数字化部队作战体系效能测度方法研究*

杜伟，吴从晖

(南京陆军指挥学院，江苏 南京 210045)

数字化部队作战体系效能测度方法研究*

杜伟，吴从晖

(南京陆军指挥学院，江苏 南京 210045)

简要介绍了数字化部队的发展现状，讨论了数字化部队的作战效能测度问题。构建了作战体系网络模型，分析了构成体系网络模型的节点模型和信息单边。提出了度量数字化部队作战体系效能的指标，并通过对不同参数和拓扑条件下的体系网络进行实验，对测度指标进行了验证和分析。

数字化部队；作战体系；效能测度

0 引言

随着信息技术的广泛运用，如何积极推进信息化建设，以信息化带动机械化，实现国防和军队现代化的跨越式发展，是当前必须深入研究和解决的重大课题。20世纪80年代末以来，世界军事领域开始发生了一场深刻的革命性变化，机械化战争形态开始向信息化战争形态转型。信息化程度影响着战争进行的环境以及战争的最终结果[1]，信息化武器装备在战争中发挥出极其重要的作用，精确制导武器远程打击成为主要手段；战场空间向陆、海、空、天、电(磁)多维领域扩展；联合作战要求实施快速、高效、灵敏的指挥，现代战争已成为体系结构与体系结构的对抗[2-3]。在这样的信息化条件下，组建数字化部队，是顺应时代发展和打赢信息化战争的必然要求，是跨越式发展的重要标志，是面向信息化战争要求，以信息化装备为主体全新打造的新型部队。所谓数字化部队，即装备数字化信息系统和武器装备，具有高度机动、实时感知、高效协同、精确行动等作战能力,并能在团营级部队实现多军兵种联合作战的新型作战部队[4-6]。建设数字化的陆军部队必将极大地推进军队机械化、信息化的快速发展。

长期以来，受技术水平、思想观念等客观因素的影响，效能评估基本上还停留在机械化战争条件下检验评估作战效能的传统模式上，其主要采用的武器系统效能评估模型远远不能适应检验评估数字化的陆军部队作战效能的需要。如何检验、评价陆军数字化部队的作战能力与效能，是其建设发展亟待解决的重难点问题之一。

1 数字化部队作战体系模型构建

传统的武器装备效能分析方法[7-8]的基本思路是通过将研究对象通过功能或结构性的分解分别对各指标进行分析评价，然后通过加权求和的方法来确定，这样的分析方法缺乏一定的整体性。尤其在针对数字化部队的作战效能研究中，信息传递对效能发挥起到了关键的作用，其作战能力与信息传递效率有着密切的关系，更需分析信息在各分效能以及整体效能度量中的具体作用，确定各组成部分之间的关系，构建其网络模型，针对网络模型构建评价作战效能的指标体系。

数字化部队是一个集指挥控制、情报侦察、通信和电子对抗系统一体化，后勤和技术保障联勤化的指挥、控制、通信、计算机、情报及监视与侦察(command,control,communication,computer,intelligence,surveillance,reconnaissance,C4ISR)[9]作战体系，可独立执行作战任务。在研究过程中，可以将其作为一个完整的、相应规模的作战体系进行分析。在这个作战体系中，包括：情报侦察系统、火力打击系统、指挥控制系统、保障系统等。从网络的角度看，这些系统包括系统中的各个单元都作为一个个网络节点存在，不同系统中的节点类型不同，各个节点之间通过信息的交互构成网络，信息交互的链路构成了网络的边。构建作战体系网络的作用在于整合作战节点，形成一体化作战态势的能力，这是数字化部队有别于传统部队的特点之一。下面从单元节点模型、信息单元模型以及网络模型3个方面介绍作战体系结构模型。

(1) 网络节点描述

通过对作战单元分析，作战体系网络的节点主要分为4类，分别为指挥控制(command and control)节点、情报侦察(intelligence)单元节点、火力打击(force)节点[10]和综合保障(guarantee)节点。网络节点类型可表示为

Net_Node::={C,I,F,G}，

(1)

式中：C为指挥控制节点；I为情报侦察节点；F为火力打击节点；G为综合保障节点。

指挥控制节点表示指挥控制的中心，它能接收从情报侦察单元或火力打击单元传来的信息，进行决策分析，并对情报侦察单元和火力打击单元进行控制，发出各种行动指令，如师旅团各级指挥所。其表示形式为

C::=，

(2)

