基于卡爾曼濾波法的被裝物資消耗預測

張海亭 張殿忠

摘要：由于信息化戰場充斥著各種不確定性和非線性，致使戰場被裝物資消耗成為一個復雜的非線性問題，為解決戰場被裝物資消耗這一復雜非線性問題，本文提出采用不同類別分階段線性化自適性方法對被裝物資消耗進行預測，即針對不同被裝物資類別，將其消耗過程劃分為幾個不同的階段，然后對不同階段的被裝物資消耗速度進行線性化處理，從而有效提高被裝消耗預測的速度和準確度，為實現被裝物資精確配送創造了條件。

關鍵詞：被裝物資；精確配送；卡爾曼濾波

要在千變萬化的信息化戰場全面提升被裝物資配送的精確性，不僅需要在戰前就對被裝物資需求總量和分布進行準確預測，還需要在戰中對戰場被裝物資消耗進行持續不間斷的預測，從而盡早發現被裝物資供應存在的問題，及時、靈活地調整被裝保障 活動，增強保障的精確性。因此，被裝物資消耗預測是實現戰場被裝物資精確保障的前提和依據，是被裝物資需求預測中最為重要和關鍵的內容。

1被裝物資消耗預測概述

1.1被裝物資消耗預測的含義

被裝物資消耗預測，是指在某次戰役或戰斗過程中，對被裝物資消耗的趨勢進行短周期、動態快速測算。

1.2被裝物資消耗預測

在消耗預測方面，常用的定量預測方法有時間序列分析法、指數平滑預測法、回歸分析法，比較復雜的有灰色理論（GM）、BP神經網絡、支持向量機（SVM）等預測方法。以上定量預測方法，其共同特點是都要以過去和現實的數據為依據，在其中尋求規律來推測未來變化，往往需要較長時間和較多的歷史數據，而且要求歷史數據與現在和未來的條件基本相似。然而現行我軍被裝物資消耗數據均來源于我軍半機械化戰爭實踐，由于近數十年沒有大規模戰爭，缺乏我軍信息化戰爭被裝保障實踐數據。如果采用以上預測方法，其結果難以適應信息化戰爭需要。因此，信息化條件下聯合作戰被裝物資消耗預測，需要構建一種既能滿足準確預測需要，又不過度依賴歷史經驗數據，而且便于充分運用信息技術實現自動化的預測方法。

2被裝物資消耗預測模型

2.1分階段線性化消耗預測模型

分階段線性化預測模型，就是為了滿足準確、快速、高頻率被裝消耗預測的實際需要。當按照線性方法對其預測與實際發生較大偏差超過一個給定的閥值時再對其進行修正，然后進入到下一個線性過程。即在較短時間階段內，建立以下線性預測模型

其中， 為第 次預測時的被裝物資消耗量； 為第 次預測與第 次預測的時間間隔， ； 為第 次預測與第 次預測間的被裝物資消耗增長速度。

如上圖1所示，模型在時間t0開始以線性預測方程對時間t1的被裝物資消耗進行預測；當到達時間t1后，將預測消耗量和實際獲取的消耗量進行對比分析，其誤差為r1。如果誤差r1小于指定閥值則繼續以當前線性方程對t2時間的被裝物資消耗進行預測；如果誤差r1大于指定閥值則立即修改預測參數，形成新的線性預測方程，對下一時間的被裝物資消耗進行預測。如此即實現了對被裝物資消耗的分階段線性化消耗預測。

2.2初始消耗速度的設定

采用該預測方法時，一個重要問題是在沒有產生實際消耗數據前如何確定其初始消耗速度。對于初始消耗速度，一個簡單實用的辦法是采用被裝物資需求總量預測模型對該階段的被裝消耗總量進行預測，然后再用消耗總量除以該階段預計時間得到預測初始消耗速度。以替換被服為例。

某一作戰階段替換被服的消耗主要包括傷員替換和丟損補充兩部分，分別用被裝物資需求總量預測中的公式對這兩部分消耗量進行預測：

分階段線性化消耗預測模型對被裝物資消耗進行預測時，還有一個重要問題就是消耗速度閥值的確定，即當預測消耗與實際消耗有多大幅度的偏離時對線性預測方式的增長速度進行重新修正和設定。由于不同類別的被裝物資其功能和適用的范圍不同，對于作戰的影響不同，因此需要為不同類別的被裝物資設定不同的閥值。對于具體閥值的確定，可采用專家評估法、頭腦風暴法、德爾菲法等定性方法，對不同類別、不同作戰條件下的被裝物資消耗速度閥值進行確定。

4小結

本章在分析研究了被裝物資需求預測的分類、主要影響因素、主要方法手段的基礎上。構建了基于大數據的被裝物資需求總量預測、需求分布預測和戰中消耗預測三類被裝需求預測模型。為發展運用需求預測信息系統，滿足被裝物資需求預測準確性和時效性要求創造了條件。

（作者單位：陸軍勤務學院）