CN113408137B - 一种基于任务完成度和损失比的体系作战效能分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于任务完成度和损失比的体系作战效能分析方法，包括以下步骤：1)采用层次分解的方法对顶层作战任务进行作战任务分解，形成作战活动分解树；2)针对作战活动分解树的叶子节点描述的作战活动特点建立任务完成度计算模型，将作战结果代入任务完成度评价模型求得作战活动分解树上叶子节点的任务完成度；3)根据叶子节点的任务完成度，采用自底向上的方法逐层计算所有节点的任务完成度，最终得到根节点的任务完成度；4)根据双方战损情况计算双方的损失比；5)为任务完成度和损失比分配权重系数，得到体系的作战效能。本发明提出的计算方法以任务完成度和损失比为指标，适用于不同的场景和体系。

Description

一种基于任务完成度和损失比的体系作战效能分析方法

技术领域

本发明涉及自动化技术，尤其涉及一种基于任务完成度和损失比的体系作战效能分析方法。

背景技术

目前，体系效能的评估问题仍是装备训练和作战仿真领域始终未能很好解决的一大难题，目前常用的是基于仿真的评估方法，建立红蓝对抗场景和相应的体系装备模型，统计对抗双方的装备损失以此衡量体系的作战效能，但是该方法具有一定的片面性。有时，决策者更加看重作战任务的完成情况而非损失大小。因此，在考虑体系效能的时候不应该仅仅考虑损失，而应该综合考虑任务的完成情况和损失。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于任务完成度和损失比的体系作战效能分析方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于任务完成度和损失比的体系作战效能分析方法，包括以下步骤：

1)采用层次分解的方法对顶层作战任务进行作战任务分解，形成作战活动分解树；

2)针对作战活动分解树的叶子节点描述的作战活动特点建立任务完成度计算模型，将作战结果代入任务完成度评价模型求得作战活动分解树上叶子节点的任务完成度；

3)根据叶子节点的任务完成度，采用自底向上的方法逐层计算所有节点的任务完成度，最终得到根节点的任务完成度；

4)根据双方战损情况计算双方的损失比；

5)为任务完成度和损失比分配权重系数，得到体系的作战效能。

按上述方案，所述步骤1)中的作战活动分解树是利用DoDAF建模方法进行作战任务分解，形成作战活动分解树。

按上述方案，所述步骤2)中计算得到叶子节点的任务完成度的任务完成度计算模型如下：

式中，ρ为反映效用函数的平滑程度的可变常数且ρ≠0，up和low定义了使命空间，对于效益型指标，up和low分别是效能水平MOE处于完全可操作和完全失效的临界mop值，mop大于up则MOE为100，mop小于low则MOE为0，mop为任务完成所需的代价，e为自然常数，v为任务完成度。

按上述方案，所述步骤3)中根节点的任务完成度计算如下：

如果一个节点j有h个供给节点，则节点j的任务完成度是这h个节点任务完成度的函数，计算公式如下：

P_j＝Min(F(P₁,P₂,…,P_h),G(P₁,P₂,…,P_h))；

其中，P_j为节点j的任务完成度，

F(P₁,P₂,…,P_h)＝SODP_j＝f(SODP_1j,SODP_2j…SODP_hj)

SODP_ij＝α_kjP_k+100(1-α_kj)；

其中，SODP_ij为依赖强度，是接收节点j从基线操作水平持续上升时对供给节点i依赖的强度，表示在依赖关系作用下接收节点可以多产生的效能所占的比例关系；w_i表示供给节点i的权重；SODP_j接收节点j的依赖强度计算值；一对依赖关系的SOD由参数α_ij表示；

BOLP_ij＝100(1-α_ij)；

其中，BOL为基线操作水平，一个接收节点的基线操作水平BOL是指当它所有的供给节点的任务完成度都等于0，即所有供给节点都失效时而该节点独自运行时的效能；BOLP_ij是接收节点j对供给节点i的基线操作水平；

G(P₁,P₂,…,P_h)＝CODP_j＝Min(CODP_1j,CODP_2j…CODP_hj)；

CODP_j＝P_i+β_ij；

COD为依赖关键度，一对依赖关系的CODP_ij用参数β_ij表示，β_ij的取值范围为[0,100]；

其中：

0≤α_ij≤1；

0≤β_ij,P_i,P_j≤100；

i＝1,2,…,h。

按上述方案，所述步骤4)中损失比为敌方与我方装备损失的比值，通过折算经济指标，使用仿真输出数据求得，并将其转化为效能指标。

按上述方案，所述步骤5)中体系的作战效能λ的计算公式如下：

λ＝aθ+bω；

其中，θ和ω分别代表计算根节点的任务完成度和损失比，a和b为任务完成度和损失比分配的权重系数。

本发明产生的有益效果是：

1、本发明方法基于任务完成度和损失比的体系效能评估，本发明提出的计算方法以任务完成度和损失比为指标，指标的计算仅与作战活动分解树的分解结果有关，对体系的规模复杂程度并不敏感，可适用于不同的场景和体系。

