登陆作战推演方案评估模型研究_刘子恒.pdf

收稿日期：2022-06-12修回日期：2022-08-28基金项目：军委科技委基础加强计划重点基础研究资助项目（2020-JCJQ-ZD-003）作者简介：刘子恒（1998），男，山西太谷人，硕士研究生。研究方向：系统工程。通信作者：赵彦东（1990），男，山西朔州人，博士，副研究员。研究方向：智能指挥控制与博弈对抗。*摘要：依据作战仿真推演及登陆作战过程特点，基于作战推演方案评估框架，制定针对登陆作战想定的推演方案效能评估指标体系；提出结合主观权重、客观熵权的 TOPSIS 方法，构建了组合熵权 TOPSIS 作战推演方案评估模型；基于登陆作战想定，通过仿真推演试验验证了作战方案评估模型的合理性，结果表明，该模型对登陆作战仿真推演方案的效能评估可行有效，克服了复杂性、主观性不足等问题，为仿真推演作战评估提供了新的方法思路。关键词：作战仿真推演；登陆作战；指标体系；方案评估中图分类号：E94文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1002-0640.2023.05.017引用格式：刘子恒，赵彦东，孟丽洁，等.登陆作战推演方案评估模型研究 J.火力与指挥控制，2023，48（5）：116-123.登陆作战推演方案评估模型研究*刘子恒1，赵彦东1*，孟丽洁1，贾辉1，2，王荣1（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）Research on Evaluation Model of Landing OperationDeduction SchemesLIU Ziheng1，ZHAO Yandong1*，MENG Lijie1，JIA Hui1，2，WANG Rong1（1.North Automatic Control Technology Institute，Taiyuan 030006，China；2.School of Software，University of Science and Technology of China，Suzhou 215123，China）Abstract：According to the characteristics of operation simulation deduction and landing operationprocess，and based on the evaluation framework of operation deduction schemes，an evaluation indexsystem for the effectiveness of landing operation scenario is formulated.The TOPSIS method combiningsubjective weight and objective entropy weight is proposed，and the evaluation model of operationdeduction scheme combined entropy weight TOPSIS is constructed.Finally，based on the landingoperation scenario，the rationality of the operation scheme evaluation model is verified by simulationdeduction test.The results show that the model is feasible and effective for the effectiveness evaluationof the landing operation simulation deduction scheme，which overcomes the shortcomings of complexityand subjectivity，etc.and provides a new method idea for the simulation deduction operation evaluation.Key words：combat simulation deduction；landing operation；index system；scheme evaluationCitation format：LIU Z H，ZHAO Y D，MENG L J，et al.Research on evaluation model of landingoperation deduction schemes J.Fire Control&Command Control，2023，48（5）：116-123.0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文章编号：1002-0640（2023）05-0116-08火 力 与 指 挥 控 制Fire Control&Command Control第 48 卷第 5 期2023 年 5 月*Vol.48，No.5May，2023116（总第 48-）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.1Framework of deduction and evaluation process2.2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，可以刘子恒等：登陆作战推演方案评估模型研究1170879（总第 48-）火 力 与 指 挥 控 制2023 年第 5 期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.2Evaluation index system of operational deduction scheme2.2.2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.3Attribute indexes of operational schemes2.2.3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.4Effectiveness indexes of operation schemes3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1180880（总第 48-）别，具体评分如表 1 所示。表 1评分标度划分Table 1Grading scale division3.2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 2Comparison of scoring rules3.2.2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：其中，为第 i 个方案第 j 个指标的值。标准化矩阵后得到矩阵，0，1，X 的元素为：（1）其中，假定时，。根据熵的定义10计算第 j 个指标的熵值为：（2）其中，m 为评估方案个数；n 为指标个数；，并假定当时，。第 j 个指标的熵权重为：（3）为第 j 个指标的客观权重；n 为指标个数。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：（4）其中，主观权重占比越高，的值越大，决策者可根据调整 的值来对指标权重进行修正11。3.3TOPSIS 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：等级好较好中等较差差相邻标度标度975318，6，4，2定义说明R同样重要两个因素比较具有同样重要性1稍微重要该因素比另一因素稍微重要3明显重要该因素比另一因素明显重要5最为重要该因素比另一因素最为重要7绝对重要该因素比另一因素绝对重要92，4，6，8 表示上述相邻判断的中间值刘子恒等：登陆作战推演方案评估模型研究1190881（总第 48-）火 力 与 指 挥 控 制2023 年第 5 期其中，为指标最佳数值，。