裝備保障兵棋動態(tài)評估方法研究

熊先巍，陳 琳，王文忠

（海軍勤務(wù)學(xué)院戰(zhàn)勤指揮系，天津 300450）

0 引言

軍事建模仿真能夠模擬高風(fēng)險、高成本、難以重復(fù)的問題，因而廣泛地運用于輔助決策、機關(guān)訓(xùn)練、裁決評估、預(yù)測戰(zhàn)爭等領(lǐng)域。兵棋作為戰(zhàn)爭模擬的工具，采用棋子表示作戰(zhàn)單位、棋盤表示作戰(zhàn)環(huán)境、規(guī)則和數(shù)據(jù)支撐推演裁決，在西方國家得到廣泛應(yīng)用［1］。近年來，兵棋推演正逐漸成為國內(nèi)研究的熱點。隨著兵棋在裝備保障領(lǐng)域發(fā)揮的作用越來越大，針對裝備保障兵棋的研究日益增多，但相對作戰(zhàn)指揮領(lǐng)域而言，裝備保障兵棋的研究還較薄弱［2-6］。

裝備保障能力的發(fā)揮依賴于科學(xué)的裝備保障方案，對裝備保障方案進行客觀的評價是分析、改進和設(shè)計方案的基礎(chǔ)。裝備保障評估包括裝備保障決策、實施至結(jié)束的全過程中所開展的分析與評價活動，是裝備保障科學(xué)管理的重要組成部分，也是兵棋推演的重要功能之一。因此，結(jié)合兵棋推演開展對裝備保障評估的研究具有一定的理論意義和現(xiàn)實意義。本文重點對基于兵棋系統(tǒng)的裝備保障評估方法進行了研究。

1 裝備保障兵棋概述

兵棋是一類強調(diào)對抗性的作戰(zhàn)模擬工具。裝備保障兵棋是兵棋原理在裝備保障領(lǐng)域的應(yīng)用，其功能包括對裝備保障備選方案進行過程推演和評估優(yōu)化［4］。對裝備保障方案的評估優(yōu)化通常需要在多個備選保障方案中進行評估和優(yōu)選，判斷各方案滿足保障目標(biāo)的程度，最終形成一個具備可行性、能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，同時實現(xiàn)保障資源最佳配置的方案。

裝備保障兵棋的要素與常用的兵棋系統(tǒng)一樣，具備棋子、地圖和規(guī)則三要素。其中，地圖要素的作用是模擬戰(zhàn)場環(huán)境，是兵棋推演參與者展開作戰(zhàn)行動或保障行動的場所。在兵棋推演過程中，兵棋地圖通過可視化方式為兵棋推演人員提供戰(zhàn)場環(huán)境信息，同時為軍事模型提供戰(zhàn)場環(huán)境信息數(shù)據(jù)。從地理信息系統(tǒng)中能夠提取環(huán)境信息用于分析解決多準(zhǔn)則決策問題［7］。兵棋地圖中存儲了海量環(huán)境信息數(shù)據(jù)，包括靜態(tài)環(huán)境信息和動態(tài)環(huán)境信息，如圖1 所示。

圖1 兵棋地圖信息類型

由于兵棋推演本身就是一個動態(tài)過程，加之建模精度較高的兵棋地圖中不僅包含靜態(tài)地理信息，還包括各類動態(tài)戰(zhàn)場環(huán)境信息，從上述信息中可以提取出對裝備保障行動影響較大的因素進行分析，并用于裝備保障方案的綜合評估。

本文的兵棋動態(tài)評估，就是基于兵棋動態(tài)推演過程中產(chǎn)生的動態(tài)地圖信息對裝備保障方案進行評估。

2 裝備保障兵棋動態(tài)評估方法

2.1 兵棋地圖動態(tài)評估模型

2.1.1 原理

為充分利用兵棋地圖中的信息對裝備保障方案進行評估，在裝備保障兵棋基礎(chǔ)上建立兵棋地圖動態(tài)評價模型。

裝備保障兵棋地圖動態(tài)評估法就是基于兵棋地圖動態(tài)評估模型，充分利用兵棋地圖中的靜態(tài)和動態(tài)信息對保障方案進行評估。兵棋地圖動態(tài)評估模型的基礎(chǔ)是兵棋地圖模型。地圖模型可分為環(huán)境要素模型和環(huán)境交互模型，要素模型和交互模型所描述的內(nèi)容如圖2 所示。

