基于加权TOPSIS的装甲分队作战能力综合评价

叶志祥; 王寿鹏; 李其东

doi:10.3969/j.issn.1673-3819.2020.01.017

指挥控制与仿真 >

2020 , Vol. 42 >Issue 1: 89 - 94

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-3819.2020.01.017

理论研究

基于加权TOPSIS的装甲分队作战能力综合评价

叶志祥 ¹ ,
王寿鹏 ¹^,² ,
李其东 ¹

展开

1.国防大学联合作战学院, 河北石家庄 050084
2.陆军勤务学院, 重庆 401331

作者简介：叶志祥(1982—),男,湖北武汉人,博士研究生,研究方向为军队指挥学。

王寿鹏(1985—),男,博士研究生,讲师。

Copy editor: 张培培

收稿日期: 2019-04-23

修回日期: 2019-05-22

网络出版日期: 2022-05-19

收起

Comprehensive Evaluation of Operational Capability of Armored Units Based on Weighted TOPSIS

YE Zhi-xiang ¹ ,
WANG Shou-peng ¹^,² ,
LI Qi-dong ¹

Expand

1. Joint Operation College of National Defense University, Shijiazhuang 050084
2. Army Logistics University, Chongqing 401331, China

Received date: 2019-04-23

Revised date: 2019-05-22

Online published: 2022-05-19

Fold

摘要

针对部队作战能力评价中的主观因素多、定量评价少的问题,在建立装甲分队作战能力评估的指标体系的基础上,对指挥控制能力、机动冲击能力、目标毁伤能力、综合防护能力、后装保障能力各下级指标进行指标重要性筛选,而后利用AHP法和熵权法进行主客观组合赋权确定指标体系权重,最后运用加权TOPSIS综合评价方法对装甲分队作战能力进行评估排序。此法为提高装甲分队作战能力提供定量化的参考依据,实例验证了方法的适应性和有效性。

关键词： AHP法; 熵权法; TOPSIS法; 装甲分队; 作战能力

本文引用格式

叶志祥 , 王寿鹏 , 李其东 . 基于加权TOPSIS的装甲分队作战能力综合评价[J]. 指挥控制与仿真, 2020 , 42(1) : 89 -94 . DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2020.01.017

Abstract

Aiming at the problems of more subjective factors and less quantitative evaluation in the evaluation of combat capability of troops, on the basis of establishing the index system for evaluating the combat capability of armored units, the importance of indicators of command and control ability, mobile impact ability, target damage ability, comprehensive protection ability and rear-loading support ability is screened. Then the weights of index system are determined by combining subjective and objective weights with AHP method and entropy weight method. Finally, weighted TOPSIS comprehensive evaluation method is used to evaluate and rank the combat capability of armored units. This method can provide quantitative reference for improving the combat capability of armored units, and the adaptability and effectiveness of the method are verified by an example.

Key words： AHP method; entropy weight method; TOPSIS method; armored unit; operational capability

装甲分队是联合作战中陆上行动的主要力量,科学合理地评估其作战能力,将对作战指挥员的决策部署提供定量依据,对提高装甲分队整体作战效能有重要作用。

装甲分队作战能力评估涉及内容多、方面多、指标多,评价指标的权重直接影响评价结果。权重计算的方法主要有Delphi法^[1]、AHP法^[2]、连环比例法^[3]、变异系数法^[4]、熵权法^[5]、CRITIC法^[6]等。从当前研究现状看,指标权重定性分析较多,定量研究较少,确定指标权值的主观性较大。本文在确定指标权值时,将AHP法与熵权法相结合,在体现专家主观意向的基础上,表达了实际评估价值中所反映的指标客观性,结合模糊理论和方法,建立了基于AHP-熵权法的装甲分队作战效能评估模型。

