基于證據(jù)推理的預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力評估方法

孫志鵬， 陳桂明， 高衛(wèi)剛

(火箭軍工程大學(xué) 作戰(zhàn)保障學(xué)院， 陜西 西安 710025)

0 引言

預(yù)警反擊作戰(zhàn)是一種充分貫徹積極防御軍事思想的新型作戰(zhàn)方式，是指在敵方實施先發(fā)制人導(dǎo)彈打擊時，我方導(dǎo)彈部隊根據(jù)預(yù)警信息和作戰(zhàn)準(zhǔn)備迅速組織導(dǎo)彈發(fā)射，并完成對敵方重要軍事目標(biāo)的準(zhǔn)確打擊和有效毀傷[1-2]。預(yù)警反擊作戰(zhàn)能夠以靜制動，最大程度地實現(xiàn)在軍事準(zhǔn)備階段決定戰(zhàn)爭的結(jié)局，對于有效提高導(dǎo)彈部隊快速反應(yīng)能力和戰(zhàn)略威懾能力具有決定性作用，因此發(fā)展預(yù)警反擊作戰(zhàn)能力是導(dǎo)彈部隊建設(shè)的重要內(nèi)容[3]。保障能力是預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系建設(shè)的重要內(nèi)容，對于體系作戰(zhàn)能力的發(fā)揮起到至關(guān)重要作用。預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力評估是指對保障力量在建設(shè)、作戰(zhàn)以及其他軍事活動中完成保障任務(wù)的程度進(jìn)行評價與衡量。評估過程能夠洞悉預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力的短板，進(jìn)一步為體系保障能力建設(shè)規(guī)劃布局提供依據(jù)。

關(guān)于保障能力方面的研究，國外公開文獻(xiàn)資料極少，部分評估模型也是針對具體裝備，典型的有美國武器系統(tǒng)有效性工業(yè)咨詢委員會(WSEIAC)評估模型以及瑞典系統(tǒng)與后勤工程公司(SYSTECOM)開發(fā)的優(yōu)化方案仿真(OPUS10)模型等[4]。國內(nèi)關(guān)于保障能力的研究涉及到作戰(zhàn)、裝備、后勤等方面，理論研究較為成熟。任立群等[5]、李萌[6]、周志杰等[7]對保障能力評估模型進(jìn)行了深入研究，針對具體評估對象和影響因素建立了評估模型。李建印[8]、滑楠等[9]對比了不同評估方法特點，分析了裝備保障能力評估過程中的制約因素，并提出了新的評估方法。以上模型和方法雖然對不同系統(tǒng)保障能力進(jìn)行了研究，但是國內(nèi)外針對預(yù)警反擊作戰(zhàn)保障能力的研究還相當(dāng)匱乏。同時，由于預(yù)警反擊作戰(zhàn)與其他作戰(zhàn)樣式的保障存在很大差異，相關(guān)成果很難直接應(yīng)用于預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力評估。

本文參照美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架(DoDAF)[10]作為需求分析工具，構(gòu)建預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力評估指標(biāo)體系，針對預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力評估中影響因素多且存在不確定性的問題，提出基于置信規(guī)則庫進(jìn)行證據(jù)推理[11]的評估方法。該方法使用置信度分布刻畫輸入的不確定性，用證據(jù)推理進(jìn)行集成，能夠解決不確定性給保障能力評估帶來的困難[12]。

1 預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力需求分析與評估指標(biāo)體系構(gòu)建

DoDAF采用多視圖方法對裝備體系進(jìn)行建模，其“使命- 任務(wù)- 活動- 能力”的體系結(jié)構(gòu)建模過程[13-15]符合預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力需求分析的邏輯，因此本文采用DoDAF方法分析并構(gòu)建預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力評估指標(biāo)體系。主要思路是從預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系使命出發(fā)，將使命具體化為作戰(zhàn)任務(wù)，通過作戰(zhàn)任務(wù)階段劃分，進(jìn)一步分析相關(guān)保障活動，牽引出預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力需求，最終明確預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力評估要素結(jié)構(gòu)。

