基于數(shù)據(jù)場的體系作戰(zhàn)能力分析*1

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基于數(shù)據(jù)場的體系作戰(zhàn)能力分析*1

賈子英，周世華，趙磊

(海軍陸戰(zhàn)學院，廣東 廣州510430)

摘要：體系作戰(zhàn)能力是由作戰(zhàn)單元協(xié)作生成的整體作戰(zhàn)能力。根據(jù)作戰(zhàn)體系及其作戰(zhàn)能力的構(gòu)成，在作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)場理論分析作戰(zhàn)體系的拓撲勢場，描述作戰(zhàn)單元間的協(xié)作能力，建立基于數(shù)據(jù)場的體系作戰(zhàn)能力模型，并進行仿真分析。得到了一種定量分析體系作戰(zhàn)能力的方法。

關(guān)鍵詞：作戰(zhàn)體系；數(shù)據(jù)場；拓撲勢場；協(xié)作能力；體系作戰(zhàn)能力；仿真分析

0引言

作戰(zhàn)體系是由眾多作戰(zhàn)單元密切協(xié)作形成的復雜作戰(zhàn)系統(tǒng)。體系作戰(zhàn)能力，是各作戰(zhàn)單元協(xié)作行動的整體能力[1]，不簡單是各單元作戰(zhàn)能力的加權(quán)和，還要考慮由作戰(zhàn)單元協(xié)作產(chǎn)生的“協(xié)作能力”。

目前，定量研究能力有2種思路：一是利用AHP法、ADC法和模糊綜合評估等方法[2-4]，評估體系作戰(zhàn)能力；二是將作戰(zhàn)體系抽象為復雜網(wǎng)絡(luò)，利用系統(tǒng)優(yōu)勢函數(shù)[5]、網(wǎng)絡(luò)效能[6-7]，分析作戰(zhàn)體系的涌現(xiàn)過程，研究體系作戰(zhàn)能力。第1種思路難以分析作戰(zhàn)單元間協(xié)作效能，不能有效反映體系作戰(zhàn)能力的系統(tǒng)性。第2種思路注重分析有直接協(xié)作的作戰(zhàn)單元間的協(xié)作能力，沒有考慮作戰(zhàn)單元間的間接協(xié)作。

1作戰(zhàn)體系與體系作戰(zhàn)能力

作戰(zhàn)體系是指具有統(tǒng)一的使命任務(wù)和一定的組織結(jié)構(gòu)，由相互關(guān)聯(lián)的具有自主特性的作戰(zhàn)單元組成的有機整體，是能夠適應(yīng)威脅環(huán)境的動態(tài)復雜系統(tǒng)[9]。根據(jù)作戰(zhàn)體系中兵力編成類型，作戰(zhàn)單元可劃分為偵察單元、指控單元、對抗單元和保障單元[10]。在作戰(zhàn)體系中，作戰(zhàn)單元間存在著廣泛的協(xié)作。基于復雜網(wǎng)絡(luò)的觀點，將作戰(zhàn)單元抽象為節(jié)點，作戰(zhàn)單元間的直接協(xié)作抽象為邊，則將作戰(zhàn)體系抽象為復雜網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。

圖1　作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1　Networked structure of operation SoS

體系作戰(zhàn)能力是由作戰(zhàn)單元協(xié)作而涌現(xiàn)出的能力[11]。根據(jù)復雜系統(tǒng)的涌現(xiàn)機理，體系作戰(zhàn)能力不僅是作戰(zhàn)單元能力的和，還應(yīng)包括作戰(zhàn)單元間協(xié)作產(chǎn)生的協(xié)作能力。協(xié)作能力是指由作戰(zhàn)單元間指揮、通信、協(xié)同、保障等關(guān)系生成的作戰(zhàn)能力。作戰(zhàn)單元的協(xié)作可以是2個作戰(zhàn)單元的兩兩協(xié)作，也可以是多個作戰(zhàn)單元間的協(xié)作。多個作戰(zhàn)單元間的協(xié)作可以分解為多個相應(yīng)節(jié)點間的兩兩協(xié)作，認為多個作戰(zhàn)單元間的協(xié)作能力是相應(yīng)作戰(zhàn)單元兩兩的協(xié)作能力的和。

