基于改进云模型的舰载直升机搜救能力效能评估*

董文洪　许玉飞　潘长鹏　王　磊

(1.海军航空工程学院指挥系　烟台　264001)(2.海军航空工程学院研究生管理大队指挥系　烟台　264001)



基于改进云模型的舰载直升机搜救能力效能评估*

董文洪1许玉飞2潘长鹏1王磊1

(1.海军航空工程学院指挥系烟台264001)(2.海军航空工程学院研究生管理大队指挥系烟台264001)

在舰载搜救直升机搜救能力评估的过程中，有些指标是可以用精确的数值表示的定量指标，有些是用模糊的语言表示的定性指标，通过改进云模型方法，把评价过程中所存在的模糊性和随机性体现出来，最终得到舰载直升机搜救能力的效能评估结果。

效能评估; 搜救; 舰载直升机; 云模型

Class NumberTP391

1　引言

海上航空救援能力是现代海军力量保障的重要指标之一。飞行人员的遇险救援是现代海上保障力量的一项重要而且特殊的保障任务。

随着舰载机海上飞行训练强度逐渐增大，因突发情况或装备偶发故障及战损而导致飞行人员在远距离离机待救的情况将是难以避免的，并且海上生存和救助环境相当复杂，需在全天时、全天候等各种复杂条件下快速反应，准确寻找，争取在尽可能短的时间内完成救护、转送工作，一旦舰载机海上失事，如何在最短的时间内搜索发现落水飞行员并组织海上救援，从而最大限度地挽救飞行员的生命，保持部队的士气和持续战斗力，是目前亟待研究的问题。

由于以往的评估方法过分依赖于专家根据一定的标准进行打分，这种评价方式难免会过于依赖人为主观因素，而且只适用于多人决策，没有把决策过程中的随机性和模糊性考虑进去，对于科学评估意义有限。为了弥补这个不足，本文结合传统的AHP指标体系建立和云模型的评估方法，在定性与定量互换的过程中，把所存在的模糊性和随机性体现出来，最大化地减少人为主观因素的干预，有效的对搜救能力进行效能评估。

2　云模型的概念

云模型是李德毅院士在传统模糊集理论和概率统计的基础上提出的一种定性定量不确定性转换模型，它最大的特点就是把定性概念的模糊性和随机性完全集成在一起。[1]使用云模型(Cloud Model)来进行搜救能力效能评估，实质上就是用云模型来描述定性指标，把定量的指标转换成定性指标进行分析，它是一种用来处理模糊信息的工具。

图1　云模型的示意图

3　舰载搜救直升机搜救能力指标体系的建立

建立一个合理的指标体系需要考虑以下五个原则： 1) 完整性，即能够全面地表征决策时所需要的重要方面； 2) 可运算性，即在后面的分析中能够用到此指标； 3) 可分解性，即可以分解以便于简化评估过程； 4) 无亢余性，即指标之间没有重叠； 5) 极小性，同一个问题不可使用包含更少元素的指标体系来描述。

根据舰载直升机的搜救使用要求和特点，遵循最简性、可测性、客观性、完备性和独立性原则，将舰载机搜救能力指标体系划分为自然环境条件、个人救生电台装备、搜救直升机性能、指挥通信系统、搜救人员素质五个二级指标，细化出25个三级指标，如表1所示。

上述指标体系反映了各影响因素之间的层次关系。但在具体的搜救能力分析时，同一层次的不同指标对其上一层次指标的贡献程度未必相同，这取决于决策者对指标的重视程度、系统的主要功能、系统的应用场景等很多考量。

确定各个指标在同一层次指标中所占得权重是进行系统效能分析时非常重要的一步。通过构造判断矩阵，求解各个指标的权重是一种非常有效的方法。假设某一层共有n个指标，不妨设为X={x1,x2,…,xn}，通过各个指标进行两两间比较，建立比较矩阵，即每次取两个指标xi和xj，以aij表示xi和xj对上一层指标的影响之比，则A=(aij)n×n即为该层指标的判断矩阵。在做两两对比时，可以采用1～9及其倒数作为标度，具体含义如表2所示。

表1　舰载搜救直升机搜救能力评估指标体系

表2　标度的含义

判断矩阵A对应于最大特征值λmax的特征向量W归一化后即为该层次各个指标对上一层次指标的影响因素，即所谓的权重。

在构造判断矩阵的过程中，难免会出现一定程度的非一致性，因此，在判断矩阵构造完毕后，需先对其进行一致性检验，一般通过计算一致性比例来进行检验。一致性比例计算公式为

对家乡的爱还表现在积极关注现实社会、了解民情、体贴民意、推动社会发展、国家进步，不消极厌世、无所作为、冷眼旁观、消极应对。其中一个方面表现为敢于追求社会的公平正义敢于为民请命。南通民间流传着许多为民请命的故事，一些人物甚至不惜与基层官吏对抗。在南通全境流传着曹瘦脸了的传说。在天灾频仍，收成亏欠的情况下，通州境内余西盐场的盐民颗粒无收，基层官吏仍然不减税收，赋税照催如故。曹秀升解到情况后非常生气，就将余西盐场连同另外当地十个征税的盐总当作被告，进行上告，基层不理会，又告到扬州运盐都司。最后官府惧怕事情闹大，就免了遭灾地区的盐税。

