登陆作战推演方案评估模型研究*

刘子恒，赵彦东*，孟丽洁，贾 辉，2，王 荣

（1.北方自动控制技术研究所，太原 030006；2.中国科学技术大学软件学院，江苏 苏州 215123）

0 引言

登陆作战是复杂的体系作战，涉及的兵力、武器装备多样、作战地域广泛、作战关系方案复杂［1］。现代战争实兵实装演习的消耗代价过高，作战推演是以一种既经济又可靠的方式来进行体系作战方案的效能评估。登陆作战的整体推演方案的优劣关系到指挥员对方案的制定，也会影响到战中指挥员的临机决策。因此，采取何种方法对登陆作战推演方案进行评估显得尤为重要。已有的对作战方案的评价方法有数学解析法、专家评估法和试验统计法等［2］，但这些方法存在一些缺点，数学解析法对复杂关系公式难以建立，专家评估法主观性太强，试验统计分析法耗费人力物力较大。本文提出的一种结合组合权重的排序方法（TOPSIS）对作战方案进行评估，本方法先确定指标体系与各指标的主客观分配权重，区分属性指标和效能指标，对数据进行正向化、标准化，找出最优指标与最劣指标，最后计算各方案最终得分与最优值的距离，并进行排序。本方法直接处理原始数据，具有客观性好、经济性好等特点，与以往的评估方法相比，本方法有较好改进。

1 登陆作战推演方案问题分析

1.1 登陆作战推演的特点

结合登陆作战阶段过程，登陆作战推演的特点有以下几点：

1）登陆作战是一个包括陆、海、空、天多兵种、多要素的体系作战，登陆作战推演是一个复杂系统。

2）作战推演可以不受时间地点限制，可以提供多种作战环境和新型武器装备，可以完成实兵实装演习难以完成的高难度的危险性科目。

3）实兵实装实弹演习消耗的人力物力巨大、费用高昂。作战推演可以减少演习次数，降低演习消耗的弹药、油料，减轻武器装备磨损［3］。

1.2 登陆作战阶段过程

未来登陆作战将是包括陆、海、空、火箭军等各军兵种协同的体系作战，在登陆作战主要包括以下几个作战任务［4］：

1）预警探测。贯穿登陆作战始终的任务，为登陆作战提供可靠情报保障，是战斗力正常发挥的前提保证。

2）扫雷破障。包括扫雷舰在水面舰艇与两栖部队在航渡的过程中清除水雷，以及陆军突击破障分队在突击上陆前对登陆区进行扫雷检查和雷障清除。

3）掩护支援。登陆部队在执行装载、航渡和突击上陆等作战行动中驱逐舰、护卫舰、飞行编队和远火部队提供的对空、对海、对潜警戒和防御，以及在突击上陆和陆上作战阶段的对陆火力支援任务［5］。

4）电子对抗。通过使用多种电子战手段和措施，干扰或摧毁敌方电子设备，保证己方电子设备正常工作，包括对雷达探测能力和制导武器精确命中能力的干扰破坏［3］。

5）火力打击。突击上陆之前，远程火力对敌滩头阵地与固定军事设施进行的火力轰炸与定点爆破。

6）登陆输送。将陆战兵力人员、武器装备和保障物资等输送到预定登陆地点。

7）突击上陆。包括对海打击、空中增援巡逻、冲击登陆等。

8）陆上战斗。包括占领阵地、抗敌冲击、工程保障等。

2 推演方案评估指标体系构建

2.1 作战推演方案评估框架

基于作战仿真推演的评估步骤除了一般的作战评估流程外，还需要考虑作战推演的特点，登陆作战方案推演的评估框架，可分为推演数据收集、评估指标构建、方案评估分析3 个阶段，如图1 所示。

图1 推演评估流程框架Fig.1 Framework of deduction and evaluation process

2.2 作战仿真推演方案评估指标体系

2.2.1 评估指标选取原则

作战推演方案评估指标选取的合理程度对评估结果的准确性有直接影响。指标选取不合理会导致评估结果不能客观反映作战推演方案的效果；指标数量过多会导致评估过程变复杂；数量过少会导致评估结果不全面。因此，在制定指标时需要遵循以下4 个原则［6］：

