專利名稱：一種戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及國防及相關(guān)領(lǐng)域，用于對戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署實施指揮控制，實現(xiàn)對戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機的快速部署。
背景技術(shù)：
在戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機的集結(jié)點與部署點之間實施快速作戰(zhàn)飛機部署是作戰(zhàn)指揮控制的一個重要組成部分，根據(jù)從不同集結(jié)點到不同部署點的作戰(zhàn)飛機飛行路徑的長度、飛行路徑無阻礙飛行概率、集結(jié)點作戰(zhàn)飛機的可部署量和部署點對作戰(zhàn)飛機的需求量、作戰(zhàn)飛機批次的速度和所含架數(shù)，構(gòu)造以部署所有作戰(zhàn)飛機耗費時間最小為目標(biāo)的指揮控制計劃是戰(zhàn)場指揮員對戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署實施指揮控制必須解決的關(guān)鍵問題，這個問題的解決對于大幅度提高戰(zhàn)斗力，減少對部署作戰(zhàn)飛機消耗資源的需求，具有十分重要的意義。
戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機的快速部署能力對于奪取信息化戰(zhàn)爭的勝利至關(guān)重要，但復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境可能對部署作戰(zhàn)飛機的飛行路徑的通行能力造成影響，從而降低作戰(zhàn)飛機的通行速度，而快速部署作戰(zhàn)飛機的指揮控制是提高機動作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵，因此制定科學(xué)的部署作戰(zhàn)飛機的指揮控制計劃成為必須要解決的首要問題。這種計劃的好壞，不僅關(guān)系到實施戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機部署所消耗運輸資源的多少，而且還關(guān)系到作戰(zhàn)飛機能否及時到達部署點，以保證戰(zhàn)斗力不至于因作戰(zhàn)飛機部署的延誤而下降。
對于戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機部署的指揮控制來說時間顯得極為重要。因此必須通過對偶分析合理選擇參數(shù)提高可解性并以部署時間最小作為優(yōu)化目標(biāo)來對戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署實施指揮控制。
本發(fā)明涉及戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制方法，涉及軍事及相關(guān)領(lǐng)域，指揮控制的對象為所有戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機，該方法根據(jù)從不同集結(jié)點到不同部署點的飛行路徑的長度、飛行路徑無阻礙飛行概率、集結(jié)點作戰(zhàn)飛機的可部署量和部署點對作戰(zhàn)飛機的需求量、作戰(zhàn)飛機批次的速度和所含架數(shù)，構(gòu)造以部署所有作戰(zhàn)飛機耗費時間最小為目標(biāo)的指揮控制模型，并用線性規(guī)劃、線性規(guī)劃的對偶規(guī)劃方法來求解該模型，再通過二維表格對求解結(jié)果進行不斷改進，直至最終獲得符合快速部署時間要求的指揮控制方案，該方法具有高效、簡單、客觀、應(yīng)用廣泛和明顯提高戰(zhàn)斗力等特點，可廣泛用于所有戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制，本發(fā)明進一步涉及實現(xiàn)這種方法的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)從不同集結(jié)點到不同部署點的飛行路徑的長度、飛行路徑無阻礙飛行概率、集結(jié)點作戰(zhàn)飛機的可部署量和部署點對作戰(zhàn)飛機的需求量、作戰(zhàn)飛機批次的速度和所含架數(shù)，構(gòu)造以部署所有作戰(zhàn)飛機耗費時間最小為目標(biāo)的指揮控制模型，并用線性規(guī)劃、線性規(guī)劃的對偶規(guī)劃方法來求解該模型，獲得用二維表格描述的對戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署實施指揮控制的方案，并檢查該指揮控制方案是否符合完成整個戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機部署任務(wù)的時間需求，如果不滿足要求，則通過對該二維指揮控制表格的分析，并根據(jù)影子價格、時間瓶頸對相關(guān)集結(jié)點可供部署的作戰(zhàn)飛機數(shù)量和實施部署的作戰(zhàn)飛機速度等進行調(diào)整，不斷重復(fù)這一求解-檢查分析過程，直至最終獲得符合快速部署時間要求的指揮控制方案。因此，提出戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制的構(gòu)想，引入飛行路徑無阻礙飛行概率的分析方法，建立尋找最優(yōu)指揮控制方案的線性規(guī)劃和對偶規(guī)劃模型，通過減少約束條件來快速求解該模型，獲得用二維表格描述的對戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署實施指揮控制的方案，并根據(jù)完成整個作戰(zhàn)飛機部署的時間要求，通過查找影響完成整個戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機部署任務(wù)的時間瓶頸、集結(jié)點可供部署的作戰(zhàn)飛機數(shù)量的不合理配置和對實施部署的作戰(zhàn)飛機速度進行調(diào)整，來不斷優(yōu)化和改進該指揮控制方案，并最終獲得滿足戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的時間要求、用二維表格描述的指揮控制方案成為本發(fā)明的重要特征。