DoDAF方法分析構(gòu)建預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力評估指標(biāo)體系步驟如下：

1) 分析作戰(zhàn)需求，形成作戰(zhàn)使命。預(yù)警反擊作戰(zhàn)是指預(yù)警系統(tǒng)偵測到敵方來襲導(dǎo)彈信息后，向情報中心發(fā)送相關(guān)情報信息，情報中心向指揮機(jī)構(gòu)匯報敵方來襲情況，指揮機(jī)構(gòu)根據(jù)預(yù)警信息向作戰(zhàn)單元發(fā)布作戰(zhàn)命令，作戰(zhàn)單元對敵方目標(biāo)進(jìn)行打擊的過程。

2) 分解作戰(zhàn)任務(wù)，分析得出作戰(zhàn)活動。作戰(zhàn)使命具體化為具有時序關(guān)系的作戰(zhàn)任務(wù)，對作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行分解，劃分為作戰(zhàn)階段；分析各作戰(zhàn)階段，得出具體的作戰(zhàn)活動，如圖1所示。

圖1 預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系任務(wù)分解視圖Fig.1 Task decomposition view of early-warning counter-attack system of systems

3) 分析作戰(zhàn)活動，得出相關(guān)保障活動。分析各個作戰(zhàn)活動，分類并匯總為保證導(dǎo)彈成功點火發(fā)射并有效毀傷敵方目標(biāo)而展開的一系列人員、作戰(zhàn)、裝備、技術(shù)、后勤等方面的保障行為和保障行動，形成保障活動如表1所示。

4) 建立保障活動與保障能力映射關(guān)系，細(xì)化保障能力指標(biāo)。對各項保障活動進(jìn)行分析，得出各保障活動所需的保障能力，將部分能力進(jìn)一步分解、細(xì)化，得到保障能力指標(biāo)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2中的能力指標(biāo)結(jié)構(gòu)中：既包含定性指標(biāo)，如備件管理水平；又包含定量指標(biāo)，如衛(wèi)生裝備滿足率。

應(yīng)用DoDAF建立自頂層至底層的邏輯關(guān)系和體系層次結(jié)構(gòu)關(guān)系，可以輔助從抽象的軍事需求逐步分析得到作戰(zhàn)所需要的保障能力構(gòu)成。評估指標(biāo)體系構(gòu)建過程專家全程參與，其結(jié)果具有可追溯性[16]。

表1 作戰(zhàn)活動到保障活動映射關(guān)系表

圖2 預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力指標(biāo)結(jié)構(gòu)Fig.2 Index structure of support capability of early-warning counter-attack system of systems

2 基于證據(jù)推理的預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力評估方法

預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力評估要解決各類因素如何影響保障能力的問題。而預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系不僅包括導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)，還包括指揮控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及組織機(jī)構(gòu)的編成等因素。由于指標(biāo)體系涉及影響因素眾多、指標(biāo)類型多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測量量綱不統(tǒng)一以及專家的參與，預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力評估問題具有指標(biāo)類型多樣帶來的不確定性、體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜帶來的結(jié)構(gòu)不確定性以及人的認(rèn)知局限帶來的認(rèn)知不確定性。

預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力評估需要考慮不確定情況下多種因素的影響。從影響因素來看，既有定量指標(biāo)也有定性指標(biāo)。影響因素不確定性主要體現(xiàn)在：部分指標(biāo)信息是通過文字描述的，可能出現(xiàn)描述不明確；評估過程中有人的參與，將導(dǎo)致指標(biāo)信息不完整性、不確定性增加。現(xiàn)有的評估方法在處理不確定信息時效果欠佳，不能有效解決指標(biāo)類型多樣以及存在不確定性的問題[17]。

置信規(guī)則庫基于D-S證據(jù)理論，采用置信度結(jié)構(gòu)來刻畫指標(biāo)的不確定性和不完整的專家知識與經(jīng)驗，并以置信度結(jié)構(gòu)形式展示出綜合集成的結(jié)果。在處理包含不確定信息的復(fù)雜系統(tǒng)建模與評估等問題時具有獨特優(yōu)勢，并在系統(tǒng)行為識別與預(yù)測領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[18-19]。因此，本文擬采用置信規(guī)則庫對預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力進(jìn)行評估。