圖2 兵棋地圖模型

為了降低建模難度同時提高計算效率，兵棋地圖采用網(wǎng)格化技術(shù)，將復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境進行適度,抽象簡化。網(wǎng)格化技術(shù)首先將戰(zhàn)場環(huán)境劃分為統(tǒng)一大小形狀的網(wǎng)格單元，網(wǎng)格單元可以采用三角形、正方形、六邊形等，目前主流兵棋通常采用六邊形網(wǎng)格［8］。將戰(zhàn)場環(huán)境劃分為大小形狀一致的網(wǎng)格后，選取各個網(wǎng)格范圍內(nèi)具有代表性的環(huán)境屬性作為該網(wǎng)格的主特征，并在網(wǎng)格中存儲對應(yīng)的戰(zhàn)場環(huán)境信息。

地圖網(wǎng)格中存儲的戰(zhàn)場環(huán)境信息，會對兵棋棋子的打擊能力、機動能力、偵查能力、防護能力等產(chǎn)生影響，因此，基于兵棋地圖模型能夠?qū)Χ囗椥苓M行分析評價。

2.1.2 方法

構(gòu)建裝備保障兵棋地圖動態(tài)評估模型的重點是確定兵棋地圖中的戰(zhàn)場環(huán)境信息對裝備保障行動效能的影響。對裝備保障行動影響較大的環(huán)境因素包括地形地貌、天氣水文、建筑物和障礙物等，環(huán)境因素對裝備保障的影響包括：影響部隊的機動性，進而影響裝備保障任務(wù)的時效性和滿足率；影響部隊偵察能力、打擊能力和防衛(wèi)能力，影響武器裝備的效能，進而影響裝備保障任務(wù)的傷亡率和戰(zhàn)損率等?？紤]到兵棋建模實際，可根據(jù)具體問題建模，將影響因素進行篩選，選取重要的代表性因素，從而降低建模難度。

2.2 裝備保障兵棋地圖動態(tài)評估流程

基于裝備保障兵棋地圖中的戰(zhàn)場環(huán)境信息能夠輔助實現(xiàn)裝備保障動態(tài)評估，流程如下頁圖3 所示。

2.2.1 建立兵棋地圖動態(tài)模型

首先，建立兵棋地圖環(huán)境要素模型。環(huán)境要素模型的基礎(chǔ)是地理環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫。根據(jù)評估目的和需求明確需要考慮的環(huán)境要素，并確定模型的精度。然后，在環(huán)境要素模型基礎(chǔ)上，結(jié)合戰(zhàn)場動態(tài)信息，建立環(huán)境交互模型，交互模型重點分析環(huán)境要素之間、戰(zhàn)場環(huán)境與戰(zhàn)場行動之間的相互影響。環(huán)境要素模型可以是靜態(tài)的，但交互模型應(yīng)當(dāng)是動態(tài)的。

圖3 裝備保障兵棋地圖動態(tài)評估流程

2.2.2 構(gòu)建裝備保障評估指標(biāo)體系

裝備保障方案的評估主要是對方案的可行性、效益性以及風(fēng)險性進行評價。合理的評估指標(biāo)體系是科學(xué)評價的基礎(chǔ)。因此，基于眾多指標(biāo)構(gòu)建恰當(dāng)?shù)闹笜?biāo)體系是裝備保障評估的基礎(chǔ)問題之一。

針對不同的目標(biāo)可以建立不同的評價指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)形式。對于簡單系統(tǒng)通常采用層次結(jié)構(gòu)評價指標(biāo)體系，如圖4（a）所示，層次結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系中的指標(biāo)之間相互關(guān)系較為簡單，同層次指標(biāo)之間獨立不相關(guān)［9］。對于復(fù)雜系統(tǒng)而言，評估指標(biāo)往往難以分離或評估模型本身尚未確定，此時應(yīng)采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)評價指標(biāo)體系，如圖4（b）所示［10］。網(wǎng)絡(luò)型評價指標(biāo)體系中，各層次指標(biāo)相互之間存在復(fù)雜的關(guān)系，某一層次的指標(biāo)可影響同層次或其他層次的指標(biāo)，同時又可能直接或間接地受到同層或其他層指標(biāo)的影響［9-10］。

如圖4 所示，網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系可以分為控制層和網(wǎng)絡(luò)層兩部分：控制層包括系統(tǒng)目標(biāo)及決策準(zhǔn)則；網(wǎng)絡(luò)層由所有受控制層支配的、相互作用的元素組成。由圖4 可知，層次型結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系實際上是網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系的簡化。