本發(fā)明一種戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制方法的技術(shù)方案是首先，將戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署問題定義為由作戰(zhàn)飛機的集結(jié)點和作戰(zhàn)飛機的部署點所構(gòu)成的集結(jié)部署系統(tǒng)，該系統(tǒng)的特征可以用從不同集結(jié)點到不同部署點的作戰(zhàn)飛機部署的飛行路徑的長度、飛行路徑無阻礙飛行概率、集結(jié)點作戰(zhàn)飛機的可部署量和部署點作戰(zhàn)飛機的需求量、作戰(zhàn)飛機批次的速度和所含架數(shù)來描述，并根據(jù)對戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機進行部署的時間要求，構(gòu)造以部署及運送所有作戰(zhàn)飛機耗費時間最小為目標(biāo)的指揮控制模型，并用線性規(guī)劃、線性規(guī)劃的對偶規(guī)劃方法來求解該模型，獲得用二維表格描述的對戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署實施指揮控制的方案，通過不斷尋找集結(jié)部署系統(tǒng)的時間瓶頸，對相關(guān)集結(jié)點的作戰(zhàn)飛機的數(shù)量進行合理配置，采用不同速度的作戰(zhàn)飛機等方法，最終獲得滿足戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的時間要求、對戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署實施指揮控制的方案，完成對戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制。
復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境可能對作戰(zhàn)飛機的飛行路徑的通行能力造成影響，從而降低作戰(zhàn)飛機的通行速度，對于以部署作戰(zhàn)飛機耗費時間最小為目標(biāo)的指揮控制來說，這種降低相當(dāng)于增加了飛行路徑的長度，稱增加后的飛行路徑長度為等效路徑長度，飛行路徑無阻礙飛行概率是以時間作為變量的函數(shù)，而等效飛行路徑長度則是以實際飛行路徑長度和相關(guān)的飛行路徑無阻礙飛行概率作為變量的函數(shù)，當(dāng)飛行路徑無阻礙飛行概率為1時，實際飛行路徑長度與等效飛行路徑長度相等，而飛行路徑無阻礙飛行概率越小，則與實際飛行路徑長度相比等效飛行路徑長度就越長。
通常，指揮控制模型的目標(biāo)函數(shù)的目標(biāo)為使部署所有作戰(zhàn)飛機耗費時間最小，但當(dāng)所有路徑的飛行路徑無阻礙飛行概率均為1時，該指揮控制模型的目標(biāo)函數(shù)的目標(biāo)同時還為使部署所有作戰(zhàn)飛機需要的運載能力為最小。
通過求解線性規(guī)劃和求解線性規(guī)劃的對偶規(guī)劃的方法來求解指揮控制模型，可以分別獲得從不同集結(jié)點部署作戰(zhàn)飛機到不同部署點需要的最小時間、與不同集結(jié)點和不同部署點約束條件有關(guān)的影子價格，再將求解的結(jié)果填入一種二維指揮控制表格中，通過對該表格的分析，并根據(jù)影子價格、時間瓶頸對相關(guān)參數(shù)進行調(diào)整，不斷求解不斷改進，可最終獲得符合戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署時間要求的指揮控制方案。
可通過作為指揮控制方案的二維表格中的不同區(qū)域來描述從每個集結(jié)點到每個部署點部署的作戰(zhàn)飛機的數(shù)量、每個部署點需要運載力的大小、作戰(zhàn)飛機的批次、部署耗費的最小時間和相關(guān)的影子價格，每個集結(jié)點可部署作戰(zhàn)飛機的數(shù)量、剩余作戰(zhàn)飛機數(shù)量的變化情況和相關(guān)的影子價格以及部署所有作戰(zhàn)飛機耗費的最小時間。
如果求得的指揮控制方案不能滿足預(yù)定的時間要求，則可以通過二維指揮控制表，對原線性規(guī)劃以及對偶規(guī)劃的結(jié)果進行分析，來確定影響戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機部署總時間的瓶頸，再通過對集結(jié)點的作戰(zhàn)飛機的數(shù)量進行合理配置、增加作戰(zhàn)飛機批次以及采用不同速度的作戰(zhàn)飛機等手段，來消除時間瓶頸，并重復(fù)這一過程，直至使完成戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機部署的總時間符合預(yù)定的要求。
本發(fā)明設(shè)計的戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制方法適用于所有戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署是本發(fā)明的重要特征。
戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制的問題分析如下。
