基于G1法和云理論的預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)能力評(píng)估

高曉峰，陳希燚，張岐龍,鐘 偉

(解放軍95806部隊(duì)，北京 100076)

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基于G1法和云理論的預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)能力評(píng)估

高曉峰，陳希燚，張岐龍,鐘 偉

(解放軍95806部隊(duì)，北京 100076)

結(jié)合雷達(dá)預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展要素，提出了系統(tǒng)建設(shè)效能的評(píng)估指標(biāo)體系，在綜合G1法的基礎(chǔ)上，建立云重心理論效能評(píng)估模型，通過實(shí)例進(jìn)行了有效的評(píng)估分析，表明該法可行有效并為分析系統(tǒng)能力提供了新的方法途徑。

云理論；預(yù)警監(jiān)視；系統(tǒng)能力

0 引 言

現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)中,各類飛機(jī)、導(dǎo)彈技術(shù)迅猛發(fā)展，使得來自空天的安全形勢(shì)日益嚴(yán)峻?？仗鞈B(tài)勢(shì)的預(yù)警和監(jiān)視已逐漸成為世界各國(guó)的安全關(guān)注重點(diǎn)，軍事大國(guó)紛紛加強(qiáng)自身在雷達(dá)預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)中的建設(shè)和發(fā)展。我軍目前也正在加緊預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展與建設(shè)，為了更好的發(fā)展，分析系統(tǒng)作戰(zhàn)的影響因素，著眼一體化聯(lián)合作戰(zhàn)的實(shí)戰(zhàn)需求，對(duì)預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)的建設(shè)水平進(jìn)行綜合檢驗(yàn)和總體評(píng)價(jià)，找準(zhǔn)系統(tǒng)發(fā)展建設(shè)中的薄弱環(huán)節(jié)和短板部位，研究改進(jìn)措施，全面提升預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)的總體水平很有必要。

本文在預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)體系構(gòu)建研究的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建系統(tǒng)建設(shè)評(píng)估的指標(biāo)體系及評(píng)估模型，將G1法和云理論應(yīng)用于層次結(jié)構(gòu)的評(píng)估指標(biāo)體系中，對(duì)預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展的水平和質(zhì)量建設(shè)進(jìn)行初步評(píng)估分析，不僅得出了可參考性結(jié)論，還為系統(tǒng)能力建設(shè)的綜合評(píng)價(jià)提供了一種有效的評(píng)估方法。

1 構(gòu)建評(píng)估指標(biāo)體系

根據(jù)預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展的主要內(nèi)容，選取反映系統(tǒng)發(fā)展的主要因素，作為一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)層，并將一級(jí)指標(biāo)包含的影響因素作為二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)層，從而構(gòu)建出預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展水平評(píng)估的指標(biāo)體系，如圖1所示。

圖1 預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)建設(shè)能力評(píng)估指標(biāo)體系圖

該指標(biāo)體系依據(jù)預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)建設(shè)的主要內(nèi)容，從影響系統(tǒng)發(fā)展水平的系統(tǒng)構(gòu)成適配性、裝備體系完整性、作戰(zhàn)體系合理性、力量運(yùn)用有效性和支撐環(huán)境的完整性5項(xiàng)指標(biāo)來衡量。

系統(tǒng)構(gòu)成適配性，是指構(gòu)成預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)的各分系統(tǒng)的合適程度以及與作戰(zhàn)威脅所匹配的程度，它可以從系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)以及對(duì)分系統(tǒng)擔(dān)負(fù)的具體作戰(zhàn)任務(wù)劃分是否合理兩方面來衡量；裝備的完備性，是指防空、反導(dǎo)預(yù)警裝備的種類功能是否齊全、探測(cè)方式手段與使用的頻率、帶寬以及空、天、地預(yù)警平臺(tái)發(fā)展的完備程度；作戰(zhàn)體系合理性，是指影響預(yù)警作戰(zhàn)效能的因素組成的合理程度，主要可以從預(yù)警作戰(zhàn)的整體預(yù)警結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的指揮控制能力(即指揮機(jī)構(gòu)、指揮層次、指揮手段、指揮方式)、部隊(duì)編制體制適應(yīng)作戰(zhàn)的程度以及預(yù)警情報(bào)傳遞利用的合理度來衡量；力量運(yùn)用有效性，則是指預(yù)警作戰(zhàn)中對(duì)各種力量組織運(yùn)用的有效程度以及所發(fā)揮的效能；支撐環(huán)境的完整性主要是指對(duì)預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展起支撐作用的各方面因素的完整情況，包括軍事訓(xùn)練的水平、理論研究的體系完整性，人才、法規(guī)的發(fā)展完善程度，預(yù)警作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)作戰(zhàn)模擬、仿真、評(píng)估能力以及對(duì)軍事理論、系統(tǒng)、裝備建設(shè)的科學(xué)性驗(yàn)證研究能力。