(1)

式中：λi為第i個作戰(zhàn)單元的權(quán)重；C為作戰(zhàn)單元間的協(xié)作能力。

2基于數(shù)據(jù)場的體系作戰(zhàn)能力模型

建立體系作戰(zhàn)能力模型，必須考慮作戰(zhàn)單元間的協(xié)作能力。數(shù)據(jù)場是將物質(zhì)粒子間的相互作用及其場的描述方法引入到數(shù)域空間，研究數(shù)據(jù)對象間相互作用的理論，能夠有效地分析作戰(zhàn)單元間的協(xié)作能力。

2.1數(shù)據(jù)場的概念

場的概念是由英國物理學家法拉第提出的，用來描述對象間的相互作用。李德毅院士等借鑒物理學中場的思想，將數(shù)據(jù)對象抽象為數(shù)域空間中具有一定質(zhì)量的質(zhì)點，則在數(shù)據(jù)對象周圍存在一個作用場，位于場內(nèi)的對象受場的作用，進而在整個空間上形成了一個數(shù)據(jù)場[12]。對不依賴時間的靜態(tài)數(shù)據(jù)來說，相應(yīng)的數(shù)據(jù)場是一個穩(wěn)定的有源場，可以采用標量勢函數(shù)進行描述。

(2)

式中：‖x-xi‖為xi到x的距離；σ為影響因子，一般取σ=2[14]。

2.2作戰(zhàn)體系的拓撲勢場

1）實驗的進行不能顧此失彼，對于單樁豎向抗壓承載力實驗來說，為了避免荷載過重造成儀器損壞，影響實驗數(shù)據(jù)的準確，必須進行必要的操作過程設(shè)計規(guī)范和細節(jié)控制說明，比如：當?shù)鼗車寥缆∑饡r，其觀測點的荷載-沉降曲線必然出現(xiàn)陡降，實驗中要注意記錄陡降前后的荷載數(shù)值。此外，當?shù)鼗A(chǔ)樁后一次的沉降幅度超過前一次沉降幅度的2倍時，表明沉降過程尚未穩(wěn)定，因此，要注意記錄前一級的荷載數(shù)值。最后，在細節(jié)把控上，荷載-沉降曲線一定要按照信號傳感器反饋的時間曲線進行繪制，必要的情況下，增加輔助曲線，增加檢測結(jié)果的準確性。

節(jié)點的數(shù)據(jù)場受節(jié)點作戰(zhàn)能力指數(shù)影響。節(jié)點作戰(zhàn)能力指數(shù)越大，對整個作戰(zhàn)體系的影響就越大，表現(xiàn)為數(shù)據(jù)場就越強。因此，定義節(jié)點質(zhì)量為相應(yīng)作戰(zhàn)單元的作戰(zhàn)能力指數(shù)，即mi=pi。由式(2)，對?vj∈V，vj在vi的數(shù)據(jù)場中的勢能為

(3)

式中：‖vi-vj‖為節(jié)點vi，vj間距離。

作戰(zhàn)體系包含多個節(jié)點，各節(jié)點共同作用形成了作戰(zhàn)體系的拓撲勢場。作戰(zhàn)體系的拓撲勢場是標量場，拓撲勢場中節(jié)點v處的勢可表示為

(4)

(5)

作戰(zhàn)單元間相互協(xié)作，可認為是節(jié)點在數(shù)據(jù)場中相互作用。由此，作戰(zhàn)單元間的協(xié)作能力，可用節(jié)點在數(shù)據(jù)場中的勢函數(shù)表示。當節(jié)點間有邊直接相連時，即作戰(zhàn)單元間存在直接協(xié)作，則dij為作戰(zhàn)單元間協(xié)作有效度eij。當節(jié)點間通過其他節(jié)點間接相連時，即作戰(zhàn)單元間存在間接協(xié)作，則dij為節(jié)點間的最短路徑長度。

2.3體系作戰(zhàn)能力模型

(6)

式中：αi為節(jié)點vi在作戰(zhàn)體系中的重要度。

節(jié)點在作戰(zhàn)體系中的位置不同，其重要性也不同。因此，αi用節(jié)點vi的一級擴展度表示為

(7)

