基于模糊綜合評判的野戰油庫選址優化模型

【后勤保障與裝備管理】

基于模糊綜合評判的野戰油庫選址優化模型

程飛,丁國勤,李寧,郭駿駿,楊帆

(中國人民解放軍后勤工程學院，重慶401331)

摘要：作戰后勤保障中，野戰油庫作為連接后方基地與作戰前線之間的可移動油料倉庫直接關系到部隊作戰效能的發揮，選址又是野戰油庫開設中最基礎、最重要的環節。基于模糊綜合評判思想，對野戰油庫選址要素進行分析，構建了模糊綜合評判指標體系，確定了隸屬函數及指標權重，建立了野戰油庫選址模糊綜合評判模型。實例驗證表明，基于模糊綜合評判的野戰油庫選址模型為野戰油庫選址提供了一種有效的方法。

關鍵詞：野戰油庫；選址優化；模糊綜合評價

收稿日期：2014-11-26

作者簡介：程飛(1963—)，男，高級工程師，主要從事教學管理和油料管理研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.06.014

中圖分類號：E239

文章編號：1006-0707(2015)06-0053-06

d oiKey words: fiell depot; optimized site selection; fuzzy comprehensive assessment

本文引用格式：程飛,丁國勤,李寧,等.基于模糊綜合評判的野戰油庫選址優化模型[J].四川兵工學報，2015(6):53-57.

Citation format:CHENG Fei, DING Guo-qin, LI Ning, et al.Optimized Site Selection Model Research of Field Oil Depot Based on Fuzzy Comprehensive Assessment[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(6):53-57.

Optimized Site Selection Model Research of Field Oil Depot

Based on Fuzzy Comprehensive Assessment

CHENG Fei, DING Guo-qin, LI Ning, GUO Jun-jun, YANG Fan

(Logistical Engineering University of PLA, Chongqing 401331, China)

Abstract:As the mobile oil depot between rear base and frontline combat, field oil depot is one of a POL support entity and directly related to the effective performance of troops in battle logistics support, and site selection research is one of the most important and most fundamental problems. Based on the fuzzy comprehensive assessment, this article analyzed the site selection factors of field oil depot and constructed the fuzzy comprehensive index system of evaluation. Then discussed the general method of determining membership function and index weight and established the location model. Instance proves that the optimized site selection model of field oil depot based on the fuzzy comprehensive assessment is an effective method.

隨著我軍現代化建設的進一步深入，對后勤保障的要求越來越高，油料作為現代戰爭的血液，在后勤保障中占有重要地位[1]。作為連接后方基地與一線部隊之間的可移動油料倉庫，野戰油庫這一保障實體的油料保障快速性直接關系到部隊作戰效能的發揮。對野戰油庫進行研究有著重要的理論價值和現實意義。而選址是野戰油庫開設中的一項重要工作，庫址選擇的好壞，不僅關系到野戰油庫工藝流程的走向、展開的難易程度，油庫的安全以及補給的經濟性都有很大的影響[2]。也將影響到開設進度乃至作戰油料保障任務的完成，甚至可能影響到作戰的進程和結局。

本研究基于模糊綜合評判思想，對野戰油庫選址要素進行分析，構建了模糊綜合評判指標體系，探討確定了隸屬函數及指標權重，建立了野戰油庫選址模糊綜合評判模型。實例驗證充分說明了基于模糊綜合評判的野戰油庫選址模型為野戰油庫選址提供了一種有效的方法。

1模糊綜合評判

模糊數學是研究和處理模糊現象的一種數學方法，所謂模糊現象即是不能簡單的定量描述的現象，例如在日常生活中的好與壞、大與小、快與慢、長與短等都包含著一定的模糊概念[3]。

1.1模糊數學的基本概念

定義1如果將所討論的對象限制在一定的范圍內，并記所討論的對象全體構成的集合為U，稱之為論域。所謂論域U上的模糊集A是指：對任意x∈U總以某個程度uA(uA∈[0,1])屬于A,而非x∈A或x?A。

1.2模糊綜合評判的一般步驟

模糊綜合評判一般依據確定因素集、評判集、模糊綜合評判矩陣最后進行綜合評判的流程進行，其流程如圖1所示。

圖1　模糊綜合評判方法流程

步驟1：確定因素集U={u1,u2,…,un}；

因素集，由研究對象的n種因素(或指標)構成，其中ui(i=1,2,…,n)代表第i個因素。

步驟2：確定評判集V={v1,v2,…,vm}；

對于不同的研究對象，不同的評價因素(或指標)，評判集的構成也不同。例如由5個元素組成的評判集，可以是{很好，好，一般，差，很差}、{很高，高，一般，低，很低}等。