2 建立基于G1法和云重心理論評(píng)估模型

2.1 G1法的概念

G1法是針對(duì)層次分析法缺陷提出的一種改進(jìn)型權(quán)重賦值方法，通過對(duì)影響因素的排序確定權(quán)重，適用于評(píng)估中不能完全量化的模糊賦值[1]。G1法的特點(diǎn)主要是不用構(gòu)造判斷矩陣，也不用采取一致性校驗(yàn)。和普通層次分析法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重的方式相比，G1 法的計(jì)算量大幅降低，并且在運(yùn)用中對(duì)指標(biāo)具體數(shù)量沒有特定限制，因?yàn)槭峭ㄟ^專家的重要性排序給出指標(biāo)間的序關(guān)系，所得出的結(jié)論完全科學(xué)有效。

因此，本文采用G1法來確定各指標(biāo)權(quán)重wn，具體方法如下：

(1) 明確指標(biāo)權(quán)重間排序。假定有n個(gè)待評(píng)價(jià)指標(biāo){u1,u2,…,un}，需確定其權(quán)重{w1,w2,…,wn}。

先明確對(duì)于某指標(biāo)相對(duì)于所制定的評(píng)價(jià)規(guī)則，當(dāng)指標(biāo)ui的重要性不低于uj時(shí)，則可記作ui>uj；那么，如果指標(biāo){u1,u2,…,un}相對(duì)某評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(或目標(biāo))具有關(guān)系式u1>u2>…>un時(shí)，稱為在評(píng)價(jià)指標(biāo){u1,u2,…,un}之間確立了按>排序的序關(guān)系。

(2) 給出指標(biāo)uk-1與uik的重要度評(píng)判。假定專家對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)uk-1及uk相對(duì)重要性之比wk-1/wk的評(píng)判是rk，rk=wk-1/wk(k=n,n-1,…,3,2，即uk-1的權(quán)重是uk的rk倍)。其中rk的賦值參考表如表1所示。

表1 rk賦值表

(3) 權(quán)重計(jì)算。若專家給出的理性賦值滿足表1要求，則指標(biāo)的權(quán)重為:

(1)

即：wn=(1+r2r3r4…rn+r3r4…rn+…+rn)-1，其中:

wk-1=rkwk

(2)

可見，G1法避免了判斷矩陣的不一致問題，提供了一種計(jì)算權(quán)重的新方法[2-3]。G1法的優(yōu)勢(shì)主要集中于不用進(jìn)行一致性檢驗(yàn)；計(jì)算簡(jiǎn)單、快捷，方便實(shí)用；同時(shí)，對(duì)同一層指標(biāo)的數(shù)量沒有具體要求。

2.2 云重心理論的基本涵義

“云重心”理論是在概率理論和模糊集合理論進(jìn)行交叉滲透的基礎(chǔ)上，通過數(shù)學(xué)模型表示定性概念和定量分析之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，它反映出了知識(shí)與客觀事物間概念的模糊性和隨機(jī)性。云模型主要通過期望值Ex、熵En和超熵He這3個(gè)特征值來表示[4]。Ex表示云重心的位置，即對(duì)應(yīng)模糊概念的中心位置；En表示對(duì)應(yīng)概念的模糊度，En越大，概念的接受范圍越廣，概念描述也越模糊；He反映的是云滴的離散度，He越大，云滴越離散，云層的厚度越高，隸屬度的隨機(jī)性也越大。

云重心可用T=a×b來表達(dá)，其中a為重心，b為重心高度。期望反應(yīng)的是評(píng)判概念的中心位置，即云的重心，云重心隨著期望的變化而發(fā)生改變。若期望值一樣時(shí)，云重心的高度可以用來判別概念的重要性。運(yùn)用云重心評(píng)價(jià)方法，能夠很好地表示“不確定性”及“無知性”等重要概念，減少?gòu)?fù)雜系統(tǒng)中數(shù)據(jù)量化的困難，并無需先驗(yàn)概率，推理形式簡(jiǎn)單，結(jié)論可靠。

2.3 云重心理論評(píng)估的方法

一般對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估分析的過程中，系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)常常既有定量指標(biāo)又有定性指標(biāo)，云重心理論就是利用云模型把系統(tǒng)的性能指標(biāo)完全表達(dá)出來，同時(shí)通過綜合云來表達(dá)系統(tǒng)狀態(tài)，經(jīng)過求取綜合云的重心相對(duì)于系統(tǒng)在理想狀態(tài)時(shí)的重心加權(quán)偏離度，最后將結(jié)果輸入云測(cè)評(píng)器，激活相應(yīng)的評(píng)判值[5]。