1）全面性。评估指标可以从多层次、多方面综合反映待评估方案的特征。

2）科学性。评估指标需通过查阅大量文献资料，经过科学分析、推演后形成。

3）可操作性。评估指标应具备可获得性，可以从仿真推演平台获取、历史数据整理、数据抽样。

4）独立性。评估指标之间应不互相重叠、不相互包含、不受其他指标牵制。

在以上4 个原则的基础上，结合登陆作战与仿真推演的特点，形成包括作战方案属性与效果指标的作战仿真推演方案评估指标体系［7］。如图2 所示。

图2 作战推演方案评估指标体系Fig.2 Evaluation index system of operational deduction scheme

2.2.2 作战方案属性指标

基于作战方案的特点，从决心意图、作战环境、作战信息、作战部署、作战保障、作战能力6 个方面进行指标分解，构建作战方案属性指标体系，这类指标需要专家结合作战场景与多次历史推演数据进行打分，如图3 所示。

图3 作战方案属性指标Fig.3 Attribute indexes of operational schemes

2.2.3 作战方案效能指标

由于登陆作战方案效能评估指标过于庞大，在咨询相关专家后本文建立包括预警探测、扫雷破障、掩护支援、电子对抗、火力覆盖、登陆输送、突击上陆、陆上战斗等子作战方案的总体作战方案效果指标体系，这一类指标需要结合某一次推演数据进行评估，可以动态反映不同方案对作战效能的影响，如图4 所示。

图4 作战方案效能指标Fig.4 Effectiveness indexes of operation schemes

3 基于组合熵权TOPSIS 的登陆作战推演方案评估模型

由于目前对作战方案评估的方法具有主观性强、耗费大等不足。组合熵权TOPSIS 法是一种综合性的方法，其中，在赋权方面结合主客观因素，将数据进行处理后赋予权重，减少了主观赋权的影响，且对于样本数据要求不高，没有过多的前提条件，且对于使用者来说便于操作，TOPSIS 法在经过赋权后计算比较方便，具有一定的普遍性［8］，相比之下，加入了组合熵权后在各个指标的重要度的判断方面更加客观，增加了评估结果的准确性。

3.1 定性指标的处理

登陆作战推演方案评估的指标体系中，有一些指标具有一定的模糊性，本文将这些定性进行定量化处理，分为“好”“较好”“中等”“较差”“差”5 个级别，具体评分如表1 所示。

表1 评分标度划分Table 1 Grading scale division

3.2 指标权重分配

对于指标综合聚合对体系效能的涌现效应，即某一项指标过低或过高会极大地影响整体的性能，常权指标不能很好地反映。采用主客观结合的组合权重指标分配方法，克服了评估指标主观因素较重的不足，又考虑到客观实际的影响。

3.2.1 主观权重

本文采用相对评价法（矩阵图法）对主观权重进行计算［9］。相对评价法是由专家对指标体系中的每一个指标进行两两比较打分的方法。两个指标经过比较之后，在1-9 中选择一个数值进行打分。如果专家认为指标ai比指标aj绝对重要，则aij=9；如果专家认为指标ai比指标aj绝对重要，则aij=1。具体打分规则如表2 所示。每个指标的得分与所有指标得分之和的比值为每一个指标的权重，即主观权重w1。

表2 比较打分规则Table 2 Comparison of scoring rules

3.2.2 客观权重

本文对客观权重的计算采用熵权法。若某一个指标的熵值Hj越小，代表该指标离散程度越高，包含的信息量也越大，在方案评估中所占的影响也越大，在制定评估指标时所占权重也越大；若某一个指标的熵值Hj越大，代表该指标对评估的影响越小，所占权重也越小。