步驟3：確定模糊綜合評判矩陣R=(rij)m×n；

首先，對每一個因素ui做一個評判f(ui)(i=1,2,…，n)，則可以得到U到V的一個模糊映射f(隸屬函數)。然后，由模糊映射f可以誘導出模糊關系Rf∈F(U×V)，

Rf(ui,vj)=f(ui)(vj)=rij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)因此可以確定出模糊評判矩陣R=(rij)m×n，而且稱(U,V,R)為模糊綜合評價模型，U,V,R稱為該模型的三要素。

步驟4：綜合評判；

2野戰油庫選址模型建立于求解

2.1野戰油庫選址要素分析

2.1.1自然環境要素[4]

1) 位置適宜

野戰油庫應選擇在主要作戰方向便于機動的位置上，同時兼顧次要方向；既便于對下供應，又便于上級補給；既便于保障當前，又便于兼顧爾后任務的發展和變化。在滿足戰略戰役意圖要求的前提下，油庫的位置應盡量避開大、中城市、大型工礦基地、重要的交通樞紐、大型水庫、橋梁、名勝古跡和其他容易遭空襲的目標[5]。

2) 地形有利

野戰油庫要求隱蔽，對空自然防護能力強。最好選擇在具有良好自然防護條件的山地、丘陵地、森林地。應有充足、可靠的水源，并要滿足飲用的衛生要求，以保障庫區消防、作業和生活用水需求。

3) 交通方便

戰時條件下，要求迅速的組織油料保障，時效性較強。因此，野戰油庫應靠近主要的公路或水、陸交叉點，有條件時可以爭取靠近鐵路，以保證基地后方基地對野戰油庫的補給。同時，庫區內道路應通暢，能同時容納多臺車作業。

4) 地幅適當

庫區應能同時展開多個的軟體油罐，同時留有相應的作業空間，以保證野戰油庫能正常工作，且便于警戒防御。

2.1.2非自然環境因素

1) 民情社情

庫址應選擇在社會治安良好，居民素質較高的地區，以免不必要的麻煩和經濟損失。

2) 與作戰前沿距離適當

野戰油庫與作戰前沿應保持一定的距離，一般情況下200 km左右最為恰當。當野戰油庫距作戰前沿較遠時，會出現油料保障實施難度較大、油料補給不及時等后果，不能持續、快速的保障部隊作戰用油，影響戰爭進程。然而，當野戰油庫距作戰前沿較近時，由于油庫自身防護能力差，又是敵打擊的重點，野戰油庫便很容易暴露目標遭受炮火襲擊。

3) 與后方基地距離較近

在與作戰前沿保持適當距離的前提下，野戰油庫距離后方基地不應太遠，以保證后方基地、野戰油庫及前線的良好銜接和油料的持續補給。

2.2模糊綜合評判指標體系的確定

本研究對模糊的指標進行分層、量化與歸一，使各指標量化為[0,1]，最終確定了選址評估指標體系[6]。根據前分文析，得到如圖2所示的指標網絡。

圖2野戰油庫選址指標網絡

然后，將得到的18個二級指標編號并進行歸類。B1,B2,B3,C1,C2,D4,E1,E2共8個二級指標不能直接量化，應將其分為5個等級，分別為很好、好、較好、一般、差，其對應的值分別確定為0.95、0.85、0.75、0.65、0.55，按照軍事后勤理論和油料勤務理論，參照以往野戰油庫選址的經驗，專家評分，最終確定量化指標。

A2,A3,A4,B4共4個二級指標屬于可以量化的正向指標(其值越大越好)，A1,D1,D2,D3,E4共5個二級指標屬于可以量化的反向指標(其值越小越好)。E3這個指標屬于可以量化的中性指標(E3的值約為200 km最好)。對于正向指標和反向指標的量化歸一基本思想是：對于可以量化的正向指標和反向指標，確定出其最大值和最小值，把最大值對應設為1，最小值對應設為0(對應正向指標)，或把最大值設為0，最小值設為1(對應反向指標)，實際值就參照對應比例進行放大或縮小為0-1之間的值。例如靠近公路(D1)這個二級指標的量化處理過程為：最大值定為≥10 km(對應處理后的指標值為0)，最小值定為≤1km(對應處理后的指標值為1)，當1200時，按反向指標處理。

