ANP在依托C4ISR的指揮控制效能評(píng)估中的應(yīng)用研究

呂　游,李正軍,付　曉

(國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)指揮軍官基礎(chǔ)教育學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙　410072)

ANP在依托C4ISR的指揮控制效能評(píng)估中的應(yīng)用研究

呂游,李正軍,付曉

(國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)指揮軍官基礎(chǔ)教育學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙410072)

摘要:指揮信息系統(tǒng)(C4ISR)作為聯(lián)系指揮者、指揮對(duì)象和武器平臺(tái)的重要手段,其作用的發(fā)揮對(duì)指揮體系的整體指揮控制效能具有重要影響。將指揮員、指揮機(jī)關(guān)、指揮信息系統(tǒng)和所屬部隊(duì)等多種因素作為影響指揮控制效能的主要因素,在分析各因素之間的相互影響及其內(nèi)部各子因素的相互關(guān)系后,采用網(wǎng)絡(luò)層次分析法(Analytic Network Process, ANP)建立了指揮控制效能評(píng)估的網(wǎng)絡(luò)模型,并運(yùn)用Super Decision(SD)軟件對(duì)模型予以實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò)層次分析法;指揮信息系統(tǒng);指揮控制效能;評(píng)估

指揮信息系統(tǒng)依據(jù)聯(lián)合作戰(zhàn)指揮體制、作戰(zhàn)編成和指揮關(guān)系,縱向貫通聯(lián)合作戰(zhàn)指揮部、作戰(zhàn)集團(tuán)(集群)指揮部和作戰(zhàn)部隊(duì),橫向銜接指揮控制、情報(bào)、通信、軍務(wù)動(dòng)員、政治工作、后勤和裝備保障等諸要素,同時(shí)聯(lián)通支援保障信息系統(tǒng),交鏈主戰(zhàn)武器平臺(tái),是我軍集戰(zhàn)略、戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)于一體的信息化指揮手段[1-3]。

不論指揮信息系統(tǒng)如何先進(jìn),其操作使用都離不開(kāi)各級(jí)指揮人員。要充分發(fā)揮指揮信息系統(tǒng)的作用,在科學(xué)、合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能及其相關(guān)軟硬件層次結(jié)構(gòu)的同時(shí),必須充分考慮操作人員的軍事素養(yǎng)、意志品質(zhì)、操作水平等多種因素,只有充分做到“人-機(jī)”一體,才能最大程度發(fā)揮整個(gè)指揮體系的作用。這一方面要求指揮信息系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到功能到硬件配套必須以作戰(zhàn)需求為牽引,在操作界面設(shè)計(jì)上應(yīng)便于操作,在功能模塊設(shè)置上應(yīng)不斷優(yōu)化以便于各部門高效完成指揮協(xié)作,在硬件配套上應(yīng)不斷改進(jìn)升級(jí)以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性和戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。另一方面,要通過(guò)部隊(duì)在平時(shí)訓(xùn)練、演習(xí)中的使用,發(fā)現(xiàn)指揮信息系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)和硬件配套等方面存在的漏洞和不足,對(duì)指揮信息系統(tǒng)的改進(jìn)升級(jí)提出合理的建設(shè)性意見(jiàn)和建議,從而提高指揮控制效能。

1網(wǎng)絡(luò)層次分析法(ANP)簡(jiǎn)介

1.1網(wǎng)絡(luò)層次分析法的提出

網(wǎng)絡(luò)層次分析法(Analytic Network Process, ANP)是在層次分析法的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的[4]。層次分析法作為效能評(píng)估重要工具,其有效性、科學(xué)性在各種決策問(wèn)題中得到了充分的證實(shí)。但層次分析法也有自身的局限性,其對(duì)問(wèn)題的各個(gè)要素有一定的要求,需要其相互獨(dú)立,且下一層元素受到上一層元素支配。而隨著社會(huì)的發(fā)展,決策問(wèn)題的復(fù)雜性不斷增加,元素之間的相互關(guān)系更加復(fù)雜,一些問(wèn)題難以利用層次分析法得到令人滿意的結(jié)論。為解決層次分析法的局限性,Thomas L. Saaty教授于1996年提出了網(wǎng)絡(luò)層次分析法,對(duì)層次分析法進(jìn)行了延伸和拓展[4]。

