基于信息-决策影响因素的兰彻斯特作战模型

基于信息-决策影响因素的兰彻斯特作战模型∗
蔡理金;戴光华;许晓峰;马化龙
【摘要】为有效评估信息因素和决策因素对现代作战进程的影响，改进了传统的兰彻斯特方程作战模型，通过引入信息获取能力指数和筹划决策能力指数，建立了基于信息-决策影响因素的兰彻斯特作战模型，并分3种假设情况进行了仿真。

仿真结果表明，该作战模型一定程度上反映了信息因素和决策因素对作战的影响，体现了现代作战的基本致胜机理。

%In order to effectively estimate the influence of information and decision-making factors on modern operation process, the paper improve the Lanchester operation model and establish the Lanchester operation model base on information and decision-making impact factors through introducing the index of information and decision-making. Then simulations are made based on 3 hypothesizes. Simulation results show that the ameliorated model reflects the influence of information and decision-making factors on modern operation to a certain extent, and embodies the basic winning mechanism of modern oper-ation.
【期刊名称】《指挥控制与仿真》
【年(卷),期】2016(038)004
【总页数】4页(P18-21)
【关键词】信息获取;筹划决策;兰彻斯特作战模型
【作者】蔡理金;戴光华;许晓峰;马化龙
【作者单位】国防信息学院，湖北武汉 430010;国防信息学院，湖北武汉430010;国防信息学院，湖北武汉 430010;国防信息学院，湖北武汉 430010【正文语种】中文
【中图分类】E917
随着信息技术的快速发展并广泛应用于军事领域,现代战争的形态和致胜机理发生
了质的改变。

从伊拉克战争、阿富汗战争到利比亚战争,诸多现代局部战争实例已
经证明,信息化条件下作战不再是单一武器装备或者单一兵种的对抗,而是基于信息
系统的体系对抗。

为掌握作战主动权,作战双方运用信息系统获取信息优势,并将信
息优势转化为决策和行动优势,最终赢得战争胜利[1-2]。

兰彻斯特方程是一种研究战争、分析战争的重要建模工具[3]。

它可较为合理地模
拟发生在地面上的机械化战争的进程和结果,但难以仿真具有信息主导、以快吃慢
制胜机理的现代战争,其仿真结果往往与作战进程不符。

例如,在海湾战争的“沙漠
风暴”行动开始前,一些军事专家用兰彻斯特战争模型预测作战进程,结果与实际大
相径庭。

本文着眼现代作战特点,构建基于信息-决策影响因素的兰彻斯特方程作战模型,定量描述和分析信息与决策因素对现代作战影响。

经典兰彻斯特方程对战争中的两种战术情况进行了研究。

第1种情况为线性律。

前提条件是双方在隐蔽的条件下,运用面火力对对方面阵地实施火力杀伤,双方兵力
数量的变化符合线性律[4]。

兰彻斯特线性律方程的数学模型为
式中,R(t)、B(t)分别为红蓝双方兵力数;αl、βl分别为红蓝双方战斗单元作战效能。

第2种情况为平方律。

其建立在现代战斗模型基础上,前提条件是双方在完全暴露
的条件下,运用瞄准火力,针对单个目标进行打击,双方兵力损耗与对方兵力成正比,兵力变化符合平方律[5-6]。

兰彻斯特平方律方程的数学模型为
式中,R(t)、B(t)分别为红蓝双方兵力数;αs、βs分别为红蓝双方战斗单元作战效能。

2.1 模型构建
经典兰彻斯特方程是建立在信息和决策对称的基础之上,无法反映出信息因素、决策因素等对现代作战的影响。

但信息获取、筹划决策、部队行动是现代作战指挥的三个相互关联的关键环节。

信息获取是筹划决策和部队行动的基础;筹划决策依赖于信息获取内容,又决定了行动实施的方法步骤;部队行动间接依赖于信息获取能力,直接取决于指挥员和指挥机构筹划决策的内容。