所有二級指標經過量化歸一處理后，均變成了正向指標，其生成值都在0-1之間，且具有相同的量綱，從而相互間具備了一致性和可比性。從而最終確定量化指標(i=1,2,…,18)。

2.3因素集U與評判集V的確定

在野戰油庫選址的模型中，在主要作戰方向上(A1)，避免大中城市(A2)等共18個二級指標構成了模糊綜合評判指標體系，從而構成了因素集。因此u1=A1,u2=A2,…,u18=E4，即因素集U={A1,A2,…,E4}。

針對野戰油庫的選址問題，研究對象為庫址的選擇，其結果有好壞之分，因此其評判集可以由“很好、好、較好、一般、差”這5級構成。也可以將評判集量化，即“[0.9,1],[0.8,0.9],[0.7,0.8],[0.6,0.7],[0,0.6]”。所以V={很好、好、較好、一般、差}或V={[0.9,1],[0.8,0.9],[0.7,0.8],[0.6,0.7],[0,0.6]}。

2.4隸屬函數的確定

確立符合實際的隸屬函數是應用模糊數學方法建立數學模型的關鍵，隸屬函數形式有多種，如戒上型、戒下型、正態型、Γ型等[7]。在實際應用中，為方便起見常采用梯形、三角形較多，通常采用如圖3所示的5種形式。

圖3　5種常用的隸屬函數

在研究中，將評判集V確定為5級，即V={很好、好、較好、一般、差}。所以隸屬函數f(xi)∈[0,1]應該分成5段，每一段隸屬函數分別對應評判集中的一個元素。

又V={[0.9,1],[0.8,0.9],[0.7,0.8],[0.6,0.7],[0,0.6]}，所以5段隸屬函數的拐點可確定為0.55、0.65、0.75、0.85、0.95，分別用a,b,c,d,e表示。利用梯形、三角形作為隸屬函數時，第一段采用Z型，第5段采用S型，中間3段采用Λ型較為合適。如圖4是野戰油庫選址模型的隸屬函數圖。

圖4　野戰油庫選址模型的隸屬函數圖

該隸屬函數的5個分段函數公式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

式中，xi(i=1,2,…,18)為因素ui對應的指標值。

2.5建立關系模糊矩陣

因素集U={A1,A2,…,E4}，評判集為V={[0.9,1],[0.8,0.9],[0.7,0.8],[0.6,0.7],[0,0.6]}。通過隸屬函數(1)-(5)分別求出單個因素ui對于5個評價等級的隸屬度，得到一個18×5的關系模糊矩陣Rk∈F(U×V)(k表示第k個野戰油庫選址的候選地域)，即

(6)

2.6各指標權重的確定

2.7模型的建立與求解

分別確定了基于模糊綜合評判的野戰油庫選址模型的指標體系、因素集、評判集、隸屬函數、關系模糊矩陣及指標權重。基于此，對于第k個野戰油庫選址候選地域，建立評判模型

(7)

即隸屬度向量。式中：k代表野戰油庫選址候選地域；wi(i=1,2,…,18)為權重；rij(j=1,2,…,5)為關系模糊矩陣Rk的元素。

將所有q綜合，得到野戰油庫選址模型的評判矩陣(或隸屬度矩陣)

(8)

式中，l表示野戰油庫選址候選地域的數量。

該模型涉及的均為矩陣的簡單運算，本研究利用Matlab軟件編程進行優化求解。

3野戰油庫選址模型的實例分析

假設某次行動中，要在8個預配置地域(分別定義為M1,M2,…,M8)內，選擇其中一處，作為野戰油庫地點。按前文節描述的方法，量化歸一處理后得到表1，由多名專家評分并統計分析后得到表2。

表1　模糊綜合評判指標值

續表

表2　各級指標的權重值( W/ w)

再對每一個野戰油庫候選地域(以M1為例)，將表1中的數據分別代入隸屬函數式(1)～式(5)即可得到關系模糊矩陣，例如M1的關系模糊矩陣可表示為

將表2中的數據代入權重向量公式W=(wA·W1,wB·W2,wC·W3,wD·W4,wE·W5)得到權重向量W=(w1,w2,…,w18)=(0.12,0.06,0.045,0.075,0.035,0.015,0.03,0.02,0.1,0.1,0.0875,0.05,0.0625,0.05,0.015,0.06,0.06)。