2、本发明方法提出了新的任务完成度的计算方法，并且通过对各节点任务完成度进行排序，体系中的薄弱点一目了然，可为完善体系设计提供直观的指标参考。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的搜救体系的作战活动分解树示意图；

图2是本发明实施例的定位可能区域活动中使用的任务完成度计算模型示意图；

图3是本发明实施例的派遣搜救队伍活动中使用的任务完成度计算模型示意图；

图4是本发明实施例的可能的区域寻找活动中使用的任务完成度计算模型示意图；

图5是是本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图5所示，一种基于任务完成度和损失比的体系作战效能分析方法，包括以下步骤：

1)采用层次分解的方法对顶层作战任务进行作战任务分解，形成作战活动分解树；

结合顶层作战任务，利用DoDAF建模方法进行作战任务分解，形成作战活动分解树；顶层的作战任务较为宏观和抽象难以直接量化，因此采用层次分解的方法将顶层的作战任务分解为一个树形结构的作战活动分解树。

2)针对作战活动分解树的叶子节点描述的作战活动特点建立任务完成度计算模型，将作战结果代入任务完成度评价模型求得作战活动分解树上叶子节点的任务完成度；

叶子节点的任务完成度采用如公式(1)所示的评价模型，结合叶子节点描述的作战活动特点给出模型中对应参数的值，然后利用仿真平台输出数据代入公式计算得到叶子节点的任务完成度。

式中ρ为可变常数(ρ≠0)，反映了效用函数的平滑程度，ρ可取正数或者负数，ρ的绝对值越大，曲线越接近直线。up和low定义了使命空间，对于效益型指标，up和low分别是效能水平MOE处于100(完全可操作)和0(完全失效)的临界MOP值，MOP大于up则MOE为100，MOP小于low则MOE为0。

对于成本性(越小越满足要求)的情况，评价模型只需将上式取反再加100即可。

3)根据叶子节点的任务完成度，采用自底向上的方法逐层计算所有节点的任务完成度，最终得到根节点的任务完成度；

利用功能依赖网络分析计算叶子节点的任务完成度并逐层计算其他节点的任务完成，最终得到根节点的任务完成度。分析作战活动分解树上各节点的时序和逻辑关系，根据叶子节点的任务完成度，采用自底向上的方法计算所有节点的任务完成度；

求得所有叶子节点的任务完成度后，采用基于FDNA的方法逐层计算其他非叶子节点的任务完成度。如果一个节点j有h个供给节点，则节点j的任务完成度是这h个节点任务完成度的函数，计算公式如下：

P_j＝f(P₁,P₂，…,P_h) (2)

任务完成度函数是使用受限平均最弱链规则来构建的。这个函数由三个参数来实现受限平均最弱链规则，分别是基线操作水平(Baseline Operability Level，BOL)，依赖强度(Strength of Dependency，SOD)，依赖关键度(Criticality of Dependency，COD)。

一个接收节点的基线操作水平BOL是指当它所有的供给节点的任务完成度都等于0即所有供给节点都失效时而该节点独自运行时的效能。BOL提供了指示一个节点接收到它的供给的贡献之前参考点。另外两个参数依赖强度SOD和依赖关键度COD是用来描述依赖关系的。依赖强度SOD是接收节点从基线操作水平持续上升时对供给节点依赖的强度，表示在依赖关系作用下接收节点可以多产生的效能所占的比例关系。一对依赖关系的SOD由参数α_ij表示，i为供给节点的编号，j为接收节点的编号，α_ij取值范围为[0,1]，α_ij值越大表示接受节点对提供节点的依赖越强，提供节点对接受节点的贡献越大。然而，接收节点的任务完成度还有受到其供给节点任务完成度的约束。比如在多依赖关系中，有一个供给节点的任务完成度很低或者为0，这时即使其他供给节点都处于高水平状态，也无法弥补这个供给节点的失效带来的影响，使得接收节点的任务完成度受到限制。这个现象由依赖关键度COD来捕获。一对依赖关系的COD用参数β_ij表示，β_ij的取值范围为[0,100]。接收节点j的任务完成度Pj永远不会大于P_i+β_ij。β_ij的值越小说明节点i对节点j越关键，β_ij＝0意味着如果节点i完全失效则接收节点j也会完全失效，β_ij＝100说明节点i对供给节点j没有任何约束。计算公式如下：

