運用聚類分析評估油庫油料保障效能

巨亞榮，汪 濤，陳 勤

(中國人民解放軍陸軍勤務學院 a.軍事物流系； b.油料系； c.軍事物流系， 重慶 401331)

努力建設保障打贏現代化戰爭的后勤、服務部隊現代化建設的后勤和向信息化轉型的后勤，是習主席和中央軍委賦予軍隊后勤系統的戰略任務[1]。在油料系統貫徹落實“三大建設任務”要求，就是要促進油料保障向信息化轉型發展。油料保障的總體目標是充分發揮油料系統人、財、物的作用，把國家分配給軍隊的有限的油料以及油料裝備、油料經費管理好、使用好，最大限度地保障軍隊建設和作戰的需要。要圓滿達到這一總體目標，必須依靠科學管理，講求油料保障效能。

后方油庫是軍隊中擔負戰略、戰役或平時油料儲備和供應任務的倉庫，其首要任務是做好平戰時油料、油料裝備(器材)的收發、保管和供應工作[2]。對油庫的油料保障效能進行評估，有助于了解、掌握油料保障系統的能力和不足，為油料保障決策提供可靠依據，為提高油料保障的能力創造條件。

聚類是人類一項最基本的認識活動，是研究“物以類聚”的一種方法。聚類分析就是根據事物本身的特性，按照一定的類定義準則，對所研究的事物進行歸類[3]。通過適當聚類，事物才便于研究，事物的內部規律才可能為人類所掌握。近年來，隨著油料保障信息化在全軍部隊試點展開，各后方油庫積累了大量的油料業務信息數據。這種海量的油料業務數據蘊藏著油料消耗的空間分布及其變化趨勢，是進行油料保障效能評估的基礎資料[4]。采用聚類分析方法對各油庫的油料保障效能進行評估，有助于挖掘隱藏在大量油料保障業務數據中不被人們認知的關于油料保障活動的規律性知識，用以輔助決策，促進油料保障工作的針對性。

1 后方油庫油料保障效能評估概述

1.1 相關概念界定

油料保障效能是指完成油料保障任務的有效程度，是油品、油料裝備及油料設施(備)、油料保障人員、油料保障機構、油料保障信息、油料經費等蘊含的有利于軍隊建設和作戰行動的作用[5]。油料保障效能與國民經濟中所討論的效益相比具有許多特殊性，致使對它的評價考核工作比較復雜和特殊。

油料保障效能評估，是后勤指揮機關根據油料保障需要，對本級及下級油料保障能力的一種綜合性的預先估計，是對油料保障的效益水平進行評價和估算的活動。

1.2 油料保障效能評估的分類

1) 按評估的內容分類

① 單項要素保障效能

后方油庫的油料保障效能是由不同要素構成的，這些要素包括油品、裝備和設備、人員、保障能力、環境等。對這些不同要素的效能評估，形成油料保障單項要素保障效能評估[6]。單項要素保障效能僅能反映油庫在某一方面的效能。

② 綜合保障效能

油庫綜合保障效能，是油庫完成某一油料保障任務整體情況的反映，是進行保障效能評估的主要目的。油庫綜合保障效能的得出依賴于單項要素保障效能，只有在計算出油庫所有單項要素保障效能的基礎上，按照一定的評估模型，才能得到綜合保障效能。

2) 按評估的穩定性分類

① 靜態保障效能

油庫靜態保障效能是油勤人員和油料設備設施等因素所蘊含的保障效能，其特點是在評估時不考慮油庫的背景情況和戰場環境，只衡量其在正常條件下具備保障能力的狀態。

② 動態保障效能

動態保障效能是指油庫在特定的保障任務和保障環境下，內部因素和外部因素相互產生系統合力所形成的現實保障效能。動態保障效能是對靜態保障效能的發揮、延伸和拓展。

3) 按評估的層次分類

軍隊油料保障系統是一個多層次、多系統的綜合體，根據工作范圍和擔負的任務大致分為3個層次：一是油料保障部(分)隊；二是用油部隊；三是各級機關油料部門。后方油庫屬于油料保障部(分)隊。

2 聚類分析的基本原理

聚類分析能夠將一批樣本(或變量)數據根據其諸多特征，按照在性質上的親疏程度在沒有先驗知識的情況下進行自動分類，產生多個分類結果。

2.1 聚類分析中“親疏程度”的度量

對樣品之間的親疏程度的測量一般有兩個角度：一個是個體之間的相似程度；另一個是個體間的差異程度。個體間的相似程度通常用簡單相關系數或等級系數衡量，而個體間的差異程度通常采用距離測度。距離測度是一個函數d(x,y)，以空間中的兩個點作為參數，函數值是一個參數值，該函數必須滿足下列準則：

1)dij≥0,對一切xi,xj∈RP,成立，且dij=0當且僅當xi=xj；

2)di,j≤di,k+dk,j,?xi,xj,xk∈RP

只有滿足上述性質的距離測度才可以稱為度量。假設有n個樣品x1，x2，…，xn，每個樣品都有m個指標，因此可用一個m維向量表示，記

xi=(xi1,xi2,…,xim)T,i=1,2,…,n

從直觀上看，屬于同一類的對象在空間中應該互相靠近，而不同類的對象之間的距離要大得多。個體間距離的定義會受到變量類型的影響，使得個體間距離的定義也因此不同。常用的有曼哈頓距離、歐幾里德距離、切比雪夫距離、閔可夫斯基距離等。

① 曼哈頓距離

② 歐幾里德距離(Euclidean Distance)

