基于熵權(quán)TOPSIS法的航空兵保障基地選址研究*

王滄海 李 斌 肖宇辰 張燕賓

（1.陸軍勤務(wù)學(xué)院 重慶 401331）（2.中國(guó)人民解放軍93161部隊(duì) 沈陽 110015）

1 引言

近年來，空軍航空兵部隊(duì)緊盯戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，全面建強(qiáng)保障體系，加快裝備更新步伐，探索新的保障模式、打造新的保障力量。建設(shè)航空兵保障基地是服從國(guó)家戰(zhàn)略布局、聚焦空軍戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型、聚力聯(lián)戰(zhàn)聯(lián)訓(xùn)保障的必然選擇。以作戰(zhàn)需求為牽引，以聯(lián)合保障為導(dǎo)向，高標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃建設(shè)保障基地，正逐漸成為左右戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)天平的關(guān)鍵因素。依托現(xiàn)有軍用機(jī)場(chǎng)改建、擴(kuò)建航空兵保障基地，對(duì)于形成全面實(shí)現(xiàn)全域成網(wǎng)、強(qiáng)點(diǎn)支撐、一體聯(lián)動(dòng)的戰(zhàn)場(chǎng)保障格局，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者們對(duì)補(bǔ)給基地、機(jī)場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)等規(guī)劃選址進(jìn)行了廣泛的研究，提出了很多可以供航空兵保障基地規(guī)劃選址的方法和模型，為進(jìn)一步保障基地規(guī)劃選址積累了大量寶貴經(jīng)驗(yàn)。前沿補(bǔ)給基地選址具有的長(zhǎng)時(shí)效性和低敏捷性特點(diǎn)，考慮由于戰(zhàn)時(shí)不確定環(huán)境可能造成前沿補(bǔ)給基地中斷失效，張巍等建立基于備用覆蓋模型的前沿補(bǔ)給基地二次交叉模型選址模型，以貪婪搜索算法加強(qiáng)拉格朗日松弛算法的上界解［1］。宋花玉在對(duì)民航機(jī)場(chǎng)服務(wù)地區(qū)航空客運(yùn)量進(jìn)行預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，以最大限度縮短旅客到達(dá)機(jī)場(chǎng)的總時(shí)間為機(jī)場(chǎng)選址決定因素，時(shí)間最短的機(jī)場(chǎng)選址數(shù)學(xué)模型［2］。此外還有基于遺傳算法的航材倉(cāng)庫(kù)選址［3］、快遞物流配送中心選址［4］，基于猴群算法的物流中心選址［5］，基于免疫優(yōu)化算法的軍用中心倉(cāng)庫(kù)選址［6］，基于粒子群算法的海外倉(cāng)選址［7］，基于改進(jìn)的混合免疫算法的物流配送中心選址［8］，油氣物資倉(cāng)庫(kù)重心法選址［9］，基于DHGF的交通戰(zhàn)備器材儲(chǔ)備倉(cāng)庫(kù)選址［10］，基于飛行時(shí)間的機(jī)場(chǎng)選址［11］，帶時(shí)間窗同時(shí)送取貨選址路徑問題及其煙花算法求解［12］。

本文中保障基地建設(shè)的選址更傾向于評(píng)價(jià)類選址，研究定位為選取評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立評(píng)價(jià)體系，選擇場(chǎng)道、基礎(chǔ)設(shè)施條件較好、容量大的最優(yōu)備選機(jī)場(chǎng)進(jìn)行建設(shè)。采用基于熵權(quán)的TOPSIS法應(yīng)用于保障基地選址的綜合決策，以定量的方法對(duì)選定的指標(biāo)進(jìn)行分別賦權(quán)，確定綜合評(píng)價(jià)各指標(biāo)的權(quán)重，并構(gòu)造正理想解與負(fù)理想解，以各備選方案的指標(biāo)向量靠近正理想解、遠(yuǎn)離負(fù)理想解來判斷其優(yōu)劣，從而科學(xué)、客觀地建立了基于熵權(quán)的TOPSIS法航空兵保障基地選址綜合評(píng)價(jià)過程。