假定戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署問題可以用由m個供應(yīng)作戰(zhàn)飛機的集結(jié)點和n個需求作戰(zhàn)飛機的部署點、并且在不同的供求結(jié)點之間存在一條部署作戰(zhàn)飛機的路徑的網(wǎng)絡(luò)來描述，從集結(jié)點i向部署點j部署的作戰(zhàn)飛機數(shù)量為xij，飛行路徑無阻礙飛行概率為pij(t)，飛行路徑的實際長度為rij，飛行路徑的等效長度為dij，飛行路徑無阻礙飛行概率是指復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境可能對作戰(zhàn)飛機飛行路徑的通行能力造成影響，從而降低作戰(zhàn)飛機的通行速度，對于以部署作戰(zhàn)飛機耗費時間最小為目標(biāo)的指揮控制來說，這種降低相當(dāng)于增加了飛行路徑的長度，稱增加后的飛行路徑長度為等效路徑長度，飛行路徑無阻礙飛行概率是以時間作為變量的函數(shù)，而等效飛行路徑長度則是以實際飛行路徑長度和相關(guān)的飛行路徑無阻礙飛行概率作為變量的函數(shù)，當(dāng)飛行路徑無阻礙飛行概率為1時，實際飛行路徑長度與等效飛行路徑長度相等。
需要解決的問題是設(shè)計一個從m個集結(jié)點部署作戰(zhàn)飛機到n個部署點，同時使部署所有作戰(zhàn)飛機花費的運載能力以及耗費的時間為最小的部署計劃，并且計算出每個集結(jié)點部署作戰(zhàn)飛機所需要批次的數(shù)量，相關(guān)的作戰(zhàn)飛機部署指揮控制模型及線性規(guī)劃方程如下目標(biāo)函數(shù)minZ=Σi=1mΣj=1ndijxij]]>部署點對作戰(zhàn)飛機需求量的等于約束條件Σi=1mxie=De,(e=1,...,ne)]]>部署點對作戰(zhàn)飛機需求量的小于約束條件Σi=1mx1l≤Dl,(l=ne+1,...,nl)]]>部署點對作戰(zhàn)飛機需求量的大于約束條件Σi=1mxis≥Ds,(s=nl+1,...,ns)]]>集結(jié)點可供部署作戰(zhàn)飛機量的等于約束條件Σj=1nxej=Se,(e=ns+1,...,me)]]>集結(jié)點可供部署作戰(zhàn)飛機量的小于約束條件Σj=1nxlj≤Sl,(l=me+1,...,ml)]]>集結(jié)點可供部署作戰(zhàn)飛機量的大于約束條件Σj=1nxsj≥Ss,(s=ml+1,...,ms)]]>非負(fù)約束條件xij≥0，(i＝1，…，m；j＝1，…，n)與部署點需求約束有關(guān)的量的分類Dv=De,(1≤v≤ne)Dl,(ne+1≤v≤nl)Ds,(nl+1≤v≤ns)]]>與集結(jié)點可供部署約束有關(guān)的量的分類Su=Se,(ns+1≤u≤me)Sl,(me+1≤u≤ml)Ss,(ml+1≤u≤ms)]]>飛行路徑的等效長度為dij＝f(rij，pij(t))，(0＜pij(t)≤1；i＝1，…，m；j＝1，…，n)集結(jié)點i(i＝1，…m)需要部署的作戰(zhàn)飛機批次的數(shù)量Vi 從集結(jié)點i(i＝1，…m)部署作戰(zhàn)飛機到部署點j(j＝1，…n)所耗費的時間Tij=dijC]]>完成所有作戰(zhàn)飛機部署所耗費的最少時間min T＝max{Tij}其中m為部署作戰(zhàn)飛機的集結(jié)點總數(shù)；
n為需求作戰(zhàn)飛機的部署點總數(shù)；rij為集結(jié)點i(i＝1，…m)與部署點j(j＝1，…n)之間的飛行路徑的實際長度(單位公里)；pij(t)為集結(jié)點i(i＝1，…m)與部署點j(j＝1，…n)之間的飛行路徑無阻礙飛行概率，是以時間t作為變量的函數(shù)；dij為集結(jié)點i(i＝1，…m)與部署點j(j＝1，…n)之間的飛行路徑的等效長度(單位公里)，當(dāng)pij(t)＝1時，rij與dij相等；e為等于約束條件的等于量的序號；l為小于約束條件上限的序號；s為大于約束條件下限的序號；ne為與部署點需求量有關(guān)的等于約束條件的等于量的最大序號；nl為與部署點需求量有關(guān)的小于約束條件上限的最大序號；ns為與部署點需求量有關(guān)的大于約束條件下限的最大序號；De為與部署點需要作戰(zhàn)飛機的數(shù)量有關(guān)的量(e＝1，…，ne)(單位架)；Dl為與部署點需要作戰(zhàn)飛機數(shù)量有關(guān)的上限(l＝ne+1，…，nl)(單位架)；Ds為與部署點需要作戰(zhàn)飛機數(shù)量有關(guān)的下限(s＝nl+1，…，ns)(單位架)；me為與集結(jié)點部署量有關(guān)的等于約束條件的等于量的最大序號；ml為與集結(jié)點部署量有關(guān)的小于約束條件上限的最大序號；ms為與集結(jié)點部署量有關(guān)的大于約束條件下限的最大序號；Se為與集結(jié)點所能部署作戰(zhàn)飛機的數(shù)量有關(guān)的量(e＝ns+1，…，me)(單位架)；Sl為與集結(jié)點所能部署作戰(zhàn)飛機數(shù)量有關(guān)的上限(l＝me+1，…，ml)(單位架)；Ss為與集結(jié)點所能部署作戰(zhàn)飛機數(shù)量有關(guān)的下限(s＝ml+1，…，ms)(單位架)；Vi為部署作戰(zhàn)飛機的集結(jié)點i(i＝1，…m)部署作戰(zhàn)飛機需要的批次數(shù)量；L為每個批次部署作戰(zhàn)飛機的能力(單位架)；C為每個批次部署作戰(zhàn)飛機的速度(單位公里/小時)；上述模型表明在通過線性規(guī)劃求得min