1.2網(wǎng)絡(luò)層次分析法簡(jiǎn)介

網(wǎng)絡(luò)層次分析法在邏輯結(jié)構(gòu)上與層次分析法有較大區(qū)別。層次分析法采用的是層的概念,各層之間有明確的隸屬關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)層次分析法采用了組的概念,各組之間不僅可以有隸屬關(guān)系,還可以有反饋關(guān)系,不同的組可以相互影響,如圖1所示。

圖1　層次分析法與網(wǎng)絡(luò)層次分析法的比較

層次結(jié)構(gòu)是線性結(jié)構(gòu),層次分析法中認(rèn)為不同元素之間是彼此獨(dú)立的,下層元素對(duì)上層元素有隸屬性質(zhì),沒(méi)有下層元素對(duì)上層元素的反饋。網(wǎng)絡(luò)層次分析法是對(duì)層次分析法的改進(jìn)和發(fā)展,打破了不同層次之間的嚴(yán)格界限,將原來(lái)的層次關(guān)系改進(jìn)為網(wǎng)絡(luò)關(guān)系,更能體現(xiàn)出各元素之間以及不同層次之間的相互影響和聯(lián)系,也可以存在循環(huán)。網(wǎng)絡(luò)層次分析法中,一個(gè)組件內(nèi)部的元素可以相互之間存在一定的影響,一個(gè)組件可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)影響另一個(gè)組件,也可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)組件返回該組件,形成一個(gè)循環(huán),也就是說(shuō)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)元素、組件的限制更少,其相互影響可以更復(fù)雜,也更能符合實(shí)際問(wèn)題的復(fù)雜性。圖2描述了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)。

圖2　網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)示意圖

計(jì)算方法上網(wǎng)絡(luò)層次分析法運(yùn)用“超矩陣”體現(xiàn)不同元素之間的相對(duì)重要性指標(biāo),運(yùn)用數(shù)學(xué)方法得出各元素的混合權(quán)重,為體現(xiàn)不同意見(jiàn)的客觀存在,不要求矩陣具有一致性。網(wǎng)絡(luò)模型比層次模型中各指標(biāo)的關(guān)系更加復(fù)雜,求解過(guò)程計(jì)算量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于層次分析法,往往需要使用專業(yè)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的不斷發(fā)展,研究人員可以建立相對(duì)復(fù)雜的模型并通過(guò)計(jì)算機(jī)求解,從而大大減少了數(shù)據(jù)計(jì)算和處理人員的工作量。網(wǎng)絡(luò)層次分析法已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于經(jīng)濟(jì)、交通、建筑、軍事等眾多領(lǐng)域,并有很多卓有成效的應(yīng)用實(shí)例。

1.3網(wǎng)絡(luò)層次分析法的數(shù)據(jù)處理

假設(shè)某決策問(wèn)題被分解成了N個(gè)組件,各組件中的元素可以影響該組件或其他組件中的元素,整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)元素在一定的屬性支配下相互影響。本文將這些組件記為Ch,其中h=1,2,3…N,Ch中包含nk個(gè)元素,分別用eh1,eh2,…,ehnk表示。選用1—9的整數(shù)作為標(biāo)度,若某元素對(duì)其他某元素?zé)o影響,其影響度為0,將各組件中的元素兩兩比較,就得出了兩兩比較初始矩陣。

將兩兩比較得到的初始矩陣進(jìn)行一定數(shù)據(jù)處理,得到優(yōu)先權(quán)向量,將其作為初始超矩陣列的一部分。初始超矩陣反應(yīng)了矩陣左側(cè)的元素對(duì)矩陣頂部元素的影響程度。圖3給出的是一個(gè)超矩陣及其子矩陣Wij的例子。超矩陣組件Ci右邊列出了所有根據(jù)其父節(jié)點(diǎn)計(jì)算得到的優(yōu)先權(quán)向量。

圖3　網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)的超矩陣及其構(gòu)成子矩陣[4]

