無人地面車輛系統(tǒng)效能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

朱小龍 趙文軒 張?jiān)?/p>

摘 要：從“人機(jī)環(huán)”角度分析無人地面車輛系統(tǒng)效能的影響因素，并基于無人地面車輛系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)的構(gòu)建原則，構(gòu)建一套用于無人地面車輛系統(tǒng)效能評(píng)估的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以期為后續(xù)無人地面車輛系統(tǒng)效能評(píng)估提供參考。

關(guān)鍵詞：無人地面車輛;系統(tǒng)效能;指標(biāo)體系

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）19-0047-03

Abstract： From the perspective of "man-machine-environment"， the influencing factors of unmanned ground vehicle system efficiency were analyzed， and an evaluation index system for unmanned ground vehicle system efficiency evaluation was constructed based on the principle of unmanned ground vehicle system efficiency evaluation index construction， which provided reference for subsequent unmanned ground vehicle system efficiency evaluation.

Keywords： unmanned ground vehicles;system efficiency;index system

無人地面車輛系統(tǒng)效能評(píng)估的內(nèi)容主要包括評(píng)估指標(biāo)體系的構(gòu)建、系統(tǒng)建模以及評(píng)估模型的選擇3個(gè)方面[1-4]。系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)作為無人地面車輛系統(tǒng)效能評(píng)估的重要基礎(chǔ)，雖然目前已受到相關(guān)學(xué)者的關(guān)注，并取得了一定的研究成果[5-8]，但尚未形成統(tǒng)一的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。以無人地面車輛系統(tǒng)效能為研究對象，綜合分析無人地面車輛系統(tǒng)效能的影響因素，并基于系統(tǒng)效能評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建原則，建立一套用于無人地面車輛系統(tǒng)效能評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系。

1 無人地面車輛系統(tǒng)效能的主要影響因素

未來，無人車輛將在海陸空等領(lǐng)域全面發(fā)展。在實(shí)際運(yùn)用中，無人地面車輛必然要與其他各類裝備和力量聯(lián)合使用。因此，無人地面車輛將構(gòu)成一個(gè)有機(jī)系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，主要組成要素為人、機(jī)、環(huán)，如圖1所示。

“人”，即無人地面車輛的使用控制人員。操作員的指揮能力、操作控制裝備能力以及裝備運(yùn)用編組方式，都將對裝備系統(tǒng)的效能產(chǎn)生重要影響。

“機(jī)”，即無人地面車輛及其編隊(duì)本身。這一要素中影響系統(tǒng)效能的因素主要包括車輛戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能、實(shí)際作戰(zhàn)能力、指揮控制能力和協(xié)同作戰(zhàn)能力。戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能主要體現(xiàn)在其動(dòng)力性、越野性以及控制能力等方面;實(shí)際作戰(zhàn)能力主要體現(xiàn)在可完成什么類型的具體任務(wù)、處于可靠工作的概率、成功完成任務(wù)的概率等方面;指揮控制能力主要體現(xiàn)在復(fù)雜的磁干擾環(huán)境下無人地面車輛與基站之間通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴⒖垢蓴_性和實(shí)時(shí)性等方面;協(xié)同作戰(zhàn)能力主要體現(xiàn)在無人地面車輛之間的數(shù)據(jù)傳輸、車隊(duì)自主編隊(duì)與控制、作戰(zhàn)任務(wù)的規(guī)劃與分配、集群控制能力等方面。

“環(huán)”，即車輛所處的外部環(huán)境。它主要包括無人地面車輛所處場地的氣象環(huán)境（如風(fēng)、雨、雪、霧等）、地形地貌環(huán)境（如平原、高原、山坡以及鋪裝路面或非鋪裝路面等）以及電磁環(huán)境。

2 無人地面車輛系統(tǒng)效能指標(biāo)構(gòu)建的原則

無人地面車輛系統(tǒng)效能的評(píng)價(jià)指標(biāo)是能夠代表無人地面車輛相關(guān)能力的定量指標(biāo)或定性指標(biāo)。該指標(biāo)的選取直接影響最終投入實(shí)際應(yīng)用的無人地面車輛系統(tǒng)效能，因此構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循以下原則。

2.1 客觀性原則

系統(tǒng)效能評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇和確定應(yīng)以能充分體現(xiàn)其作戰(zhàn)能力和效果的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為基本依據(jù)，堅(jiān)持科學(xué)性和準(zhǔn)確性，實(shí)事求是，不主觀臆造。

