基于改進云模型的艦載直升機搜救能力效能評估*

董文洪　許玉飛　潘長鵬　王　磊

(1.海軍航空工程學(xué)院指揮系　煙臺　264001)(2.海軍航空工程學(xué)院研究生管理大隊指揮系　煙臺　264001)

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基于改進云模型的艦載直升機搜救能力效能評估*

董文洪1許玉飛2潘長鵬1王磊1

(1.海軍航空工程學(xué)院指揮系煙臺264001)(2.海軍航空工程學(xué)院研究生管理大隊指揮系煙臺264001)

在艦載搜救直升機搜救能力評估的過程中，有些指標是可以用精確的數(shù)值表示的定量指標，有些是用模糊的語言表示的定性指標，通過改進云模型方法，把評價過程中所存在的模糊性和隨機性體現(xiàn)出來，最終得到艦載直升機搜救能力的效能評估結(jié)果。

效能評估; 搜救; 艦載直升機; 云模型

Class NumberTP391

1　引言

海上航空救援能力是現(xiàn)代海軍力量保障的重要指標之一。飛行人員的遇險救援是現(xiàn)代海上保障力量的一項重要而且特殊的保障任務(wù)。

隨著艦載機海上飛行訓(xùn)練強度逐漸增大，因突發(fā)情況或裝備偶發(fā)故障及戰(zhàn)損而導(dǎo)致飛行人員在遠距離離機待救的情況將是難以避免的，并且海上生存和救助環(huán)境相當復(fù)雜，需在全天時、全天候等各種復(fù)雜條件下快速反應(yīng)，準確尋找，爭取在盡可能短的時間內(nèi)完成救護、轉(zhuǎn)送工作，一旦艦載機海上失事，如何在最短的時間內(nèi)搜索發(fā)現(xiàn)落水飛行員并組織海上救援，從而最大限度地挽救飛行員的生命，保持部隊的士氣和持續(xù)戰(zhàn)斗力，是目前亟待研究的問題。

由于以往的評估方法過分依賴于專家根據(jù)一定的標準進行打分，這種評價方式難免會過于依賴人為主觀因素，而且只適用于多人決策，沒有把決策過程中的隨機性和模糊性考慮進去，對于科學(xué)評估意義有限。為了彌補這個不足，本文結(jié)合傳統(tǒng)的AHP指標體系建立和云模型的評估方法，在定性與定量互換的過程中，把所存在的模糊性和隨機性體現(xiàn)出來，最大化地減少人為主觀因素的干預(yù)，有效的對搜救能力進行效能評估。

2　云模型的概念

云模型是李德毅院士在傳統(tǒng)模糊集理論和概率統(tǒng)計的基礎(chǔ)上提出的一種定性定量不確定性轉(zhuǎn)換模型，它最大的特點就是把定性概念的模糊性和隨機性完全集成在一起。[1]使用云模型(Cloud Model)來進行搜救能力效能評估，實質(zhì)上就是用云模型來描述定性指標，把定量的指標轉(zhuǎn)換成定性指標進行分析，它是一種用來處理模糊信息的工具。

圖1　云模型的示意圖

3　艦載搜救直升機搜救能力指標體系的建立

建立一個合理的指標體系需要考慮以下五個原則： 1) 完整性，即能夠全面地表征決策時所需要的重要方面； 2) 可運算性，即在后面的分析中能夠用到此指標； 3) 可分解性，即可以分解以便于簡化評估過程； 4) 無亢余性，即指標之間沒有重疊； 5) 極小性，同一個問題不可使用包含更少元素的指標體系來描述。

根據(jù)艦載直升機的搜救使用要求和特點，遵循最簡性、可測性、客觀性、完備性和獨立性原則，將艦載機搜救能力指標體系劃分為自然環(huán)境條件、個人救生電臺裝備、搜救直升機性能、指揮通信系統(tǒng)、搜救人員素質(zhì)五個二級指標，細化出25個三級指標，如表1所示。

上述指標體系反映了各影響因素之間的層次關(guān)系。但在具體的搜救能力分析時，同一層次的不同指標對其上一層次指標的貢獻程度未必相同，這取決于決策者對指標的重視程度、系統(tǒng)的主要功能、系統(tǒng)的應(yīng)用場景等很多考量。

確定各個指標在同一層次指標中所占得權(quán)重是進行系統(tǒng)效能分析時非常重要的一步。通過構(gòu)造判斷矩陣，求解各個指標的權(quán)重是一種非常有效的方法。假設(shè)某一層共有n個指標，不妨設(shè)為X={x1,x2,…,xn}，通過各個指標進行兩兩間比較，建立比較矩陣，即每次取兩個指標xi和xj，以aij表示xi和xj對上一層指標的影響之比，則A=(aij)n×n即為該層指標的判斷矩陣。在做兩兩對比時，可以采用1～9及其倒數(shù)作為標度，具體含義如表2所示。

表1　艦載搜救直升機搜救能力評估指標體系

表2　標度的含義

判斷矩陣A對應(yīng)于最大特征值λmax的特征向量W歸一化后即為該層次各個指標對上一層次指標的影響因素，即所謂的權(quán)重。

在構(gòu)造判斷矩陣的過程中，難免會出現(xiàn)一定程度的非一致性，因此，在判斷矩陣構(gòu)造完畢后，需先對其進行一致性檢驗，一般通過計算一致性比例來進行檢驗。一致性比例計算公式為

