Operational Method Decision-making of Armored Brigade&#x02019;s Offensive Combat to Hostile Troops Controlling and defensing Passage Based on Cloud Barycenter Theory

ZHANG Song-chang; QU Yang

doi:10.3969/j.issn.1673-3819.2017.02.010

2017 , Vol. 39 >Issue 2: 45 - 50

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-3819.2017.02.010

Theory & Research

Operational Method Decision-making of Armored Brigade’s Offensive Combat to Hostile Troops Controlling and defensing Passage Based on Cloud Barycenter Theory

ZHANG Song-chang ,
QU Yang

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Armored Forced Institute of PLA, Bengbu 233050, China

Received date: 2016-10-08

Revised date: 2016-11-10

Online published: 2022-05-20

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Abstract

Based on analyzing the factors which influence the operational action combat operational method decision-making,the evaluation index system of combat operational method decision-making is established.Considering the fuzz and incommensurability of combat operational method decision-making index,the comprehensive evaluation of different combat operational method effects is realized by calculating the cloud model representation and cloud barycenter deviation degree of each index. Focused on the passage operational action, whichis carried by an armored brigade seizure and control J village-X mountain pass direction, through applicated on three operational method,the optimal operational method is assigned scientifically and the operational method advices are put forward based on quantitative analysis results,which can provide decision-making support for the operational concept plan formulation of brigade commanders.

Key words： armored brigade; passage; offensive combat; operational method decision-making; cloud barycenter

Cite this article

ZHANG Song-chang , QU Yang . Operational Method Decision-making of Armored Brigade’s Offensive Combat to Hostile Troops Controlling and defensing Passage Based on Cloud Barycenter Theory[J]. Command Control and Simulation, 2017 , 39(2) : 45 -50 . DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2017.02.010

现代条件下作战,要求战法方案应根据战斗样式和行动特点,结合具体情况灵活确定,要有良好的针对性和适应性。因此,如何全面考虑战法决策的各种影响因素,增强战法决策的科学性,成为指挥员正确定下战斗决心的关键问题。

1 战法决策评估指标体系

1.1 战法决策影响因素分析

装备信息化水平的提升,增强了作战力量体系作战能力,又为战法研究和创新提供了重要条件,为战法决策提供了更大的可行空间。战法决策受多种因素制约,决定战法综合质量的主要有以下几点^[1]:

1)战法方案的可行性,是指部队在相关约束条件下是否有实施该项战法的能力。即战法是否满足时间、空间等约束条件,作战和后装保障能力能否支持该战法的应用,作战力量的使用是否科学,是否有利于实现作战目的等。战法的可行性是部队作战行动实施的基础。

2)战法方案的效益性,是指战法实施的收获回报和付出代价的比值。战法的效益性,是决策过程的出发点和落脚点,一方面它规定了战法方案期望达到的效果,另一方面也是评价决策方案及其实施效果的重要标准之一。

3)战法方案的适应性,是指由于作战资源、战场环境客观条件等变动而造成战法在实施过程中可能出现不良后果的可能性大小,即战法对外部条件变化的适应程度。

对战法的可行性、效益性与适应性的评估,实质反映出对所需评估的战法方案在决策约束条件、决策目标实现和决策过程变化三个主要环节的综合评价。

1.2 指标体系建立

根据上述战法决策影响因素的内涵分析,在遵循系统性、客观性、实用性、科学性、独立性的原则基础上可建立战法决策评估指标体系,如图1所示。

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图1 战法决策评估指标体系

1.3 确定指标权重

战法决策问题底层指标既有定量指标,又有定性指标,为比较各指标的重要程度,在征求专家和决策人员意见的基础上,可采用层次分析法构造判断矩阵,并确定指标权重,结果如表1所示。

