基于防空彈藥配送的公路網道路重要度測算研究*

高慧明 王永忠 黃德所

(陸軍軍官學院 合肥 230031)

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基于防空彈藥配送的公路網道路重要度測算研究*

高慧明 王永忠 黃德所

(陸軍軍官學院 合肥 230031)

為了解決戰時道路搶修缺少定量數據的參考,提出了一種路網結構與配送數量相結合的道路重要度測算方法。以防空彈藥配送為基本算例,結合敵機選擇性攻擊,通過對比攻擊前后某段路網對于配送影響,從而計算出道路重要度的數值。結果表明:此種方法易于實現、方便集成于軍事后勤管理系統之中,更有效地為指揮員提供決策支持。

道路重要度; 彈藥配送; 選擇性攻擊; 最大最小蟻群算法

Class Number U695

1 引言

戰時公路網是敵機攻擊的重要目標[1]。由于飛行半徑、攻擊成本等條件的約束,某國敵機戰時將采用選擇性攻擊的手段,重點攻擊公路網的主干道路[2]。工程保障部隊指揮員通過對道路重要度的測算,可以為防空彈藥配送道路實施偽裝防護、搶修搶建[3]等提供定量依據。因此,道路重要度的測算是一項非常有意義的工作[4]。

2 道路重要度測算研究現狀

當前對于道路重要度測算相關的工作主要分為兩類,即:

1) 圖論的角度。其基本思路是將路網抽象為圖,將路網的交叉口定義為節點,采用圖論進行研究。這一類研究當前熱點是結合復雜網絡系統理論進行展開[5～7]。研究內容主要圍繞節點的重要度,即節點的接近度、介數、凝聚度等參數的定量化。

2) 道路規劃角度。基本思路是從道路網絡自身特性出發,以規劃為視角,建立相應的指標體系[8～10]。這些指標包括道路等級、通行能力、隱蔽性、地理位置等。通過專家打分的方法進行排序,再采用相關的算法,如模糊分類、AHP方法、灰色理論等,綜合計算出道路的重要度。

在當前研究中,第一類方法是從網絡拓撲結構出發,確定節點的重要度,沒有考慮到軍事后勤運輸系統和敵機攻擊等實際因素的影響。對于防空部隊來講,網絡節點,并不完全是路的交叉口,而是需要彈藥量的作戰部隊。

第二類方法存在的主要問題是“粒度”過大。這種方法在實施時,由于無法將每一段道路進行打分,只能先將道路“粗略”地分為幾大類,再通過AHP等方法進行測評。缺點是無法精確地為每一段道路提供出定量的數據。

此外,以上這兩種方法都無法解決,工程保障部隊指揮員的定量需求。例如,“某段道路是否需要搶修”、“搶修后帶來的效益是多少”。

本文提出一種新的方法,即結合路網結構與防空兵彈藥配送網絡來計算出道路重要度的方法。

3 戰時道路重要度測算方法

防空彈藥配送是由隸屬于軍事后勤的彈藥倉庫,根據防空部隊的彈藥需求量,通過調派車輛進行彈藥前送的運輸行為。防空兵作戰的部署一般在道路或臨時道路附近布置作戰部隊。如果以圖來描述,則作戰部隊是節點,節點與節點之間為圖的邊。由于作戰部隊可以攜行部分彈藥。當彈藥消耗量不需要補充時,作戰部隊不會提出補充彈藥的申請。

由此可以得出,戰時道路重要度測算不但取決于路網,也取決于彈藥配送網絡。對于某路段,即使它在網絡拓撲結構中很重要,但如果實際配送網絡沒有選擇它(此段道路上的配送數量為0),那么,在戰時,工程保障指揮員可以不需要對它進行搶修,由此,可以得到公式:

Ij=f(R,Q)

(1)

式中,Ij為道路重要度,R為路網,Q為防空彈藥配送網絡。

由于主干道路是敵機攻擊的首先目標,假設某段公路遭受敵方空襲并損毀,工程保障指揮員需要考慮如下問題:

1) 當前路網是否能夠滿足后勤物資配送的狀況。

2) 如果能滿足配送要求,是否有必要搶修損毀的路段,以提高彈藥配送的效率。

以上兩個問題分解為以下步驟:

Step 1 在道路完好的情況下,給定道路網絡、各節點彈藥需求數量,計算最優的配送路線A。

Step 2 敵方攻擊某條道路后,計算當前路網的最優配送路線B。路線B如果能滿足所有節點的彈藥配送任務,則進入Step 3,否則,搶修當前路段。

Step 3 比較路線A與路線B的綜合差值,即為此段道路重要度Ij的描述。

Step 4 指揮員綜合考慮Ij值和其它因素(其它資源),決定是否進行搶修損毀的路段。

4 算例分析

4.1 計算路線A

假設戰斗區域的地理環境,人煙稀少,地勢平坦。一是配送時間充裕,可以每天配送一次,時間充足,不用考慮車速的問題;二是人煙稀少,容易被敵偵察發現,應當盡量減少配送車輛的數量,減少被敵發現的概率;三是地勢平坦,車輛行車的目標可以直接以直線進行前進;四是倉庫彈藥充足;五是配送車輛充足,每個配送點只由一輛車配送;六是配送點(彈藥庫)為一個[11]。

