基于云模型的国防工程管理信息系统效能评估*

冯 晨 李勇翔 周立尧 胡春宇

（火箭军工程大学 西安 710025）

1 引言

国防工程是部队训练作战的基本依托，其环境的安全性、保障的高效性和管理的科学性具有重要战略意义。而国防工程管理信息系统是以国防工程为基础平台，应用现代计算机技术、网络通信技术、现代控制技术等对国防工程中的设备和环境进行智能监控与管理的系统［1］。随着信息化、智能化管理技术的成熟推进，对管理信息系统的效能进行评估，有助于充实完善国防工程管理信息系统，提升整个系统的保障、管控和应急作战反应能力，提升战斗力。

云模型现广泛应用于各领域，主要是其在模糊集理论和概率论的基础上实现了定性概念与其定量表示之间的不确定性转换。例如：文献［2～4］将云模型引入到战略预警信息系统、地空导弹系统和末端反导系统的效能评估中，有效解决了定性评估问题。文献［5～6］将云模型分别和层次分析法、专家群体决策法相结合，并运用到情报保障和C4ISR系统中，有效弥补了单一方法的缺陷，得到了良好的评判效果，另外，云模型在通信和网络领域的效能评估中也发挥了重要作用［7～8］。但相对于上述文献的研究对象，对于国防工程管理信息系统及其效能评估的研究较少。本文将结合国防工程管理信息系统的实际和使命任务，建立该系统的效能评估指标体系，利用云重心评判法解决国防工程管理信息系统效能评估中定性指标和定量指标的模糊性和不确定性问题。

2 云重心理论

云是使用语言值来表示某定性概念与其定量之间不确定性的转换模型，正态云是众多云模型样式中非常重要的一种，其数学模型为C(Ex，En，He)，分别用期望值Ex，熵En和超熵He三个数值表征［11］。定义正态云的期望曲线：

这是一个正态分布的曲线，当Ex=10、En=3、He=0.3和n=1000时，生成的正态云如图1所示。

图1 正态云模型及其数字特征

由图1可知，云重心T表示为T=a×b，式中为a云重心位置，代表指标的期望值，b为云重心的高度代表权值。

3 评估指标体系的构建

国防工程管理信息系统的目标在于实现系统的信息传递共享，优化控制和调度，提供辅助决策，实现管理控制一体化的高效集成，提高系统的可靠性、可扩展性和可维护性，实现系统信息化管理的科学化和自动化运行的智能化，在将来的信息化战争中发挥国防工程的保障、管理以及应急作战反应的作用。国防工程管理信息系统的建设按照“集成各功能、融合各要素、支持平战时、连接上下级”的原则。

国防工程管理信息系统的效能评估指标的各指标体系应能较客观反映系统的特点和结构，既要相对独立，又要考虑各指标之间的联系和影响，且能够通过实验或者模型测得，能够全面地反映国防工程管理信息系统的效能，为了降低系统评估的复杂度，分别从系统效能、能力、性能，参数将系统分为四层，各指标从下层往上逐聚合，从上向下逐步具体。

借鉴国内外对信息系统效能评估的相关研究［12～14］，根据国防工程管理信息系统的实际组成和任务目标，结合评估指标选取的原则，本文从基础指标效能、信息效能、系统效能和保障效能四个方面来衡量国防工程综合管理信息系统总体效能高低，如图2所示。

图2 国防工程管理信息系统效能指标体系

图中列举了系统效能层、能力指标层和性能指标层的具体内容，参数指标层是结合国防工程实际，可以测得的信息来源，具体内容如下。

1）基础指标效能主要考虑三类指标：硬件设施指标主要包括传感器的覆盖率，现场设备智能化程度（%），硬件接口的标准化程度（%），现场设施的完备率等；软件设施指标主要包括专用信息采集数据库的数量，软件接口的标准化程度，软件的稳定性等；网络设施指标主要包括可用数据传输线路的平均带宽，现场总线的设备接入率等。

2）信息效能主要考虑三类指标：信息获取能力主要包括传感器与数据采集单元的互联互通程度（%），数据采集单元与上层软件的互联互通程度（%），数据采集刷新效率（实际刷新次数/理想刷新次数），数据获取质量，先进数据采集技术的运用程度等；信息处理能力主要包括用于信息处理的高性能计算机的平均数量（台/信息处理中心），先进数据处理软件的运用程度（%），传输的数据标准化程度（%）等；信息识别能力主要包括漏警率，虚警率等。