2.3.1 用云模型計(jì)算表達(dá)各指標(biāo)

在所評(píng)價(jià)系統(tǒng)的指標(biāo)體系中，一般有數(shù)值型和語(yǔ)言型，即定量和定性2種描述方式，通常利用n組樣本來確定系統(tǒng)狀態(tài)，利用指標(biāo)評(píng)價(jià)值構(gòu)建決策矩陣。因此，對(duì)于數(shù)值型指標(biāo)來說，n個(gè)指標(biāo)可表示為：

Ex=(Ex1+Ex2+…+Exn)/n

(3)

En=[max(Ex1,Ex2,…,Exn)-

min(Ex1,Ex2,…,Exn)]/6

(4)

對(duì)于語(yǔ)言性的指標(biāo)來說， n個(gè)指標(biāo)也通過一個(gè)一維綜合云模型來表示，即為：

Ex=(Ex1En1+Ex2En2+…+ExnEnn)/ (En1+En2+…+Enn)

(5)

En=En1+En2+…+Enn

(6)

2.3.2 用偏離度衡量系統(tǒng)情況

當(dāng)有p個(gè)性能指標(biāo)時(shí)，可用p個(gè)云重心模型來描述，通過指標(biāo)反應(yīng)的系統(tǒng)狀態(tài)由一個(gè)p維綜合云來表述。如果系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生改變，那么這個(gè)綜合云的形狀也會(huì)隨著發(fā)生變化，云重心的位置也將變化。p維綜合云的重心T可表示為：T=(T1,T2,…,Tp)，其中：Ti=ai×bi,i=1,2,…,p。

2.3.3 求偏離度分析判斷云重心的變化

(7)

此時(shí)，評(píng)判系統(tǒng)狀態(tài)的綜合云重心是有方向、大小，但沒有量綱的一個(gè)值，在理想情況時(shí)，向量是(0,0,…,0)。

(8)

2.3.4 通過模型分析得出系統(tǒng)效能

云理論模型利用集合的形式，將一般描述系統(tǒng)效能的評(píng)定結(jié)論展現(xiàn)在語(yǔ)言標(biāo)尺上，組成評(píng)語(yǔ)集：V=(v1,v2,…,v11)=(vt|t=1,2,…,11)=(無、非常差、很差、較差、差、一般、好、較好、很好、非常好、極好)，任何一個(gè)評(píng)語(yǔ)的值都是利用云模型來實(shí)現(xiàn)的，因此整體形成了一個(gè)定性評(píng)價(jià)系統(tǒng)的“云發(fā)生器”。

利用上述模型所得到的θ值輸入云發(fā)生器，將發(fā)生2種情況：

(1) 激活某一個(gè)評(píng)語(yǔ)值的程度和其它評(píng)語(yǔ)值相比，幅度明顯且大于某一伐值γ，則此評(píng)語(yǔ)就是對(duì)系統(tǒng)的評(píng)判結(jié)果；

(2) 激活了某2個(gè)評(píng)語(yǔ)值，兩者相比幅度一致或差距不多，且小于某一伐值γ，則需要利用綜合云產(chǎn)生新的云，模型的期望作為定量結(jié)果生成，對(duì)應(yīng)的評(píng)判可由系統(tǒng)專家或是用戶給定。

對(duì)于多層次系統(tǒng)，則由下向上遞推計(jì)算各層指標(biāo)的評(píng)定結(jié)果，一直到目標(biāo)層。以2層指標(biāo)為例：

(9)

式中：E為總效能；wi、wij為一、二級(jí)指標(biāo)權(quán)重；n為對(duì)應(yīng)指標(biāo)數(shù)量；Ci、Cij為一、二級(jí)指標(biāo)評(píng)定結(jié)果值。

3 應(yīng)用分析

根據(jù)上述方法模型對(duì)預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)能力進(jìn)行云重心評(píng)估，評(píng)估中先計(jì)算出各級(jí)指標(biāo)的權(quán)重和效能，再利用云重心模型得到一級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)，最后綜合通過加權(quán)求和法計(jì)算得出預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展水平。

3.1 指標(biāo)權(quán)重確定

由邀請(qǐng)的專家(來自部隊(duì)、院校、裝備科研單位等)分別為各指標(biāo)打分，將專家打分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后得出各指標(biāo)均值，通過對(duì)均值之間的比較可以確定同級(jí)同一層指標(biāo)的重要性排序，以均值的大小差距確定同一層指標(biāo)的相對(duì)重要程度值(即rk賦值參考)。