Z值的基礎(chǔ)上，可以計算出每個集結(jié)點必須向相關(guān)部署點部署的作戰(zhàn)飛機數(shù)量xij，再根據(jù)每一批次所含作戰(zhàn)飛機架數(shù)L，即可計算出每個集結(jié)點需要部署的作戰(zhàn)飛機批次Vi，最后根據(jù)每一批次部署作戰(zhàn)飛機的速度C以及在集結(jié)點與部署點之間的最長路徑，又可計算出完成整個作戰(zhàn)飛機部署任務(wù)所耗費的最短時間T，從而實現(xiàn)對戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制，為了合理設(shè)置約束條件、提高可解性、更好地利用上述線性規(guī)劃模型，給出該模型的對偶線性規(guī)劃模型如下目標(biāo)函數(shù)maxG=Σv=1neDvyv+Σv=ne+1nlDvyv+Σv=nl+1nsDvyv+Σu=ns+1meSuyu+Σu=me+1mlSuyu+Σu=ml+1msSuyu]]>約束條件Deyne(j)+Dlynl(j)+Dsyns(j)+Seyme(i)+Slyml(i)+Ssyms(i)≤dij(i=1,...,m;1,...,n)]]>非負(fù)約束條件yml(i),ynl(j)≤0(i=1,...,m;j=1,...,n)]]>非正約束條件yms(i),yns(j)≥0(i=1,...,m;j=1,...n)]]>其中yne(j)=yv(1≤v≤ne),]]>ynl(j)=yv(ne+1≤v≤nl),]]>yns(j)=yv(nl+1≤v≤ns)]]>為與j有關(guān)的變量下標(biāo)序號變換函數(shù)；yme(i)=yu(ns+1≤u≤me),]]>yml(i)=yu(me+1≤u≤ml),]]>yms(i)=yu(ml+1≤u≤ms)]]>為與i有關(guān)的變量下標(biāo)序號變換函數(shù)；yv，yu(v＝1，…，ns；u＝ns+1，…，ms)分別為與原線性規(guī)劃的需求和部署作戰(zhàn)飛機約束條件的影子價格或機會成本有關(guān)的決策變量；由于原始線性規(guī)劃解決的是與部署點j和集結(jié)點i(i＝1，…，m；j＝1，…，n)的約束條件有關(guān)的資源最優(yōu)利用問題，所以對偶規(guī)劃解決的則是估計使部署點j和集結(jié)點i(i＝1，…，m；j＝1，…，n)的約束條件滿足必須付出的代價問題，即用價問題，而影子價格yv和yu反映的正是使部署點j和集結(jié)點i(i＝1，…，m；j＝1，…，n)的約束條件滿足必須付出的成本，通過使與成本有關(guān)的目標(biāo)函數(shù)值最小化(或最大化)，影子價格可以用來比較各個約束條件對目標(biāo)函數(shù)值的貢獻或?qū)@種貢獻影響進行等價分析，某一約束條件影子價格的含義是當(dāng)它所對應(yīng)的約束條件右端的常數(shù)增加一個單位時，原問題目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)值增加的數(shù)值，影子價格越大，表明該約束條件對指揮控制方案的最低運載力的影響越大，滿足該條件的困難越大，因此，通過比較影子價格與實際目標(biāo)函數(shù)值，可以研究原線性規(guī)劃約束條件的變化能否使目標(biāo)函數(shù)獲得增益。
具體實施例方式
實施舉例在信息化戰(zhàn)爭中，作戰(zhàn)飛機的部署能力是戰(zhàn)斗力的一個重要組成部分，對龐大的戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機部署能力和時間的需求，使得實施戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機部署的指揮控制成為至關(guān)重要的任務(wù)。假定用16架、平均時速為70公里的作戰(zhàn)飛機作為一個作戰(zhàn)飛機批次，從6個集結(jié)點向14個部署點部署指定量的作戰(zhàn)飛機，集結(jié)點與部署點之間飛行路徑的長度、集結(jié)點作戰(zhàn)飛機的可部署量和部署點對作戰(zhàn)飛機的需求量的上下限如表1所示，這里令所有飛行路徑無阻礙飛行概率pij(t)均為1，dij＝rij/pij(t)，因此在不同集結(jié)點與部署點之間的實際飛行路徑長度與等效飛行路徑長度相等，即rij與dij相等。
表1集結(jié)點與部署點之間飛行路徑長度、部求量(單位公里、架)

根據(jù)上述線性規(guī)劃及指揮控制模型和相關(guān)的對偶線性規(guī)劃模型，通過單純形算法計算出的最小時間作戰(zhàn)飛機部署的指揮控制方案如表2所示。
表2最小時間部署指揮控制方案(單位架、架公里、批次、分鐘)


*完成部署任務(wù)耗費的最小時間通過對指揮控制方案(表2)分析可知，完成部署任務(wù)需要的作戰(zhàn)飛機批次總數(shù)為49、時間為39.43分鐘，01～06集結(jié)點需要的作戰(zhàn)飛機批次分別為11、16、14、2、4和12，因此必須對02、03和06集結(jié)點實施重點保護，進一步分析可知，從03集結(jié)點向10部署點部署36架作戰(zhàn)飛機所花費的39.43分鐘是制約整個部署任務(wù)更快完成的瓶頸，如果用速度更快的作戰(zhàn)飛機來完成這部分部署，則可將完成整個部署任務(wù)的時間縮短為25.71分鐘，減少量為34.80％。
從對需求量約束條件Dv(v＝1，…，18)影子價格的分析可知，價格的大小真實反映了相關(guān)約束條件滿足的難易程度，影子價格為0是指在特定的取值范圍內(nèi)，相關(guān)的約束條件對目標(biāo)函數(shù)值不構(gòu)成影響，最易滿足，即該資源不緊缺，若再增加這種資源也不會使目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值進一步降低，又例如，為了滿足約束條件D10，向10部署點部署作戰(zhàn)飛機耗時39.43分鐘，該約束條件的影子價格為最大值37，說明該條件最難滿足，用類似的方法可以按Dv滿足的難易程度，從難到易排序D10，D8，D16，D5，D3，D9，……，從對部署量約束條件Su(u＝19，…，29)影子價格的分析可知，它們的影子價格均為0，因此，在特定的取值范圍內(nèi)，改變Su的值對目標(biāo)函數(shù)值不構(gòu)成影響，必須指出，影子價格不是固定不變的，會隨著Dv和Su的變化而改變，使原來不構(gòu)成影響的資源變成有影響的資源，通過對影子價格的分析，可以有針對性的調(diào)整約束條件，達到降低運載量及飛行時間的目的，由于影子價格是在特定的約束條件下求出的結(jié)果，只有在其有效區(qū)間中，價格才具有相對穩(wěn)定性。