表1 各级指标的权值

一级指标	一级权重	二级指标	二级权重
		作战时间的可行性C₁	0.0796
		作战空间的可行性C₂	0.0796
		有利于实现作战目的C₃	0.3285
战法可行性B₁	0.4600	作战力量使用C₄	0.2342
		作战保障能力C₅	0.1624
		后装保障能力C₆	0.1157
战法效益性B₂	0.2212	敌方战斗力损耗C₇	0.4000
		我方作战投入效费比C₈	0.6000
		重点打击目标选择的精准度C₉	0.1223
		作战力量编组的融合性C₁₀	0.0872
战法适应性B₃	0.3189	作战行动的针对性C₁₁	0.1767
		战法谋略的应变性C₁₂	0.3584
		有利于实施指挥和控制C₁₃	0.2554

2 基于云重心理论的战法决策模型

云重心理论以传统模糊集合理论和概率统计为基础,通过自然语言值实现定性属性值和定量属性值之间的转换,它以不确定性为出发点,是模糊数据发掘和信息处理的强大工具^[7]。而战法决策问题本身就具有一定的模糊性与不确定性,因此,云重心理论可作为解决战法决策问题的有效方法。

云重心理论的期望值E_x、熵E_n和超熵H_e三个数学特征,将问题的模糊性和随机性很好融合到一起,构成定性和定量相互间的映射。E_x是概念在论域中的中心值,是云的重心位置。E_n是定性概念模糊度和概率的综合度量,它的大小反映了在论域中可被模糊概念接受的元素数。H_e是熵的模糊度的度量,是熵的熵,它反映了数域空间代表该语言值的不确定度的凝聚性,反映了云的离散程度。

云重心可以表示为T=a×b。其中,a表示云重心的位置即期望值,b表示云重心的高度即权重值,期望值反应了相应的模糊概念的信息中心值。按照云重心位置的变化分布,可映射出系统状态信息的变化情况,以此来区分方案的优劣性。

2.1 求各指标的云模型表征

战法决策评估指标体系中,指标既有用精确数值表示的,又有用语言值来描述的。精确数值可以表示为熵和超熵均为0的云,即其数字特征为(E_x,0,0);语言指标值的云的数字特征为(E_x,E_n,H_e)。假设系统有n个待评价对象,m个评估指标,评估矩阵为R=(r_ij)_n_×_m。那么n个数值型指标建立的云模型为:

(1)E_x=(E_x₁+E_x₂+···+E_xn)/n

(2)E_n=max(E_x₁+E_x₂+···+E_xn)/6-min(E_x₁+E_x₂+···+E_xn)/6

其中,E_x₁,E_x₂,···,E_xn为各指标的不同状态值。另外,每个语言值型的指标可用1个云模型来表示,而n个语言值表示的1个指标可用1个一维综合云模型来表征。其中,

(3)E_x=(E_x₁E_n₁+E_x₂E_n₂+···+E_xnE_m)/(E_n₁+E_n₂+···+E_m)

(4)E_n=(E_x₁+E_x₂+···+E_xn)

2.2 求加权综合云重心向量

由于P个性能指标可用P个云模型表征,因此P个指标所反映的系统状态以一个P维综合云来表示。当P个指标所反映的系统状态发生变化时,对应的综合云的形状也发生变化,相应地其重心就会改变。这说明,通过云重心的变化情况可以反映出系统状态信息的变化情况。P维综合云的重心可表示为一个P维向量:

(5)T=(T₁,T₂,···,T_p)

式中,T_i=a_i×b_i(i=1,2,···,p)。a为云重心的位置即期望值E_x;b为云重心的高度即权重。

当系统状态发生变化时,其重心变化为

(6)T'=(T'₁,T'₂,···,T'_p)