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：其中，m；j=1，2，n，最佳区间为。3.3.2确定加权评估矩阵 B其中，。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。其中，；。3.3.4计算得分确定最优指标与最劣指标，分别构成向量：其中，。计算每个指标与最优指标与最劣指标之间的距离：其中，。计算每个指标与最优值的相对接近程度，即综合评估指数：其中，。最后将得分进行归一化12得到最终得分：其中，。可以根据的值对登陆作战推演方案进行评估，的值越大，方案越好，的值越小，方案越劣。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。图 5方案 1 战场态势图Fig.5Battlefield situation diagram of scheme 14.1.2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。4.1.3定性指标处理对定性指标进行定量化处理：1200882（总第 48-）4.1.4组合权重确定在咨询相关专家后，结合登陆作战想定特征，设参数则，按照式（4）得出组合权重，如下页表 5 所示。4.1.5数据处理1）初始矩阵表 4初始指标集Table 4Initial index set图 6方案 2 战场态势图Fig.6Battlefield situation diagram of scheme 2表 3推演方案Table 3Deduction scheme方案登陆场重点打击目标进攻路线方案 1登陆场 a敌前沿阵地平面登陆方案 2登陆场 b敌后阵地立体登陆方案 3登陆场 a敌前沿阵地立体登陆指标方案 1方案 2方案 3重点打击目标关键性中等好中等夺控要点控制价值中等好好作战方向符合决心意图程度差中等好电磁环境中等较好中等气象环境中等中等好地形环境较好较差好人员素质好中等较好外部环境中等中等好兵力信息较差较好中等情报信息中等中等较好决策信息差好中等指令信息中等好较好兵力编组与任务规划较好较好较好作战资源使用情况中等较好较好战场容量可部署兵力程度好较好中等火力分配中等好较好消耗预测能力较好中等中等装备输送能力差中等较好装备维修能力较差中等好部队战斗力中等好较好综合战斗力指数比中等中等较好协同能力中等好中等探测敌方单元数量784698探测准确率89%94%88%障碍清扫率69%79%85%扫雷破障完成时间/h1.41.01.1掩护支援响应时间/h0.10.120.05来袭兵力突防概率20%10%40%电子对抗成功率61%94%92%电子对抗完成时间/h0.360.210.13火力覆盖毁伤概率42%65%72%火力覆盖支援响应时间/h0.010.020.01兵力投送率79%93%91%兵力投送时间/h0.450.340.23对敌阵地冲击成功概率57%63%87%兵力生存率57%45%66%突击上陆战损87%76%56%占领阵地时间/h0.40.20.5抗敌冲击成功率78%88%85%陆上战斗战损44%67%26%图 7方案 3 战场态势图Fig.7Battlefield situation diagram of scheme 3刘子恒等：登陆作战推演方案评估模型研究1210883（总第 48-）火 力 与 指 挥 控 制2023 年第 5 期指标主观权重 客观权重 组合权重重点打击目标关键性0.000 75 0.043 839 0.017 985夺控要点控制价值0.065 657 0.016 18 0.045 866作战方向符合决心意图程度 0.039 787 0.018 439 0.031 248电磁环境0.026 374 0.043 839 0.033 36气象环境0.049 007 0.043 839 0.046 94地形环境0.021 404 0.016 983 0.019 636人员素质0.032 171 0.018 439 0.026 678外部环境0.059 753 0.043 839 0.053 387兵力信息0.012 293 0.018 439 0.014 752情报信息0.006 25 0.043 839 0.021 285决策信息0.021 072 0.018 439 0.020 019指令信息0.041 872 0.018 439 0.032 499兵力编组与任务规划0.023 779 0.043 839 0.031 803作战资源使用情况0.012 581 0.016 180.014 02战场容量可部署兵力程度0.032 327 0.018 439 0.026 772火力分配0.054148 0.018 439 0.039 865消耗预测能力0.014 817 0.043 839 0.026 426装备输送能力0.005 726 0.016 983 0.010 229装备维修能力0.006 658 0.021 399 0.012 555部队战斗力0.023 388 0.018 439 0.021 409综合战斗力指数比0.008 782 0.043 839 0.022 805协同能力0.005 589 0.043 839 0.020 889探测敌方单元数量0.058 576 0.017 322 0.042 074探测准确率0.036 627 0.027 473 0.032 966障碍清扫率0.002 565 0.017 252 0.008 44扫雷破障完成时间/h0.008 047 0.023 871 0.014 376掩护支援响应时间/h0.060 526 0.016 736 0.043 01来袭兵力突防概率0.035 443 0.021 399 0.029 826电子对抗成功率0.078 135 0.016 199 0.053 361电子对抗完成时间/h0.017 408 0.021 053 0.018 866火力覆盖毁伤概率0.007 772 0.016 529 0.011 275火力覆盖支援响应时间/h0.002 415 0.043 839 0.018 984兵力投送率0.010 029 0.016 298 0.012 536兵力投送时间/h0.004 816 0.018 439 0.010 265对敌阵地冲击成功概率0.014 866 0.025 86 0.019 263兵力生存率0.022 369 0.017 683 0.020 494突击上陆战损0.022 756 0.017 1150.020 5占领阵地时间/h0.016 278 0.016 983 0.016 56抗敌冲击成功率0.032 679 0.016 804 0.026 329陆上战斗战损0.004 51 0.019 293 0.010 423表 5各指标权重值Table 5Weight values of each indicator2）正向化矩阵3）加权矩阵4）标准化矩阵1220884（总第 48-）（下转第 129 页）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 6Index distance score4.2结果分析得分的值越大，方案越好，的值越小，方案越劣，评估结果：方案 3 方案 2 方案 1。根据计算结果，本次作战选择方案 3，方案 2 作为备选方案。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。参考文献：1 廖晶静，孙刚.递归式两栖编队通信网络仿真试验设计方法 J.舰船电子工程，2021，41（4）：79-84.LIAO J J，SUN G.A recursive simulation testing designmethod of amphibious formation communication networkJ.Ship Electronic Engineering，2021，41（4）：79-84.2 刘翔宇，赵洪利，杨海涛.作战方案评估方法综述 J.兵器装备工程学报，2018，39（8）：79-84.LIU X Y，ZHAO H L，YANG H T.Overview of operationalplan evaluation method J.Journal of 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