工程偽裝效果評價指標體系構建問題分析

劉玉通,王結良,胡志毅,蘇海濤,張 渫,杜山山

(32182部隊,北京 100042)

1 引 言

軍事工程由于施工周期長,目標范圍大,極易成為敵軍偵查目標,因此,工程偽裝一直是提高軍事工程生存能力的重要舉措。工程偽裝效果評價主要是通過采用一定技術手段,對軍事工程在可見光、近紅外、中遠紅外及雷達等偵查手段下的偽裝效果進行定性或定量評價,主要分析目標偽裝后的能見距離、背景融合性,目標發現與識別概率等特性。隨著我軍軍事現代化進程的不斷加快,越來越多的技術方法應用于偽裝效果評估,檢測技術的日新月異和評價手段的多樣化,導致評價結果缺乏權威性,如何構建一套通用的評價指標體系,完善當前過時的偽裝的評價標準,提高評價結果的權威性,是偽裝研究領域的難題,也是評價偽裝效果的關鍵。

2 工程偽裝效果評價方法

工程偽裝效果評價方法分類因角度而異,從發展歷程來看,從最初的主觀評價法發展到客觀評價法,并逐漸演繹為多指標綜合評價法,見圖1。

圖1 工程偽裝效果評價方法發展歷程及分類

2.1 主觀評價法

偽裝效果主觀評價法主要基于人的視覺洞察力,測定一定數量的觀察者基于不同距離,不同季節與環境條件下,對于目標的發現概率,是一種基礎的傳統評價方法。該方法易受客觀環境條件和觀察者主體因素影響,缺乏對目標和背景的客觀分析,局限性大且缺乏準確性。

“那么你班上的女生很少，而且你沒女朋友。想認識更多女孩應該是你想加入社團的理由之一，搞不好是最大的理由?！遍L發女生說。

患者在服用卡馬西平、螺內酯或者大量服用青霉素類抗生藥物后，可能會導致蛋白尿癥狀。患者大量服用維生素C后再進行尿隱血試驗，可能會導致假陰性檢驗結果的出現，因此當下很多醫學檢驗部門在進行尿常規檢驗的時候，會增加維生素C含量這一檢驗指標。

2.2 客觀評價法

偽裝效果客觀評價方法是近年來偽裝領域研究熱點。多數研究都是采取某一檢測手段,基于檢測結果的某一特征,選取一個或幾個客觀分析指標,對偽裝檢測得到的圖像或數值進行分析處理,建立相應評價模型,進行定性或定量評價,并配合具體案例分析加以說明。

影響工程偽裝效果的因素很多,構建評價體系要在全面考慮當前各種偵查手段的基礎上,針對不同類型的設防工程,科學選定具有代表性的性能指標,合理確定各指標的權重,這也是評價指標體系構建的關鍵。對此,很早就有人提出了“大偽裝”概念,認為傳統的檢測手段、局部特征、單一波段、靜態及簡單的偽裝理論早已過時,需要代之以多手段、全波段、全局、動態及綜合的“大偽裝”理論[18]。

客觀評價法屏除了觀察者主觀因素的影響,但存在評價指標單一或者片面的問題,結果權威性不高,不能準確反映偽裝工程的全面綜合偽裝效果。甚至針對同一偽裝工程,當基于不同客觀指標建立分析模型對其進行效果評價時,可能會得出相異的評價結論。因此,偽裝評價必須是包括當前科學性強,應用廣泛,技術成熟的所有客觀評價指標的一個集成體系。

2.3 綜合評價法

綜合評價法包括多種檢測手段,基于檢測結果的多種特征,選取多個偽裝指標,綜合評判工程偽裝的效果。多指標評價提高了評價結果的準確性與可信度,但也帶來了一個關鍵問題,就是如何確定各指標的權重。指標賦權的方法包括主觀賦權法、客觀賦權法和組合賦權法,見表1。

體系構建要考慮到偽裝工程在不同時段、不同季節的遙感偵察情況,偽裝效果在一天中隨光線強弱和溫度升降的變化,一年四季中周邊環境變化的影響,其暴露概率可能會發生顯著變化。圖2為某機場附屬設施的紅外圖像,由圖可知,中午時分目標與背景的差異度明顯高于早晨和傍晚。因此,工程偽裝效果是一個動態全時段評價。譬如,楊鑫曾提出一種基于特征統計的動態偽裝效果評估方法,采用目標跟蹤技術,通過統計背景與目標的相關性特征數據,按照一定的概率隨機更新樣本,從而較好地適應了由于季節交替引起的背景大范圍變化[21-22]。