本文从装甲分队作战能力评估体系构建的原则与方法出发,建立了相应的指标体系,对指标进行重要性比较和筛选,综合运用加权TOPSIS对装甲分队作战能力进行评估排序。

1 装甲分队作战能力指标构建原则及方法

1.1 构建原则

本文结合装甲分队遂行作战任务的特点和规律,运用系统论的观点,合理确立评价指标的层级和数量,指标体系的建立遵循以下基本原则。

1)系统性原则。遵循系统论观点,从整体上把握评价指标体系,从不同层次和不同角度反映测评对象的属性特征。

2)关键性原则。装甲分队作战能力评估指标并不是越多越好,要重点关注反映本质特征的关键指标。

3)可度量性原则。装甲分队作战能力评估指标体系,要考虑定量指标和定性指标的度量难度和可靠性问题,选取的指标应尽量能以数据为基础进行定量计算。

4)可比性原则。测评指标要求采取一致的处理方法,指标元素口径一致,既能进行横向比较,又可进行纵向比较。

1.2 构建方法

建立评估指标体系关键是要理清指标之间的关系以及指标对评估目标所起的作用,必须以评估目标实现为目的分解或综合众多指标,采用合理的方法设计最能反映系统优劣的指标体系,本文主要采取以下四种基本方法。

1)自顶向下法。自顶向下法首先确定评估目的,并针对评估对象分析评估指标的功能与能力,然后对功能与能力进行分解,可以分成不同的层次或级别,最终的末端指标是具体化的、可操作的指标。

2)问卷调查法。先建立初步评估指标,然后广泛征询总部机关、业务管理机构、基层部队和院校专家教授的意见和建议,经反复修改确定。

3)数据采集法。在装甲车辆及相关目标上安装各类传感器,实时收集车辆机动的时间位置等信息。此外还可利用导调人员对相关数据进行采集。

4)试验分析法。将试验、仿真、测试的指标数据输入评估模型,将评估结果及试验结果进行对比分析后,对评估指标进行修改,最后确定指标及其相互关系。

2 装甲分队作战能力评估指标体系的构建

2.1 初步构建指标体系

经过分析装甲分队作战活动和过程的特点,本文依据以上原则,选取以下五项装甲分队作战能力评估指标,分别是指挥控制能力、机动冲击能力、目标毁伤能力、综合防护能力以及后装保障能力。

1)指挥控制能力。指挥控制是指部队首长、机关组织筹划各种作战行动和协调控制部(分)队完成各种作战任务的活动。通常包括战备等级转换、紧急疏散、机动指控、战斗准备指控等。战备等级转换评估的指标主要有筹划时间、筹划质量、决心实现程度。紧急疏散的评估对象为指挥员和分队,指挥员主要考虑筹划时间(从受领任务开始至向所属分队下达命令、指示完毕为止的时间)和筹划质量(部队首长机关利用各种信息、定下应急作战准备决心,拟制各种命令、指示、计划正确的程度)两项指标。分队行动考虑疏散时间、决心实现程度、战术要求三项指标。机动指控是部队接到上级机动命令后,从指挥员传达上级机动命令开始,确定机动决心,制定机动计划,向所属分队下达机动命令直至各分队按机动计划在规定时间和地点完成机动编队并向上级报告为止的时间。其主要采取问卷调查或传感器采集的方法收集数据。

2)机动冲击能力。机动冲击能力是装甲分队区别于其他分队的特征之一,主要包括队形保持时间、队形展开时间、机动时间、突击行动到位率以及突击行动中的通信、联络能力。行军机动是指装甲分队建制内或配属的车辆进行的有组织的兵力兵器移动。从第一梯队先头通过出发线开始至最后梯队末尾到达终止线为止,主要评估机动时间和机动到位率。通过对部队完成行军机动的时间、到位车辆数和机动速度、机动行程评估,车辆密度得出部队实际能力数据,并在此基础上计算部队的机动成绩。机动时间是指从第一梯队先头通过出发线开始至最后梯队末尾到达终止线为止所需的时间。机动到位率是指部队实际机动到位的车辆数量占出动车辆数量的比例。其主要利用安装在装甲车辆上的传感器收集数据。

3)目标毁伤能力。目标毁伤能力是指装甲分队对敌作战集团或具体目标进行火力杀伤破坏的能力及造成毁伤的能力。装甲分队火力突击能力较强,该指标主要对装甲分队发现目标的能力,随车火炮对目标射击的命中精度,对目标破坏毁伤的能力以及消耗的标准弹药量或能完成达到规定毁伤程度的火力毁伤任务量进行评估。其主要采取问卷调查、数据采集和试验分析方法进行分析研究。