在m 个待评估的登陆作战推演方案，n 个评价对象的评估问题中，评初始数据矩阵为：

根据熵的定义［10］计算第j 个指标的熵值为：

第j 个指标的熵权重为：

3.2.3 组合权重

对于不同指标，由于在作战效能评估中决策主体与所占比重不同，将主观权重与客观权重相结合得到组合权重：

3.3 TOPSIS 方案排序模型

3.3.1 指标正向化

指标正向化是根据3.2 节提到的初始指标矩阵X′中的指标的属性不同，将极小型、区间型、中间型这些指标转化为极大型指标，得到矩阵A：

极大型指标，是得分越大越好的指标。

极小型指标，是得分越小越好的指标，每个指标正向化值为：

中间型指标，是既不要太大也不要太好的指标，取某个值最好，正向化值为：

区间型指标，是数值落在某个区间内最好的指标，正向化值为：

3.3.2 确定加权评估矩阵B

3.3.3 指标矩阵标准化

将指标正向化并加权后，由于加权评估矩阵B中的指标值有不同的量纲对评估结果会有影响，为了使评估指标量纲一致，需要将矩阵标准化处理，得到矩阵Y。

3.3.4 计算得分

确定最优指标与最劣指标，分别构成向量：

计算每个指标与最优指标与最劣指标之间的距离：

计算每个指标与最优值的相对接近程度，即综合评估指数：

最后将得分进行归一化［12］得到最终得分：

4 实例与结果分析

4.1 方案评估实例

4.1.1 推演方案制定

为验证评估模型的可行性，基于登陆作战想定和相同的作战目的，制定了3 套登陆场、重点打击目标与登陆方式不同的待测评作战推演方案，其中，方案1 采用平面登陆方式从敌防守阵地侧翼及登陆场a 登陆，重点打击敌前沿阵地，战场态势如图5 所示；方案2 采用立体登陆方式从敌阵地正面及登陆场b 登陆，重点打击敌后阵地，战场态势如下页图6 所示；方案3 采用立体登陆方式从敌阵地侧翼及登陆场a 登陆，重点打击敌前沿阵地，战场态势如图7 所示。应用上述评估方法对登陆作战推演方案进行评估，是对推演方案进行反馈，以及对影响评估结果的因素进行分析，为指挥员提供辅助决策，从中选取一套作战方案和一套备选方案，推演方案如表3 所示。

表3 推演方案Table 3 Deduction scheme

图5 方案1 战场态势图Fig.5 Battlefield situation diagram of scheme 1

图6 方案2 战场态势图Fig.6 Battlefield situation diagram of scheme 2

图7 方案3 战场态势图Fig.7 Battlefield situation diagram of scheme 3

4.1.2 初始指标获取

收集仿真推演结果中的数据，由3 名专家根据评估指标体系进行评估打分，得到初始数据和评估指标如表4 所示。

表4 初始指标集Table 4 Initial index set

4.1.3 定性指标处理

对定性指标进行定量化处理：

4.1.4 组合权重确定

4.1.5 数据处理

1）初始矩阵

2）正向化矩阵

3）加权矩阵

4）标准化矩阵

4.1.6 计算得分

计算指标最优、最劣距离与得分如表6 所示。

表6 指标距离得分Table 6 Index distance score

4.2 结果分析

结合实际推演情况，计算结果与其相符，得出本文的评估框架、指标体系与评估计算方法在进行登陆作战仿真推演方案评价时具有一定的参考价值。

5 结论

本文结合登陆作战基本过程和推演特点，构建了登陆作战推演方案的评估指标体系，提出建立了结合组合权重的TOPSIS 登陆作战推演方案评估方法与评估模型。通过实验实例得出，使用组合权重TOPSIS 登陆作战推演方案评估模型进行作战推演方案的评估，合理分配了人为主观因素和客观因素，能比较准确地对作战方案进行排序，可为登陆作战方案评估提供一定的参考，但由于登陆作战是个复杂的体系作战，本文建立的指标体系只能反映主要作战因素，指标体系可能有不够完善之处，需要进一步改进。