一种基于合作博弈的战备完好性评估方法及装置

本发明涉及数据处理
技术领域：
，尤其涉及一种基于合作博弈的战备完好性评估方法及装置。
背景技术：
：战备完好性是指装备系统/设备在平时和战时使用条件下，遂行所承担全部任务的能力。相关人员需要实时掌握特定军事系统的战备完好性状态信息，作出相应的指挥决策。战备完好性状态信息的获取需要战备完好性评估技术来支撑，因此如何有效评估战备完好性是实现作战迅速响应的关键。而我国尚未针对战备完好性形成高效的综合评估方法、评估体系和评估标准，目前使用较多的计算可用性的方法为计算系统能工作时间占总任务时间的百分比，这种评估方法难以准确反映系统的实际状态，无法满足我国舰船出航的任务保障的需求。综上，如何构建准确反映系统实际状态的战备完好性评估方法是亟待解决的问题。技术实现要素：有鉴于此，有必要提供一种基于合作博弈的战备完好性评估方法，用以解决现有技术中如何构建准确反映系统实际状态的战备完好性评估方法的问题。本发明提供一种基于合作博弈的战备完好性评估方法，包括：获取舰船系统中多个运行系统对应的待评估元件；获取舰船中多个运行系统中的待评估元件的元件评估指标；根据层次分析法、熵权法以及灰色关联度法，分别确定所述元件评估指标的第一权重向量、第二权重向量和第三权重向量；通过合作博弈法，根据所述第一权重向量、所述第二权重向量和所述第三权重向量，确定所述元件评估指标的组合权重；根据预设的均衡系数修正所述组合权重，确定所述元件评估指标的修正权重；根据所述元件评估指标的修正权重，确定所述待评估元件的元件层指标；根据所述运行系统对应的待评估元件的元件层指标，确定所述运行系统的系统层指标。进一步地，所述多个运行系统包括作战与指挥系统和综合电力系统。进一步地，所述作战与指挥系统对应的待评估元件包括雷达元件、指挥平台元件、舰炮平台元件以及导弹平台元件；所述综合电力系统对应的待评估元件包括柴油机元件、发电机元件、变频器元件以及电动机元件。进一步地，所述通过合作博弈法，根据所述第一权重向量、所述第二权重向量和所述第三权重向量，确定所述元件评估指标的组合权重包括：根据所述元件评估指标对应的所述第一权重向量、所述第二权重向量和所述第三权重向量，确定各个权重向量对应的一致性相关系数；根据所述第一权重向量、所述第二权重向量和所述第三权重向量以及所述各个权重向量对应的一致性相关系数，确定所述元件评估指标对应的组合权重。进一步地，所述修正权重表示为：其中，为所述待评估元件的第i个元件评估指标的修正权重，wi为所述待评估元件的第i个元件评估指标的组合权重，xi为所述待评估元件的第i个元件评估指标归一化后的值，α为所述均衡系数，j为迭代系数，n为所述待评估元件对应的元件评估指标的总数目。进一步地，所述根据所述元件评估指标的修正权重，确定所述待评估元件的元件层指标包括：针对每一所述待评估元件，根据对应的多个所述元件评估指标和所述元件评估指标对应的修正权重，确定所述待评估元件的所述元件层指标。进一步地，所述根据所述运行系统对应的待评估元件的元件层指标，确定所述运行系统的系统层指标包括：针对每一所述运行系统，根据对应的多个所述元件层指标和所述元件层指标对应的修正权重，确定所述运行系统的所述系统层指标。本发明还提供一种基于合作博弈的战备完好性评估装置，包括：获取单元，用于获取舰船中多个运行系统中的待评估元件的元件评估指标；处理单元，用于根据层次分析法、熵权法以及灰色关联度法，分别确定所述元件评估指标的第一权重向量、第二权重向量和第三权重向量；还用于通过合作博弈法，根据所述第一权重向量、所述第二权重向量和所述第三权重向量，确定所述元件评估指标的组合权重；还用于根据预设的均衡系数修正所述组合权重，确定所述元件评估指标的修正权重；指标确定单元，用于根据所述元件评估指标的修正权重，确定所述待评估元件的元件层指标；根据所述运行系统对应的待评估元件的元件层指标，确定所述运行系统的系统层指标。本发明还提供一种基于合作博弈的战备完好性评估装置，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上所述的基于合作博弈的战备完好性评估方法。本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机该程序被处理器执行时，实现如上所述的基于合作博弈的战备完好性评估方法。