设理想状态下P维综合云重心的位置向量为:a(

E x 1 0

E x 2 0

,···,

E x p 0

),云重心的高度向量为:b=(b₁,b₂,···,b_p),则理想状态下的云重心向量为T⁰=a×b^T=(

T 10

T 20

,···,

T p 0

),进一步可以得到所求某一状态下系统的P维综合云重心向量T=(T₁,T₂,···,T_p)。

2.3 确定云重心的偏离度

用加权偏离度θ衡量所求状态与理想状态下综合云重心的差异。为求θ值,将所求状态下的综合云重心向量归一化,得到一组向量T^μ=(

T 1 μ

T 2 μ

,···,

T p μ

)。

式中,

(7)

T i μ

(T i - T i 0) / T i 0, T i < T i 0, i = 1,2, ···, p (T i - T i 0) / T i, T i ≥ T i 0, i = 1,2, ···, p

经过归一化之后,表征系统状态的综合云重心向量均为有方向、有大小、无量纲的值(显然理想状态下向量为P维零向量)。加权偏离度θ(-1≤θ≤1)的取值为

(8)θ=

∑ j = 1 p

(W_j

T i μ

)

式中,W_j为第j个单项指标的权重值。

2.4 用云模型确定评价评语集

用云发生器实现评测的评语集,将评语集:V={很差,较差,中等,良好,优秀}中的5个评语值置于连续的数域区间[0,1]上,各语言值对应的变化区间如表2所示。

表2 评语集对应的值变化区间表

评语	很差	较差	中等	良好	优秀
区间	[0,0.2]	(0.2,0.4]	(0.4,0.6]	(0.6,0.8]	(0.8,1]

用云理论数值特征(E_x,E_n,H_e)表示某评语的云滴分布特点,则很差为(0,0.067,0.007);较差为(0.3,0.033,0.003);中等为(0.5,0.033,0.003);良好为(0.7,0.033,0.003);优秀为(1.0,0.067,0.007),为方便计算,整理如表3所示。

表3 评语集的云模型特征值

评语	很差	较差	中等	良好	优秀
期望值E_x	0	0.3	0.5	0.7	1
熵值E_n	0.067	0.033	0.033	0.033	0.067
超熵H_e	0.007	0.003	0.003	0.003	0.007

根据云模型的正态分布特点,结合表3中的评语集云模型特征参数,根据云模型正向发生器算法,分别计算出评语值的加权偏离度,得出每个评语值的云发生器模型,如图2所示。

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图2 评语集对应的云发生器模型

3 示例分析

本文以J村——X山口方向装甲旅通道快速突贯行动为例^[3-4],结合敌情、地形特点,以陆空联合为基本形式,破敌体系为主要打法,火力打击为主要手段,兵力突击为核心行动,按照“信息攻击扰、火力打击破、兵力突击夺、综合手段控”的步骤,联合破壳,两路突进,接力攻击,分段夺控,快速突贯,开放J村—X山口主要通道。

3.1 战法方案

1)基本战法第1案

“火力毁瘫,立体夺要,强击拔点,接力突贯,立体割歼”。

火力毁瘫,即集中优势地空火力,对敌指挥所、炮兵阵地等重要目标实施火力打击,瘫痪敌防御体系。立体夺要,即采取小兵力突袭、特战机降等方式,在友邻协同下,夺占、控制DX桥,掩护主力渡河。强击拔点,即以××装甲合成突击群在地空火力掩护下,以部分兵力向J村两翼强击,然后另一部分力量迅速向敌预备阵地穿插,攻击其纵深要点,协力拔除J村据点。接力突贯,立体割歼,即第××、××突击群从左翼实施正面强攻,第××、××突击群从右翼实施翼侧攻击,在陆航火力支援下,成两路沿通道快速突贯,以多手段引导陆空火力精确打击,连、排小编组多波次连续突击,穿插与机降相结合,断敌退路,阻敌增援,迅速歼灭被围之敌夺占X山口。然后以部分兵力协助友邻向纵深发展进攻,主力快速转入要点控守,挫败敌反击,保障纵深力量前出。