式中：Capacity为指挥控制单元处理情报、作出决策、指挥控制的能力，主要由筹划组织、控制协调等能力因素[11]确定；Level为该指挥控制单元在作战体系中的指挥层次；InEdges和OutEdges分别定义为节点输入信息和输出信息的边。

情报侦察节点表示侦察、监视类的作战单元，包括所有提供作战态势感知的实元。它负责提供态势感知信息并传给指挥控制单元或火力打击单元，如雷达、预警机、卫星、侦察分队等。其表示形式为

I::=，

(3)

式中：Capacity为情报侦察单元的侦察敌情、提供情报的能力，主要由全天候侦察能力、发现目标能力等因素[12]确定。

火力打击节点表示能够执行软、硬杀伤的实体单元，它能接收指挥控制单元的指令对敌方目标进行攻击或干扰，并且可以将行动结果反馈给指挥控制单元，如坦克连、装甲车、战斗机等。其表示形式为

F::=，

(4)

式中：Capacity为火力打击单元的打击能力，主要由火力准备、运用、适应能力等因素确定。

综合保障节点表示对作战体系的运行提供保障的单元，为各节点正常运行提供必备的资源。

G::=，

(5)

式中：Capacity为保障单元本身拥有的资源以及保障能力，主要有作战保障能力、综合保障能力、装备保障能力组成；Importance为保障节点的资源和保障能力在执行作战任务时的重要度。

(2) 信息单边描述

由节点模型可知，作战体系网络中存在10种类型的边，包括EC-C,EC-I,EC-F,EC-G,EI-C,EF-C,EG-C,EG-I,EG-F,EG-G。对于各种边，在作战体系网络拓扑中承担的使命和作用有所区别，但最终是表达一种信息的交互。通过抽象，信息单边的一般表示为

Edge::=，

(6)

式中：EdgeType::=EC-C|EC-I|EC-F|EC-G|EI-C|EF-C|EG-C|EG-F|EG-I|EG-G，表示边的类型；Efficiency(Edge)表示输入节点InNodes到输出节点OutNodes之间的信息传输效率。

(3) 数字化部队作战体系网络描述

根据以上描述的点和边模型，建立关于数字化部队的作战体系网络模型如下：

SosNet::=.

(7)

其中，4类不同节点以及关系边分别用不同形状的图元表示，具体表示如表1所示。

表1 作战体系网络要素描述Table 1 Operational system network essential factors

基于上述关于作战体系网络节点和网络边的描述，建立符号化的作战体系网络，如图1所示。

图1 数字化部队作战体系网络模型Fig.1 Operational system network model of digital forces

2 数字化部队作战体系效能模型构建

数字化部队的作战体系效能是面向作战任务存在的，现在对作战任务过程进行分析，作战任务主要包括防御、打击或者综合保障等等，抽象来看，其行动过程大致分为以下几种：①情报侦察节点发现目标，通过信息交互传输至指挥控制节点；②各单元节点针对自身存在的资源补充保障等现状向指挥控制节点发出保障需求；③指挥控制节点进行分析、制定决策，将进行机动、打击、保障等命令传递给情报侦察节点、火力打击节点、综合保障节点；④情报侦察节点、火力打击节点以及综合保障节点在接收到指挥控制节点的命令后行动并在行动完成后将结果反馈给指挥控制节点。

由此看来，信息交互对于整个作战体系的运行具有至关重要的作用。作战体系效能需要结合数字化部队的基础支撑、要素能力、执行任务等来进行分析评估。在此，通过研究信息交互在作战体系中的作用，对作战体系效能进行分解如下，如图2所示。

图2 数字化部队作战体系效能指标Fig.2 Operational system efficiency measurements of digital forces

(1) 协作效能模型的构建

在作战体系执行作战任务时，火力打击单元之间、指挥控制单元之间以及情报侦察单元之间都存在信息流的传输，用以协调彼此之间的关系，提高执行任务的能力。通过协作效能的分析，来研究数字化部队的作战效能，是一种有效的方法。在作战体系网络中，火力打击节点、情报侦察节点以及综合保障节点等都受指挥控制节点的指控，它们之间的协作均表现在指挥控制节点的协作上，则协作效能可以表示为作战体系网络中指挥控制节点进行协同的平均协作效能：

Efficiency((Ci,Cj))，

式中：(Ci,Cj)表示网络模型中节点Ci到节点Cj的最短路径；Efficiency((Ci,Cj))表示信息在(Ci,Cj)上传输的效率，表示为Efficiency((Ci,Cj))=Efficiency(Edge)Length(Ci,Cj)；Number(C)表示指挥控制节点的个数。