表1 偽裝效果綜合評價指標賦權主要方法

客觀賦權方法中熵權法應用最為廣泛,此外還有BP神經網絡法、數據包絡分析法等[11-12]。王展選取亮度、顏色、紋理、形狀、尺寸等指標特征,通過熵權法對各評價指標進行賦權,根據環境背景確定各指標之間的關系,并建立偽裝評價指標體系,對迷彩偽裝設計效果進行了綜合評價。熵權法屏除了主觀因素影響,不需要專家打分賦權,是一種科學客觀,應用較為廣泛的指標賦權方法[13]。應家駒等依據偽裝圖像特征序列數據的信息熵大小決定權重,提出了一種基于特征綜合的紅外動態偽裝效果評估方法,該賦權方法同樣屬于熵權法[14]。劉建永認為模糊綜合評估法、層次分析法及灰色評價等方法,在確定指標權重時存在主觀性強以及相關性約束不容易檢驗等問題,并提出運用數據包絡分析主要用來評價,比較具備相同功能的不同單位之間的效率,該方法是利用統計數據處理多目標優化問題的一種運籌學方法[15]。

指標選取必須慎重,一些客觀指標的研究和分析模型可能只存在于理論水平,適用范圍窄,應用性較差,或者只存在于理論層面,未經過實踐驗證。這類指標必須加以區分,是否吸納,賦予多大權重,都要經過充分研究論證。這樣才能提高評價結果的可信度。

綜合評價法包括的指標更加全面,評價結果可信度高于客觀評價,對于形成權威的評價指標體系具有不斷推進作用。指標賦權是綜合評價法的關鍵步驟,以上賦權方法中既有借鑒于其他領域的新方法和新思路,也有統計學中應用較為成熟的傳統賦權方法,如何科學解決指標賦權問題,是綜合評價方法發展的瓶頸。

3 工程偽裝效果評價指標體系構建思路探討

馬世欣等采用高光譜異常目標探測技術,基于最高探測值、虛警率和目標面積等三個評價指標,多角度分析目標的偽裝效果[1]。鄒楠利用高光譜成像技術,通過分析高分辨率光譜信息,對涂層的光學偽裝效果進行了客觀評價[2]。查國云、林偉等基于紋理特征分析技術,分別建立分析模型,在紋理分析基礎上結合Gabor小波變化、模擬人眼識別等技術手段,對偽裝效果進行評判[3-4]。王友軍、許衛東等針對目標與背景的斑點特征,基于馬式距離或歐氏距離等統計學手段,建立了偽裝器材效果評價模型[5-6]。許衛東還基于蒙特卡洛隨機模擬方法,建立了野戰陣地體系的偽裝效能分析模型,并編制了相應程序,用以分析不同背景條件下,不同偽裝目標的生存概率[7]。程曉鵬等基于圖像顯著性,根據目標背景特征和內部形狀特征,分別計算主顯著性和內部顯著性,提出了一種紅外偽裝效果評估方法。該方法將主顯著性和內部顯著性相融合,得到綜合顯著性值,來評價目標的紅外偽裝效果[8]。

3.1 指標體系構建必須貼近實戰標準

構建指標體系時,在檢測方法上必須囊括當前所有先進的偵查手段,并且在成像質量上盡量貼近實戰標準。譬如,美國計劃建立由24顆衛星組成的 SeeMe 系統,能夠在90 min內實現分發分辨率lm的圖像數據,其現役光學偵查衛星“鎖眼”的成像分辨率已經達到0.1 m,并同時具備機動變軌與紅外偵查能力(見表2)[19]。而國內一些研究中采用的偽裝效果檢測器材的模擬水平遠遠落后于實戰中敵軍偵查水平,其評價結果就不具備實戰意義,也就缺乏權威性。由于軍事偵查手段日新月異,工程偽裝評價中的偽裝效果檢測就要緊跟敵人的偵查水平,這樣才能使評價結果更加可靠,構建的指標體系才更具實戰意義,否則就是掩耳盜鈴,難以經受實戰考驗。

表2 美國高分辨率衛星

3.2 指標體系構建因素必須涵蓋全面

3.2.1 必須考慮不同類型軍事工程的偽裝特征

工程偽裝要對抗可見光、近紅外、中遠紅外和不同波段雷達的偵查,最終偽裝效果評價就應考慮各種偵查手段要素互相融合的方式,必須囊括當前各種偽裝檢測手段及其相應的客觀評價指標。譬如光學成像下的亮度對比、色度色差、紋理形狀等,熱紅外成像下的熱紅輻射溫差、斑點暴露尺寸等客觀評價指標。而對于一些新出現的前沿偵查技術,譬如太赫茲雷達、量子雷達、超材料雷達等精確制導成像探測技術,在研究分析尚未成熟前,構建評價指標體系時可暫不考慮[23]。

3.2.2 必須重視軍事工程的動態偽裝特征

主觀賦權方法需要專家評分,應用最多的是層次分析法與模糊綜合評價法。孫前等采用層次分析法賦權,基于 Matlab 軟件平臺,通過工具箱建立了遙感圖像處理、指標體系構建、指標權重確定和灰色聚類評價等四個模塊,選取了13項工程具體指標,實現了對某防護工程口部偽裝效果的完整評價,最終得出煙囪排煙、熱輻射和植被破壞是口部偽裝效果中較大影響因素[9]。侍冰雪等采用模糊綜合評價方法,選取強度、顏色、紋理、邊緣形狀、斑點尺寸等五個指標,建立了基于模糊綜合評價的低能見度分析模型,分析各種迷彩圖案的低能見度效應,建立了以相似度為基礎的偽裝效果評估模型[10]。