2.2.3 實施裝備保障綜合評價

圖4 指標(biāo)體系類型

利用建立的兵棋地圖動態(tài)模型進行裝備保障評估，分析兵棋地圖中靜態(tài)環(huán)境信息和動態(tài)戰(zhàn)場信息與裝備保障評估指標(biāo)之間的關(guān)系，并對上述因素之間的關(guān)系進行定性或定量描述，在量化過程中，需要注意對不同類型指標(biāo)和數(shù)據(jù)的規(guī)范化處理。針對具體的裝備保障方案，首先，確定兵棋地圖各網(wǎng)格內(nèi)任務(wù)部隊單元的屬性和保障需求量，提取保障方案所涉及地圖網(wǎng)格塊中的數(shù)據(jù)信息。根據(jù)評估指標(biāo)體系中的指標(biāo)，依照戰(zhàn)場環(huán)境信息與指標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系，將地圖網(wǎng)格中的戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)換算為指標(biāo)值。最后，選取合適的綜合評價方法對各保障方案進行評估并擇優(yōu)排序。對于層次型指標(biāo)體系可以采用Saaty 創(chuàng)立的層次分析法（AHP），對于較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)型指標(biāo)體系可使用Saaty 改進的網(wǎng)絡(luò)分析法（ANP）解決［9-10］。

3 裝備保障兵棋動態(tài)評估應(yīng)用實例

以裝備保障路徑優(yōu)選為例，構(gòu)建兵棋地圖動態(tài)評估模型并對備選保障方案進行分析。在裝備保障兵棋演練中，當(dāng)任務(wù)部隊的某裝備物資出現(xiàn)短缺時，向保障部隊提交保障申請，保障部隊接收到指令后，根據(jù)補給供應(yīng)模型計算，確定物資滿足保障需求、運輸工具滿足輸送需求后，確定可行的路線，如下頁圖5 所示。

如圖5 所示，保障部隊（A）向任務(wù)部隊（B）提供裝備保障，給出了3 種可行的保障路徑備選方案。裝備保障路徑的選擇將會影響整個戰(zhàn)爭保障的效率，為了擇優(yōu)選出高效的保障方案，可以按照以下步驟構(gòu)建兵棋動態(tài)評估模型，基于模型對保障方案進行評價。

圖5 裝備保障方案路徑示意圖

第1 步，依據(jù)具體問題建立地圖動態(tài)模型。對于上述裝備保障問題，決策者需要考慮裝備物資和運輸工具是否滿足需求、輸送途中和卸載地域可能遇到的各種情況等。針對上述問題選取相關(guān)的靜態(tài)和動態(tài)地理環(huán)境要素和戰(zhàn)場動態(tài)要素進行建模，例如：考慮機動能力，就需要重點對地形和天氣等因素進行建模；考慮運輸能力，就需要對道路橋梁等信息進行建模；考慮防護能力，就需要重點對戰(zhàn)場動態(tài)因素進行建模。

第2 步，針對保障目標(biāo)構(gòu)建裝備保障評價指標(biāo)體系。上述裝備保障路徑優(yōu)選的問題本質(zhì)上是選擇一個最優(yōu)方案，使其能夠?qū)崿F(xiàn)裝備保障效能最大化和資源配置最優(yōu)化，同時確保風(fēng)險盡可能小。圍繞裝備保障的系統(tǒng)目標(biāo)，可以設(shè)定保障效能、成本、風(fēng)險3 個一級指標(biāo)，然后進一步細(xì)化指標(biāo)準(zhǔn)則。指標(biāo)之間存在較復(fù)雜的相互作用，例如，機動性不僅受地形和氣候、道路通行性的影響，還會受到敵情影響。鑒于上述指標(biāo)之間的復(fù)雜關(guān)系，選擇網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系對其進行分析，建立保障方案路徑優(yōu)選的ANP（網(wǎng)絡(luò)分析法）評價模型，如圖6 所示。

圖6 保障路徑方案效能評估的網(wǎng)絡(luò)分析評價模型

第3 步，基于動態(tài)評估模型和評估指標(biāo)體系對備選方案進行綜合評價。根據(jù)裝備保障兵棋動態(tài)評估法的原理，分析地圖模型中的信息與評估指標(biāo)之間的關(guān)系，對各項指標(biāo)進行解析量化。首先，對圖5中的3 種可行保障方案展開定性分析：

1）保障方案1：方案1 的保障路徑經(jīng)過10 個兵棋地圖網(wǎng)格，其中包括1 個城鎮(zhèn)居民點網(wǎng)格，9 個平原網(wǎng)格，路徑中無明顯坡度變化；保障路徑經(jīng)過的網(wǎng)格中無明顯植被覆蓋，防護性能略差，且路徑中距離居民和湖泊等顯著標(biāo)記物較近，存在一定遭遇敵軍空襲的風(fēng)險。