(2) 决策效能模型的构建

对于指挥控制节点来说，其进行作战态势的评估和决策分析的依据是来自于情报侦察节点的情报。情报信息是数字化部队形成作战体系一体化、态势感知共享、打击行为同步的基础。决策效能是判断指挥控制单元获取情报信息时效性、精确性和充分性的重要指标，表示为

式中：Number(I)表示为网络中情报侦察节点的数目；φ(Level(Ci))表示指挥控制节点的指控等级隶属函数，具体的数值需要结合作战环境、任务等来确定。

(3) 打击效能模型的构建

行动效能用来描述各个火力打击节点在指挥控制节点的指令下执行作战命令，遂行使命任务的能力。火力打击是作战任务执行的重要内容，打击效能取决于指挥控制节点到达火力打击节点的指令传输效率、以及指挥控制节点和火力打击节点本身的能力：

式中：Number(F)表示为网络中火力打击节点的数目。

(4) 保障效能模型的构建

保障效能表示为网络模型中各综合保障节点在作战、装备、后勤等方面保障各单元节点时各种资源进行协调的效能。在实际的作战中，综合保障效能需要通过对资源协调的效能、资源配送的效能等多方面进行考虑。由于资源配送需要考虑的因素包括地理位置、保障车辆速度等等，不好量化，在此仅仅考虑保障资源进行协调的效能。若资源协调的效能很高，那么保障效能在一定程度上相应较高，故在此通过对保障资源协调效能来分析作战网络的保障效能。保障效能取决于指挥控制节点到达综合保障节点的指令传输效率、以及指挥控制节点和综合保障节点本身的能力：

式中：Number(G)表示网络模型中综合保障节点数目；CI(Gk)表示Capacity(Gk)φ(Importance(Gk))；φ(Importance(Gi))表示综合保障节点重要度的隶属度函数。

(5) 作战体系综合效能模型的构建

在以上章节中，分别介绍了协作、决策、打击、保障4种效能，各效能指标分别从不同方面对数字化部队作战体系的效能进行了度量，现在对各效能值进行综合，构建度量作战体系效能的综合度量指标。

通过E1，E2，E3，E4的求解公式可以看出，E1是不同指挥控制节点进行协作的效能，E2，E3，E4分别是指挥控制节点与其他3种类型节点之间的通过指令信息传输进行协作的效能。根据不同效能的求解公式，构建作战体系效能的综合度量模型为

式中：w1，w2，w3，w4分别表示4种分效能的权重。

在实际应用中，指挥员在掌握作战体系各分效能基础上，通过对当前作战任务的研究，分析各分效能的重要程度，确定4种效能的权重值，从而求得作战体系的综合效能。各分效能与综合效能指标的结合使用，便于指导作战指挥员从体系的整体上和不同角度上对作战体系进行优化和调整。

3 实验分析

以上各节详细介绍了数字化部队的作战体系网络模型和作战体系效能分析模型，下面以一个数字化机步师为例对模型进行验证和分析。

(1) 数字化师作战体系效能指标求解

图3表示该数字化师进行作战的编组，各个节点分别表示不同级别的作战单元，从上到下的连接关系分别表示不同作战单元的隶属和指控关系，配属部队节点下的各节点表示从其他部队配属过来的、直接由师指挥所进行指挥的作战单元。

图3 数字化机步师作战编组Fig.3 Digital mechanized infantry force fight group

对图3中作战编组进行分析，对结合作战想定，分析各作战单元的性质，可得网络模型中各类型的作战单元节点如表2所示，其中各节点的能力表示不同类型节点的Capacity，分别通过节点模型定义中的计算公式求解，在此不在赘述，指挥层级是根据各指挥控制节点在网络中所处的位置确定，1为最高，重要度是根据各保障节点在作战行动中发挥的作用确定，1为最高。

根据以上对数字化机步师作战编组以及作战单元表，确定作战体系网络描述如图4所示。

表2 数字化机步师作战单元表Table 2 Digital mechanized infantry force operational units table

图4 数字化机步师作战体系网络描述Fig.4 Digital mechanized infantry force operational system network description

要对数字化机步师的作战体系效能进行分析求解，需要对数字化机步师作战体系网络中的各节点以及边的性能参数进行分析确定。不同类型的作战单元节点，所需确定的参数不同。在实际的作战体系效能求解中，需要针对作战体系网络中每个节点进行全面、综合的考虑，通过前面介绍的评估方法(如层次分析法、德尔菲法)来实现定性到定量的转化，从而确定各个节点及边的不同参数，然后求解。