2.1 置信規(guī)則庫構(gòu)造

建立置信規(guī)則庫，將不同種類指標(biāo)以及歷史信息、專家經(jīng)驗按照置信度結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行規(guī)范化表達(dá)與轉(zhuǎn)換。置信規(guī)則庫由if-then形式給出，且每條規(guī)則的結(jié)論具有置信度等級[20]。置信規(guī)則庫中的規(guī)則[12,21]可以表示為

(1)

2.2 規(guī)則激活與權(quán)重計算

保障能力置信規(guī)則庫中各影響因素的參考值為{Ai1,Ai2,…,Aij，…，Ai|Ai|},Aij為第i個指標(biāo)的第j個參考值,|Ai|為第i個指標(biāo)參考值的個數(shù)。不失一般性，序列Ai1,Ai2,…,Aij,…,Ai|Ai|單調(diào)遞增，則輸入值xi與參考值A(chǔ)ij的相似程度由(2)式給出：

(2)

式中：φ(xi,Aij)為相似函數(shù)[22-23]，φ(xi,Aij)的計算和選取與指標(biāo)的類型、特點相關(guān)；xi為保障能力指標(biāo)的實際輸入值。

(3)

相似度計算完成后，計算輸入值xi對單個指標(biāo)的匹配程度，輸入為(x1,ε1)∧(x2,ε2)∧…∧(xi,εi)∧…∧(xI,εI)，其中，εi為輸入數(shù)據(jù)xi的置信度，I為指標(biāo)個數(shù)。帶有置信度的數(shù)據(jù)對能力指標(biāo)的匹配程度計算方法如(4)式所示：

T(xi,εi)={(Ai,αij)}，

(4)

(5)

2.3 使用證據(jù)推理(ER)算法進(jìn)行集成

ER算法的基本公式[24-25]如(6)式、(7)式：

(6)

(7)

式中：N為規(guī)則結(jié)論數(shù)；βl為第l個結(jié)論的置信度；μ為證據(jù)推理組合的歸一化修正系數(shù)。

通過以上步驟，可以構(gòu)建出基于置信規(guī)則庫的預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力評估模型。在該模型中輸入評估對象的參數(shù)值，就能夠得出保障能力的分布。

3 預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力評估實例

下面以A單位為例說明本文評估方法的應(yīng)用。為簡化計算，假設(shè)規(guī)則庫中各條規(guī)則的權(quán)重均為1，各前提條件的相對權(quán)重也均為1，建立置信規(guī)則庫如表2所示，各能力或者指標(biāo)取值如表3所示。

設(shè)待評估對象的輸入?yún)?shù)值為

C5=(高，0.9)(中，0.1)，

C7=(高，0.7)(中，0.2)(低，0.1)，
C8=(高，1)，C10=(高，0.9)(中，0.1)，
C13=(高，0.8)(中，0.2)，
C14=(高，1)，C15=(90%，1)，C16=(95%，1)，
C17=(高，0.7)(中，0.2)(低，0.1)，
C18=(95%，1)，C19=(90%，1)，
C20=(70%，1)，C21=(90%，1)，
C22=(85%，1)，C23=(90%，1)。

3.1 計算諸元保障能力C6

已知輸入為C15=(90%，1)，C16=(95%，1)。具體計算步驟如下：

1) 根據(jù)已構(gòu)造置信度規(guī)則庫，由C15、C16的輸入可知，激活了規(guī)則庫中編號為1、2、4、5對應(yīng)的規(guī)則，相應(yīng)的規(guī)則如表4所示。

表4 諸元保障能力輸入激活規(guī)則

2) 輸入數(shù)據(jù)，計算相似度。將輸入值C15、C16分別代入(2)式可得：φ1(90,100)=0.5,φ1(90,80)=0.5；φ2(95,100)=0.75，φ2(95,80)=0.25，φ2(95,60)=0.