從完成任務(wù)后每個集結(jié)點的剩余作戰(zhàn)飛機量可以看出，02集結(jié)點的作戰(zhàn)飛機已全部用完，明顯偏低，而04集結(jié)點的作戰(zhàn)飛機量明顯偏大，根據(jù)對偶分析，它們的約束條件的影子價格均為0，這一事實說明如果02集結(jié)點有更多的作戰(zhàn)飛機，04集結(jié)點有更少的作戰(zhàn)飛機，就可能獲得更好的部署計劃，所以有針對性的調(diào)整約束條件的上限S25從200增加到400，同時使S27從400減少到200，求出的最小時間部署的改進方案如表3所示。
表3最小時間部署指揮控制的改進方案(單位架、架公里、批次、分鐘)

*完成部署任務(wù)需要的最小時間通過對表3的分析可知，完成部署任務(wù)需要的時間縮短為31.71分鐘，減幅為19.58％，總運載量減少為13739架公里，減幅為8.73％，對偶分析表明影子價格沒有任何變化，但改進后的方案更好，因此，還可以用上述方法對每個集結(jié)點的作戰(zhàn)飛機進行合理的配置，實現(xiàn)可部署作戰(zhàn)飛機數(shù)量的最優(yōu)管理。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制方法，涉及軍事及相關(guān)領(lǐng)域，指揮控制的對象為所有戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機，該方法根據(jù)從不同集結(jié)點到不同部署點的飛行路徑的長度、飛行路徑無阻礙飛行概率、集結(jié)點作戰(zhàn)飛機的可部署量和部署點對作戰(zhàn)飛機的需求量、作戰(zhàn)飛機批次的速度和所含架數(shù)，構(gòu)造以部署所有作戰(zhàn)飛機耗費時間最小為目標(biāo)的指揮控制模型，并用線性規(guī)劃、線性規(guī)劃的對偶規(guī)劃方法來求解該模型，再通過二維表格對求解結(jié)果進行不斷改進，直至最終獲得符合快速部署時間要求的指揮控制方案，該方案適用于所有戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機的快速部署的指揮控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制方法，其特征在于所述指揮控制的對象為所有戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機是指將所有戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機作為指揮控制的對象，所述指揮控制是指根據(jù)戰(zhàn)場對作戰(zhàn)飛機的實際需求，設(shè)計將戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機從不同的集結(jié)點部署到不同的部署點，并且使需要的總飛行時間或總運載能力為最小的、可供實施的方案。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制方法，其特征在于所述該方法根據(jù)從不同集結(jié)點到不同部署點的飛行路徑的長度、飛行路徑無阻礙飛行概率、集結(jié)點作戰(zhàn)飛機的可部署量和部署點對作戰(zhàn)飛機的需求量、作戰(zhàn)飛機批次的速度和所含架數(shù)是指通過這些參數(shù)可以建立一個戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機部署的供求系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上獲得對戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機部署實施指揮控制的方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制方法，其特征在于所述飛行路徑無阻礙飛行概率是指復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境可能對作戰(zhàn)飛機的飛行路徑的通行能力造成影響，從而降低作戰(zhàn)飛機的通行速度，對于以部署作戰(zhàn)飛機耗費時間最小為目標(biāo)的指揮控制來說，這種降低相當(dāng)于增加了飛行路徑的長度，稱增加后的飛行路徑長度為等效路徑長度，飛行路徑無阻礙飛行概率是以時間作為變量的函數(shù)，而等效飛行路徑長度則是以實際飛行路徑長度和相關(guān)的飛行路徑無阻礙飛行概率作為變量的函數(shù)，當(dāng)飛行路徑無阻礙飛行概率為1時，實際飛行路徑長度與等效飛行路徑長度相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制方法，其特征在于所述構(gòu)造以部署所有作戰(zhàn)飛機耗費時間最小為目標(biāo)的指揮控制模型是指該指揮控制模型的目標(biāo)函數(shù)的目標(biāo)為使部署所有作戰(zhàn)飛機耗費時間最小，但當(dāng)所有路徑的飛行路徑無阻礙飛行概率均為1時，該指揮控制模型的目標(biāo)函數(shù)的目標(biāo)同時還為使部署所有作戰(zhàn)飛機需要的運載能力為最小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制方法，其特征在于所述并用線性規(guī)劃、線性規(guī)劃的對偶規(guī)劃方法來求解該模型，再通過二維表格對求解結(jié)果進行不斷改進，直至最終獲得符合快速部署時間要求的指揮控制方案是指通過求解線性規(guī)劃和求解線性規(guī)劃的對偶規(guī)劃的方法來求解指揮控制模型，可以分別獲得從不同集結(jié)點部署作戰(zhàn)飛機到不同部署點需要的最小時間、與不同集結(jié)點和不同部署點約束條件有關(guān)的影子價格，再將求解的結(jié)果填入一種二維指揮控制表格中，根據(jù)對該二維指揮控制表格的分析，并通過根據(jù)影子價格、時間瓶頸對相關(guān)參數(shù)進行調(diào)整，不斷求解不斷改進，直至最終獲得符合戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署時間要求的指揮控制方案。