4)综合防护能力。综合防护是指部队作战过程中使己方人员、装备器材免遭或减轻敌电子、火力的杀伤和毁坏而采取的隐蔽防范措施与行动。装甲分队在进行突击的同时,要具备一定的防护能力,该指标主要对部队防敌侦察监视能力、信息防护能力、防敌核生化袭击能力的评估进行分析研究。指标度量主要采取按照大纲科目考核打分的方式进行。

5)后装保障能力。后装保障是部队为顺利遂行作战任务而采取的各项保证性措施与进行的相应活动的统称。这里主要考虑包括后勤保障和装备保障,包括通信保障、给养保障、油料保障、卫勤保障和装备维修保障。由于装甲分队本身的后装保障能力较弱,本项指标的度量可以结合试验分析的方法进行。

结合实际,本文建立图1所示装甲分队作战能力评估指标体系。

显示原图|下载原图ZIP|生成PPT

图1 装甲分队作战能力评估指标体系

2.2 评估指标体系重要性指标筛选

某项能力的评估可以有很多指标来衡量,为体现指标体系的全面性,总是力图使指标体系包含所有的因素,但这样做的结果可能导致指标数量多、权重小、评估结果失真。实际应用中,通常需要在众多的因素中选取几个“重要”指标,剔除部分“次要”指标。在提出初始指标体系后,应分析判断指标的重要性程度并排序,合理筛选后,优化评估指标集。

设同层指标集{I₁,I₂,…,I_n},咨询专家意见得到总重要度分别x₁,x₂,…x_n,按指标总重要度从大到小排序,然后进行归一化处理w_j=x_j/

∑ j = 1 n

x_j,得到归一化向量{w₁, w₂,…,w_n},记为N₁,N₂,…N_n,并记N=

∑ i = 1 r

N_i,求最小的r,使得N=

∑ i = 1 r

N_i≥α(α为重要性系数,也称为主要指标的累计贡献率,通常取0.95),这样就从n个指标中筛选出前r个重要指标,剔除r以后的不重要指标。

3 评估指标采集数据的无量纲处理

将各评价指标成绩数量化的过程中,信息采集表中各种指标及要素意义不同,量纲不统一,需要进行无量纲处理。量化时可区分种类分别处理。对于容易测量,越大越好的效益型指标,按照百分制可以做如下处理。

(1)x_i=

0 y i < y i m i n y i - y m i n y i m a x - y i m i n × 100 y i ∈ y i m i n, y i m a x 100 y i > y i m a x

x_i为某指标的成绩,y_i为某指标测量值,y_i_min为某指标标准最小值,y_i_max为某指标标准最大值;对于容易测量、越小越好的成本型指标,按照百分制可以做如下处理。

(2)x_i=

100 y i < y i m i n y i m a x - y i y i m a x - y i m i n × 100 y i ∈ y i m i n, y i m a x 0 y i > y i m a x

对于不易测量的指标采用定性和定量相结合的方法,“优,良,中,差”四个等级按照百分制分别赋予“100,80,60,40”。

4 基于加权TOPSIS的装甲分队作战能力评估模型

Topsis法对原始数据的信息利用最为充分,其结果能精确反应各评价对象之间的差距,不但适合小样本数据、多个评价对象,而且还适合于多指标、大样本数据。具体计算步骤如下:

步骤1:评价指标同趋势化。Topsis法评价时要区分高优指标和低优指标的数值意义,并通过转换将指标方向转向一致方向,通常用倒数法将指标进行转换,即x'_ij=1/x_ij,并按比例适当扩大或者缩小转换数据。

步骤2:对同趋势化后的原始数据矩阵进行归一化处理,并建立相应矩阵。

b_ij=x'_ij/

∑ i = 1 n (x' i j) 2

或b_ij=x_ij/

∑ i = 1 n (x i j) 2

步骤3:根据矩阵B中的列向量分别取最优值和最劣值,构成最优向量和最劣向量,即最优方案和最劣方案为:

(3)最优方案B⁺=(

b i 1 +

b i 2 +

,…,

b i m +

)

