个系统各个元素在一定的属性支配下相互影响。本文将这些组件记为Ch,其中h=1,2,3…N,Ch中包含nk个元素,分别用eh1,eh2,…,ehnk表示。选用1—9的整数作为标度,若某元素对其他某元素无影响,其影响度为0,将各组件中的元素两两比较,就得出了两两比较初始矩阵。

将两两比较得到的初始矩阵进行一定数据处理,得到优先权向量,将其作为初始超矩阵列的一部分。初始超矩阵反应了矩阵左侧的元素对矩阵顶部元素的影响程度。图3给出的是一个超矩阵及其子矩阵Wij的例子。超矩阵组件Ci右边列出了所有根据其父节点计算得到的优先权向量。

图3　网络层次结构的超矩阵及其构成子矩阵[4]

将初始超矩阵进行加权处理,得到加权超矩阵。通过一系列数学推导,可以证明通过网络层次分析法得到的加权超矩阵具有一个非常好的性质,该矩阵的n次方的极限是存在的,相应极限矩阵的元素反映了决策问题各影响因素的相对权重[5-7]。

2指挥控制效能评估体系的建立

指挥信息系统是联系各指挥要素与作战部队和武器平台的神经网络,是战斗力生成的倍增器。指挥者、指挥信息、指挥手段和指挥对象等作战指挥要素与情报活动、决策互动、组织活动和控制活动等作战活动通过指挥信息系统相互作用,形成了整体的指挥控制效能,诸要素的相互关系如图4所示。

图4　指挥控制效能影响因素及其相互关系

在依托指挥信息系统的指挥控制效能评估中,科学合理选择评价指标体系是确保评估质量的前提和基础。解决任何问题都要有一定的原则和方法,只有在正确的原则和方法的指导下才能更好地解决问题。在确定指挥控制效能指标体系问题中,应注意和把握以下原则。

2.1科学性

基于信息系统的指挥控制效能评估指标体系应科学合理,既要充分考虑指挥信息系统的功能,又要紧密结合作战指挥过程的阶段性特点;既全面体现指挥信息系统在作战指挥体系中的重要作用,又具体联系各级指挥人员的能力素质和作战部队、武器平台的作用发挥;既反映信息化条件下作战特点,又符合我军武器装备实际。

2.2客观性

基于信息系统的指挥控制效能评估对象是客观的指挥实践活动,各级指挥人员的能力素质、各种武器平台的作战性能、各作战部队的实际战斗能力都具有客观性,指挥信息系统本身功能特点和体系结构以及作战指挥活动所遵循的作战指挥规律也同样具有客观性。各级评估指标确定必须符合客观性的要求,不能主观臆断,凭借个人理解随意设定,要充分考虑到指挥人员、作战目的和指挥手段等诸多要素,评估指标的体系构成应科学合理,不能随意设立,各指标要素权重确定也应反映客观实际。

2.3系统性

基于信息系统的指挥控制效能评估指标体系涉及因素众多、各因素之间相互关系复杂,指标体系的建立必须符合指挥体系的系统性、指挥信息系统本身的系统性和指挥过程的系统性。指标体系的确定既要遵循作战指挥过程中的情报活动、决策活动、组织活动和控制活动的过程性特点,又要充分考虑指挥者、指挥信息、指挥手段、指挥对象等各作战指挥要素对各指挥过程的影响,同时还要结合指挥信息系统本身的功能特点。

2.4可用性

基于信息系统的指挥控制效能评估指标体系应当具有较好的可用性,做到“指标可量,数据可算,结果可示”。要合理构建评价指标的层次结构,反映出不同指标在指标体系中的重要程度,便于度量;要适度确定评估指标的数量范围以便于数据采集和处理,既要避免因指标太多导致评估体系过于复杂,也要避免指标太少难以全面评估指挥控制效能;评价指标体系要充分反映出指挥系统的整体指挥控制效能,通过数学模型的定量计算后,能够量化可示。