2 問題分析

本文依托現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)進(jìn)行改建、擴(kuò)建，則無需更多考慮水文地質(zhì)、地形地貌和地下礦藏、文物等建設(shè)條件，以及空域條件、凈空條件等運(yùn)行條件［13］，保障基地建設(shè)期間會(huì)對(duì)部分外部保障資源進(jìn)行內(nèi)置，比如水井、發(fā)電機(jī)等給排水、供電設(shè)施裝備建設(shè)在場(chǎng)區(qū)，所以也暫不考慮納入選址指標(biāo)體系。世界上大型航空貨運(yùn)機(jī)場(chǎng)周邊都具有發(fā)達(dá)的綜合交通體系，以實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)的多式聯(lián)運(yùn)［14］。軸輻式戰(zhàn)備物資儲(chǔ)備網(wǎng)絡(luò)樞紐儲(chǔ)存點(diǎn)的選址必須遵循軍事性原則、快速響應(yīng)原則、交通便利原則、全局性原則等［15］。保障基地對(duì)于周邊機(jī)場(chǎng)的輻射保障形式類似于軸輻式，因此本文主要考慮機(jī)場(chǎng)所在地等級(jí)、飛行區(qū)等級(jí)、距離部隊(duì)、最近鐵路、海港距離等地面綜合交通條件，以各機(jī)場(chǎng)間距離為評(píng)估重點(diǎn)，建立基于可靠性的評(píng)價(jià)體系。

2.1 選址原則

保障基地的選址必須要考慮到其軍事價(jià)值，首先應(yīng)當(dāng)滿足自身的飛行保障、物資供應(yīng)保障，其次要能夠輻射保障周邊機(jī)場(chǎng)，履行物流中心的物資供應(yīng)樞紐功能定位，再次應(yīng)當(dāng)滿足轉(zhuǎn)場(chǎng)、駐訓(xùn)部隊(duì)進(jìn)駐需求。這就需要保障基地能夠停放更多的作戰(zhàn)飛機(jī)，儲(chǔ)存更多的戰(zhàn)備物資，提供多種運(yùn)輸方式，具備更好的地方優(yōu)勢(shì)資源。因此，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)立足于場(chǎng)區(qū)開闊、交通便利、快速響應(yīng)等原則對(duì)選址問題進(jìn)行規(guī)劃，確?；鼐哂凶銐虻谋Ｕ闲?，戰(zhàn)備物資能夠在輻射保障網(wǎng)絡(luò)內(nèi)高效流轉(zhuǎn)。

2.2 指標(biāo)選取

基于上述邏輯，構(gòu)建了包括保障能力、地理位置、交通條件社會(huì)資源4個(gè)因素、11個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的航空兵保障基地選址的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。保障能力因素決定了保障基地建設(shè)的起步平臺(tái)；地理位置是衡量保障基地輻射保障能力的核心標(biāo)準(zhǔn)；交通條件是保障基地物資流轉(zhuǎn)、裝設(shè)備運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)支撐；社會(huì)資源是保障基地建設(shè)、戰(zhàn)時(shí)動(dòng)員、后送醫(yī)療的重要依托。

表1 航空兵保障基地選址評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.3 量化標(biāo)準(zhǔn)

