高慧明 王永忠 黃德所

(陸軍軍官學(xué)院 合肥 230031)

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基于防空彈藥配送的公路網(wǎng)道路重要度測(cè)算研究*

高慧明 王永忠 黃德所

(陸軍軍官學(xué)院 合肥 230031)

為了解決戰(zhàn)時(shí)道路搶修缺少定量數(shù)據(jù)的參考,提出了一種路網(wǎng)結(jié)構(gòu)與配送數(shù)量相結(jié)合的道路重要度測(cè)算方法。以防空彈藥配送為基本算例,結(jié)合敵機(jī)選擇性攻擊,通過(guò)對(duì)比攻擊前后某段路網(wǎng)對(duì)于配送影響,從而計(jì)算出道路重要度的數(shù)值。結(jié)果表明:此種方法易于實(shí)現(xiàn)、方便集成于軍事后勤管理系統(tǒng)之中,更有效地為指揮員提供決策支持。

道路重要度; 彈藥配送; 選擇性攻擊; 最大最小蟻群算法

Class Number U695

1 引言

戰(zhàn)時(shí)公路網(wǎng)是敵機(jī)攻擊的重要目標(biāo)[1]。由于飛行半徑、攻擊成本等條件的約束,某國(guó)敵機(jī)戰(zhàn)時(shí)將采用選擇性攻擊的手段,重點(diǎn)攻擊公路網(wǎng)的主干道路[2]。工程保障部隊(duì)指揮員通過(guò)對(duì)道路重要度的測(cè)算,可以為防空彈藥配送道路實(shí)施偽裝防護(hù)、搶修搶建[3]等提供定量依據(jù)。因此,道路重要度的測(cè)算是一項(xiàng)非常有意義的工作[4]。

2 道路重要度測(cè)算研究現(xiàn)狀

當(dāng)前對(duì)于道路重要度測(cè)算相關(guān)的工作主要分為兩類,即:

1) 圖論的角度。其基本思路是將路網(wǎng)抽象為圖,將路網(wǎng)的交叉口定義為節(jié)點(diǎn),采用圖論進(jìn)行研究。這一類研究當(dāng)前熱點(diǎn)是結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論進(jìn)行展開(kāi)[5～7]。研究?jī)?nèi)容主要圍繞節(jié)點(diǎn)的重要度,即節(jié)點(diǎn)的接近度、介數(shù)、凝聚度等參數(shù)的定量化。

2) 道路規(guī)劃角度。基本思路是從道路網(wǎng)絡(luò)自身特性出發(fā),以規(guī)劃為視角,建立相應(yīng)的指標(biāo)體系[8～10]。這些指標(biāo)包括道路等級(jí)、通行能力、隱蔽性、地理位置等。通過(guò)專家打分的方法進(jìn)行排序,再采用相關(guān)的算法,如模糊分類、AHP方法、灰色理論等,綜合計(jì)算出道路的重要度。

在當(dāng)前研究中,第一類方法是從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)出發(fā),確定節(jié)點(diǎn)的重要度,沒(méi)有考慮到軍事后勤運(yùn)輸系統(tǒng)和敵機(jī)攻擊等實(shí)際因素的影響。對(duì)于防空部隊(duì)來(lái)講,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),并不完全是路的交叉口,而是需要彈藥量的作戰(zhàn)部隊(duì)。

第二類方法存在的主要問(wèn)題是“粒度”過(guò)大。這種方法在實(shí)施時(shí),由于無(wú)法將每一段道路進(jìn)行打分,只能先將道路“粗略”地分為幾大類,再通過(guò)AHP等方法進(jìn)行測(cè)評(píng)。缺點(diǎn)是無(wú)法精確地為每一段道路提供出定量的數(shù)據(jù)。

此外,以上這兩種方法都無(wú)法解決,工程保障部隊(duì)指揮員的定量需求。例如,“某段道路是否需要搶修”、“搶修后帶來(lái)的效益是多少”。

本文提出一種新的方法,即結(jié)合路網(wǎng)結(jié)構(gòu)與防空兵彈藥配送網(wǎng)絡(luò)來(lái)計(jì)算出道路重要度的方法。

