聯(lián)合火力打擊方案優(yōu)選系統(tǒng)研究*

盧振宇 郝文寧 陳錦陽

（1.陸軍工程大學(xué)指揮控制工程學(xué)院 南京 210007）（2.31102 部隊(duì) 南京 210000）

1 引言

聯(lián)合火力打擊作為戰(zhàn)爭(zhēng)中的典型行動(dòng)，涉及陸、海、空、天、電多維空間，武器裝備、目標(biāo)類別繁多。在方案制定過程中，參謀人員會(huì)形成多套聯(lián)合火力打擊方案，供作戰(zhàn)指揮員選擇，在優(yōu)選過程中，不光需要考慮打擊時(shí)機(jī)、目標(biāo)選擇、彈藥匹配、時(shí)空協(xié)調(diào)等作戰(zhàn)方面的情況，還需要考慮到政治、經(jīng)濟(jì)、外交等方方面面的因素。因此，要解決聯(lián)合火力打擊方案優(yōu)選問題，需要由不同領(lǐng)域、學(xué)科專家構(gòu)成的專家體系，依靠群體的知識(shí)和智慧才行，可知該問題是一個(gè)典型的多準(zhǔn)則模決策問題［1］。

張紫萱等基于級(jí)別優(yōu)先關(guān)系組織排序法（PROMETHEE），結(jié)合畢達(dá)哥拉斯模糊（Pythagorean Fuzzy，PF）理論［2］，用畢達(dá)哥拉斯模糊數(shù)的形式表示評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的權(quán)重和決策者的偏好關(guān)系，在準(zhǔn)備階段、個(gè)人評(píng)價(jià)階段和群體評(píng)價(jià)階段三個(gè)階段上提出了基于畢達(dá)哥拉斯模糊PROMETHEE（Pythagorean Fuzzy PROMETHEE，PF-PROMETHEE）的多準(zhǔn)則群決策方法［3］，將傳統(tǒng)的PROMETHEE 擴(kuò)展到畢達(dá)哥拉斯模糊環(huán)境中。采用PF-PROMETHEE來解決聯(lián)合火力打擊方案優(yōu)選問題能更好地反映人在決策過程中的不確定性和猶豫性，充分利用群體的智慧來對(duì)可選方案進(jìn)行優(yōu)選排序，但有三個(gè)地方需要進(jìn)一步探討：1）作戰(zhàn)系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的復(fù)雜巨系統(tǒng)，因此它有復(fù)雜的非線性和不確定性等，如何確定合適的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，并提高評(píng)價(jià)矩陣中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。2）專家無法掌握全面的知識(shí)，在選擇偏好函數(shù)時(shí)會(huì)存在短板，如何補(bǔ)全短板，保證所選的函數(shù)及參數(shù)能較好地反映專家偏好。3）在計(jì)算出偏序和全序之后，沒有一個(gè)反饋機(jī)制，可能出現(xiàn)有專家不認(rèn)可的情況。

錢學(xué)森院士總結(jié)提煉出了復(fù)雜巨系統(tǒng)，又提出了處理該系統(tǒng)的方法論——綜合集成研討廳體系［4］。該體系包括人（專家）、知識(shí)（數(shù)據(jù)和信息體系）以及機(jī)器（計(jì)算機(jī)體系），將他們有機(jī)結(jié)合，從而形成一個(gè)智能程度很高的人機(jī)結(jié)合系統(tǒng)。在打擊方案優(yōu)選的問題上，可以借鑒該體系思想，構(gòu)建一個(gè)基于PF-PROMETHEE的方案優(yōu)選系統(tǒng)。

2 相關(guān)研究

2.1 多準(zhǔn)則模糊群決策

多準(zhǔn)則群決策是指以群體為決策主體，在多個(gè)互相存在矛盾沖突且不能彼此替代的準(zhǔn)則下，從有限備選方案集中選擇最優(yōu)方案或者進(jìn)行方案排序的決策問題。多準(zhǔn)則群決策領(lǐng)域的相關(guān)研究主要集中在能夠輔助決策者識(shí)別滿意的方案，使得決策者對(duì)于多個(gè)準(zhǔn)則能夠選到滿意程度最大的方案［5～6］。基于效用理論（Utility Theory）［7］的決策方法和基于級(jí)別優(yōu)先關(guān)系（Outranking Relation）［8］的決策方法是兩類經(jīng)典的多準(zhǔn)則決策方法。組織排序法PROMETHEE（Preference Ranking Organization METHod for Enrichment of Evaluations）是一類最常見、最具有代表性的基于級(jí)別優(yōu)先關(guān)系的多準(zhǔn)則決策方法［9］，它根據(jù)級(jí)別優(yōu)先關(guān)系定義方案的流入、流出和凈流，并據(jù)此得到備選方案的偏序或全序。