③ 切比雪夫距離(Chebyshev)

④ 閔可夫斯基距離(Minkowski Distance)

2.2 聚類分析的分類

1) 以分類對象為標準

①Q-型聚類分析又稱觀測聚類或樣本聚類，是根據被研究對象的各種特征，把特征相似的研究對象歸并為一類[7]。

②R-型聚類分析是指對指標或者變量分類。在實際問題中，描述同一事物特征的變量有很多，對描述研究對象的變量進行歸類，使得每一類都能代表觀測對象某一方面的特征。

2) 以分類方法為標準

① 系統聚類法

系統聚類法的基本思想是：開始將樣品或指標各視為一類，根據類與類之間的距離或相似程度將最相似的類加以合并，再計算新類與其他類之間的相似程度，不斷繼續這一過程，直到所有的樣品(或指標)合并為一類[8]。

② 動態聚類法

動態聚類法的基本思想是：開始按照一定方法選取一批聚類中心，讓樣品向最近的聚心凝聚，形成初始分類，然后按最近距離原則不斷修改不合理分類，直至合理為止[9]。

不管按何種標準分類，其目的都是根據某種標準，把“相似”的事物歸類。應用聚類分析應注意以下幾點：一是在選擇參與聚類分析的變量時，應注意所選變量是否符合聚類分析的要求；二是在聚類分析之前應首先對源數據進行標準化處理，以消除數量級對聚類結果的影響；三是各變量之間不應有較強的線性相關性。

3 案例分析

本節以某戰區各后方油庫為研究對象，運用SPSS軟件，結合年度油庫油料保障統計數據，首先采用R型聚類對油庫“持續保障能力”指標下屬的各個指標進行聚類分析，篩選出最能反映油庫持續保障能力的指標；然后采用Q型聚類分析對油庫油料保障綜合效能進行評估，以確定對戰區內油庫的分類數目及每個油庫所屬的級別。

3.1 基于R型聚類分析的后方油庫油料效能評估

表1是2015年某戰區各后方油庫的“持續保障能力”各指標統計表，為描述方便，分別用x1,x2,x3,x4,x5表示“儲存能力”、“上級或他部加強力量”、“遭敵破壞后恢復能力”、“收發卸載能力”和“交通運輸條件”等5項下級指標。

采用系統聚類法對表中的變量進行聚類分析，聚類時先確定用相似性來測度，聚類數目的范圍選擇2～3，度量標準選用pearson相關系數，聚類算法選最遠元素法，以此來篩選出最能反映油庫“持續保障能力”本質特征的指標，達到數據降維的目的。如表2所示，生成的相似性矩陣里的數字為相關系數，若有某兩個變量的相關系數接近1或-1，說明兩個變量可互相替代。

表1 2015年某戰區后方油庫“持續保障能力”統計表

表2 相似性矩陣

從表2可以看出，“儲存能力”和“收發卸載能力”相關系數較大，“儲存能力”和“上級或他部加強力量”的相關系數也較大，因此，兩組相關關系中均是二者取其一即可。

從表3中可以清晰地看出，當聚類數目為3時，x1和x4聚為一類，x2和x5聚為一類，x3單獨為一類，這和表1中由相關系數所表示的聚類完全一致。再綜合油料保障領域的專業知識，僅保留“儲存能力”指標較為合適。表3是群集成員表。綜合油料保障領域的專業知識，根據實際情況可確定聚類數，進而確定指標的取舍。

表3 群集成員

3.2 基于Q型聚類分析的油料保障綜合效能評估

表4是2015年某戰區各后方油庫的“油料保障效能”統計表，采用Q型聚類法對表中的數據進行聚類分析，即依據表中的某一列數據對各后方油庫在該項保障效能的得分值進行分類，以明確各個油庫在該項保障效能上所處的級別。

表4 XX戰區后方油庫油料保障效能統計表

用SPSS軟件進行分析。由于開始不確定分為幾類，暫時用一個3類范圍試探。這一次采用最遠鄰近法，用平方Eudidean距離進行測度。生成的樹狀圖如圖1所示。

從圖1所示的樹狀圖可以看出，根據油庫油料保障綜合效能，可以把油庫分為3類：

第1類：a005、a007、a014、a002、a015、a006

第2類：a016、a010、a004、a008、a003

第3類：a012、a001、a011、a013、a009

即第1類油庫的各項效能指標處于比較高的段位，第2類油庫的各項效能指標處于中等位置，第3類油庫的各項效能指標則比較低。評估結果與實際情況相符。

需要指出的是，使用不同的聚類方法會得出不同的分類結果，在實際應用中可選用其他聚類方法將各種結果加以比較[10]，以便確定對于不同的聚類結果，究竟哪一種分類較好。一般來說，可以通過兩種方法判斷，一是根據與分類問題本身有關的專業知識決定取舍；或者將各種結果中的共性取出來，將有疑問的樣品放在一邊待判，然后選用最短距離法對待判的樣品作特殊處理，決定它們的歸屬。

4 結論

為探索改進部隊后方油庫油料保障效能評估的方法，引入聚類分析作為一個獨立的工具獲得油庫油料保障效能數據的分布狀況。案例研究結果表明，采用聚類分析進行油庫油料保障效能評估，能顯著降低評估指標數據的冗余度，降低評估成本，且評估算法完全依據原始樣本數據的特征，減少了先驗知識對評估結果的主觀影響，增強了評估的客觀性和準確性。運用聚類分析評估油庫油料保障效能為探索改進其他相關的效能評估方法提供了新的思路。