3 戰(zhàn)時(shí)道路重要度測(cè)算方法

防空彈藥配送是由隸屬于軍事后勤的彈藥倉(cāng)庫(kù),根據(jù)防空部隊(duì)的彈藥需求量,通過(guò)調(diào)派車(chē)輛進(jìn)行彈藥前送的運(yùn)輸行為。防空兵作戰(zhàn)的部署一般在道路或臨時(shí)道路附近布置作戰(zhàn)部隊(duì)。如果以圖來(lái)描述,則作戰(zhàn)部隊(duì)是節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間為圖的邊。由于作戰(zhàn)部隊(duì)可以攜行部分彈藥。當(dāng)彈藥消耗量不需要補(bǔ)充時(shí),作戰(zhàn)部隊(duì)不會(huì)提出補(bǔ)充彈藥的申請(qǐng)。

由此可以得出,戰(zhàn)時(shí)道路重要度測(cè)算不但取決于路網(wǎng),也取決于彈藥配送網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于某路段,即使它在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中很重要,但如果實(shí)際配送網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有選擇它(此段道路上的配送數(shù)量為0),那么,在戰(zhàn)時(shí),工程保障指揮員可以不需要對(duì)它進(jìn)行搶修,由此,可以得到公式:

Ij=f(R,Q)

(1)

式中,Ij為道路重要度,R為路網(wǎng),Q為防空彈藥配送網(wǎng)絡(luò)。

由于主干道路是敵機(jī)攻擊的首先目標(biāo),假設(shè)某段公路遭受敵方空襲并損毀,工程保障指揮員需要考慮如下問(wèn)題:

1) 當(dāng)前路網(wǎng)是否能夠滿足后勤物資配送的狀況。

2) 如果能滿足配送要求,是否有必要搶修損毀的路段,以提高彈藥配送的效率。

以上兩個(gè)問(wèn)題分解為以下步驟:

Step 1 在道路完好的情況下,給定道路網(wǎng)絡(luò)、各節(jié)點(diǎn)彈藥需求數(shù)量,計(jì)算最優(yōu)的配送路線A。

Step 2 敵方攻擊某條道路后,計(jì)算當(dāng)前路網(wǎng)的最優(yōu)配送路線B。路線B如果能滿足所有節(jié)點(diǎn)的彈藥配送任務(wù),則進(jìn)入Step 3,否則,搶修當(dāng)前路段。

Step 3 比較路線A與路線B的綜合差值,即為此段道路重要度Ij的描述。

Step 4 指揮員綜合考慮Ij值和其它因素(其它資源),決定是否進(jìn)行搶修損毀的路段。

4 算例分析

4.1 計(jì)算路線A

假設(shè)戰(zhàn)斗區(qū)域的地理環(huán)境,人煙稀少,地勢(shì)平坦。一是配送時(shí)間充裕,可以每天配送一次,時(shí)間充足,不用考慮車(chē)速的問(wèn)題;二是人煙稀少,容易被敵偵察發(fā)現(xiàn),應(yīng)當(dāng)盡量減少配送車(chē)輛的數(shù)量,減少被敵發(fā)現(xiàn)的概率;三是地勢(shì)平坦,車(chē)輛行車(chē)的目標(biāo)可以直接以直線進(jìn)行前進(jìn);四是倉(cāng)庫(kù)彈藥充足;五是配送車(chē)輛充足,每個(gè)配送點(diǎn)只由一輛車(chē)配送;六是配送點(diǎn)(彈藥庫(kù))為一個(gè)[11]。

為便于研究,此問(wèn)題可以抽象為:共有k輛容量為q的車(chē)輛,只有一個(gè)起點(diǎn),所有的車(chē)輛均從起點(diǎn)出發(fā),結(jié)束任務(wù)后,返回起點(diǎn)。共有N個(gè)訪問(wèn)節(jié)點(diǎn);訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)的貨物需求均小于q;dij為兩點(diǎn)之間的距離。求滿足配送任務(wù)需求的情況下,最短的運(yùn)輸路徑,同時(shí),盡可能減少派出車(chē)輛的數(shù)量。屬于有約束容量一個(gè)起點(diǎn)的車(chē)輛路徑優(yōu)化問(wèn)題。

約束條件為

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

約束條件(2)代表最小派出車(chē)輛數(shù)目;條件(3)約束所有的車(chē)輛從起點(diǎn)出發(fā),并返回起點(diǎn);約束(4)與約束(5)主要保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)只訪問(wèn)一次。約束(6)表示每輛車(chē)的載重量不超過(guò)車(chē)輛的最大載重量。約束(7)代表哪一輛車(chē)從i到j(luò)狀態(tài)函數(shù)。