虽然以上三个方面具有关联性,但各个环节实施主体不同,情报获取主要由情报部门主责,作战行动的筹划决策主要由指挥员和作战部门主责,不同主体的能力素质对于该环节效果具有重要影响,因此,以上各方面相互间并不存在绝对的制约关系。

例如,信息获取能力强并不等于筹划决策一定合理,而筹划决策合理并不意味着部队行动一定合理。

因此,为研究以上三个因素对作战进程的影响,基于以上考虑,在保证模型相对合理的前提下,为简化建模复杂度,特做如下假设:
1)各因素影响相互独立。

信息获取、筹划决策、部队行动等各个因素对作战进行影响相互独立;
2)决策和行动时间一致。

部队筹划决策领先即部队行动领先,先行筹划决策即先行展开行动;
3)一定时期内决策的稳定性。

虽然在作战全流程中,决策将依据战场态势不断调整,但在一定时期内,可认为决策具有相对稳定性。

基于以上分析和假设,在经典兰彻斯特方程中引入信息因子和决策因子,建立反映信息-决策影响因素的兰彻斯特作战模型,如式(3)。

式中,Ir和Ib分别为红蓝双方信息获取能力指数,0≤Ir≤1,0≤Ib≤1;δ和ρ分别为红蓝双方非战斗减员系数;u和v分别为红蓝双方的兵力补充速度;g(t)和f(t)分别为红蓝双方筹划决策能力指数,反映筹划决策对作战的影响,表达式为
式(4)和(5)中,t1、t2反映了筹划决策延时,依据假设2),此延时也反映了作战双方行
动的延时,N1、N2反映了筹划决策的合理性, T反映了作战用时。

式(3)中,当Ir=Ib=1时,表示双方完全获取对方信息,即可认为双方在完全暴露的情
况下,该方程符合兰彻斯特平方律方程。

当Ir=Ib=0时,表示双方完全没有获取对方信息,即可认为双方都处于隐蔽状态下,该方程符合第二线性率方程。

下面,基于模型(3),分别分析信息获取和筹划决策因素对作战进程的影响。

2.2 仿真实验及结果分析
在不考虑红蓝双方非战斗减员和兵力补充速度的前提下,运用Matlab软件编写模
型算法,分3种假设情况进行仿真。

1)仿真假设1:红方信息获取能力优于蓝方,蓝方兵力优势红方,双方战斗单元的作战
效能和决策能力相当,分析信息获取能力对作战进程的影响。

仿真条件:红方兵力
R0=7,B0=10,t1=t2=0,N1=N2=1,αl=βl=0.001,αs=βs=0.1,Ir分别为0.9和0.6时,对应Ib分别为0.2和0.5时,仿真结果如图1和图2所示。