將初始超矩陣進(jìn)行加權(quán)處理,得到加權(quán)超矩陣。通過(guò)一系列數(shù)學(xué)推導(dǎo),可以證明通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層次分析法得到的加權(quán)超矩陣具有一個(gè)非常好的性質(zhì),該矩陣的n次方的極限是存在的,相應(yīng)極限矩陣的元素反映了決策問(wèn)題各影響因素的相對(duì)權(quán)重[5-7]。

2指揮控制效能評(píng)估體系的建立

指揮信息系統(tǒng)是聯(lián)系各指揮要素與作戰(zhàn)部隊(duì)和武器平臺(tái)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),是戰(zhàn)斗力生成的倍增器。指揮者、指揮信息、指揮手段和指揮對(duì)象等作戰(zhàn)指揮要素與情報(bào)活動(dòng)、決策互動(dòng)、組織活動(dòng)和控制活動(dòng)等作戰(zhàn)活動(dòng)通過(guò)指揮信息系統(tǒng)相互作用,形成了整體的指揮控制效能,諸要素的相互關(guān)系如圖4所示。

圖4　指揮控制效能影響因素及其相互關(guān)系

在依托指揮信息系統(tǒng)的指揮控制效能評(píng)估中,科學(xué)合理選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是確保評(píng)估質(zhì)量的前提和基礎(chǔ)。解決任何問(wèn)題都要有一定的原則和方法,只有在正確的原則和方法的指導(dǎo)下才能更好地解決問(wèn)題。在確定指揮控制效能指標(biāo)體系問(wèn)題中,應(yīng)注意和把握以下原則。

2.1科學(xué)性

基于信息系統(tǒng)的指揮控制效能評(píng)估指標(biāo)體系應(yīng)科學(xué)合理,既要充分考慮指揮信息系統(tǒng)的功能,又要緊密結(jié)合作戰(zhàn)指揮過(guò)程的階段性特點(diǎn);既全面體現(xiàn)指揮信息系統(tǒng)在作戰(zhàn)指揮體系中的重要作用,又具體聯(lián)系各級(jí)指揮人員的能力素質(zhì)和作戰(zhàn)部隊(duì)、武器平臺(tái)的作用發(fā)揮;既反映信息化條件下作戰(zhàn)特點(diǎn),又符合我軍武器裝備實(shí)際。

2.2客觀性

基于信息系統(tǒng)的指揮控制效能評(píng)估對(duì)象是客觀的指揮實(shí)踐活動(dòng),各級(jí)指揮人員的能力素質(zhì)、各種武器平臺(tái)的作戰(zhàn)性能、各作戰(zhàn)部隊(duì)的實(shí)際戰(zhàn)斗能力都具有客觀性,指揮信息系統(tǒng)本身功能特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)以及作戰(zhàn)指揮活動(dòng)所遵循的作戰(zhàn)指揮規(guī)律也同樣具有客觀性。各級(jí)評(píng)估指標(biāo)確定必須符合客觀性的要求,不能主觀臆斷,憑借個(gè)人理解隨意設(shè)定,要充分考慮到指揮人員、作戰(zhàn)目的和指揮手段等諸多要素,評(píng)估指標(biāo)的體系構(gòu)成應(yīng)科學(xué)合理,不能隨意設(shè)立,各指標(biāo)要素權(quán)重確定也應(yīng)反映客觀實(shí)際。

2.3系統(tǒng)性

基于信息系統(tǒng)的指揮控制效能評(píng)估指標(biāo)體系涉及因素眾多、各因素之間相互關(guān)系復(fù)雜,指標(biāo)體系的建立必須符合指揮體系的系統(tǒng)性、指揮信息系統(tǒng)本身的系統(tǒng)性和指揮過(guò)程的系統(tǒng)性。指標(biāo)體系的確定既要遵循作戰(zhàn)指揮過(guò)程中的情報(bào)活動(dòng)、決策活動(dòng)、組織活動(dòng)和控制活動(dòng)的過(guò)程性特點(diǎn),又要充分考慮指揮者、指揮信息、指揮手段、指揮對(duì)象等各作戰(zhàn)指揮要素對(duì)各指揮過(guò)程的影響,同時(shí)還要結(jié)合指揮信息系統(tǒng)本身的功能特點(diǎn)。