目標(biāo)函數(shù)為

(8)

求解距離最短。

假設(shè)防空部隊(duì)下面有八個(gè)營(yíng),每個(gè)營(yíng)下面有三個(gè)連。配送中心為第一點(diǎn)。共計(jì)25個(gè)點(diǎn)。點(diǎn)的坐標(biāo)與彈藥的需求量為如表1所示。

表1 需要配送點(diǎn)的參數(shù)

由于VRP問(wèn)題是一個(gè)NP難問(wèn)題,尋優(yōu)求解方法主要以智能算法為主,本研究采用最大最小蟻群算法進(jìn)行求解。假設(shè)車(chē)載重量為6000,迭代次數(shù)為500。經(jīng)過(guò)計(jì)算得到表2和圖1。

表2 路線A的結(jié)果

圖1 路線A路徑

4.2 計(jì)算路線B

假設(shè)部隊(duì)05與部隊(duì)09之間的公路為等級(jí)公路(簡(jiǎn)稱道路0509),并遭敵機(jī)轟炸后,道路0509產(chǎn)生中斷。

表3 重要度計(jì)算對(duì)比

4.3 計(jì)算戰(zhàn)時(shí)道路重要度

由以上分析可以得知道路0509重要度為

k0509=1238.2-1185.1=53.1

(9)

即在表1的彈藥配送量的情況下,道路0509的重要度為53.1。即如果對(duì)于道路0509進(jìn)行搶修,給配送帶來(lái)的效益,減少53.1的配送距離。根據(jù)敵機(jī)選擇性攻擊的路段,可以計(jì)算出重要路段的重要度。如表4所示。

表4 選擇性攻擊路段的重要度

面對(duì)此種情況,工程保障指揮員可以綜合權(quán)衡搶修路段所需要花費(fèi)的其它資源,如派出車(chē)輛、人力、物資器材做出決策。

從表4中,可以得出,重要度最大的為I1822,因此,在當(dāng)前彈藥需求的情況下,戰(zhàn)前應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)偽裝路段R1822,同時(shí)它也是戰(zhàn)時(shí)搶修的重點(diǎn)。

從以上分析可以得出,這種方法比單純地采用圖論的方法或AHP等方法得到的數(shù)據(jù)更具有說(shuō)服力。同時(shí),此方法可以根據(jù)實(shí)際情況,動(dòng)態(tài)分析路網(wǎng)與配送網(wǎng),適應(yīng)性很強(qiáng)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)防空彈藥配送的實(shí)際情況下,構(gòu)建了戰(zhàn)時(shí)道路重要度測(cè)算方法。本測(cè)算方法可以為工程保障指揮員提供戰(zhàn)時(shí)道路重要度戰(zhàn)術(shù)級(jí)的決策支持,同時(shí)方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、能夠集成于軍事后勤資源管理系統(tǒng)之中,具有較好的擴(kuò)展性,可以為實(shí)戰(zhàn)提供決策支持。

進(jìn)一步研究的工作是: 1) 多個(gè)路段遭受攻擊時(shí),將產(chǎn)生多重組合,道路重要度如何計(jì)算; 2) 不同道路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和防空彈藥配送量對(duì)于道路重要度的影響程度。

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Calculation of Road Important Degree for Highway Network Based on Air Defense Ammunition Distribution

GAO Huiming WANG Yongzhong HUANG Desuo

(Army Officer Academy of PLA, Hefei 230031)

In order to give the commander which road section should be repair first, this paper introduces a new method to calculate the road important degree. This method considers both the highway network and air defense ammunition distribution. Based on selective attack, it gives an example in detail. It calculates the optimal road before and after the selective attack. The results show that this method is easy to realize. It is convenient to integrate into the management information system for logistics. This method is effective for commander to make decision.

road importance degree, ammunition distribution, selective attack, MMAS

2015年3月7日,

2015年4月26日

全軍軍事學(xué)研究生資助課題(編號(hào):2012JY002-295)資助。

高慧明,男,碩士研究生,研究方向:復(fù)雜系統(tǒng)、智能算法。王永忠,男,博士,講師,研究方向:復(fù)雜系統(tǒng)與仿真。黃德所,男,博士,教授,研究方向:復(fù)雜系統(tǒng)。

U695

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.09.032