推進竹文化旅游提檔升級。依托竹林基地規劃，精心組織實施，強化竹文化與竹景觀、竹編工藝以及竹建筑的深度融合，創建一批竹建筑小品、竹博園、竹文化主題公園、竹林康養基地、竹林小鎮等。將符合條件的竹林主題公園、竹林康養基地、竹林小鎮優先納入省級示范點，擇優支持申報國家示范點。

圖2 某機場附屬設施早中晚熱紅外圖像

3.2.3 必須涵蓋當前主要軍事偵查手段

不同類型的軍事工程,對其進行偽裝效果總體評價時,其指標體系的構成要素及其權重,就會有所差異,很難制定統一通用的評價指標體系。目前,軍事偽裝工程涉及飛機洞庫、指揮所、油庫、導彈陣地、潛艇基地等,其各自評價指標及相應權重必然有所差異。陳都[20]針對不同類型偽裝工程,曾提出基于環境設計的工程偽裝效能評估指標選取方法,將評估指標體系作為產品,利用環境設計方法進行產品設計。該方法是一種基于遞歸邏輯而提出的產品設計方法,對工程項目特征進行分析,從外層環境影響因素開始,逐一分解并完成新的描述,最終得到整個評估指標體系。

3.3 指標體系構建必須客觀可信

指標體系構建過程中,應盡量采納客觀并且實踐應用較為成熟、易于量化的指標,最大限度降低主觀不確定性因素的影響。

Kilimall在肯尼亞苦心經營一年，做出了一個商家和消費者的“小循環”之后，才開始面向中國國內招商，以滿足非洲消費者的“海外購”需求。

3.3.1 指標選取成熟可信

組合賦權法兼顧主觀意愿與客觀信息分析,更多應用于多屬性決策[16]。李中華基于模糊聚類方法、結合信息熵和統計特征,提出了一種針對迷彩偽裝效果評價的多指標權重分配算法,并結合實例將其與專家打分法、熵權法進行比較,證明該組合賦權法的科學性與準確性更優[17]。

例2:(ST)東亞中國2010年12月31日的資產負債表、2010年度的利潤表和現金流量表根據中華人民共和國財政部頒布的企業會計準則（2006）的規定編制，并經畢馬威華振會計師事務所上海分所審計(東亞銀行年度報告：2010)[6]。

3.3.2 指標選取客觀易量化

工程偽裝是關乎存亡的重要軍事措施,在指標選取中,由于人的主觀能動性存在很多不確定性因素,與其相關性較大的指標,不宜納入指標體系。譬如山體洞庫偽裝,對于同樣的檢測圖像,普通人與領域專家洞察目標的概率必然不會相同。因此,一些難以量化的分析指標,或者依托人體主觀能力建立的分析模式,量化可信度不高的分析指標,不宜采納。

3.3.3 指標賦權避免專家評分

其次是指標賦權,依靠專家打分賦權,存在主觀不確定性因素,評價結果缺乏效果檢驗,可信度較差,不能準確反映其偽裝效果。譬如層次分析法與模糊綜合評價法,針對同一偽裝工程的某一項分析指標,不同專家的賦權不盡相同,人為主觀因素介入導致指標影響權重無法準確界定。

式(1)中，y=[y1,y2,…,yNr]T，表示接收到的符號向量；xl,s=[0,…,0,xs,0,…,0]T，表示發送的符號向量，其中，xsS (S={x1,x2,…,xM})，且僅第l個元素(l{1,2,…,Nt})不為零；n=[n1,n2,…,nNr]T，表示均值為0、方差為σ2的復加性高斯白噪聲；hl表示信道矩陣H的第l列；xs為該時隙激活天線l的發送符號.

對照組給予貝那普利（北京諾華制藥有限公司生產；國藥準字：H20030514）起始劑量為2.5 mg，1次/d，后期根據患者病情逐漸增加劑量，最高不得超過20 mg。觀察組在對照組基礎上增加螺內酯（杭州民生藥業有限公司生產；國藥準字：H33020070）40 mg/次，2次/d。

4 結 語

軍事工程偽裝研究必須與軍事偵查技術同步發展,工程偽裝效果評價方法會不斷創新,評價指標體系是一個不斷發展與完善的動態體系,標準同樣不可固化。研究人員希望構建一套統一通用的評價體系及標準,客觀分析這是很困難的。同樣偽裝效果,在當下偵查技術手段下達到某一偽裝標準,但是新技術的出現極有可能直接顛覆以往的技術體系及標準。譬如量子雷達的出現,在固定虛警概率下能夠取得更高的檢測概率,從而降低了檢測目標所需的信號強度,突破了傳統雷達探測性能的極限[24-25]。任何新的偵查手段出現或者已有偵查手段的跨越式發展,都有可能導致體系指標及評價標準的過時。工程偽裝效果評價需要與時俱進,指標體系及標準需要緊跟目標偵查技術的科技發展前沿,不斷更新完善,才能適應當前激烈的軍事競爭,才能實現真正的“大偽裝”效果。