2)基本战法第2案

火力毁瘫,立体突入,右翼主攻,连续突贯,纵深割歼。

3)基本战法第3案

火力毁瘫,夺点控要,两翼突贯,歼驱并举,速战速决。

3.2 战法方案指标属性值的确定及加权偏离度计算

本文所建评估指标体系,关于二级指标属性值的确定,从边境联合反击作战需求出发,结合装备战技术性能和以往部队演习训练的实践经验,由专家组综合评判给出。针对以上3套战法方案内涵,基于不同专家对指标属性的赋值权重,进行加权求值,表4为专家组对各战法方案的二级指标属性加权赋值。

表4 对各方案属性指标评价结果

评价结果	C₁	C₂	C₃	C₄	C₅	C₆	C₇	C₈	C₉	C₁₀	C₁₁	C₁₂	C₁₃
F1	0.792	0.715	0.864	0.865	0.786	0.841	0.862	0.823	0.828	0.843	0.817	0.855	0.850
F2	0.802	0.758	0.739	0.733	0.752	0.849	0.780	0.712	0.782	0.806	0.783	0.750	0.811
F3	0.816	0.803	0.744	0.744	0.875	0.885	0.821	0.704	0.819	0.792	0.854	0.749	0.805

由于二级指标的属性值都是归一化的介于[0,1]之间的值,所以它们的理想值均为1。一级指标的属性值用云重心理论求取,以战法方案1的可行性指标为例,计算其属性值,其步骤如下:

1)计算六维加权云的重心向量

T=(T_C₁,T_C₂,T_C₃,T_C₄,T_C₅,T_C₆)
=(0.792×0.0796,0.715×0.0796,0.864×0.3285,
0.865×0.2342,0.786×0.1624,0.841×0.1157)
=(0.0630,0.0686,0.2838,0.2026,0.1277,0.0973)

2)计算理想状态下加权综合云的重心向量

T₀=(1×0.0796,1×0.0796,1×0.3285,1×0.2342,1×0.1624,1×0.1157)
=(0.0796,0.0796,0.3285,0.2342,0.1624,0.1157)

3)进行归一化

T^μ=(

T C 1 μ

T C 2 μ

T C 3 μ

T C 4 μ

T C 5 μ

T C 6 μ

)=
(-0.2080,-0.1377,-0.3186,-0.135,-0.2140,-0.1590)

4)计算加权偏离度

θ=T^μ

W B 1 φ

=-0.1687

即距离理想状态下的加权偏离度为0.1687,则方案1可行性指标的属性值为1-0.1687=0.8313,即B₁=0.8313。同理可以求得方案1效益性指标的属性值为B₂=0.8386,适应性指标的属性值为B₃=0.8427。

按照上述步骤可以计算出方案2和方案3的一级指标的属性值,见表5。

表5 各方案一级指标属性值

计算结果	B₁	B₂	B₃
F1	0.8313	0.8386	0.8427
F2	0.7590	0.7392	0.7802
F3	0.7920	0.7508	0.7942

5)计算总偏离度

同样按照上述求取一级指标值的步骤求取方案1的总偏离度:

①三维加权云的重心向量

T=(T_B₁,T_B₂,T_B₃)=(0.8313×0.4600,0.8386×0.2212,0.8427×0.3189)=(0.3824,0.1855,0.2687)

②理想状态加权综合云的重心向量

T₀=(1×0.4600,1×0.2212,1×0.3189)=(0.4600,0.2212,0.3189)

③进行归一化

T^μ=(

T B 1 μ

T B 2 μ

T B 3 μ

)=(-0.1687,-0.1614,-0.1574)