在此设网络模型中，确定指挥控制节点指挥层级隶属度函数和综合保障节点重要度隶属函数分别为

φ(Level(Ci))=Efficiency(Ci)Level(Ci)，

φ(Importance(Gi))=Efficiency(Gi)lmportance(Gi)，

式中：Efficiency(Ci)，Efficiency(Gi)与Efficiency(Edge)分别表示指挥控制节点的指控效率、综合保障节点效率、信息单边的传递效率。为了方便模型求解，在此均设为0.9。设置各效能权重比值w1∶w2∶w3∶w4=0.4∶0.2∶0.2∶0.2。根据以上的公式以及能力参数，可求得各参数值如表3所示。

(2) 作战体系效能指标有效性分析

通过各个效能指标的求解公式可知，当信息传输路径的传输效率越大时，各作战单元之间的协同程度越高。在以上理论基础上通过改变网信息单边的传输效率，通过计算分析各效能的变化情况，若符合预期的变化，则可验证该指标的有效性。在此，信息单边传输效率Efficiency(Edge)从0.80以0.01的步长变化至0.99，如图5所示。

由图5可知，各分效能以及综合效能均随着信息单边传输效率增加而增加，这种趋势符合预期，本实验在一定程度上验证了使用以上定义的效能指标度量作战体系效能的有效性。

(3) 作战体系效能指标实验结果分析

上述进行实验分析的数字化机步师体系结构是一种典型的层级结构，在这样的结构下，各级指挥所要在上一级指挥所的指控下进行协同，在该体系结构的基础上增加各作战单元之间的连接关系，使得该层级结构逐渐演变为一种扁平化结构，通过测度扁平化结构下的数字化机步师作战体系效能，分析其实验结果与层级结构进行比较，确定在不同结构下作战体系效能的特点。

实验步骤：①随机选择2个不同的节点，判断其是否存在连接关系，若无，增加连接关系，若有，则重新选择2个不同的指挥所；②按照步骤①的要求，依次增加1条、2条、…、40条边，构成40个作战体系网络图，分别求解各作战体系的作战效能。

以下是40个不同网络图的作战效能变化情况，其中图6a)～6e)分别表示各分效能和综合效能。

通过以上实验数据可知，随着信息单边数目的增加，网络结构从层级结构向扁平化结构趋近，平均协作效能、平均决策效能、平均打击效能、平均保障效能以及综合效能均有所增加。由此可知，在构建作战体系时，增加各作战单元之间的自主协同，可以很好地提高数字化机步师的作战效能，扁平化的体系结构更加利于作战效能的发挥。

表3 数字化机步师作战体系效能Table 3 Digital mechanized infantry force operational system efficiency

图5 数字化机步师作战体系效能变化图Fig.5 Digital mechanized infantry force operational system efficiency changing figure

图6 不同网络结构下的作战体系效能变化图Fig.6 Operational system efficiency changing figure in different network structures

4 结束语

本文针对数字化部队在进行作战效能测度上存在的问题，通过信息交互在数字化部队执行作战任务中的重要作用分析，构建了数字化部队的作战体系网络模型，分析了构成体系网络模型的节点模型和信息单边。在此基础上构建了作战体系效能模型，提出了协作效能、决策效能、打击效能、保障效能，并对各分效能进行综合，构建了作战体系的综合效能指标，对数字化部队的作战体系效能进行分析评估，并通过实验对指标进行了验证和分析。在以后的工作中，将针对数字化部队在执行作战任务的过程中对作战体系效能的动态变化进行实时的分析评估，多数字化部队作战体系效能的特点进行更加深入而有意义的分析。

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Operational System Efficiency Measure of Digital Forces

DU Wei, WU Cong-hui

(Nanjing Army Command College, Jiangsu Nanjing 210045，China)

The developing situation of digital forces is summarized in brief, and the operational measure problem is discussed. The network model of operational system is designed, and the node model and information edge model in system network are analyzed. The measurements are proposed to measure the operational system efficiency of digital forces. Then the measurements is verified and analyzed by designing the experiment with different parameters and topological structures.

digital forces; operational system; efficiency measure

2013-12-05；

2014-07-19

国家自然科学基金(71101149，71401177)

杜伟(1986-)，男，山东诸城人。讲师，硕士，研究方向为指挥信息系统与军事运筹。

通信地址：210045 江苏省南京市陆军指挥学院作战实验中心 E-mail：duweithinker@163.com

10.3969/j.issn.1009-086x.2015.03.005

N945；TP393

A

1009-086X(2015)-03-0025-10