Atanassov［10］通過引入非隸屬度函數(shù)提出了直覺模糊集（Intuitionistic Fuzzy Set，IFS）的概念，Liao［11］提出了基于IFS 的PROMETHEE 方法，用隸屬度函數(shù)、非隸屬度函數(shù)和猶豫度函數(shù)來共同模擬決策過程中的不確定性。但由于IFS 的定義要求隸屬度和非隸屬之和要小于等于1，實(shí)際應(yīng)用中這一限制條件并不總能被滿足。Yager［2］在IFS 的基礎(chǔ)上，提出了畢達(dá)哥拉斯模糊集（Pythagorean Fuzzy Set，PFS），相較于IFS擁有更大的定義空間，能夠更好地適應(yīng)和表達(dá)不確定、不準(zhǔn)確信息。

2.2 共識(shí)達(dá)成

在進(jìn)行多準(zhǔn)則群決策的過程中，由于決策專家固有的知識(shí)水平差異和個(gè)人利益沖突，他們很少能達(dá)成完全一致的意見。因此，群決策中經(jīng)常運(yùn)用更靈活合理的模糊邏輯方法，要求達(dá)到一種“軟共識(shí)”［12］，即大多數(shù)決策者都同意解方案，并且少部分不同意的決策者也可以接受或者至少不反對(duì)解方案。熊才權(quán)等［13］給出了提案共識(shí)和決策共識(shí)形成的大致流程與途徑，并提供了一種基于網(wǎng)絡(luò)的群體討論平臺(tái)，以完成對(duì)提案共識(shí)和決策共識(shí)的可視化提煉。

從理論上來看，由錢學(xué)森等人建立的綜合集成廳體系也是達(dá)成共識(shí)的有效途徑［14］。它把專家智力、各種資料信息與機(jī)器的智慧有機(jī)融合在一起，通過人幫機(jī)、機(jī)幫人的方法，人的功能就是聚焦于問題領(lǐng)域，最大程度的調(diào)動(dòng)思想；而機(jī)器的功能則是整合群體意識(shí)，可視化地展示人們的思維過程和達(dá)成共識(shí)的過程狀態(tài)，引導(dǎo)參與的人員盡快形成共識(shí)。

2.3 基于信息空間的綜合集成研討廳體系

1990年，我國(guó)杰出科學(xué)家錢學(xué)森首先提出了研究復(fù)雜巨系統(tǒng)的基本理論，并通過不斷的探索與研究，最終發(fā)展為“人—機(jī)結(jié)合、以人為主，從定性到定量的綜合集成研討廳體系”，簡(jiǎn)稱“綜合集成研討廳體系”。戴汝為等發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)越性，基于互聯(lián)網(wǎng)、高性能計(jì)算等，建立了一個(gè)綜合集成研討廳系統(tǒng)。系統(tǒng)綜合了宏觀經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、信息、建模方法、模型技術(shù)等內(nèi)容，將學(xué)者間有效溝通交流、人機(jī)結(jié)合研討組織、信息協(xié)作推薦等難點(diǎn)問題在組織結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)軟硬件架構(gòu)上很好的解決了。進(jìn)一步，戴汝為團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上提出了“基于信息空間的綜合集成研討廳體系”［15］。這是信息技術(shù)飛速發(fā)展的社會(huì)條件下，結(jié)合實(shí)際對(duì)錢老提出的方法論作出的進(jìn)一步拓展。

