消防部队灭火救援指挥决策中优选作战方案的效用模型研...

消防部队灭火救援指挥决策中优选作战方案的效用模型研究夏登友（中国人民武装警察部队学院消防指挥系，河北廊坊065000）摘要评估优选作战方案是指挥决策活动中的重要环节和内容。在建立优选指标体系的基础上，提出一种基于效用函数的灭火救援指挥决策优选评估方法模型，该方法模型使不同优选指标对待评价方案的效能值通过效用函数得以转化，从而使其更具可比性，便于进行方案优选。实例研究表明：该方法模型充分利用专家评判和现有决策信息，决策结果相对比较合理、客观、可靠，可为消防指挥员进行灭火救援指挥决策参考。关键词灭火救援指挥；效用函数；指标体系；模糊优选灭火救援指挥决策是一个复杂的多目标决策过程[1]，它要求决策者必须对火灾扑救方案、人员救护、各种消防资源的调度等进行综合考虑。一场灭火救援战斗的成败不仅在于兵力和灭火技术装备是否优劣，更重要的在于火场指挥者的指挥决策能力和水平的高低。正确的指挥决策能使蕴藏在灭火指战员、技术装备中潜在的战斗力得到充分发挥而产生实际的有效的灭火救援战斗力。因而，指挥者在进行决策活动时，需要在充分了解任务、判断情况、听取建议的基础上，拟制多种作战方案，并对每个方案的作战效益、作战风险、实施难度等进行多方面的分析、权衡，作出实际的评价和估量，以便从中选择最优方案，作为最终作战决心。目前，在灭火救援指挥决策中，作战方案的优选问题主要还是指挥员依靠个人的知识、经验和观点来做出判断。由于指挥员在各方面素质上的差异，不同的指挥员所做出的选择也不相同。很明显，这种个人经验式的主观决策存在较大的弊端，既不科学也不严谨。因而在进行灭火救援作战方案优选时，应当寻求一种更为科学的、能对待选方案进行全面比较的方法，通过它来衡量每个待选方案的优劣。鉴于此，本文提出一种基于效用函数的方法模型，对消防部队灭火救援决策中的作战方案进行评估优选。1灭火救援作战方案的内容及优选指标体系的建立1.1灭火救援作战方案的内容灭火救援作战方案是火场指挥员依据作战任务，对灭火救援意图和行动实施办法的设想。其主要内容包括：①火情判断结论，②作战企图，③主要作战方向的确定，④力量部署和任务分工，⑤主要战术技术方法，⑥协同动作和各种保障等。制定方案是作战决策过程中的重要环节，目的是为指挥员及时定下正确决心奠定科学的基础。1.2灭火救援作战方案优选指标体系的构建对多种灭火救援作战方案进行评估优选，必须有明确的标准，必须建立优选作战方案的指标体系。根据消防部队灭火救援作战的目标和特点，本文确定四个指标作为评估优选标准，构建了灭火救援作战方案的优选指标体系（见表1）。①作战目标。作战方案是达成作战目标的行动计划与途径，评估优选一个灭火救援作战方案，必须看它符合灭火救援作战目标要求的程度如何。②作战效益。作战效益是指战果与付出代价的比值，它是评估优选作战方案的基本依据。一般60来讲，作战效益越大，则方案越好，在评判一个方案的优劣时作战效益是一个非常重要的指标。表1灭火救援作战方案的优选指标体系及指标标准值[2-5]A优选指标指标标准值优良中差A1作战目标0.900.750.600.40A2作战效益0.900.750.600.40A3作战风险0.400.600.750.90A4作战灵活性0.900.750.600.40③作战风险。风险度是指在付出一定代价的前提下，为实现作战目标所需的各项条件下，已经具备的条件和尚未具备的条件之间的比例。通常情况下已经具备的有利条件多，胜利的把握性就大，所承担的风险就小。对于战果明显，但风险极大，把握性较小的作战方案，要慎重选择。④作战灵活性。灵活性是消防部队进行灭火救援时对火场情况变化的适应度。优选作战方案时要考虑其是否具有一定的灵活性以适应火场复杂多变的情况。1.3优选指标体系各指标权重的确定灭火救援作战方案优选指标体系确定后，还需要合理地确定各指标的权重，本文采用层次分析法[6]（AHP法）计算各指标的权重。AHP法是通过分析复杂系统所包含的因素及相关关系，将系统分解为不同的要素，并将这些要素划归不同层次，从而客观上形成多层次的分析结构模型。将每一层次的各要素进行两两比较判断，按照一定的标度理论，得到其相对重要程度的比较矩阵。通过计算比较矩阵的最大特征值及其相应的特征向量，得到各层次要素对上层次某要素的重要性次序，从而建立权重向量。1.31构造比较矩阵构造比较矩阵时，人的主观因素对整个过程影响很大，一般采取专家群体判断的办法。本文通过对现有灭火救援指挥实例的分析并结合消防指挥人员的打分，采用1～9标度法[7]进行各指标两两比较，从而得到灭火救援作战方案优选比较矩阵A。1213121214131341223211A1.32特征值与特征向量的计算利用AHP法对各指标元素及其相互关系进行分析，关键是求出各个比较矩阵的最大特征值与特征向量，本文采用方根法来计算。（1）计算判断矩阵每一行元素的几何平均值nnjijiw1i=1,2,…,n（1）式中：wi是权重系数。316.11w；213.22w；639.03w；537.04w（2）将iw归一化njjii=1,2,…,n（2）则w=[w1，w2，…，wn]T为所求的特征向量。w=[0.280，0.470，0.136，0.114]T（3）计算最大特征值njiinwAw1max)(（3）式中A为所建比较矩阵。