2.2 典型性原則

選取已經(jīng)過試驗(yàn)檢驗(yàn)并得到人們理解和認(rèn)可、能充分反映各類無人地面車輛系統(tǒng)效能水平的指標(biāo)作為核心的典型性指標(biāo)。

2.3 可測性原則

要求評(píng)價(jià)指標(biāo)具有可測性，且盡量做到定量化。可以在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，綜合采用各種數(shù)學(xué)理論方法，使評(píng)估指標(biāo)能測量、可計(jì)算，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)處理得出定量結(jié)果。

2.4 可比性原則

評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)能使不同車型在不同作戰(zhàn)環(huán)境下、不同作戰(zhàn)任務(wù)之間進(jìn)行比較。系統(tǒng)效能評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)以國際標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)技術(shù)規(guī)范為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化以及系統(tǒng)化。

2.5 導(dǎo)向性原則

評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)根據(jù)無人地面車輛未來發(fā)展的科學(xué)判斷和總體規(guī)劃，結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，對無人地面車輛關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和裝備作戰(zhàn)編組運(yùn)用工作有導(dǎo)向作用。

3 無人地面車輛系統(tǒng)效能指標(biāo)構(gòu)建

無人地面車輛所運(yùn)用的關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)性能是影響其系統(tǒng)效能的最重要因素。考慮未來無人地面車輛實(shí)際使用需求和運(yùn)用特點(diǎn)，遵循評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立原則，從戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能角度出發(fā)，將無人地面車輛系統(tǒng)效能總指標(biāo)分為機(jī)動(dòng)能力、自主行駛能力、指揮控制能力、運(yùn)輸保障能力和環(huán)境適應(yīng)能力5個(gè)方面，如圖2所示。

3.1 機(jī)動(dòng)能力

無人地面車輛的機(jī)動(dòng)能力是指無人地面車輛在路面行駛的基本能力。具體評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包含額定功率、自主穩(wěn)定行駛平均速度、越野平均速度、加速性能、最大爬坡度、涉水深、最小轉(zhuǎn)彎半徑以及制動(dòng)距離等，具體含義見表1。

3.2 自主行駛能力

無人地面車輛的自主行駛能力是指無人地面車輛在系統(tǒng)給定的既定任務(wù)下，自動(dòng)完成從初始點(diǎn)運(yùn)行到目的地且自主規(guī)避行駛過程中的障礙物的能力。具體評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包含環(huán)境感知能力、定位導(dǎo)航精度、規(guī)劃決策能力、運(yùn)動(dòng)控制精度以及深度學(xué)習(xí)能力，如表2所示。

3.3 指揮控制能力

無人地面車輛的指揮控制能力主要指無人地面車輛與基站和無人地面車輛與無人地面車輛等之間的信息傳輸能力。具體評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包含接通概率、平均通信時(shí)長、信道誤碼率以及共享信息能力，如表3所示。

3.4 運(yùn)輸保障能力

無人地面車輛運(yùn)輸保障能力是指無人地面車輛高效完成運(yùn)輸保障任務(wù)的能力。具體評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包含最大續(xù)駛里程、保障任務(wù)復(fù)雜性、保障準(zhǔn)備時(shí)間、保障任務(wù)成功率、輕量化設(shè)計(jì)水平以及模塊化設(shè)計(jì)水平，如表4所示。

3.5 環(huán)境適應(yīng)能力

無人地面車輛搭載的各項(xiàng)儀器、動(dòng)力、機(jī)械等設(shè)備在一定環(huán)境中容易失效，導(dǎo)致無人地面車輛無法完成既定工作。因此，無人地面車輛的環(huán)境適應(yīng)能力一般考察其溫度范圍、海拔、氣象適應(yīng)、噪聲值和振動(dòng)強(qiáng)度，如表5所示。

4 結(jié)語

無人地面車輛作為無人系統(tǒng)的重要組成部分，其系統(tǒng)效能評(píng)價(jià)貫穿無人地面車輛的開發(fā)、驗(yàn)證以及應(yīng)用的各個(gè)階段。通過綜合分析無人地面車輛系統(tǒng)效能的主要影響因素，在系統(tǒng)效能評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建原則的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一套包含機(jī)動(dòng)能力、自主行駛能力、運(yùn)輸保障能力、指揮控制能力以及環(huán)境適應(yīng)能力的系統(tǒng)效能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，可為后續(xù)開展無人地面車輛研究提供參考。

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