(4)最劣方案B^-=(

b i 1 -

b i 2 -

,…,

b i m -

)

步骤4:根据最优方案和最劣方案,计算出测评对象的评价指标值与最优方案、最劣方案的距离

D i +

D i -

。

(5)

D i +

∑ j = 1 m a i j + - a i j 2 w j

(6)

D i -

∑ j = 1 m a i j - - a i j 2 w j

步骤5:计算各评价对象与最优方案的接近程度C_i。

(7)C_i=

D i -

D i +

D i -

)

步骤6:按C_i大小将各评价对象排序,C_i值越大表示能力越强。

5 装甲分队作战能力评估模型示例

5.1 装甲分队作战能力评估指标筛选

根据专家对评价指标重要程度统计结果,剔除“给养保障”、“机动时间”两个指标,其他指标的累计贡献率超过0.95。

5.2 计算评价指标权重

1)确定一级指标权重。指标权重的确定,可采用专家评定法和层次分析法,以一级指标为例,采用1—9标度,综合专家意见可得表1。

表1 专家评定法所得相对重要性表

指标元素	最重要	相邻中值	很重要	相邻中值	比较重要	相邻中值	稍重要	相邻中值	不重要
指标元素	九	八	七	六	五	四	三	二	一
指挥控制能力						√
机动冲击能力					√
目标毁伤能力			√
综合防护能力								√
后装保障能力									√

通过表1得到判断矩阵A

1 4 / 5 4 / 7 24 5 / 4 1 5 / 7 5 / 2 5 7 / 4 7 / 5 1 7 / 2 7 1 / 2 2 / 5 2 / 7 12 1 / 4 1 / 5 1 / 7 1 / 2 1

计算后得到5项一级指标(指挥控制能力、机动冲击能力、目标毁伤能力、综合防护能力、后装保障能力)的权重分别为(0.210 5,0.263 2,0.368 4,0.105 3,0.052 6)。

2)确定二级指标的权重。为了表达所有指标对系统总目标的重要性,在层次单排序后,要计算所有指标的层次总排序。层次总排序通常从上到下按顺序进行,最高层的层次单排序就是其层次总排序。

若上一层次的权重值分别为a₁,a₂,…,a_m,与其对应的本层次指标的层次单排序结果为

B 1 j, B 2 j, …, B n j T

,当B_i与A_j无关联时,

B i j

=0。可得表2所示层次总排序。

表2 层次总排序

层次指标	A₁ a₁	A₂ a₂	… …	A_m a_m	B层次的总排序
B₁	$b 11$	$b 12$	…	$b 1 m$	$∑ j = 1 m$ a_j $b 1 j$
B₂	$b 21$	$b 22$	…	$b 2 m$	$∑ j = 1 m$ a_j $b 2 j$
…	…	…	…	…	…
B_n	$b n 1$	$b n 2$	…	$b n m$	$∑ j = 1 m$ a_j $b n j$

显然,

∑ i = 1 n ∑ j = 1 m

a_j

b i j

=1,即层次总排序为归一化的正规向量。

由此可得目标价值模型的层次总排序为

ω_i=W_i×W',i=1,2,3,4

其中,W_i为准则层B各元素A_i对目标层O的特征值,W'为以准则层C对准则层B的特征向量为列向量组成的矩阵。

对于建立好的评估指标体系,根据装甲分队作战能力评估信息采集结果和对采集成绩的数量化过程,分别采取基于AHP的主观赋权法、基于熵权法的客观赋权法,计算各下层指标对应于上层指标的权重数值,得到如表3所示的计算结果。

