虛擬仿真訓練效果評估研究*

羅博峰 謝常達 彭雙震

（國防大學聯合作戰學院 石家莊 050084）

1 引言

虛擬仿真訓練是指以虛擬現實技術為支撐，創建模擬，實兵、實裝、實彈的虛擬環境，并通過設置急、難、險、危等各種對抗局面，培訓和提高受訓者作戰能力的訓練活動［1］，具有訓練環境逼真可設、訓練內容針對性強、訓練方式靈活多變、訓練保障安全經濟等優點［2］，是實戰化訓練的重要形式之一，更是和平時期部隊戰斗力生成和提高的重要途徑。據美空軍統計，從未參加實戰的飛行員經過虛擬對抗訓練，生存概率可從60%提高到90%［3］。虛擬仿真訓練效果評估的優劣將直接影響訓練效果提升，采取科學合理的評估方法，正確反饋訓練的實際情況，有針對性地抓好訓練，有助于戰斗力的快速形成。

2 虛擬仿真訓練評估指標體系建立

虛擬仿真訓練的最終目的是提升部隊實戰能力，其表現形式是參加聯合作戰能力。因此，虛擬仿真訓練評估指標體系的建立依托聯合作戰能力的形成建立。我們將虛擬仿真訓練總體目標設為A，將情報信息（用I表示）、指揮控制（用C表示）、火力打擊（用F表示），后裝保障（用L表示）等四項作為一級指標，結合實際情況，構建虛擬仿真訓練評估動態指標體系，如圖1所示。

3 虛擬仿真訓練效果評估構建

3.1 評估指標體系權重分配

采取層次分析法，將總目標層層細化，并根據重要性賦予各因素相應權重，最終形成一個多層次的評估模型。

圖1 虛擬仿真訓練評估指標體系

3.1.1 構建判斷矩陣［4］

假定虛擬仿真訓練總目標定為A，與二級指標I、C、F、L可構造判斷矩陣，如表1所示。

表1 判斷矩陣

其中，bij代表二級指標且大于 0，bii=1，bij=1/bji（i，j=1，2，…，n），可做n（n-1）/2次兩兩判斷。

3.1.2 重要性標度［5］

針對指標對虛擬仿真訓練效果評估影響程度不同，實現定性問題定量表述，對同一組指標要素前后進行比較量化，區分劃分層次。假定用數字5至1代表量度區間，分別代表極度重要、明顯重要、較為重要、同等重要、不重要，如出現倒數，將其倒數轉化為正向指標作為逆向指標。標度劃分具體見圖2。

圖2 重要性量度區間圖

3.1.3 層次單排序和一致性檢驗

層次單排序［6］指根據判斷矩陣，利用和積法、方根法計算，即通過求取矩陣的特征向量、最大特征值和一致性檢驗來確定權值。用U來表示判斷矩陣，且滿足UW=λmaxW。其中，λmax為判斷矩陣U的最大特征根；W為對應λmax的正規化特征向量，Wi是對應因素的單排序權值。根據一致性指標公式CI=（λmax-n）/（n-1），查表可以得到相應的一致性指標RI（見表2）。以4階判斷矩陣為例，查表得到RI=0.9。

表2 平均隨機一致性指標（RI）［7］

根據一致性比例計算公式CR=CI/RI。當CR＜0.1時，判斷矩陣的一致性結果為可接受；當CR＞0.1時，結果為一致性不符，需要對判斷矩陣進行必要的修正，通過一致性檢驗之后，使決策者能夠根據得到的結果做出科學的決策。

3.2 評估指標權重的確定及一致性檢驗

3.2.1 構造判斷矩陣

判斷矩陣U（相對于虛擬仿真訓練效果而言，4個要素之間相對重要性的比較）見表3。

表3 判斷矩陣A-U

得到判斷矩陣：

3.2.2 計算各因素權重

具體結果為W1=0.27，W2=0.17，W3=0.33，W4=0.24。

3.2.3 計算判斷矩陣的最大特征值

3.2.4 進行一致性檢驗

根據計算得出，CR的數值小于0.1，當CR＜0.1時，判斷矩陣的一致性結果為可接受，符合一致性檢驗。

判斷矩陣滿足一致性要求，則情報信息I、指揮控制C、火力打擊F、后裝保障L的權重為W=（0.27，0.17，0.33，0.24）。

按上述同樣的方法計算二級指標權重，并進行一致性檢驗。所有判斷矩陣計算的CR均小于0.1 ，因此，判斷矩陣符合一致性檢驗。I1，I2，I3的權重分別是WI=（0.12，0.38，0.5），C1，C2，C3的權重分別是 WC=（0.17，0.33，0.5），F1，F2，F3的權重分別是WF=（0.17，0.39，0.44），L1，L2，L3的權重分別是 WL=（0.13，0.42，0.45）。

4 虛擬仿真訓練效果模糊綜合評價［8］

4.1 建立模糊評估模型

通過構造等級模糊子集把反應虛擬仿真訓練效果的模糊指標進行量化，而后利用模糊變換原理對各指標進行綜合評估。

4.1.1 構建評估指標集

根據虛擬仿真訓練評估指標體系建立評估指標集：即 A=（I，C，F，L）。其中：I=（I1，I2，I3）；C=（C1，C2，C3）；F=（F1，F2，F3）；L=（L1，L2，L3）。

4.1.2 確定評估等級［9］

根據訓練效果四級評定制建立評估集，即Y1：優秀；Y2：良好；Y3：及格；Y4：不及格，則：Y=（Y1，Y2，Y3，Y4）。

表4 虛擬仿真訓練效果評估等級

4.2 模糊綜合評估及實證

4.2.1 構造模糊評估矩陣［10］

采取電話咨詢、郵寄、訪談等方式，邀請領域內專家、部隊訓練首長、作訓參謀、基層干部等10名專家進行專家評分，對二級評估指標因素進行訓練效果評估，所組成評價集為 E=（P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7，P8，P9，P10），見下表。

表5 專家評估情況

表6 虛擬仿真訓練各指標權重匯總

因此，判斷矩陣如下。

4.2.2 計算綜合評估集［11］

結合該指標的評估權重，得到綜合評估集：

將上述結果進行歸一化處理，得到結果情報信息集：

同理可得：

建立一級評價指標矩陣：

結合一級指標權重集W，求得虛擬仿真訓練效果評估集為

將上述結果進行歸一化處理，得到虛擬仿真訓練效果評估集A=［0.41，0.26，0.21，0.12］。

綜合評價結果來看，對應評語集Y=（優秀、良好、及格、不及格），按照最大隸屬度原則，取得評價集A中最大值0.41，對應評語為“優秀”，因此，認定此次模糊評價虛擬仿真訓練效果為“優秀”［12］。

5 結語

本文采取AHP法，通過定量和定性分析，有效解決了虛擬仿真訓練效果評估問題，為部隊有針對性的訓練提供了可借鑒依據，有助于訓練水平的有效提高。評估過程中構建虛擬仿真訓練評估體系，并采用專家評估法，確定各指標權值，使得評估具有可靠性和實用性，為虛擬仿真訓練效果評估提供了一條切實可靠的方法路徑，具有一定應用價值。