目前，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究主要集中在提升綜合集成法和解決軍事、政治、經(jīng)濟(jì)、公共安全、智慧城市等方面。胡曉峰等［16］結(jié)合戰(zhàn)略決策問題，利用綜合集成法提出了可輔助軍事戰(zhàn)略決策的綜合集成研討環(huán)境。韓祥蘭等［17］運(yùn)用綜合集成研討廳理論，建立了論證導(dǎo)彈武器裝備型號(hào)的原型系統(tǒng)，可幫助人們進(jìn)行武器裝備論證。薛惠峰等［18］在綜合集成法基礎(chǔ)上，提出綜合提升方法，并通過水資源管理的例子進(jìn)行了實(shí)踐驗(yàn)證。從這些研究中可以看出，錢學(xué)森提出的解決方法高瞻遠(yuǎn)矚，在解決復(fù)雜問題上給出了非常有用的幫助，一直到今天，還在為處理各類問題提供方法論，發(fā)揮著不可替代的作用。

3 聯(lián)合火力打擊方案優(yōu)選系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 功能需求

通過調(diào)查研究，系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：

1）在進(jìn)行聯(lián)打方案優(yōu)選過程，能滿足人員觀點(diǎn)的清晰表達(dá)和對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化展示，并能將專家自身的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)與仿真模型工具得到的定量結(jié)果有機(jī)結(jié)合，共同為方案評(píng)估優(yōu)選服務(wù)。

2）為專家之間的協(xié)作和研討提供相應(yīng)的技術(shù)支持，能夠構(gòu)建分布式環(huán)境，形成一個(gè)虛擬的平臺(tái)，滿足分布在不同位置專家研討交流、共享信息的需要。

3）具有訪問外圍仿真系統(tǒng)或析取、接收和分析仿真結(jié)果、為專家提供決策支持的能力。能夠集成大量已有的模型、仿真推演系統(tǒng)，如各類實(shí)體、行動(dòng)、評(píng)估和環(huán)境模型，以及各類任務(wù)規(guī)劃、決策支持、對(duì)抗推演、目標(biāo)分析系統(tǒng)等。

4）具有支撐決策的信息資源庫(kù)以及信息獲取能力，提供低耦合、易擴(kuò)展的接口，能引接已有外部數(shù)據(jù)資源，如地圖數(shù)據(jù)、武器裝備數(shù)據(jù)、情報(bào)數(shù)據(jù)、作戰(zhàn)規(guī)則數(shù)據(jù)等。

5）提供滿足上述功能的機(jī)制和管理功能：用戶權(quán)限管理、安全防護(hù)、會(huì)議管理、研討廳管理。

3.2 功能模塊

該系統(tǒng)分為三個(gè)子模塊：專家決策、過程主持、系統(tǒng)管理模塊。每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)功能如圖1所示。

圖1 聯(lián)合火力打擊方案優(yōu)選系統(tǒng)功能模塊

專家決策模塊主要實(shí)現(xiàn)專家參與群決策過程中需要完成的各個(gè)子任務(wù)，包括：1）根據(jù)提供的方案集以及首長(zhǎng)指示等自主選擇評(píng)價(jià)準(zhǔn)則、偏好函數(shù)以及參數(shù)選擇，并對(duì)于最終的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則集發(fā)表意見。2）在個(gè)人評(píng)價(jià)階段完成打分、偏好關(guān)系集成、提交結(jié)果。并在研討時(shí)參與討論，發(fā)表自己的意見。3）在打分過程中出現(xiàn)超出自身認(rèn)知范圍的不確定事項(xiàng)時(shí)，能夠通過人機(jī)交互完成知識(shí)的查詢檢索。

過程主持模塊主要完成整個(gè)決策過程中的事務(wù)性工作，以及群決策過程中的工作，包括：1）負(fù)責(zé)會(huì)議專家的召集、方案集的分發(fā)、會(huì)議過程的控制。2）共識(shí)度未達(dá)到閾值時(shí)的意見反饋、研討會(huì)組織以及意見收集處理。3）群決策過程中的偏好關(guān)系集成、數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

系統(tǒng)管理模塊主要負(fù)責(zé)整個(gè)分布式環(huán)境、系統(tǒng)運(yùn)行、后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)等保障工作，包括：1）系統(tǒng)用戶的錄入、管理、權(quán)限設(shè)置，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的可視化管理。2）保證分布式環(huán)境正常運(yùn)行，提供邏輯上的“研討廳”。3）提供與外部其他模擬仿真、推演評(píng)估系統(tǒng)的接口，確保能夠正常調(diào)用它們的數(shù)據(jù)集。