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制方法，其特征在于所述并用線性規(guī)劃、線性規(guī)劃的對偶規(guī)劃方法來求解該模型，再通過二維表格對求解結(jié)果進行不斷改進，直至最終獲得符合快速部署時間要求的指揮控制方案是指可通過作為指揮控制方案的二維表格中的不同區(qū)域來描述從每個集結(jié)點到每個部署點部署的作戰(zhàn)飛機的數(shù)量、每個部署點需要運載力的大小、作戰(zhàn)飛機的批次、部署耗費的最小時間和相關(guān)的影子價格，每個集結(jié)點可部署作戰(zhàn)飛機的數(shù)量、剩余作戰(zhàn)飛機數(shù)量的變化情況和相關(guān)的影子價格以及部署所有作戰(zhàn)飛機耗費的最小時間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制方法，其特征在于所述該方法根據(jù)從不同集結(jié)點到不同部署點的飛行路徑的長度、飛行路徑無阻礙飛行概率、集結(jié)點作戰(zhàn)飛機的可部署量和部署點對作戰(zhàn)飛機的需求量、作戰(zhàn)飛機批次的速度和所含架數(shù)，構(gòu)造以部署所有作戰(zhàn)飛機耗費時間最小為目標(biāo)的指揮控制模型，并用線性規(guī)劃、線性規(guī)劃的對偶規(guī)劃方法來求解該模型是指下述對戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制的問題分析，但下述的數(shù)學(xué)公式、推導(dǎo)過程、計算結(jié)果以及應(yīng)用方法適用于對所有戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制，假定戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署問題可以用由m個供應(yīng)作戰(zhàn)飛機的集結(jié)點和n個需求作戰(zhàn)飛機的部署點、并且在不同的供求結(jié)點之間存在一條部署作戰(zhàn)飛機的路徑的網(wǎng)絡(luò)來描述，從集結(jié)點i向部署點j部署的作戰(zhàn)飛機數(shù)量為xij，飛行路徑無阻礙飛行概率為pij(t)，飛行路徑的實際長度為rij，飛行路徑的等效長度為dij，飛行路徑無阻礙飛行概率是指復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境可能對作戰(zhàn)飛機飛行路徑的通行能力造成影響，從而降低作戰(zhàn)飛機的通行速度，對于以部署作戰(zhàn)飛機耗費時間最小為目標(biāo)的指揮控制來說，這種降低相當(dāng)于增加了飛行路徑的長度，稱增加后的飛行路徑長度為等效路徑長度，飛行路徑無阻礙飛行概率是以時間作為變量的函數(shù)，而等效飛行路徑長度則是以實際飛行路徑長度和相關(guān)的飛行路徑無阻礙飛行概率作為變量的函數(shù)，當(dāng)飛行路徑無阻礙飛行概率為1時，實際飛行路徑長度與等效飛行路徑長度相等，需要解決的問題是設(shè)計一個從m個集結(jié)點部署作戰(zhàn)飛機到n個部署點，同時使部署所有作戰(zhàn)飛機花費的運載能力以及耗費的時間為最小的部署計劃，并且計算出每個集結(jié)點部署作戰(zhàn)飛機所需要批次的數(shù)量，相關(guān)的作戰(zhàn)飛機部署指揮控制模型及線性規(guī)劃方程如下目標(biāo)函數(shù)minZ=Σi=1mΣj=1ndijxij]]>部署點對作戰(zhàn)飛機需求量的等于約束條件Σi=1mxie=De,]]>(e＝1，…，ne)部署點對作戰(zhàn)飛機需求量的小于約束條件Σi=1mxil≤Dl,]]>(l＝ne+1，…，nl)部署點對作戰(zhàn)飛機需求量的大于約束條件Σi=1mxis≥Ds,]]>(s＝nl+1，…，ns)集結(jié)點可供部署作戰(zhàn)飛機量的等于約束條件Σj=1nxej=Se,]]>(e＝ns+1，…，me)集結(jié)點可供部署作戰(zhàn)飛機量的小于約束條件Σj=1nxlj≤Sl,]]>(l＝me+1，…，ml)集結(jié)點可供部署作戰(zhàn)飛機量的大于約束條件Σj=1nxsj≥Ss,]]>(s＝ml+1，…，ms)非負(fù)約束條件xij≥0，(i＝1，…，m；j＝1，…，n)與部署點需求約束有關(guān)的量的分類Dv=De,(1≤v≤ne)Dl,(ne+1≤v≤nl)Ds,(nl+1≤v≤ns)]]>與集結(jié)點可供部署約束有關(guān)的量的分類Su=Se,(ns+1≤u≤me)Sl,(me+1≤u≤ml)Ss,(ml+1≤u≤ms)]]>飛行路徑的等效長度為dij＝f(rij，pij(t))，(0＜pij(t)≤1；i＝1，…，m；j＝1，…，n)集結(jié)點i(i＝1，…m)需要部署的作戰(zhàn)飛機批次的數(shù)量Vi 從集結(jié)點i(i＝1，…m)部署作戰(zhàn)飛機到部署點j(j＝1，…n)所耗費的時間Tij=dijC]]>完成所有作戰(zhàn)飛機部署所耗費的最少時間min