式中：di為節(jié)點vi鄰居節(jié)點的數(shù)量；Dk為第k個鄰居節(jié)點的度。

由式(5)可得，作戰(zhàn)體系中各作戰(zhàn)單元間協(xié)作能力的和為

(8)

由式(6)～(8)可得，基于數(shù)據(jù)場的體系作戰(zhàn)能力模型為

(9)

3仿真分析

以圖1表示的作戰(zhàn)體系為例，在作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的條件下，分析單元作戰(zhàn)能力和協(xié)作有效度對體系作戰(zhàn)能力的影響。

圖2　單元作戰(zhàn)能力影響仿真結(jié)果圖Fig.2　Simulation of influence by unit capability

由圖2可知，體系作戰(zhàn)能力與單元作戰(zhàn)能力成正比，隨著單元作戰(zhàn)能力下降比例增大，體系作戰(zhàn)能力下降比例也增大。不同類型的作戰(zhàn)單元對體系作戰(zhàn)能力的影響不同，對抗單元對體系作戰(zhàn)能力的影響最大，偵察單元對體系作戰(zhàn)能力的影響最小。

在單元作戰(zhàn)能力不變的條件下，假定作戰(zhàn)體系中協(xié)作有效度相等，體系作戰(zhàn)能力受協(xié)作有效度的影響如圖3所示。

圖3　協(xié)作有效度影響仿真結(jié)果圖Fig.3　Simulation of influence by cooperative degree

由圖3可知，協(xié)作有效度下降比例小于20%時，體系作戰(zhàn)能力下降幅度不大，說明了在能夠進行有效協(xié)作的情況下，作戰(zhàn)體系能夠生成相對穩(wěn)定的協(xié)作能力；協(xié)作有效度下降比例在20%～80%之間時，體系作戰(zhàn)能力迅速下降，即作戰(zhàn)單元協(xié)作不穩(wěn)定的條件下，協(xié)作能力迅速降低；協(xié)作有效度下降比例大于80%時，體系作戰(zhàn)能力趨向于單元作戰(zhàn)能力的加權(quán)和，即作戰(zhàn)單元間不能進行協(xié)作，作戰(zhàn)體系沒有形成協(xié)作能力。

4結(jié)束語

本文建立的基于數(shù)據(jù)場的體系作戰(zhàn)能力模型，能夠有效分析作戰(zhàn)單元作戰(zhàn)能力和作戰(zhàn)單元間協(xié)作有效度對體系作戰(zhàn)能力的影響，反映了體系作戰(zhàn)能力的生成機理和變化規(guī)律。研究結(jié)論有助于分析影響體系作戰(zhàn)能力的主要因素，對體系作戰(zhàn)能力建設(shè)具有指導意義。在模型建立過程中，對影響因子、協(xié)作有效度等參數(shù)的研究還不夠深入，需進一步研究探討。

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Analysis of Combat Capability of Operation SoS Based on Data Field

JIA Zi-ying，ZHOU Shi-hua，ZHAO Lei

(Naval Marine Academy,Guangdong Guangzhou 510430, China)

Abstract:The capability of operation system of systems (SoS) is holistic capability generated by unit coordinated. According to the capability composition, the topological potential field and cooperative engagement capability are analyzed with data field theory, and the analysis model of operation SoS is established, which are based on the analysis of network structure of operation SoS, and simulation shows that a quantitative method of the capability of operation SoS is achieved.

Key words:operation system of systems(SoS); data field; topological potential field; cynergic capability; combat capability of SoS; simulation analysis

中圖分類號：E911；E917；TP391.9

文獻標志碼：A

文章編號：1009-086X(2015)-06-0194-05

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2015.06.034

通信地址：510430廣州市白云區(qū)石井石沙路1951號戰(zhàn)術(shù)教研室E-mail：284870076@qq.com.

作者簡介：賈子英(1984-)，男，河北定興人。講師，博士，主要研究方向為海軍兵種戰(zhàn)術(shù)。

基金項目：國家社科基金(12GJ003-127)

*收稿日期：2014-12-23；修回日期：2015-03-22