3）系统效能主要考虑三类指标：辅助决策能力主要包括决策规则的实用度，决策人员素质，备件库存的合理度，自动生成巡检计划的合理度等；智能表达能力主要包括信息可视化程度（%），数字化地图的运用程度（%），多媒体的联合运用程度（%）等；状态监控能力主要包括重点设备的故障率，突发故障的紧急处置能力，实时状态的刷新率等。

4）保障效能主要考虑三类指标：通信保障能力主要包括计算机网络的安全状况，安全软件的运行情况，通信突发事件处理和恢复能力，信息通信丢包率等；设施防护能力主要包括国防工程伪装等工事防护状况，应急电源及三防设施的配备状况，国防工程电磁防护状况等；人员管控能力主要包括人员的安全管理，专业受训人员比重，平均人员编成数量等。

4 基于云重心评判法的效能评估步骤

云模型评判法主要有三个要素：指标集U、权重因子集W和评价集V。基于建立的多级层次的系统效能评估指标，从第n层开始，利用云评判法进行评判并将结果传递给第n-1层，依次分层评估，最终得到系统的综合评估结果。具体步骤如下。

Step1:划分系统状态，建立指标集，并用云模型表示。

国防工程管理信息系统分为平时和战时两种状态，假设有p个指标，每个指标在战时和平时两种状态各选取n个样本值。对于定量目标可通过模型或统计测得，对其进行标准化，归一化；定性目标根据专家打分或经验可分为5个等级，即“极好”、“较好”、“一般”、“较差”和“极差”，对应的期望值为 1.0、0.75、0.5、0.25、0，期望越大代表评价越好。

p个指标可用一个云模型表示，当指标为数值型时，有

式中，Exik(k=1，…n)为各指标量的值，Exi为各指标云模型的期望，Eni为各指标云模型的熵。当指标为语言型值时，每个语言值型指标都可以用一个云模型表示，有

Step2:确定上一级指标的效能

1）确定底层效能指标的权重。采用以下公式确定权重：

式中q为排队等级，Wq为各等级指标对应的权重，之后进行归一化处理后得到权重。

2）求解国防工程管理信息系统在该状态下的p维加权云的重心向量T=(T1，T2，…，Tp)且有：

3）同理系统在理想状态下的p维加权云的重心向量为T0=(T10，T20，…，Tp0)，且

4）将云的重心向量T归一化处理得到TG=(T1G，T2G，…，TpG)，其中

5）求解各指标加权偏离度θ

Step3:重复第二步，将刚求得的上一层指标效能值带入，求得顶层效能值。

Step4:将顶层效能值带入图3的评测云发生器，可得到效能评估结果。

图3 云测评发生器

Step5:分析评判结果，找出加权偏离度较大的指标，找到影响因素。

5 实例分析

以指标信息获取能力B1处于平时保障状态时的效能值求解为例，根据专家评估、数据融合等过程，得到此状态下子指标B11到B15的状态，如表1所示。

表1 指标状态表

将语言值评估结果（极差，较差，一般，较好，极好）量化为 (0，0.25，0.5，0.75，1)，组成决策矩阵H，则

根据式（1）和式（2）求出各指标云模型的Ex和En，结果如下表所示。根据专家评判及国防工程任务需求确定指标的排队等级，由式（5）求出各指标权重分配。

表2 指标期望值和熵

表3 指标的权重

云重心向量T，T0和归一化云重心向量TG计算结果如下：

根据式（9），求得θ=0.26，则B1指标的效能值为1-θ=0.74，重复上述步骤，分别求得性能指标层的指标效能值，并作为其指标云模型的期望值来求解能力指标层的指标效能值，直到求解出系统总体效能值θ，将其输入到图3所示的云测评发生器中，得出评判结果，并分析影响效能的因素加以改进，从而提高系统总体效能。

6 结语

本文对国防工程管理信息系统的效能评估进行了研究，综合国内外有关系统效能评估的研究及国防工程实际，构建了四层国防工程管理信息系统效能评估指标体系后，将云重心评判方法引入了国防工程管理信息系统的效能评估中，并进行了实例分析，表明该指标体系及云重心评判法具有一定的可操作性和可信性，可为国防工程管理信息系统的升级建设提供参考。