表3 层次分析法、熵值法指标权重

指标层	相对指标层	层次分析法S	熵权法O	综合指标权重W
指挥控制能力 0.2105	战备等级转换0.1755	0.0369	0.2071	0.0281
	紧急疏散0.1475	0.0310	0.1234	0.0141
	机动指控0.3374	0.0710	0.3134	0.0818
	战斗准备0.3396	0.0715	0.3561	0.0935
机动冲击能力 0.2632	行军机动0.3156	0.0831	0.1741	0.0531
	到位率0.2898	0.0763	0.2482	0.0695
	破障越障0.2547	0.0670	0.4294	0.1058
	队形保持0.1399	0.0368	0.1483	0.0201
目标毁伤能力 0.3684	目标发现0.2181	0.0784	0.1505	0.0433
	命中精度0.2347	0.0865	0.3258	0.1035
	破坏毁伤0.3369	0.1241	0.4382	0.1998
	弹药供给0.2156	0.0794	0.0855	0.0249
综合防护能力 0.1053	侦察监视0.2935	0.0309	0.2812	0.0319
	信息防护0.3661	0.0386	0.3546	0.0502
	伪装防护0.1001	0.0105	0.1018	0.0039
	装甲防护0.2403	0.0253	0.2624	0.0244
后装保障能力 0.0526	通信保障0.3396	0.0179	0.3721	0.0244
	卫勤保障0.1755	0.0092	0.1488	0.0050
	油料保障0.2202	0.0116	0.2324	0.0099
	装备维修0.2647	0.0139	0.2467	0.0126

3)熵权法计算指标客观权重。按照信息论的解释,如果某个指标的信息熵值较小,则其在综合评价中所包含的信息量就越大,重要性程度越高,对应权重数值亦越大,反之则越小。因此,利用熵计算得到的各指标权重又称为熵权。具体步骤如下。

第一步:构建m个事物n个评价指标的评价矩阵X=(x_ij)_mn,按照y_ij=(x_ij-x_min)/(x_max-x_min)对X做标准化处理,得到标准化矩阵Y=(y_ij)_mn。

第二步:按照c_ij=y_ij/

∑ i = 1 n

y_ij,对Y进行归一化处理。

第三步:按照h_i=-(1/lnn)

∑ j = 1 n

c_ijlnc_ij计算第i个指标熵值,并假定c_ij=0时,c_ijlnc_ij=0。

第四步:按照O_i=(1-h_i)/(n-

∑ i = 1 n

h_i)计算出第i个指标的熵权。

根据上述计算公式,可得到指标的客观权重值如表3所示。

5.3 确定综合指标权重

为均衡主观、客观因素对权重确定的影响,本文按照

w i ¯

=(S_iO_i)/

∑ i = 1 n

(S_iO_i)对主观权重S_i和客观权重O_i进行加权平均,得到二级指标对于所属一级指标的综合权重。

基于熵权法确定的客观权重和基于层次分析法得到的主观权重,得出评价指标的综合权重数值,如表3所示。

5.4 运用加权TOPSIS法^[7]对装甲分队作战能力进行评估排序

本文通过对5个装甲分队在某训练基地进行对抗演习中收集到的数据(传感器采集数据、导调人员记录数据、专家问卷调查打分数据、考核评比数据、试验分析数据等)进行整理分析,经公式(1)转换后得到如表4所示的无量纲数值。

表4 指标无量纲处理

	评估对象
	装甲分队a	装甲分队b	装甲分队c	装甲分队d	装甲分队e
战备等级转换	100	0	64.09	19.85	92.03
紧急疏散	100	0	39.05	71.05	86.29
机动指控	91.72	0	100	43.91	31.04
战斗准备	4.03	100	77.93	0	56.42
行军机动	50.93	100	28.97	60.49	0
到位率	100	0	29.82	68.92	95.72
破障越障	79.97	100	0	73.91	34.94
目标发现	93.91	47.36	42.34	0	100
队形保持	27.69	100	0	26.22	50.49
命中精度	0	41.6	82.43	36.2	100
破坏毁伤	84.28	90.99	0	20.81	100
弹药供给	40.78	0	45.72	100	65.94
侦察监视	0	47.69	27.28	100	80.76
信息防护	65.94	0	20.44	100	77.55
伪装防护	23.94	0	47.49	61.16	100
装甲防护	0	12.74	100	37.84	87.66
通信保障	4.61	100	0	47.45	75.08
卫勤保障	56.37	0	100	23.93	93.49
油料保障	53.35	0	100	30.17	60.79
装备维修	0	100	51.59	71.96	94.86