同理，可計(jì)算其他二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重：

3.2 利用云重心模型評(píng)估

首先，對(duì)一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行云重心評(píng)估：

(1) 根據(jù)判斷指標(biāo)，采用專家評(píng)估的方法，對(duì)系統(tǒng)適配性進(jìn)行定性分析評(píng)估，如表2所示(D11為功能結(jié)構(gòu)適配度，D12為任務(wù)劃分適配度)。

表2 適配度定性評(píng)估表

(2) 用云模型計(jì)算表示各指標(biāo)

根據(jù)上述模型用云重心的理論方法，把語(yǔ)言性的評(píng)判值用數(shù)字特征值(Ex，En，D)來表征。求得的Ex值作為表2的定量表示，從而實(shí)現(xiàn)定性到定量的轉(zhuǎn)化，如表3所示，并得出決策矩陣B：

表3 適配性定量評(píng)估表

理想情況時(shí)，向量L={1,1}。從矩陣B中計(jì)算求取云模型中功能結(jié)構(gòu)適配度、任務(wù)劃分適配度的期望和熵，如表4所示。

表4 指標(biāo)云模型的期望值和熵

(3) 權(quán)重w11=0.545 5，w12=0.454 5已求得。

(4) 定云的重心向量

根據(jù)評(píng)判結(jié)果實(shí)際得到的該綜合云的重心向量為：

T1={T1，T2}={w11Ex1，w12Ex2}={0.313 7，0.272 7}

(5) 算加權(quán)偏離度θ1

(6) 通過云模型分析得出系統(tǒng)效能

由以上計(jì)算得到系統(tǒng)適配性的加權(quán)偏離度為θ1=-0.41，因此與理想情況的距離為0.41。將結(jié)果輸入圖2評(píng)測(cè)云發(fā)生器，激活了“一般”與“好”這2種云對(duì)象，激活“好”的幅度大于“一般”。因此，預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成適配性指標(biāo)的最終評(píng)判值大約在0.59左右，即D1=0.59，則評(píng)判的定性表示可用“介于一般和好之間，傾向于好”來說明。

圖2 評(píng)測(cè)云發(fā)生器

可以看出，除了系統(tǒng)的構(gòu)成適配性評(píng)價(jià)偏向于“好”外，裝備完備性和支撐環(huán)境完整性處于“差”和“一般”之間，這主要是由于我國(guó)空基、天基預(yù)警裝備較少甚至空白，嚴(yán)重影響了裝備的完備性；其次，由于預(yù)警系統(tǒng)的支撐環(huán)境不足，理論、法規(guī)等各項(xiàng)體系建設(shè)還不完整；同時(shí)，作戰(zhàn)體系合理性與力量運(yùn)用有效性也均處于“好”與“一般”之間偏向“一般”狀態(tài)，說明預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)的作戰(zhàn)體系和力量的運(yùn)用還需要進(jìn)一步加強(qiáng)改善。總之，在以后發(fā)展中應(yīng)針對(duì)系統(tǒng)的不足和弱項(xiàng)，加快預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展的建設(shè)與發(fā)展步伐。

[1] 賈愛國(guó).信息優(yōu)勢(shì)的度量與效能評(píng)估[M].北京：軍事科學(xué)出版社，2006.

[2] 周靈敏，呂建新.基于G1法群組決策的運(yùn)用——對(duì)武警部隊(duì)摩托化輸送保障能力評(píng)估指標(biāo)權(quán)重的確定[J].交通與運(yùn)輸，2009(12):17-19.

[3] 王學(xué)軍，郭亞軍.基于G1法的判斷矩陣的一致性分析[J].中國(guó)管理科學(xué)，2006,14(3):65-70.

[4] 李洪峰，馮傳茂.基于云重心評(píng)判法的炮兵指揮訓(xùn)練水平評(píng)估[J].指揮控制與仿真，2007,29(4):90-92.

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Capability Evaluation of The Early Warning Monitoring System Based on G1 Method and Cloud Theory

GAO Xiao-feng,CHEN Xi-yi,ZHANG Qi-long,ZHONG Wei

(Unit 95806 of PLA,Beijing 100076，China)

Combiniing with the development elements of radar early warning monitoring system, this paper puts forward the effectiveness evaluation index system of system building，sets up the theoritical effectiveness evaluation model of cloud center of gravity based on synthetical G1 method,performs effective evaluation and analysis through a practical example，which indicates that the method is effective and feasible,can offer a new way for analyzing the system ability.

cloud theory；early warning monitoring；system capability

2016-05-11

TN97

A

CN32-1413(2016)05-0014-05

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.05.003