表3　RI值对照表

4　基于云模型的舰载直升机搜救能力效能评估[2～5]

在对具体因素进行效能分析时，往往采用专家评判的方法。但专家评判往往以定性的语言值方式呈现，具有较大的模糊性。本文采用云模型理论进行建模，将多位专家的定性评判结果转化为定量的评价值，具体方法如下。

4.1评价集确定

评价集的确定主要是针对每一个因素，确定其语言值云模型的个数和每一个云模型的具体参数。其中，语言值云模型的个数需在评价前给定，本文将每一个因素的定性评价结果限定为“很好”、“好”、“中等”、“一般”、“差”五个等级。每一个云模型的数字特征，可以通过分析历史数据得到，也可以结合经验值给出。

评价集的确定为专家进行合理有效的评判提供了依据和规范，本文确定的评价等级和云模型参数如表4所示，云模型图如图2所示。

表4　评价等级和云模型参数

图2　评价等级云模型图

4.2统计专家意见

根据确定好的评价等级，邀请相关领域的专家对每个指标进行专家评判。具体操作时可以采用德尔菲法，通过对专家意见进行多次的反馈和综合，得出最终的定性评价结果，记入表5。

表5　专家评判结果

4.3确定评价结果

根据正态云的加法运算准则，可以将多位专家的评判结果进行综合，从而得到专家群体对该指标的集体评估结果。

假设对于第i个指标，第j位专家给出的评估云模型为Cij=(Exij,Enij,Heij)，第i个指标的集体评估结果为Ci=(Exi,Eni,Hei)，具体的计算公式如下：

(1)

其中，m代表的是参加评估的专家个数。

如果各个指标对于其上一层指标的影响权重已知，则可根据下列式子得到其上一层指标的云模型参数。

(2)

式中k表示该层指标的个数。

以“指挥通信系统”为例，其效能由指挥控制能力、辅助决策能力、信息获取能力、信息处理能力、信息传输能力、系统可靠性5个指标构成。通过构造判断矩阵，得出了这六个指标的权重矩阵。

w=[0.250.10.150.250.150.1]

针对每一个指标， 邀请五位相关方面的专家进行评价，评价结果限在为“很好”、“好”、“中等”、“一般”、“差”五个等级。对专家的意见进行整理、汇总，得出如表6的表格。

表6　专家评价结果汇总

根据式(1)，对多位专家的评判结果进行综合，得出专家组对各项指标的集体评价结果如表7所示。

表7　专家组集体评价结果

根据式(2)，利用表7中的数据，可以得到指挥通信系统最终的云模型参数为(80.7232,37.1615,0.9816)。

采用同样的方法和步骤，可以计算出对自然环境条件、救生装备、搜救直升机性能和搜救人员素质的评价模型参数以及各自对其上一层指标的影响权重，在此直接给出计算结果。自然环境条件(75.1252,27.1525,0.7327)，个人救生装备(82.1332,30.1365,0.8776)，搜救直升机性能(81.6556,28.1226,0.9270)，搜救人员素质(85.2334,31.3556,1.0723)。

表8　舰载直升机搜救能力专家组集体评价结果

根据表8中的数据，可以得出舰载直升机搜救能力的评价参数为(79.9633,30.3654,0.8443)。

5　结语

本文针对舰载直升机搜救落水飞行员的效能评估问题，采取了改进的云模型方法，将定性和定量的指标进行互换，体现出评价过程中的模糊性和不确定性。但是，没有完成多海域多批目标搜救评估能力，需要在后续研究中进行改进研究。

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Effective Evaluation for Carrier-based Helicopter Search and Rescue Based on Upgraded Cloud Model

DONG Wenhong1XU Yufei2PAN Changpeng1WANG Lei1

(1. Department of Command, Naval Aeronautical Engineering Institute, Yantai264001)(2. Administrant Brigade of Postgraduate, Naval Aeronautical Engineering Institute, Yantai264001)

In the process of effective evaluation for carrier-based helicopter search and rescue, some indicators are able to be measured by exact number, some of them are likely to be measured by fuzzy language. This paper focuses on the fuzziness and randomness of the entire evaluation process, using upgraded cloud model. Finally, the appropriate result comes out.

effectiveness evaluation, SAR, carrier-based helicopter, cloud model

2016年4月20日,

2016年5月30日

董文洪，男，博士，教授，研究方向：航空、导弹发展论证。许玉飞，男，硕士研究生，研究方向：作战运筹分析。潘长鹏，男，博士，副教授，研究方向：航空装备作用及效能评估。王磊，男，博士，讲师，研究方向：航空装备作用及效能评估。

TP391

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.10.027