3) 計算匹配度與激活度。利用(4)式、(5)式計算輸入對每條規(guī)則歸一化后的激活程度，可得：ω1=0.375，ω2=0.125，ω4=0.375，ω5=0.125；μ1=1，μ2=1，μ4=1，μ5=1.

4) 證據(jù)組合。將以上數(shù)據(jù)代入(6)式、(7)式，計算可得C6((高，0.650 0),(中， 0.287 1),(低， 0.062 9))。

3.2 計算整體保障能力C1

按照3.1節(jié)的步驟計算備件保障能力C9=((高，0.775 8),(中，0.128 6),(低，0.095 6))，故障維修能力C11=((高，0.651 2),(中，0.235 4),(低，0.113 4))，衛(wèi)勤保障能力C12=((高，0.727 6),(中，0.216 4),(低，0.056 0))。由于數(shù)據(jù)量較大，可利用軟件實現(xiàn)，得C1=((滿足，0.504 1),(基本滿足，0.351 5),(不滿足，0.144 4))。

由最終求得C1的結(jié)果可以看出，得到的評估結(jié)論是置信度分布。該單位保障能力評估為“滿足”的置信度為0.504 1，評估為“基本滿足”的置信度為0.351 5，評估為“不滿足”的置信度為0.144 4. 該評估結(jié)果以置信度分布的形式對A單位保障能力進(jìn)行了刻畫。

3.3 多評估對象對比

假設(shè)B單位的指揮保障能力C5=((高，1)，(中，0)，(低，0))，其他能力指標(biāo)取值不變；C單位技術(shù)保障能力C10=((高，1)，(中，0)，(低，0))，其他能力指標(biāo)取值不變，分別計算各自保障能力。通過計算，B單位保障能力C1B=((滿足，0.581 7),(基本滿足，0.296 9),(不滿足，0.121 4))，C單位保障能力C1C=((滿足，0.555 3),(基本滿足，0.315 0),(不滿足，0.129 7))，如圖3和圖4所示。

圖3 A、B、C單位保障能力評估結(jié)果對比Fig.3 Comparison of evaluated results of support capabilities of A, B and C units

圖4 A、B、C單位保障能力評估效用對比Fig.4 Comparison of the utilities of support capability assessment of A, B and C units

通過圖3和圖4可以看出：B單位保障能力評估結(jié)果優(yōu)于A單位，這是因為B單位指揮保障能力C5B比A單位指揮保障能力C5A更為理想；C單位保障能力評估結(jié)果相對于A單位有一定提升，這是因為C單位技術(shù)保障能力C10C比A單位技術(shù)保障能力C10A更理想，但是提升效果不如B單位。由此可見指揮保障能力C5比技術(shù)保障能力C10對體系保障能力評估結(jié)果的影響更大。從效用分析可以看出，雖然A、B、C單位評估輸入差別較大，但是通過集成后體系整體效用差別縮小。

4 結(jié)論

本文提出了基于ER的預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力評估方法，應(yīng)用DoDAF方法構(gòu)建了預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力評估指標(biāo)體系；利用ER方法處理底層指標(biāo)類型多樣、評估信息不完整、不確定的問題，將歷史數(shù)據(jù)與專家經(jīng)驗加以融合，建立了基于置信規(guī)則庫的預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力評估模型。通過實例評估以及對評估結(jié)果的分析，得到以下主要結(jié)論：

1) 基于ER的保障能力評估方法能夠有效處理保障能力評估過程面臨的信息不確定性以及定性指標(biāo)與定量指標(biāo)同時存在的問題。通過置信度分布刻畫保障能力水平更加貼近保障能力的實際情況。

2) 不同指標(biāo)水平提升對體系保障能力整體水平提升影響不同。指揮保障能力的提升將促進(jìn)體系保障能力的提升，而指揮保障能力提升對體系保障能力的提升效果優(yōu)于技術(shù)保障能力提升對體系保障能力的提升。

3) 通過評估與分析預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力，能夠準(zhǔn)確識別預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力短板弱項，從而提出針對性建設(shè)措施。根據(jù)評估結(jié)果，確定預(yù)警反擊作戰(zhàn)體系保障能力建設(shè)資源配置的重點和方向。