2.4可用性

基于信息系統(tǒng)的指揮控制效能評(píng)估指標(biāo)體系應(yīng)當(dāng)具有較好的可用性,做到“指標(biāo)可量,數(shù)據(jù)可算,結(jié)果可示”。要合理構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)的層次結(jié)構(gòu),反映出不同指標(biāo)在指標(biāo)體系中的重要程度,便于度量;要適度確定評(píng)估指標(biāo)的數(shù)量范圍以便于數(shù)據(jù)采集和處理,既要避免因指標(biāo)太多導(dǎo)致評(píng)估體系過(guò)于復(fù)雜,也要避免指標(biāo)太少難以全面評(píng)估指揮控制效能;評(píng)價(jià)指標(biāo)體系要充分反映出指揮系統(tǒng)的整體指揮控制效能,通過(guò)數(shù)學(xué)模型的定量計(jì)算后,能夠量化可示。

根據(jù)以上原則,構(gòu)建出指揮控制效能評(píng)估指標(biāo)體系,如圖5所示。

圖5　指揮控制效能評(píng)估指標(biāo)體系

3基于SD軟件的指揮控制效能評(píng)估

3.1基于SD軟件的指揮控制效能評(píng)估模型

SD軟件是專門為網(wǎng)絡(luò)層次分析法編寫的應(yīng)用程序,可以對(duì)具體問(wèn)題建立相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)層次模型并進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)處理。應(yīng)用該軟件建立的指揮控制效能評(píng)估模型如圖6所示。

圖6　揮效能評(píng)估指標(biāo)體系模型

3.2基于SD軟件的數(shù)據(jù)采集

SD通過(guò)將有相互聯(lián)系的元素通過(guò)兩兩比較的方式得出相應(yīng)的比較矩陣,進(jìn)而計(jì)算出與之對(duì)應(yīng)的初始超矩陣、加權(quán)超矩陣,并通過(guò)極限矩陣的形式得出各要素的相對(duì)權(quán)重。

其數(shù)據(jù)采集通過(guò)軟件提供的兩兩比較界面實(shí)現(xiàn)。兩兩比較的次數(shù)由模型中組件的數(shù)量、各組件中包含的元素?cái)?shù)量、各組件之間相互關(guān)系及組件內(nèi)部元素間相互關(guān)系的復(fù)雜程度共同決定。圖7為“科學(xué)決策能力”組件中的“理解任務(wù)準(zhǔn)確性”這一指標(biāo)為準(zhǔn)則的條件下,“信息對(duì)抗能力”這一組件中與之相關(guān)的元素的兩兩比較界面。

圖7　數(shù)據(jù)采集界面

3.3基于SD軟件的結(jié)果輸出

SD軟件具有較強(qiáng)的計(jì)算能力,能夠按照設(shè)計(jì)的算法對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得出相應(yīng)的初始超矩陣、加權(quán)超矩陣、極限超矩陣,以及各要素的相對(duì)權(quán)重。通過(guò)SD軟件得到的結(jié)果一般以圖或表的形式輸出,相應(yīng)結(jié)果可以導(dǎo)出。圖8給出了設(shè)計(jì)的模型中影響指揮控制效能的各要素的相對(duì)權(quán)重。

圖8　相對(duì)權(quán)重輸出結(jié)果

4結(jié)束語(yǔ)

指揮控制效能受到指揮員、指揮機(jī)關(guān)、指揮信息系統(tǒng)及所屬部隊(duì)等多種因素共同影響。采用網(wǎng)絡(luò)層次分析法能夠較好地反應(yīng)出各要素之間以及各要素內(nèi)部各子要素之間的相互影響,從而更科學(xué)地反映出整個(gè)作戰(zhàn)指揮體系的指揮控制效能。

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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

文章編號(hào)：1673-3819(2016)03-0079-04

收稿日期：2016-03-03

作者簡(jiǎn)介：呂游(1982-),男,黑龍江望奎人,碩士研究生,研究方向?yàn)樽鲬?zhàn)指揮理論應(yīng)用與方法。 李正軍(1971-),男,教授，碩士生導(dǎo)師。

中圖分類號(hào):E94

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1673-3819.2016.03.015

修回日期： 2016-03-22

付曉(1984-),男,碩士研究生。