④加权偏离度θ

θ₁=T^μ

W 1 φ

=-0.1635。

战法方案1加权偏离度θ₁为-0.1635。

同理,可求得战法方案2加权偏离度θ₂为-0.2387;战法方案3加权偏离度θ₃为-0.2164。

3.3 用云模型实现评测的评语集

根据计算得到方案1的加权偏离度为-0.1635,即距离理想状态下的加权偏离度为0.1635,则方案1的总评效应值为1-0.1635=0.8365。同理,方案2、3的总评效应值分别为0.7613、0.7836。分别将其输入到评测云发生器之后,方案1激活“优秀”的云对象,如图3所示,方案2激活“良好”的云对象,如图4所示,方案3激活“良好”的云对象,如图5所示。由此得出战法方案1的价值最高,方案3次之,方案2的效应值最低。

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图3 方案1对应云图

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图4 方案2对应云图

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图5 方案3对应云图

3.4 结果分析

通过将各方案的效应值输入到评测云发生器后,方案1效应值最高,处于优秀水平。因此,旅指挥员应采用战法方案1实施通道进攻战斗。方案1的系统效应值为0.8365,其一级指标中可行性、效益性和适应性的效应值分别为0.8313、0.8386和0.8427,输入评测云发生器后均激活了“优秀”的云对象。进一步考察方案1,从其底层指标的效应值看,仍有提升的空间,对其作适当调整,其系统效应值会更大。对作战时间的可行性这一指标,方案3的效应值比方案1大,因此可以适当借鉴方案3的作战时间统筹优点,适当压缩战斗准备时间和战斗实施时间,达成进攻的突然性和完成任务的速决性,则可提高方案的综合效能。

3.5 决策建议

基于以上分析,装甲旅指挥员在优化战法方案时应该重点把握以下问题:

1)增强战法的可行性,挖掘作战空间效益。合理利用气象、地形等条件,便于我方快速机动和隐蔽出击,达成进攻的突然性。J村到X山口段通道地形复杂,左路直道较多,便于我快速行进;而右路公路依山势走向而建,海拔较高、道路较窄且较为开阔,不便于我进行隐蔽。因此,指挥员应注意把握作战地形特点,合理制定战法方案。

2)增强战法的可行性,提升后装保障质量。对控守通道之敌进攻战斗后装保障对象多元、种类繁多,保障任务重、难度大,指挥协调困难,保障能力直接影响战斗力的发挥。因此,必须采取超常措施加强装甲旅后装保障力量,合理编组,灵活采取多种手段和方法,发挥保障力量的整体合力。

3)增强战法的适应性,提高战法谋略的应变能力。通道作战面临战场环境复杂多变,不确定性情况多,使原来的决策条件发生预想不到的变化,影响战法方案实施。因此,指挥员在进行战法决策时还要充分考虑战法的弹性,便于在战场环境发生突变时,能及时调整部署、迅速做出反应,把握战场的主动权。

4 结束语

本文运用云理论进行作战行动战法决策问题研究,构建战法决策的云模型,通过对战法方案的云重心偏离度计算,输入云发生器评测,得到了与理想解最接近的方案。围绕军事斗争准备需求,结合具体任务和敌情,实证研究了装甲旅对控守通道之敌进攻战斗战法决策问题,提出了方案优化建议,为旅指挥员进行战法决策提供了科学借鉴。

References

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1 战法决策评估指标体系

1.1 战法决策影响因素分析

1.2 指标体系建立

图1 战法决策评估指标体系

1.3 确定指标权重

表1 各级指标的权值

2 基于云重心理论的战法决策模型

2.1 求各指标的云模型表征

2.2 求加权综合云重心向量

2.3 确定云重心的偏离度

2.4 用云模型确定评价评语集

表2 评语集对应的值变化区间表

表3 评语集的云模型特征值

图2 评语集对应的云发生器模型

3 示例分析

3.1 战法方案

3.2 战法方案指标属性值的确定及加权偏离度计算

表4 对各方案属性指标评价结果

表5 各方案一级指标属性值

3.3 用云模型实现评测的评语集

图3 方案1对应云图

图4 方案2对应云图

图5 方案3对应云图

3.4 结果分析

3.5 决策建议

4 结束语

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