P_j＝Min(F(P₁,P₂,…,P_h),G(P₁,P₂,…,P_h)) (3)

F(P₁,P₂,…,P_h)＝SODP_j＝f(SODP_1j,SODP_2j…SODP_hj) (4)

SODP_ij＝α_kjP_k+100(1-α_kj) (5)

BOLP_ij＝100(1-α_ij) (6)

G(P₁,P₂，…,P_h)＝CODP_j＝Min(CODP_1j，CODP_2j…CODP_hj) (7)

CODP_j＝P_i+β_ij (8)

其中：

0≤α_ij≤1；

0≤β_ij,P_i,P_j≤100；

i＝1,2,…,h；

函数关系f用于描述接收节点作战活动分解树中同一节点下子节点的关系，可大致分为3类：串联关系、并联关系和选择关系。

其中，串联关系下根据节点间有无互补又分为2种情况，有互补的情况下f采用加权平均的方式计算上一节点的任务完成度，无互补的情况下f采用几何平均的方式计算上一节点的任务完成度。

并联关系可分为独立和存在耦合关系2种，独立情况下f采用加权和计算上一节点的任务完成度，存在耦合关系时f采用在加权和的基础上乘以耦合系数表征。

选择关系下根据仿真最终运行逻辑进行计算。

4)根据双方战损情况计算双方的损失比；

利用仿真平台输出双方战损情况计算双方的损失比后将其转化为效能指标；

损失比效能指标ω的计算也采用公式(1)所示的模型，mop为敌方与我方装备损失的比值(折算到经济指标，通过仿真输出数据求得)。其中，结合军事仿真经验，一般ρ取值为-2，low和up取值需结合作战任务制定。

5)为任务完成度和损失比分配权重系数，得到体系的作战效能。

步骤5)中体系的作战效能λ的计算公式如下：

λ＝aθ+bω；

其中，θ和ω分别代表计算根节点的任务完成度和损失比，a和b为任务完成度和损失比分配的权重系数。

更好地对本发明中的技术要点“基于作战活动分解树的任务完成度计算方法”进行理解。下面以“搜集体系任务完成度分析问题”对本发明做进一步的详细说明。

1)基于DoDAF模型完成作战活动分解，得到活动分解树如图1所示。

2)以“寻找遇难人员”活动为例计算任务完成度。

从活动分解树中可以看出“寻找遇难人员”活动由三个子活动串联组成，我们将分别根据这三种活动寻找仿真中有关的结果对其效能进行评估。

对于“定位可能的区域”这一活动的评价，可以将预测的遇难者所在的经纬坐标，和真实遇难者所在的经纬坐标之间的直线距离作为预测这一活动的准确程度。即如果搜救中心预测的地点，越接近真实遇难者那么这个活动的完成度就应该越高。利用公式(1)选取参数low＝1,up＝4,ρ＝-1构建如图2所示任务完成度计算模型。

对于“派遣搜救队伍”活动的完成度，根据从选定搜救坐标开始到队伍整理完毕准备出发结束，这一段的时间消耗长短对其进行评价。即如果选择好目的地后搜救队员反应迅速，马上集结准备出发无疑可以尽早开始搜救，提高遇难人员生存几率。利用公式(1)选取参数low＝2,up＝8,ρ＝2构建如图3所示任务完成度计算模型。

对于“可能的区域寻找”这一活动的完成度，根据搜救队到指定地点并开始搜索为开始，到队伍找到遇难者结束，这一段的时间消耗长短对其进行评价。越快找到遇难者，对于遇难者的生还越有利。利用公式(1)选取参数low＝3,up＝12,ρ＝100构建如图4所示任务完成度计算模型。

得到叶子节点的任务完成度后，对搜寻遇难者这一活动进行分析。搜寻遇难者的最终目的是尽快找到遇难者，而这整个活动的最终完成度评价也因该落脚到最后是否能快速找到遇难者。在明确了上级活动的目的后不难发现，定位可能区域、派遣搜救队伍、在可能的区域寻找这三个活动呈现一种互补的关系。即虽然定位不太准，但是集结出发很快；或者集结出发很慢，但是搜救方法科学合理迅速就找到了遇难者。故公式(4)中的函数关系f选取为加权平均。