對于候選地域M1，得到評判模型：

即q1=(0.301 5, 0.09, 0.235 5, 0.359 75, 0.013 25)。利用同樣的方法，可以得到其余7個候選地域的隸屬度向量，最終得到評判矩陣(或隸屬度矩陣)。根據最大隸屬原則，得到評判結果如表3所示。

表3　野戰油庫選址模型的評判結果

以M1為例，“差”對于評判集V={很好、好、較好、一般、差}的隸屬度為0.030 15，“一般”對于評判集的隸屬度為0.09，“較好”對于評判集的隸屬度為0.235 5，“好”對于評判集的隸屬度為0.359 75，“好”對于評判集的隸屬度為0.013 25。此時可以用概率的概念近似理解，如野戰油庫候選地域M1為差的概率是3.015%，為一般的概率是9%等。因此，一級隸屬度值越小越好，二級隸屬度值呈中性，三級、四級、五級隸屬度值依次越來越大最好。

從表3可以得到各候選地域的評判等級，M1,M2,M6,M8的評判等級為四級(好)，M5的評判等級為三級(較好)，M7的評判等級為二級(一般)，M3,M4的評判等級為一級(差)。所以M1,M2,M6,M8優于M5，M5優于M7，M7優于M3,M4。但對于具有相同評判等級的候選地域，確不能簡單地依靠隸屬度值進行優劣排序。如M3與M4，M3大于M4的二級、四級、五級隸屬度值，而它的一級、三級隸屬度值確小于M4的，因此無法確定M3與M4的優劣。這便是最大隸屬原則較加權平均法的不足。對于M2,M6,M8，雖然評判等級為四級(好)，但一級隸屬度值較大。特別是M2，一級隸屬度值達到0.373，與四級隸屬度值0.380 25相當。從漸變性的角度考慮，M2有向“差”發展的趨勢。M2便是指標值兩級分化的地域，即M2的部分指標較優、部分指標又相當劣，因此應淘汰M2。當采用加權平均法時，若各指標權重確定不當，M2有可能作為最優的對象成為油庫選址地域。最大隸屬原則不存在這種現象。

綜上所述M1可以作為野戰油庫選址地域，M6,M8這2個地域作為備選方案。

4結論

模糊綜合評判是一種對受多種因素影響的事物做出全面評價的有效地多因素決策方法，能夠較好的解決野戰油庫選址問題。本研究基于模糊綜合評判思想，首先，通過對野戰油庫選址要素的分析、模型的假設、指標體系的確定、隸屬函數的確定等過程，為模型的建立打下了基礎。其次，針對每一個候選地域，建立評判模型，得到隸屬度向量，并綜合所有的候選地域得到評判矩陣。最后，通過實例進一步闡述了野戰油庫選址模型的解題方法及具體步驟。

參考文獻：

[1]仰勇，周慶忠，苗強，等.鮑摩-瓦爾夫模型在野戰油庫選址中的應用[J].后勤工程學院學報，2009，25(4):41-44.

[2]郭海華，吳家鋒，徐華.基于層次分析法的機場野戰油庫選址研究[J].軍事物流，2009(1):121-122.

[3]韓中庚.數學建模方法及應用[M].北京：高等教育出版社，2005:322-335.

[4]韓亮，蔡禹.組合式戰役野戰油庫選址時應注意的問題[J].軍用航油，2008(6):50-50.

[5]周慶忠.作戰油料分析[M].北京：解放軍出版社，2008:189-228.

[6]彭波，張國盛，汪濤，等.基于人工神經網絡的野戰油庫選址評估模型[J].海軍后勤學報，2006(2):35-37.

[7]ChengHD,ChenJR.Automaticallydeterminethemembershipfunctionbasedonthemaximumentropyprinciple[J].InformationSciences，1997，3-4(96):163-182.

[8]吳萬釗.模糊數學與計算機應用[M].北京：電子工業出版社，1988:56-57.

[9]郭滕達，楊清清，蔡瑞輝.基于網絡層次分析的軍事逆向物流中心選址方法[J].兵工自動化,2014(2):30-34.

(責任編輯楊繼森)