对上述数据进行归一化处理后,得到矩阵,如表5所示。

表5 归一化处理

	评估对象
	装甲分队a	装甲分队b	装甲分队c	装甲分队d	装甲分队e
战备等级转换	0.6598	0	0.4229	0.131	0.6072
紧急疏散	0.6452	0	0.252	0.4584	0.5568
机动指控	0.6284	0	0.6851	0.3008	0.2127
战斗准备	0.029	0.7203	0.5614	0	0.4064
行军机动	0.3896	0.7649	0.2216	0.4627	0
到位率	0.635	0	0.1894	0.4376	0.6078
破障越障	0.5264	0.6583	0	0.4865	0.23
目标发现	0.6212	0.3133	0.2801	0	0.6615
队形保持	0.234	0.845	0	0.2216	0.4267
命中精度	0	0.2954	0.5853	0.257	0.71
破坏毁伤	0.5245	0.5663	0	0.1295	0.6224
弹药供给	0.3031	0	0.3398	0.7433	0.4901
侦察监视	0	0.3412	0.1952	0.7154	0.5777
信息防护	0.4574	0	0.1418	0.6937	0.538
伪装防护	0.186	0	0.3689	0.4751	0.7769
装甲防护	0	0.0918	0.7202	0.2725	0.6313
通信保障	0.0344	0.7472	0	0.3546	0.561
卫勤保障	0.3759	0	0.6668	0.1596	0.6234
油料保障	0.4038	0	0.757	0.2284	0.4602
装备维修	0	0.6104	0.3149	0.4393	0.579

根据公式(3)得到最优方案B⁺=(0.6598, 0.6452, 0.6851, 0.7203, 0.7649, 0.6350, 0.6583, 0.6615, 0.8450, 0.7100, 0.6224, 0.7433, 0.7154, 0.6937, 0.7769, 0.7202, 0.7472, 0.6668, 0.7570, 0.6104)。

根据公式(4)得到最劣方案B^-=(0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0)。

根据公式(5)得到

D i +

=(0.4259,0.4095,0.4875,0.4341,0.3019);

根据公式(6)得到

D i -

=(0.4430,0.5037,0.3786,0.3688,0.5202);

根据公式(7)得到

C_i=(0.5099,0.5516,0.4371,0.4593,0.6328)。

得出装甲分队作战能力由强到弱依次为:e,b,a,d,c。

6 结束语

本文主要研究了装甲分队作战能力综合评价问题,针对部队作战能力评价中的主观因素多、定量评价少的问题,给出了指挥控制能力、机动冲击能力、目标毁伤能力、综合防护能力、后装保障能力指标体系,运用AHP法和熵权法的主客观组合赋权法确定指标体系权重,兼顾了指标的价值量和信息量^[8],克服了主观赋权法和客观赋权法的弊端。而后运用加权TOPSIS法对装甲分队作战能力作出全局性、整体性的评估排序,为提高装甲分队作战能力提供定量化参考依据。最后通过实例验证了方法的可行性,为其他分队作战能力评估提供了借鉴。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序

[1]	刘思峰, 党耀国. 预测方法与技术[M]. 北京: 高等教育出版社, 2005.

[2]	Wu Hsin-Hung, Tsai Ya-Ning. Using AHP to Evaluate the Criteria of Auto Spare Parts Industry[J]. Quality and Quantity, 2012, 46(1):359-364. DOI

[3]	薛惠锋, 苏锦旗, 吴慧欣, 等. 系统工程技术[M]. 北京: 国防工业出版社, 2007.

[4]	张小泓. 基于变异系数法的灰色关联模型在节水灌溉工程投标方案优选中的应用[J]. 节水灌溉, 2009,(8):54-56.

[5]	王亚战, 刘永峰, 刘昌锦. 装甲兵指挥信息系统作战交通模糊评估[J]. 陆军军官学院学报, 2016,(1):51-54.

[6]	徐萍. CRITIC法在医疗工作质量评价中的应用[J]. 价值工程, 2011, 30(1):200-201.

[7]	吴坤鸿, 何明. 基于DEA-TOPSIS的联合火力打击目标选择方法[J]. 军事运筹与系统工程, 2015, 29(1):25-29.

[8]	李远远. 基于粗糙集的指标体系构建综合评价方法研究[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2009.

Options

文章导航

模态框（Modal）标题

摘要