则max=4.1531.33一致性判别一致性判别依据公式：RICICR(4)式中：051.0144153.41maxnnCI，RI为平均随机一致性指标（见表2）这里n=4，据表2查得RI=0.96，因此，1.0053.096.0051.0CR表明比较矩阵具有满意的一致性，说明各指标的权重值分配是合理的。处理结果表明：灭火救援作战方案优选指标集（作战目标、作战效益、作战风险、作战灵活性）所对应的权重集为{0.280，0.470，0.136，0.114}。表2平均随机一致性指标阶数n123456789RI000.580.961.121.241.321.411.452基于效用函数的作战方案优选模型效用函数表示每个指标对作战方案优选所提供的功效与该指标的关系。效用函数值反映了方案优选评估人员对优选指标的满意度。不同的优选指标具有不同的量纲，通过引入效用函数对各个指标进行转化。使不同量纲的指标具有可比性，使不同的性能要求成为统一类型，使定性的指标通过62专家打分加以量化。2.1构建评价矩阵假设有n个待评价方案，对每一个评价方案，由专家对其优选指标评判打分，得分结果组成n×4阶矩阵B：43212423222114131211nnnnbbbbbbbbbbbbB式中，bij为i个待评价方案的第j个指标值。2.2确定优选指标效用函数值根据效用理论[8]，在优选作战方案时，对于正向指标（数值越大，越利于选择，如：作战目标、作战效益、作战灵活性等），第i个待评价方案的第j个效用函数值Uij可用下列式（5）表示；而对于逆向指标（数值越小，越利于选择，如：作战风险），第i个待评价方案的第j个效用函数值Uij可用式（6）进行计算。4,3,2,1;,,2,1,}max{jnibbUijijij(5)4,3,2,1;,,2,1,}max{}max{}min{1jnibbbbUijijijijij(6)式中，max{bij}为n个待评价方案中第j个优选指标的最大值；min{bij}为n个待评价方案中第j个优选指标的最小值；bij为i个待评价方案中第j个优选指标的指标值。2.3确定优选方案综合评估值在优选作战方案时，首先按下式计算出待选方案的综合评估值，然后选择Yi最大者为最佳方案。niijjijUWY14,3,2,1（7）式中，Wi为优选指标权重。3应用实例在一场大规模的灭火救援作战过程中，火场指挥部进行火情侦查、了解任务、判断情况，定下作战决心并拟制了四套作战方案。利用上述优选作战方案的效用模型，可以确定出最佳方案。首先，通过专家评判法对四套作战方案中每一个优选指标进行评判，评判结果见表3。表3作战方案优选指标专家评判表作战目标作战效益作战风险作战灵活性方案A优良中良方案B良优中中方案C中中良优方案D良优差良则作战方案优选评价矩阵B为：75.090.090.075.090.060.060.060.060.075.090.075.075.075.075.090.0B作战目标、作战效能、作战灵活性属于正向指标，依据式（5）；作战风险属于逆向指标，根据式（6），分别计算出方案A、方案B、方案C、方案D中各优选指标的效用函数值是：UA1=1，UA2=0.83，UA3=0.83，UA4=0.83；UB1=0.83，UB2=1，UB3=0.83，UB4=0.67；UC1=0.67，UC2=0.67，UC3=1，UC4=1；UD1=0.83，UD2=1，UD3=0.67，UD4=0.83。再根据式（7），计算出四套方案的综合优选评估值分别为：YA=0.878，YB=0.892，YC=0.753，YD=0.888。由于方案B的综合优选评估值YB最大，因此，方案B应确定为最佳灭火救援作战方案。4结束语（1）指挥决策中优选作战方案是一项非常复杂且具有模糊性、不确定性的活动。本文引用了效用函数模型作为优选决策方案的方法模型，使不同优选指标对待评价方案的效能值通过效用函数得以转化，从而使其更具可比性，便于进行方案优选。（2）该方法模型受指挥员思维能力、作战经验等个人因素影响较小，充分利用专家评判和现有决策信息，决策结果相对比较合理、客观、可靠，便于发挥计算机辅助决策功能。将该方法模型应用于消防部队灭火救援作战方案优选评估是对作战指挥决策评估的一次有益的尝试和收获，为以后更广泛地进行消防部队指挥决策中优选作战方案提供了经验，具有重要意义。参考文献[1]李建华，康青春，商靠定等．灭火战术[M]．北京：群众出版社，2004．[2]钱汝益．指挥决策与谋略[M]．北京：昆仑出版社，1999．[3]丁邦宇．作战指挥学教程[M]．北京：军事科学出版社，2004．[4]程启月．作战指挥决策运筹分析[M]．北京：军事科学出版社，2004．[5]AnthonyL.Avillo.FiregroundStrategies[M].UnitedStates:PennWellCorporation,2002.[6]许树柏．层次分析法原理[M]．天津:天津大学出版社，1988．[7]高扬，牟德一．航空安全评估中的层次分析法－AHP[J]．中国安全科学学报，2000，10(3)：38～41．[8]钱颂迪，顾基发，胡运权．运筹学[M]．北京：清华大学出版社，1996．