為便于研究,此問題可以抽象為:共有k輛容量為q的車輛,只有一個起點,所有的車輛均從起點出發,結束任務后,返回起點。共有N個訪問節點;訪問節點的貨物需求均小于q;dij為兩點之間的距離。求滿足配送任務需求的情況下,最短的運輸路徑,同時,盡可能減少派出車輛的數量。屬于有約束容量一個起點的車輛路徑優化問題。

約束條件為

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

約束條件(2)代表最小派出車輛數目;條件(3)約束所有的車輛從起點出發,并返回起點;約束(4)與約束(5)主要保證每個節點只訪問一次。約束(6)表示每輛車的載重量不超過車輛的最大載重量。約束(7)代表哪一輛車從i到j狀態函數。

目標函數為

(8)

求解距離最短。

假設防空部隊下面有八個營,每個營下面有三個連。配送中心為第一點。共計25個點。點的坐標與彈藥的需求量為如表1所示。

表1 需要配送點的參數

由于VRP問題是一個NP難問題,尋優求解方法主要以智能算法為主,本研究采用最大最小蟻群算法進行求解。假設車載重量為6000,迭代次數為500。經過計算得到表2和圖1。

表2 路線A的結果

圖1 路線A路徑

4.2 計算路線B

假設部隊05與部隊09之間的公路為等級公路(簡稱道路0509),并遭敵機轟炸后,道路0509產生中斷。

表3 重要度計算對比

4.3 計算戰時道路重要度

由以上分析可以得知道路0509重要度為

k0509=1238.2-1185.1=53.1

(9)

即在表1的彈藥配送量的情況下,道路0509的重要度為53.1。即如果對于道路0509進行搶修,給配送帶來的效益,減少53.1的配送距離。根據敵機選擇性攻擊的路段,可以計算出重要路段的重要度。如表4所示。

表4 選擇性攻擊路段的重要度

面對此種情況,工程保障指揮員可以綜合權衡搶修路段所需要花費的其它資源,如派出車輛、人力、物資器材做出決策。

從表4中,可以得出,重要度最大的為I1822,因此,在當前彈藥需求的情況下,戰前應當重點偽裝路段R1822,同時它也是戰時搶修的重點。

從以上分析可以得出,這種方法比單純地采用圖論的方法或AHP等方法得到的數據更具有說服力。同時,此方法可以根據實際情況,動態分析路網與配送網,適應性很強。

5 結語

本文根據防空彈藥配送的實際情況下,構建了戰時道路重要度測算方法。本測算方法可以為工程保障指揮員提供戰時道路重要度戰術級的決策支持,同時方法實現簡單、能夠集成于軍事后勤資源管理系統之中,具有較好的擴展性,可以為實戰提供決策支持。

進一步研究的工作是: 1) 多個路段遭受攻擊時,將產生多重組合,道路重要度如何計算; 2) 不同道路網絡結構和防空彈藥配送量對于道路重要度的影響程度。

[1] 王海威,陸化晉,蔚欣欣.基于灰色聚類的區域國防公路網節點層次劃分[J].交通運輸系統工程與信息,2009,9(3):23-28.

[2] 田海,康保國.基于選擇性攻擊的區域國防公路網可達性研究[J].公路,2010,10:142-146.

[3] 邵玉平,陳少元,劉月,等.戰區車輛裝備應急保障力量抽組問題研究[J].兵工自動化,2013,32(6):20-22.

[4] 海軍,陳斌.戰場公路網道路重要度定量評價初探[J].國防交通工程與技術,2007(2):40-42.

[5] 洪增林,劉冰硯,張亞培.復雜網絡在交通網絡節點重要度評估中的應用[J].西安工業大學學報,2014,34(5):404-410.

[6] HU B, LI F, ZHOU H S. Robustness of Complex Networks under Attack and Repair[J]. Chinese Physics Letters,2009,26(12):12-18.

[7] 邱原,邢煥革.基于復雜理論的作戰網絡關鍵邊評估方法[J].兵工自動化,2011,30(8):22-26.

[8] 王旭,劉世鐸,賈紅兵.基于灰色關聯分析的公路網節點重要度測算方法研究[J].交通標準化,2010(8):91-94.

[9] 馮煥煥.基于粗糙集和合理變權的公路網節點重要度測算方法[J].公路工程,2012,37(2):60-64.

[10] 李娟.重要度在公路網布局優化中的應用[J].鐵道運輸與經濟,2007,29(7):10-12.

[11] 高慧明,王永忠,黃德所.某防空旅戰時彈藥配送模型與MMAS求解[C]//第九屆中國系統建模與仿真技術高層論壇,2014(1):66-70.

Calculation of Road Important Degree for Highway Network Based on Air Defense Ammunition Distribution

GAO Huiming WANG Yongzhong HUANG Desuo

(Army Officer Academy of PLA, Hefei 230031)

In order to give the commander which road section should be repair first, this paper introduces a new method to calculate the road important degree. This method considers both the highway network and air defense ammunition distribution. Based on selective attack, it gives an example in detail. It calculates the optimal road before and after the selective attack. The results show that this method is easy to realize. It is convenient to integrate into the management information system for logistics. This method is effective for commander to make decision.

road importance degree, ammunition distribution, selective attack, MMAS

2015年3月7日,

2015年4月26日

全軍軍事學研究生資助課題(編號:2012JY002-295)資助。

高慧明,男,碩士研究生,研究方向:復雜系統、智能算法。王永忠,男,博士,講師,研究方向:復雜系統與仿真。黃德所,男,博士,教授,研究方向:復雜系統。

U695

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.09.032