利用仿真输出数据，预测遇难地点与真实遇难地点距离差为500m,带入计算公式得任务完成度为100；搜索队员准备和集结花费6min，带入计算公式得任务完成度为67；最后从到达指定位置到找到搜索目标花费10min，带入计算公式得任务完成度为23。

各子活动的权重系数依据专家判断给出：w＝[0.4，0.25,0.35],α＝[0.3,0.4,0.5],β＝[10,15,25]。计算得：

G(P₁,P₂,P₃)＝Min(CODP₁,CODP₂,CODP₃)＝86.5

P＝Min(F(P₁,P₂,P₃),G(P₁,P₂,P₃))＝Min(83.2,86.5)＝83.2

也即“寻找遇难人员”活动的任务完成度为83.2。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于任务完成度和损失比的体系作战效能分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采用层次分解的方法对顶层作战任务进行作战任务分解，形成作战活动分解树；

其中，作战活动分解树是利用DoDAF建模方法进行作战任务分解，形成作战活动分解树；

2)针对作战活动分解树的叶子节点描述的作战活动特点建立任务完成度计算模型，将作战结果代入任务完成度评价模型求得作战活动分解树上叶子节点的任务完成度；

所述步骤2)中计算得到叶子节点的任务完成度的任务完成度计算模型如下：

式中，ρ为反映效用函数的平滑程度的可变常数且ρ≠0，up和low定义了使命空间，对于效益型指标，up和low分别是效能水平MOE处于完全可操作和完全失效的临界mop值，mop大于up则MOE为100，mop小于low则MOE为0，mop为任务完成所需的代价，e为自然常数，v为任务完成度；

3)根据叶子节点的任务完成度，采用自底向上的方法逐层计算所有节点的任务完成度，最终得到根节点的任务完成度；

所述步骤3)中根节点的任务完成度计算如下：

如果一个节点j有h个供给节点，则节点j的任务完成度是这h个节点任务完成度的函数，计算公式如下：

P_j＝Min(F(P₁，P₂，...，P_h)，G(P₁，P₂，...，P_h))；

其中，P_j为节点j的任务完成度，

F(P₁，P₂，...，P_h)＝SODP_j＝f(SODP_1j，SODP_2j...SODP_hj)

SODP_ij＝α_ijP_k+100(1-α_ij)；

其中，SODP_ij为依赖强度，是接收节点j从基线操作水平持续上升时对供给节点i依赖的强度，表示在依赖关系作用下接收节点可以多产生的效能所占的比例关系；w_i表示供给节点i的权重；SODP_j接收节点j的依赖强度计算值；一对依赖关系的SOD

由参数α_ij表示；

BOLP_ij＝100(1-α_ij)；

其中，BOL为基线操作水平，一个接收节点的基线操作水平BOL是指当它所有的供给节点的任务完成度都等于0，即所有供给节点都失效时而该节点独自运行时的效能；BOLP_ij是接收节点j对供给节点i的基线操作水平；

G(P₁，P₂，...，P_h)＝CODP_j＝Min(CODP_1j，CODP_2j...CODP_hj)；

CODP_j＝P_i+β_ij；

COD为依赖关键度，一对依赖关系的CODP_ij用参数β_ij表示；β_ij的取值范围为[0，100]；

其中：

0≤α_ij≤1；

0≤β_ij，P_i，P_j≤100；

i＝1，2，...，h；

4)根据双方战损情况计算双方的损失比及对应的损失比效能指标；

5)为任务完成度和损失比效能指标分配权重系数，得到体系的作战效能。

2.根据权利要求1所述的基于任务完成度和损失比的体系作战效能分析方法，其特征在于，所述步骤4)中损失比为敌方与我方装备损失的比值，通过折算经济指标，使用仿真输出数据求得；

损失比效能指标ω，计算如下：

式中，low和up取值需结合作战任务制定，up和low分别是效能水平处于完全可接受和完全不可接受的临界mop值，mop大于up则效能指标为100，mop小于low则效能指标为0，mop为任务完成所需的代价，即损失比，e为自然常数，ω为损失比效能指标。

3.根据权利要求1所述的基于任务完成度和损失比的体系作战效能分析方法，其特征在于，所述步骤5)中体系的作战效能λ的计算公式如下：

λ＝av+bω；

其中，v和ω分别代表计算根节点的任务完成度和损失比效能指标，而a和b为任务完成度和损失比分配的权重系数。

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