T＝max{Tij}其中m為部署作戰(zhàn)飛機的集結(jié)點總數(shù)；n為需求作戰(zhàn)飛機的部署點總數(shù)；rij為集結(jié)點i(i＝1，…m)與部署點j(j＝1，…n)之間的飛行路徑的實際長度(單位公里)；pij(t)為集結(jié)點i(i＝1，…m)與部署點j(j＝1，…n)之間的飛行路徑無阻礙飛行概率，是以時間t作為變量的函數(shù)；dij為集結(jié)點i(i＝1，…m)與部署點j(j＝1，…n)之間的飛行路徑的等效長度(單位公里)，當(dāng)pij(t)＝1時，rij與dij相等；e為等于約束條件的等于量的序號；l為小于約束條件上限的序號；s為大于約束條件下限的序號；ne為與部署點需求量有關(guān)的等于約束條件的等于量的最大序號；nl為與部署點需求量有關(guān)的小于約束條件上限的最大序號；ns為與部署點需求量有關(guān)的大于約束條件下限的最大序號；De為與部署點需要作戰(zhàn)飛機的數(shù)量有關(guān)的量(e＝1，…，ne)(單位架)；Dl為與部署點需要作戰(zhàn)飛機數(shù)量有關(guān)的上限(l＝ne+1，…，nl)(單位架)；Ds為與部署點需要作戰(zhàn)飛機數(shù)量有關(guān)的下限(s＝nl+1，…，ns)(單位架)；me為與集結(jié)點部署量有關(guān)的等于約束條件的等于量的最大序號；ml為與集結(jié)點部署量有關(guān)的小于約束條件上限的最大序號；ms為與集結(jié)點部署量有關(guān)的大于約束條件下限的最大序號；Se為與集結(jié)點所能部署作戰(zhàn)飛機的數(shù)量有關(guān)的量(e＝ns+1，…，me)(單位架)；Sl為與集結(jié)點所能部署作戰(zhàn)飛機數(shù)量有關(guān)的上限(l＝me+1，…，ml)(單位架)；Ss為與集結(jié)點所能部署作戰(zhàn)飛機數(shù)量有關(guān)的下限(s＝ml+1，…，ms)(單位架)；Vl為部署作戰(zhàn)飛機的集結(jié)點i(i＝1，…m)部署作戰(zhàn)飛機需要的批次數(shù)量；L為每個批次部署作戰(zhàn)飛機的能力(單位架)；C為每個批次部署作戰(zhàn)飛機的速度(單位公里/小時)；上述模型表明在通過線性規(guī)劃求得min Z值的基礎(chǔ)上，可以計算出每個集結(jié)點必須向相關(guān)部署點部署的作戰(zhàn)飛機數(shù)量xij，再根據(jù)每一批次所含作戰(zhàn)飛機架數(shù)L，即可計算出每個集結(jié)點需要部署的作戰(zhàn)飛機批次Vi，最后根據(jù)每一批次部署作戰(zhàn)飛機的速度C以及在集結(jié)點與部署點之間的最長路徑，又可計算出完成整個作戰(zhàn)飛機部署任務(wù)所耗費的最短時間T，從而實現(xiàn)對戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制，為了合理設(shè)置約束條件、提高可解性、更好地利用上述線性規(guī)劃模型，給出該模型的對偶線性規(guī)劃模型如下目標(biāo)函數(shù)maxG=Σv=1neDvyv+Σv=ne+1nlDvyv+Σv=nl+1nsDvyv+Σu=ns+1meSuyu+Σu=me+1mlSuyu+Σu=ml+1msSuyu]]>約束條件Deyne(j)+Dlynl(j)+Dsyns(j)+Seyme(i)+Slyml(i)+Ssyms(i)≤dij(i=1,···,m;j=1,···,n)]]>非負(fù)約束條件yml(i),ynl(j)≤0(i=1,···,m;j=1,···,n)]]>非正約束條件yms(i),yns(j)≥0(i=1,···,m;j=1,···,n)]]>其中yne(j)=yv(1≤v≤ne),ynl(j)=yv(ne+1≤v≤nl),yns(j)=yv(nl+1≤v≤ns)]]>為與j有關(guān)的變量下標(biāo)序號變換函數(shù)；yme(i)=yu(ns+1≤u≤me),yml(j)=yu(me+1≤u≤ml),yms(i)=yu(ml+1≤u≤ms)]]>為與i有關(guān)的變量下標(biāo)序號變換函數(shù)；yv，yu(v＝1，…，ns；u＝ns+1，…，ms)分別為與原線性規(guī)劃的需求和部署作戰(zhàn)飛機約束條件的影子價格或機會成本有關(guān)的決策變量；由于原始線性規(guī)劃解決的是與部署點j和集結(jié)點i(i＝1，…，m；j＝1，…，n)的約束條件有關(guān)的資源最優(yōu)利用問題，所以對偶規(guī)劃解決的則是估計使部署點j和集結(jié)點i(i＝1，…，m；j＝1，…，n)的約束條件滿足必須付出的代價問題，即用價問題，而影子價格yv和yu反映的正是使部署點j和集結(jié)點i(i＝1，…，m；j＝1，…，n)的約束條件滿足必須付出的成本，通過使與成本有關(guān)的目標(biāo)函數(shù)值最小化(或最大化)，影子價格可以用來比較各個約束條件對目標(biāo)函數(shù)值的貢獻或?qū)@種貢獻影響進行等價分析，某一約束條件影子價格的含義是當(dāng)它所對應(yīng)的約束條件右端的常數(shù)增加一個單位時，原問題目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)值增加的數(shù)值，影子價格越大，表明該約束條件對指揮控制方案的最低運載力的影響越大，滿足該條件的困難越大，因此，通過比較影子價格與實際目標(biāo)函數(shù)值，可以研究原線性規(guī)劃約束條件的變化能否使目標(biāo)函數(shù)獲得增益。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制方法，其特征在于所述該方法根據(jù)從不同集結(jié)點到不同部署點的飛行路徑的長度、飛行路徑無阻礙飛行概率、集結(jié)點作戰(zhàn)飛機的可部署量和部署點對作戰(zhàn)飛機的需求量、作戰(zhàn)飛機批次的速度和所含架數(shù)，構(gòu)造以部署所有作戰(zhàn)飛機耗費時間最小為目標(biāo)的指揮控制模型，并用線性規(guī)劃、線性規(guī)劃的對偶規(guī)劃方法來求解該模型，再通過二維表格對求解結(jié)果進行不斷改進，直至最終獲得符合快速部署時間要求的指揮控制方案是指如果求得的指揮控制方案不能滿足預(yù)定的時間要求，則可以通過二維指揮控制表，對原線性規(guī)劃以及對偶規(guī)劃的結(jié)果進行分析，來確定影響戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