3.3 系統(tǒng)流程

當(dāng)需要進(jìn)行一個(gè)方案優(yōu)選活動(dòng)時(shí)，分為三個(gè)階段：準(zhǔn)備階段、個(gè)人評(píng)價(jià)階段、群體評(píng)價(jià)階段，具體流程如圖2所示。

圖2 方案優(yōu)選流程圖

3.3.1 會(huì)議準(zhǔn)備階段

1）根據(jù)方案內(nèi)容，由指揮員確定參與方案優(yōu)選的專家，并分配專家權(quán)重，錄入系統(tǒng)，給每位專家分配登陸賬號(hào)、密碼。

2）專家通過分配的賬號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)，主持人通過專用網(wǎng)絡(luò)分發(fā)方案以及參考指標(biāo)體系，如果保密要求高、個(gè)別專家不在同一地方，可采取紙質(zhì)方案通過機(jī)要渠道或?qū)Ｈ俗o(hù)送的方式分發(fā)給專家。

3）專家在掌握方案內(nèi)容后，通過研討廳的平臺(tái)發(fā)表自己對(duì)指標(biāo)體系的修改意見，可通過文件交流或集中討論的方式來完成此項(xiàng)工作。主持人負(fù)責(zé)最后匯總意見，修改指標(biāo)體系，將修改稿再次發(fā)送給專家確認(rèn)。專家同意，進(jìn)入下一步驟，若還有不同意見，則重復(fù)該步驟，直到達(dá)成共識(shí)。

4）由主持人通過系統(tǒng)向后臺(tái)保障人員發(fā)送確定的指標(biāo)體系，保障人員利用知識(shí)和機(jī)器體系對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)給出具體數(shù)值并返回，構(gòu)建評(píng)價(jià)矩陣。

3.3.2 個(gè)人評(píng)價(jià)階段

1）根據(jù)確定好的評(píng)價(jià)矩陣，專家為每個(gè)指標(biāo)分配一定的權(quán)重。在此基礎(chǔ)上，選擇同一指標(biāo)下，兩個(gè)方案距離小于多少時(shí)認(rèn)為無差異，大于多少時(shí)認(rèn)為方案之間存在絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，以及中間過程隨著距離變化，偏好值的變化曲線，構(gòu)建自己的偏好函數(shù)。

如果專家對(duì)某方面專業(yè)知識(shí)的缺失，可以發(fā)揮知識(shí)體系的優(yōu)勢(shì)，通過信息檢索補(bǔ)充缺乏的知識(shí)，從而為構(gòu)建合理的偏好函數(shù)提供支撐。

2）提交偏好函數(shù)后，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算偏好關(guān)系，生成方案集的排序，專家核對(duì)結(jié)果。如果對(duì)結(jié)果不滿意，可以重新修改相關(guān)參數(shù)后再次計(jì)算，得出自己滿意的結(jié)果后提交。

3）在此期間，主持人可通過系統(tǒng)跟蹤進(jìn)度，提醒專家及時(shí)完成相關(guān)工作，保障人員則利用各類系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。

3.3.3 群體評(píng)價(jià)階段

1）在全部專家完成個(gè)人評(píng)價(jià)后，主持人設(shè)置好共識(shí)度閾值，由系統(tǒng)計(jì)算出群體偏好關(guān)系，并得出群體排序，以及共識(shí)程度。如果達(dá)成共識(shí)，且專家對(duì)于結(jié)果無異議，則確認(rèn)后導(dǎo)出結(jié)果，上報(bào)首長(zhǎng)。如果未達(dá)成共識(shí)，由系統(tǒng)識(shí)別出共識(shí)不足的專家和具體位置，反饋修改意見，主持人通過系統(tǒng)提供的文本、音頻、視頻、電子白板等輸入、輸出工具，同步組織研討，專家發(fā)表自己的想法建議。專家根據(jù)研討結(jié)果重新進(jìn)行個(gè)人評(píng)價(jià)，然后再次進(jìn)行群體評(píng)價(jià)，計(jì)算共識(shí)度，直到所有專家都達(dá)成共識(shí)。