从图1可知,在红方兵力处于劣势,但红方信息获取能力明显优于蓝方时,红方可以损失2.2个单位的作战力量,在大约20个时间单位的情况下击败蓝军。

可见,在兵力
一方信息获取能力处于绝对优势时,能以较小代价赢得战争胜利。

但从图2可看出,当红蓝双方信息获取能力相差不大时,双方初始兵力对于战争胜负起着决定性作用。

与红方拥有绝对的信息获取优势不同,在双方信息获取能力相差不大时,拥有初始兵
力优势的蓝方将以牺牲3.6个单位的作战力量,在18个作战时间内消灭红方。

2)仿真假设2:双方初始兵力数量和信息获取能力相当,筹划决策合理性相当,但蓝方
战斗单元的作战效能强于红方,分析筹划决策速度对于作战进程的影响。

仿真条件:红蓝双方兵力
R0=B0=10,Ir=Ib=0.5,N1=N2=1,αl=0.05,βl=0.1,αs=0.005,βs=0.01。

当红方和蓝方决策同步,即t1-t2=0时,仿真结果如图1。

当蓝方决策和行动滞后于红方,仿真
结果如图2和3,其中,图2和图3分别为t1-t2=2.5、t1-t2=5时的仿真结果。

从图3中可知,当红蓝双方筹划决策同步进行时,拥有火力优势的蓝方可以损失5个单位作战力量,在大约16个时间单位的情况下消灭红方。

可见,在对抗双方同步展开筹划决策和行动时,拥有火力优势的一方将获胜。

从图4可看出,当蓝方的筹划决策和行动滞后于红方3个时间单位时,红方将以损失8个力量单位的代价,在大约20个时间单位的情况下消灭蓝方。

可见,加快筹划决策和行动速度可弥补武器装备方面的不足,达到以弱胜强的目的。

从图5中可看出,当蓝方的筹划决策和行动落后于红方5个时间单位时,红方将以损失5个力量单位的代价,在大约16个时间单位的情况下消灭蓝方。

因此,随着蓝方筹划决策和行动迟滞时间的增长,红方获胜所需消耗的兵力将快速减少。

3)仿真假设3:红蓝双方兵力数量和战斗单元的作战效能相当,双方决策和行动速度相差一定时,分析在蓝方有信息获取优势的情况下,双方筹划决策的合理性对作战结果的影响。

仿真条件:双方初始兵力R0=B0=10,αl=βl=0.001,αs=βs=0.1,t1-t2=3。

在
Ib=0.9,Ir=0.2情况下,取N1=N2=1时的仿真结果如图6所示,取N1=3、N2=1时的仿真结果如图7所示。

从图6中可知,当蓝方拥有信息获取优势,且蓝方筹划决策合理性与红方基本相当时,即使红方拥有一定的快速决策和行动优势,蓝方仍然可以损失5个单位作战力量,在大约18个时间单位的情况下消灭红方。

从图7可看出,当红方筹划决策和行动速度不仅比蓝方更快,而且筹划决策较之蓝方更加合理时,虽然蓝方拥有信息获取优势,但是红方却能以损失约6.7个的单位的作战力量消灭蓝方,最终获得作战的胜利。

从仿真结果可知,作战双方在筹划决策时,不仅要注重筹划决策的速度,而且要注重筹划决策的科学性,两者对作战最终结局都有重要影响。

这一点对我军打赢现代战争具有重要启示作用。

我军要加强对敌方弱点分析,科学筹划、先敌行动、把握主动,发
挥我军优势,破击体系,直击要害,才是与强敌作战的取胜之道。

从仿真结果可以看出,信息获取能力和筹划决策
能力是现代战争获胜的两个重要因素。

在双方筹划决策能力相当的前提下,兵力处于劣势的一方可以通过提高信息获取能力,使战场态势对于己方呈现较高的透明度,在作战中灵活运用兵力,趋利避害,进而获得战争的胜利。

从结果还可看出,筹划决策的速度和合理性同样对战争的结局有较大影响。

在作战双方筹划决策的合理性相当的情况下,武器装备处于劣势的一方,可以通过提高筹划决策和行动速度,掌握作战的主动权,并凭借加快决策和行动的速度,降低自身消耗赢得作战的胜利。

在作战双方筹划决策和行动速度相当的情况下,信息获取能力较弱的一方,可以通过提高筹划决策的合理性赢得作战的胜利。

这与现代战争基于信息系统体系作战的理念一致,在作战中,要将信息获取优势转化为筹划决策优势,进而转化为部队行动优势,才能始终掌握作战主动权,进而获取作战胜利。

因此,一方面我军要加强指挥信息系统建设,提高指挥信息系统的技术性能,同时也要加强指挥参谋人员的指挥信息系统技能运用训练,提高科学运用指挥信息系统实施辅助决策、指挥打仗的能力,将信息获取优势转化为筹划决策优势,进而形成整体的作战优势。

戴光华(1983-),男,博士研究生。

【相关文献】
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