機部署總時間的瓶頸，再通過對集結(jié)點的作戰(zhàn)飛機數(shù)量進行合理配置、增加作戰(zhàn)飛機批次的數(shù)量以及采用不同的速度的作戰(zhàn)飛機等手段，來消除時間瓶頸，并重復(fù)這一過程，直至使完成戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機部署的總時間符合預(yù)定的要求，這一過程可用下述實例來描述，但在實例中所描述的數(shù)學(xué)公式、計算結(jié)果、各種表格以及應(yīng)用方法適用于對所有戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制，假定用16架、平均時速為70公里的作戰(zhàn)飛機作為一個作戰(zhàn)飛機批次，從6個集結(jié)點向14個部署點部署指定量的作戰(zhàn)飛機，集結(jié)點與部署點之間飛行路徑的長度、集結(jié)點作戰(zhàn)飛機的可部署量和部署點對作戰(zhàn)飛機的需求量的上下限如表1所示，這里令所有飛行路徑無阻礙飛行概率pij(t)均為1，dij＝rij/pij(t)，因此在不同集結(jié)點與部署點之間的實際飛行路徑長度與等效飛行路徑長度相等，即rij與dij相等，表1集結(jié)點與部署點之間飛行路徑長度、部求量(單位公里、架)
根據(jù)上述線性規(guī)劃及指揮控制模型和相關(guān)的對偶線性規(guī)劃模型，通過單純形算法計算出的最小時間作戰(zhàn)飛機部署的指揮控制方案如表2所示，表2最小時間部署指揮控制方案(單位架、架公里、批次、分鐘)
*完成部署任務(wù)耗費的最小時間通過對指揮控制方案(表2)分析可知，完成部署任務(wù)需要的作戰(zhàn)飛機批次總數(shù)為49、時間為39.43分鐘，01～06集結(jié)點需要的作戰(zhàn)飛機批次分別為11、16、14、2、4和12，因此必須對02、03和06集結(jié)點實施重點保護，進一步分析可知，從03集結(jié)點向10部署點部署36架作戰(zhàn)飛機所花費的39.43分鐘是制約整個部署任務(wù)更快完成的瓶頸，如果用速度更快的作戰(zhàn)飛機來完成這部分部署，則可將完成整個部署任務(wù)的時間縮短為25.71分鐘，減少量為34.80％，從對需求量約束條件Dv(v＝1，…，18)影子價格的分析可知，價格的大小真實反映了相關(guān)約束條件滿足的難易程度，影子價格為0是指在特定的取值范圍內(nèi)，相關(guān)的約束條件對目標(biāo)函數(shù)值不構(gòu)成影響，最易滿足，即該資源不緊缺，若再增加這種資源也不會使目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值進一步降低，又例如，為了滿足約束條件D10，向10部署點部署作戰(zhàn)飛機耗時39.43分鐘，該約束條件的影子價格為最大值37，說明該條件最難滿足，用類似的方法可以按Dv滿足的難易程度，從難到易排序D10，D8，D16，D5，D3，D9，……，從對部署量約束條件Su(u＝19，…，29)影子價格的分析可知，它們的影子價格均為0，因此，在特定的取值范圍內(nèi)，改變Su的值對目標(biāo)函數(shù)值不構(gòu)成影響，必須指出，影子價格不是固定不變的，會隨著Dv和Su的變化而改變，使原來不構(gòu)成影響的資源變成有影響的資源，通過對影子價格的分析，可以有針對性的調(diào)整約束條件，達到降低運載量及飛行時間的目的，由于影子價格是在特定的約束條件下求出的結(jié)果，只有在其有效區(qū)間中，價格才具有相對穩(wěn)定性，從完成任務(wù)后每個集結(jié)點的剩余作戰(zhàn)飛機量可以看出，02集結(jié)點的作戰(zhàn)飛機已全部用完，明顯偏低，而04集結(jié)點的作戰(zhàn)飛機量明顯偏大，根據(jù)對偶分析，它們的約束條件的影子價格均為0，這一事實說明如果02集結(jié)點有更多的作戰(zhàn)飛機，04集結(jié)點有更少的作戰(zhàn)飛機，就可能獲得更好的部署計劃，所以有針對性的調(diào)整約束條件的上限S25從200增加到400，同時使S27從400減少到200，求出的最小時間部署的改進方案如表3所示，表3最小時間部署指揮控制的改進方案(單位架、架公里、批次、分鐘)
*完成部署任務(wù)需要的最小時間通過對表3的分析可知，完成部署任務(wù)需要的時間縮短為31.71分鐘，減幅為19.58％，總運載量減少為13739架公里，減幅為8.73％，對偶分析表明影子價格沒有任何變化，但改進后的方案更好，因此，還可以用上述方法對每個集結(jié)點的作戰(zhàn)飛機進行合理的配置，實現(xiàn)可部署作戰(zhàn)飛機數(shù)量的最優(yōu)管理。
全文摘要
本發(fā)明涉及戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機快速部署的指揮控制方法，涉及軍事及相關(guān)領(lǐng)域，指揮控制的對象為所有戰(zhàn)場作戰(zhàn)飛機，該方法根據(jù)從不同集結(jié)點到不同部署點的飛行路徑的長度、飛行路徑無阻礙飛行概率、集結(jié)點作戰(zhàn)飛機的可部署量和部署點對作戰(zhàn)飛機的需求量、作戰(zhàn)飛機批次的速度和所含架數(shù)，構(gòu)造以部署所有作戰(zhàn)飛機耗費時間最小為目標(biāo)的指揮控制模型，并用線性規(guī)劃、線性規(guī)劃的對偶規(guī)劃方法來求解該模型，再通過二維表格對求解結(jié)果進行不斷改進，直至最終獲得符合快速部署時間要求的指揮控制方案，該方法具有應(yīng)用廣泛和明顯提高戰(zhàn)斗力等特點，本發(fā)明進一步涉及實現(xiàn)這種方法的技術(shù)。
文檔編號G06Q50/00GK1845142SQ20061004024
公開日2006年10月11日 申請日期2006年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月12日
發(fā)明者朱澤生, 孫玲 申請人:孫玲