機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)等級(jí)II指標(biāo)A-F的6個(gè)等級(jí)分別轉(zhuǎn)換為1～6分；機(jī)場(chǎng)所在地等級(jí)指標(biāo)航空兵旅、空軍基地、戰(zhàn)區(qū)空軍、戰(zhàn)區(qū)聯(lián)指的4個(gè)等級(jí)分別轉(zhuǎn)換為分1～4分；交通方式中，公路、鐵路、水路運(yùn)輸，具備1種、2種、3種分別轉(zhuǎn)換為1～3分。機(jī)場(chǎng)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)等級(jí)I、與所在地部隊(duì)距離、與其他各機(jī)場(chǎng)距離之和、所在市公路總里程、所在市公路貨運(yùn)量、所在點(diǎn)位具備交通種數(shù)、所在地常住人口、所在市生產(chǎn)總值、所在市醫(yī)院床位數(shù)直接使用本身數(shù)值進(jìn)行量化。遇到需要水路擺渡的機(jī)場(chǎng)，假設(shè)公路機(jī)動(dòng)平均行駛速度為80km/h，海上機(jī)動(dòng)平均航速為20節(jié)，約為37km/h，將水路距離折算為公路距離后進(jìn)行公路距離算數(shù)相加。

3 規(guī)劃選址方法

本文采用熵權(quán)TOPSIS法對(duì)航空兵保障基地選址各方案進(jìn)行評(píng)估優(yōu)選。在對(duì)各方案所有指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理的基礎(chǔ)上，首先利用熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重值，然后利用TOPSIS法對(duì)各方案進(jìn)行量化排序。這種方法將熵權(quán)法和TOPSISI法二者結(jié)合，降低了指標(biāo)賦權(quán)的主觀干擾，測(cè)算結(jié)果相對(duì)客觀。

3.1 利用熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重

1）設(shè)有m個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象（機(jī)場(chǎng)方案），n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，各機(jī)場(chǎng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)值組成矩陣Xij，xij表示第i個(gè)機(jī)場(chǎng)的第j個(gè)指標(biāo)值，則原始評(píng)估指標(biāo)體系矩陣為

2）使用極差法對(duì)矩陣Xij進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，消除數(shù)量級(jí)和量綱上的不一致性，得到矩陣Yij為

3.2 利用TOPSIS法對(duì)各目標(biāo)優(yōu)劣性進(jìn)行排序

1）使用熵權(quán)法得到的權(quán)重值Wj對(duì)矩陣Xij進(jìn)行加權(quán)處理，得到Zij為

2）由加權(quán)矩陣Zij確定正理想值Zj+和負(fù)理想值Zj-為

3）使用歐里幾得距離公式，分別計(jì)算各評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)值與正負(fù)理想值的距離di+和di-為

4）根據(jù)正負(fù)值的距離di+和di-計(jì)算各評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)值與理想值間的相對(duì)貼近度Ci為

4 實(shí)例驗(yàn)證

軍用機(jī)場(chǎng)由于其自身參數(shù)的保密性，不便于進(jìn)行具體分析，但民航機(jī)場(chǎng)與軍用機(jī)場(chǎng)大部分指標(biāo)相互通用，因此選擇遼寧省地區(qū)9家民航機(jī)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。其中航空兵保障基地選址的機(jī)場(chǎng)所在地等級(jí)、與機(jī)場(chǎng)所在地部隊(duì)距離，置換為所在地行政區(qū)等級(jí)、機(jī)場(chǎng)與市中心距離。機(jī)場(chǎng)名單、機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)等級(jí)、所在地行政區(qū)等級(jí)、常住人口、所在市公路總里程、公路貨運(yùn)量、生產(chǎn)總值、醫(yī)院床位數(shù)以及部分機(jī)場(chǎng)與市中心距離來自于《遼寧統(tǒng)計(jì)年鑒——2020》《長(zhǎng)海年鑒（2020）》以及民航東北地區(qū)管理局、遼寧省各市政府官方網(wǎng)站，其他數(shù)據(jù)來源于導(dǎo)航軟件測(cè)算。

4.1 匯總實(shí)例基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表2～表4所示。

表2 各機(jī)場(chǎng)間公路距離（*不含長(zhǎng)海大長(zhǎng)山島水路距離）

4.2 量化實(shí)例指標(biāo)

其中大連金州灣機(jī)場(chǎng)為在建狀態(tài)，僅使用作為實(shí)例分析；長(zhǎng)海大長(zhǎng)山島機(jī)場(chǎng)位于海島，其公路總里程、貨運(yùn)量無法考證，因此統(tǒng)一使用所在市指標(biāo)，其往返對(duì)岸需通過滾裝船擺渡，按照本文“量化標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)則，單程16km海上距離，約折合35km公路距離求和，并入表3最終得到表4。