在研討階段，對(duì)于大家爭(zhēng)論較大的地方，可以發(fā)揮機(jī)器體系的作用，采取作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行模擬評(píng)估，提供決策參考。

2）專家確認(rèn)結(jié)果，導(dǎo)出，整個(gè)流程結(jié)束。

4 需重點(diǎn)關(guān)注問題

4.1 設(shè)計(jì)一套可行的、有效的聯(lián)合火力打擊方案評(píng)估優(yōu)選流程

結(jié)合我軍在長(zhǎng)期作戰(zhàn)過程中形成的作戰(zhàn)籌劃流程，基于多準(zhǔn)則模糊群決策方法的運(yùn)用流程，形成一套切實(shí)可行的聯(lián)合火力打擊方案評(píng)估優(yōu)選流程，重點(diǎn)圍繞以下三個(gè)方面：一是根據(jù)作戰(zhàn)意圖和當(dāng)前態(tài)勢(shì)，選擇合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系并構(gòu)建可信度高的評(píng)價(jià)矩陣；二是在研討過程中維持秩序，設(shè)定研討流程，規(guī)范專家群體的有效互動(dòng)對(duì)話，防止群體思維過度發(fā)散等，創(chuàng)造良好的討論氛圍，促進(jìn)問題的深入討論；三是提出一個(gè)共識(shí)達(dá)成過程，保證既能讓專家迭代過程中將自身意見向群體共識(shí)方向靠攏，盡快達(dá)成一致，又能充分讓各位專家的意見得到尊重，在群體共識(shí)中有所反映。

4.2 構(gòu)建一個(gè)開放的、集成的綜合研討平臺(tái)

根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，在平臺(tái)設(shè)計(jì)上需要展開以下研究：一是構(gòu)建專家群體進(jìn)行高效通訊、交流的交互支撐環(huán)境，例如網(wǎng)絡(luò)會(huì)議、共用信息資源、視頻會(huì)議等，以及為提升研討效率、感知研討狀態(tài)等目的而提供的各種研討組織和研討管理工具。二是提供開放式的系統(tǒng)環(huán)境，能夠?yàn)椴筷?duì)現(xiàn)在使用的各類任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)、方案生成工具集、自主對(duì)抗博弈系統(tǒng)、目標(biāo)分析系統(tǒng)等提供接口，擴(kuò)充機(jī)器體系。

4.3 探索人機(jī)融合智能的解決思路

當(dāng)前，人機(jī)融合智能是綜合集成研討廳體系要解決的關(guān)鍵問題，要充分利用人的智能、機(jī)器智能以及人機(jī)融合智能來處理聯(lián)合火力打擊方案優(yōu)選的問題。人機(jī)融合體現(xiàn)在不同研討階段：確定評(píng)價(jià)指標(biāo)階段、形成偏好關(guān)系階段、集中研討階段等等。在整個(gè)方案優(yōu)選過程中，最重要的是機(jī)器要能夠盡量準(zhǔn)確地感知人對(duì)方案的理解、評(píng)估目的等思維活動(dòng)，并在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)給人提供所需的知識(shí)、算力支撐。

5 結(jié)語

借鑒綜合集成研討廳體系的思想，在運(yùn)用PF-PROMETHEE解決聯(lián)合火力打擊方案優(yōu)選過程中，將專家的知識(shí)、計(jì)算機(jī)的高性能與各類資料、信息系統(tǒng)有機(jī)地融合在一起，將不同領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)思想與專家的實(shí)踐認(rèn)識(shí)緊密結(jié)合在一起，從而形成了一種聯(lián)合火力打擊方案的優(yōu)選。該系統(tǒng)能給予專家數(shù)據(jù)、信息和相關(guān)資料，幫助其準(zhǔn)確的找到優(yōu)選依據(jù)，對(duì)各種方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和優(yōu)選，能利用機(jī)器進(jìn)行仿真計(jì)算，定量分析，提高方案優(yōu)選率，能通過高效的人機(jī)交互為正確決策提供有益幫助。該系統(tǒng)核心在于以人為主導(dǎo)，把人的心智與機(jī)器高性能的相互結(jié)合，充分利用群體智慧來解決方案優(yōu)選問題。