根据以上原则,构建出指挥控制效能评估指标体系,如图5所示。

图5　指挥控制效能评估指标体系

3基于SD软件的指挥控制效能评估

3.1基于SD软件的指挥控制效能评估模型

SD软件是专门为网络层次分析法编写的应用程序,可以对具体问题建立相应的网络层次模型并进行相应数据处理。应用该软件建立的指挥控制效能评估模型如图6所示。

图6　挥效能评估指标体系模型

3.2基于SD软件的数据采集

SD通过将有相互联系的元素通过两两比较的方式得出相应的比较矩阵,进而计算出与之对应的初始超矩阵、加权超矩阵,并通过极限矩阵的形式得出各要素的相对权重。

其数据采集通过软件提供的两两比较界面实现。两两比较的次数由模型中组件的数量、各组件中包含的元素数量、各组件之间相互关系及组件内部元素间相互关系的复杂程度共同决定。图7为“科学决策能力”组件中的“理解任务准确性”这一指标为准则的条件下,“信息对抗能力”这一组件中与之相关的元素的两两比较界面。

图7　数据采集界面

3.3基于SD软件的结果输出

SD软件具有较强的计算能力,能够按照设计的算法对相应数据进行处理,得出相应的初始超矩阵、加权超矩阵、极限超矩阵,以及各要素的相对权重。通过SD软件得到的结果一般以图或表的形式输出,相应结果可以导出。图8给出了设计的模型中影响指挥控制效能的各要素的相对权重。

图8　相对权重输出结果

4结束语

指挥控制效能受到指挥员、指挥机关、指挥信息系统及所属部队等多种因素共同影响。采用网络层次分析法能够较好地反应出各要素之间以及各要素内部各子要素之间的相互影响,从而更科学地反映出整个作战指挥体系的指挥控制效能。

参考文献:

[1]曹雷.指挥信息系统[M].北京:国防工业出版社,2012.

[2]王利勇.军队指挥信息系统研究[M].北京:国防大学出版社,2007.

[3]蓝羽石.指挥信息系统结构理论与优化方法[M].北京: 国防工业出版社,2015.

[4](美)萨迪.网络层次分析法原理及其应用:基于利益、机会、成本及风险的决策方法[M].鞠彦兵，刘建昌,译. 北京: 北京理工大学出版社, 2015.

[5]T. L. Satty. A Scaling Method for Priorities in Hierarchical Structures[J]. Journal of Mathematical Psychology, 1977, 15(77):234-281.

[6]T. L. Satty. How to make a decision: The analytic hierarchy process[J]. European Journal of Operational Research, 1990, 48(1):9-26.

[7]D. L. Olson. The Analytic Hierarchy Process[J]. Springer New York, 1996,4(29):49-68.

Study on Application of ANP on Command and Control Efficiency Evaluation based on C4ISR

LV You, LI Zheng-jun, FU Xiao

(College of Basic Education for Commanding Officers, National University of Defense Technology, Changsha 410072, China)

Abstract:Command information system (C4ISR) as an important means that contacting commanders, command objects and weapon platforms plays an important sect1 on the command and control efficiency of the command system. It takes commanders, command objects, command information systems, subordinate forces and other factors as the impact ones that influencing command and control efficiency, and analysis the relationship between the elements from different factors or in the same factor. It establishes a network model on command and control efficiency evaluation by ANP (Analytic Network Process), and uses the software Super Decision (SD) to solve the model.

Key words:Analytic Network Process; C4ISR; command and control efficiency; evaluation

文章编号：1673-3819(2016)03-0079-04

收稿日期：2016-03-03

作者简介：吕游(1982-),男,黑龙江望奎人,硕士研究生,研究方向为作战指挥理论应用与方法。 李正军(1971-),男,教授，硕士生导师。

中图分类号:E94

文献标志码:A

DOI:10.3969/j.issn.1673-3819.2016.03.015

修回日期： 2016-03-22

付晓(1984-),男,硕士研究生。