2）保障方案2：方案2 的保障路徑途經(jīng)8 個兵棋地圖網(wǎng)格，其中包括1 個山林地的網(wǎng)格，其余7個平原網(wǎng)格，不經(jīng)過居民點；保障路徑中包括一段山地公路，如果保障單元是采用貨運卡車進行輸送，可忽略網(wǎng)格坡度起伏的影響；保障路徑中的起伏地形和植被覆蓋可提高防護性，遭遇敵軍的風(fēng)險較低。

3）保障方案3：方案3 的保障路徑經(jīng)過10 個兵棋地圖網(wǎng)格，包括2 個灌木草叢和1 個森林地塊，經(jīng)過1 座跨河流的公路橋梁，不經(jīng)過山地和居民點；保障路徑中經(jīng)過2 個灌木草叢和森林地塊的植被覆蓋可提高一定隱蔽性，遭遇敵軍的風(fēng)險較低，但是由于路徑中途徑一座跨河橋梁，屬于較明顯的標(biāo)志物，遭遇敵軍空襲的風(fēng)險較大。

在上述定性分析基礎(chǔ)上，分別對各指標(biāo)參數(shù)進行定量分析和數(shù)學(xué)建模。文獻(xiàn)［11］中研究了作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)量化問題，對包括機動要素、防護要素、保障要素等作戰(zhàn)要素進行了分析。針對本例中的兵棋地圖動態(tài)評估模型，下頁表1 中給出了一組可行的模型參數(shù)量化方法。

基于圖6 中網(wǎng)絡(luò)型指標(biāo)體系，采用網(wǎng)絡(luò)分析法（ANP）對保障點備選方案進行綜合評價。Saaty 提出的網(wǎng)絡(luò)分析法是對他本人創(chuàng)立的層次分析法（AHP）的改進，兩種方法的理論基礎(chǔ)都是基于對定量和定性指標(biāo)在絕對標(biāo)度上的相對度量，區(qū)別主要在于指標(biāo)體系不一樣：層次分析法的指標(biāo)體系是圖4（a）所示的層次型結(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)分析法的指標(biāo)體系是圖4（b）所示的網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)［10］。對于復(fù)雜的裝備保障問題而言，采用網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系能夠更全面地考慮各類因素相互作用對保障全局目標(biāo)的影響，能夠構(gòu)建一個比層次型結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系更接近客觀現(xiàn)實的指標(biāo)體系。由于網(wǎng)絡(luò)分析法涉及超矩陣運算，計算非常復(fù)雜，手工運算難度極大，通常需要借助計算機軟件求解。目前用于超矩陣運算的軟件主要是Super Decision（SD 超級決策）軟件，該免費軟件由Saaty 教授參與研發(fā)，能夠用于求解AHP 和ANP 問題。

依據(jù)專家對模型中的指標(biāo)要素進行兩兩判斷打分，由ANP 法可計算得到如表2 所示的指標(biāo)權(quán)重。

表1 兵棋地圖動態(tài)評估模型參數(shù)表

表2 指標(biāo)權(quán)重

基于表1 對各指標(biāo)參數(shù)的分析計算和表2 的權(quán)重，結(jié)合采集的專家成對比較信息，構(gòu)造超矩陣并通過Super Decisions 軟件計算極限超矩陣，匯總綜合評價，得到各方案的綜合評價值如表3 所示。

表3 保障方案綜合評價值

上述評價過程和結(jié)果表明：方案1 和方案2 的綜合評價值相差不大，前者路徑多平原具有較好機動性和通行性，后者路徑總距離較短但途徑地形復(fù)雜，兩個方案在效能與風(fēng)險方面各有優(yōu)勢。由于專家賦予效能指標(biāo)的權(quán)重比風(fēng)險指標(biāo)更高，方案1 的綜合評分略高于方案2。相比之下，方案3 在效能、成本和風(fēng)險方面均不占優(yōu)勢，因此，在備選方案中得分最低。從而可以確定方案1 為最優(yōu)的保障路徑方案，方案2 為次優(yōu)，評估結(jié)束。

4 結(jié)論

裝備保障效能的高低對作戰(zhàn)進程和結(jié)果有著重要影響，應(yīng)當(dāng)站在全局的角度，綜合分析，總體謀劃，運用科學(xué)方法和手段進行評估論證，科學(xué)運用保障方式方法，避免決策失誤造成的不良后果。本文就裝備保障兵棋動態(tài)評估方法進行了初步研究，構(gòu)建了兵棋地圖動態(tài)評估模型，模型能夠在動態(tài)的兵棋推演中利用動態(tài)戰(zhàn)場環(huán)境信息，對裝備保障方案的保障效能進行評估，為選擇、優(yōu)化和制定科學(xué)合理的保障方案提供有效手段，有助于充分利用保障資源，實現(xiàn)高效保障。