對家鄉(xiāng)的愛還表現(xiàn)在積極關(guān)注現(xiàn)實社會、了解民情、體貼民意、推動社會發(fā)展、國家進步，不消極厭世、無所作為、冷眼旁觀、消極應(yīng)對。其中一個方面表現(xiàn)為敢于追求社會的公平正義敢于為民請命。南通民間流傳著許多為民請命的故事，一些人物甚至不惜與基層官吏對抗。在南通全境流傳著曹瘦臉了的傳說。在天災(zāi)頻仍，收成虧欠的情況下，通州境內(nèi)余西鹽場的鹽民顆粒無收，基層官吏仍然不減稅收，賦稅照催如故。曹秀升解到情況后非常生氣，就將余西鹽場連同另外當?shù)厥畟€征稅的鹽總當作被告，進行上告，基層不理會，又告到揚州運鹽都司。最后官府懼怕事情鬧大，就免了遭災(zāi)地區(qū)的鹽稅。

表3　RI值對照表

4　基于云模型的艦載直升機搜救能力效能評估[2～5]

在對具體因素進行效能分析時，往往采用專家評判的方法。但專家評判往往以定性的語言值方式呈現(xiàn)，具有較大的模糊性。本文采用云模型理論進行建模，將多位專家的定性評判結(jié)果轉(zhuǎn)化為定量的評價值，具體方法如下。

4.1評價集確定

評價集的確定主要是針對每一個因素，確定其語言值云模型的個數(shù)和每一個云模型的具體參數(shù)。其中，語言值云模型的個數(shù)需在評價前給定，本文將每一個因素的定性評價結(jié)果限定為“很好”、“好”、“中等”、“一般”、“差”五個等級。每一個云模型的數(shù)字特征，可以通過分析歷史數(shù)據(jù)得到，也可以結(jié)合經(jīng)驗值給出。

評價集的確定為專家進行合理有效的評判提供了依據(jù)和規(guī)范，本文確定的評價等級和云模型參數(shù)如表4所示，云模型圖如圖2所示。

表4　評價等級和云模型參數(shù)

圖2　評價等級云模型圖

4.2統(tǒng)計專家意見

根據(jù)確定好的評價等級，邀請相關(guān)領(lǐng)域的專家對每個指標進行專家評判。具體操作時可以采用德爾菲法，通過對專家意見進行多次的反饋和綜合，得出最終的定性評價結(jié)果，記入表5。

表5　專家評判結(jié)果

4.3確定評價結(jié)果

根據(jù)正態(tài)云的加法運算準則，可以將多位專家的評判結(jié)果進行綜合，從而得到專家群體對該指標的集體評估結(jié)果。

假設(shè)對于第i個指標，第j位專家給出的評估云模型為Cij=(Exij,Enij,Heij)，第i個指標的集體評估結(jié)果為Ci=(Exi,Eni,Hei)，具體的計算公式如下：

(1)

其中，m代表的是參加評估的專家個數(shù)。

如果各個指標對于其上一層指標的影響權(quán)重已知，則可根據(jù)下列式子得到其上一層指標的云模型參數(shù)。

(2)

式中k表示該層指標的個數(shù)。

以“指揮通信系統(tǒng)”為例，其效能由指揮控制能力、輔助決策能力、信息獲取能力、信息處理能力、信息傳輸能力、系統(tǒng)可靠性5個指標構(gòu)成。通過構(gòu)造判斷矩陣，得出了這六個指標的權(quán)重矩陣。

w=[0.250.10.150.250.150.1]

針對每一個指標， 邀請五位相關(guān)方面的專家進行評價，評價結(jié)果限在為“很好”、“好”、“中等”、“一般”、“差”五個等級。對專家的意見進行整理、匯總，得出如表6的表格。

表6　專家評價結(jié)果匯總

根據(jù)式(1)，對多位專家的評判結(jié)果進行綜合，得出專家組對各項指標的集體評價結(jié)果如表7所示。

表7　專家組集體評價結(jié)果

根據(jù)式(2)，利用表7中的數(shù)據(jù)，可以得到指揮通信系統(tǒng)最終的云模型參數(shù)為(80.7232,37.1615,0.9816)。

采用同樣的方法和步驟，可以計算出對自然環(huán)境條件、救生裝備、搜救直升機性能和搜救人員素質(zhì)的評價模型參數(shù)以及各自對其上一層指標的影響權(quán)重，在此直接給出計算結(jié)果。自然環(huán)境條件(75.1252,27.1525,0.7327)，個人救生裝備(82.1332,30.1365,0.8776)，搜救直升機性能(81.6556,28.1226,0.9270)，搜救人員素質(zhì)(85.2334,31.3556,1.0723)。

表8　艦載直升機搜救能力專家組集體評價結(jié)果

根據(jù)表8中的數(shù)據(jù)，可以得出艦載直升機搜救能力的評價參數(shù)為(79.9633,30.3654,0.8443)。

5　結(jié)語

本文針對艦載直升機搜救落水飛行員的效能評估問題，采取了改進的云模型方法，將定性和定量的指標進行互換，體現(xiàn)出評價過程中的模糊性和不確定性。但是，沒有完成多海域多批目標搜救評估能力，需要在后續(xù)研究中進行改進研究。

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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、導(dǎo)彈發(fā)展論證。許玉飛，男，碩士研究生，研究方向：作戰(zhàn)運籌分析。潘長鵬，男，博士，副教授，研究方向：航空裝備作用及效能評估。王磊，男，博士，講師，研究方向：航空裝備作用及效能評估。

TP391

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.10.027