表3 機(jī)場(chǎng)備選點(diǎn)數(shù)據(jù)表

表4 機(jī)場(chǎng)備選點(diǎn)指標(biāo)表

4.3 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)

根據(jù)熵權(quán)法計(jì)算公式得到備選機(jī)場(chǎng)指標(biāo)體系各權(quán)重值，如表5所示。

表5 各機(jī)場(chǎng)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

4.4 進(jìn)行TOPSIS評(píng)價(jià)

根據(jù)TOPSIS法計(jì)算公式得到備選機(jī)場(chǎng)評(píng)價(jià)得分值與排名，如表6。

表6 機(jī)場(chǎng)備選點(diǎn)評(píng)價(jià)得分值與排名

利用相對(duì)貼近度進(jìn)行評(píng)價(jià)對(duì)象排序，貼近度越高備選機(jī)場(chǎng)越優(yōu)，反之越劣。優(yōu)劣排序?yàn)椋捍筮B周水子＞沈陽桃仙＞大連金州灣＞鞍山騰鰲＞營(yíng)口蘭旗＞朝陽＞丹東浪頭＞錦州錦州灣＞長(zhǎng)海大長(zhǎng)山島。

4.5 結(jié)果討論

因民航機(jī)場(chǎng)吞吐量與航空兵保障基地保障能力指標(biāo)相對(duì)接近，選取民航局公布的《2020年機(jī)場(chǎng)吞吐量排名》中遼寧省機(jī)場(chǎng)數(shù)據(jù)，如表7所示。

表7 2020年機(jī)場(chǎng)吞吐量排名

對(duì)熵權(quán)TOPSIS法排序與旅客吞吐量、貨郵吞吐量、起降架次排序?qū)Ρ龋绫?所示。

表8 不同排序方式對(duì)比

從對(duì)比結(jié)果來看，因?yàn)檫x擇評(píng)估樣本有限，加之個(gè)別機(jī)場(chǎng)存在特殊情況，其個(gè)別數(shù)據(jù)不能真實(shí)反映出實(shí)際情況，原因包括但不限于：1）機(jī)場(chǎng)未開通貨運(yùn)業(yè)務(wù)，或幾乎不承擔(dān)貨運(yùn)業(yè)務(wù)；2）機(jī)場(chǎng)所在城市為沿海旅游城市，一些評(píng)價(jià)指標(biāo)與實(shí)際存在差異，使之與情況相近的機(jī)場(chǎng)排序結(jié)果不一致；3）機(jī)場(chǎng)所在城市受到2020年新冠疫情影響，吞吐量減少；4）朝陽機(jī)場(chǎng)因承擔(dān)中國(guó)民航大學(xué)朝陽飛行學(xué)院的訓(xùn)練飛行任務(wù)，起降架次較高。吞吐量作為一種單一衡量維度，用于對(duì)比同體量機(jī)場(chǎng)效果較好，但對(duì)一個(gè)省的不同機(jī)場(chǎng)排序，會(huì)造成較大偏差，也是本文未使用該指標(biāo)的重要原因。排除以上原因后，4種排序順序基本吻合，其中大連周水子、沈陽桃仙、鞍山騰鰲基本穩(wěn)定在前3名，具有一定的參考意義。

5 結(jié)語

本文將基于熵權(quán)的TOPSIS分析法應(yīng)用于航空兵保障基地選址的綜合決策問題上，在評(píng)價(jià)體系建立時(shí)考慮較多的軍事相關(guān)因素，并將評(píng)價(jià)結(jié)果與選取的一組現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。該方法能有效減少以往選址決策中的主觀性和不確定性，是一種相對(duì)科學(xué)、客觀決策的方式，對(duì)未來的選址具有一定的借鑒意義。