与现有技术相比，本发明的有益效果包括：首先，基于舰船系统中多个运行系统对应的待评估元件，从元件层和系统层构建全面评估的系统；然后，通过多种分配权值方法(层次分析法、熵权法以及灰色关联度法)，确定待评估元件对应的多种权重，以此结合多种分配权值方法的特性；进而，通过合作博弈法，兼顾多种计算权重的方法，使多种分配权值方法参与，有效确定组合权重；再进而通过预设的均衡系数修正组合权重，避免出现无效权重；最后，根据修正权重结合多个元件评估指标，分析元件层指标，以确定待评估元件的性能运行情况，进一步通过元件层指标，分析系统层指标，确定运行系统的故障情况，保证快速找出故障点，从元件层和系统层对整个舰船进行全面评估，高效确定战备完好性。综上，本发明结合多个运行系统，利用合作博弈兼顾多种计算权重的方法，有效确定待评估元件的对应的组合权重，保证了权重分配的准确性，并通过修正权重不断调整权值大小，全面地保证评估系统的高效构建，以描述舰船整个海上任务期内装备正常工作的能力，具有重大的现实意义。附图说明图1为本发明提供的基于合作博弈的战备完好性评估方法的流程示意图；图2为本发明提供的确定组合权重的流程示意图；图3本发明提供的分析故障状况的流程示意图；图4为本发明提供的基于合作博弈的系统战备完好性评估装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。实施例1本发明实施例提供了一种基于合作博弈的战备完好性评估方法，结合图1来看，图1为本发明提供的基于合作博弈的战备完好性评估方法的流程示意图，上述基于合作博弈的战备完好性评估方法包括步骤s1至步骤s5，其中：在步骤s1中，获取舰船中多个运行系统中的待评估元件的元件评估指标；在步骤s2中，根据层次分析法、熵权法以及灰色关联度法，分别确定元件评估指标的第一权重向量、第二权重向量和第三权重向量；在步骤s3中，通过合作博弈法，根据第一权重向量、第二权重向量和第三权重向量，确定元件评估指标的组合权重；在步骤s4中，根据预设的均衡系数修正组合权重，确定元件评估指标的修正权重；在步骤s5中，根据元件评估指标的修正权重，确定待评估元件的元件层指标；在步骤s6中，根据运行系统对应的待评估元件的元件层指标，确定运行系统的系统层指标。在本发明实施例中，首先，基于舰船系统中多个运行系统对应的待评估元件，从元件层和系统层构建全面评估的系统；然后，通过多种分配权值方法(层次分析法、熵权法以及灰色关联度法)，确定待评估元件对应的多种权重，以此结合多种分配权值方法的特性；进而，通过合作博弈法，兼顾多种计算权重的方法，使多种分配权值方法参与，有效确定组合权重；再进而通过预设的均衡系数修正组合权重，避免出现无效权重；最后，根据修正权重结合多个元件评估指标，分析元件层指标，以确定待评估元件的性能运行情况，进一步通过元件层指标，分析系统层指标，确定运行系统的故障情况，保证快速找出故障点，从元件层和系统层对整个舰船进行全面评估，高效确定战备完好性。优选地，上述多个运行系统包括作战与指挥系统和综合电力系统。由此，本发明根据任务剖面，在对空防御任务下的舰船战备完好性主要由作战与指挥系统(对空)和综合电力系统决定，因而，结合作战与指挥系统和综合电力系统，对其对应的元件进行评估，从而高效评估作战系统、全面掌握战备完好性。优选地，作战与指挥系统对应的待评估元件包括雷达元件、指挥平台元件、舰炮平台元件、导弹平台元件。由此，作战系统主要包括实现探测感知功能的雷达系统、实现指挥决策功能的指挥系统和实现交战打击功能的舰炮系统和导弹系统，因此作战与指挥系统的特征机理较为复杂，要全面的对作战与指挥系统进行评估，所需的数据信息也较为繁杂，本发明从舰船系统典型故障入手，基于网络运行数据进行系统诊断的故障、基于bit/测试点测试结果直接进行诊断的故障、基于多信息组合诊断故障，选取典型的元件(雷达元件、指挥平台元件、舰炮平台元件、导弹平台元件以及作战平台元件)进行评价，以此保证对作战与指挥系统的全面评估。优选地，综合电力系统对应的待评估元件包括柴油机元件、发电机元件、变频器元件、电动机元件。由此，综合电力系统的主要特征是将传统舰船独立的机械推进系统与舰船电网结合起来，通过变频器控制电机调速，取缔了机械的变速箱。综合电力系统的发电模块一般由两个柴油机和两个燃气轮机组成，执行对空防御任务时，舰船一般保持低速航行，仅使用柴油机发电；变频器和推进电机构成推进模块，变频器通过把恒压恒频的交流电转化为变压变频的交流电，实现推进电动机的调速。推进电动机直接驱动螺旋桨，在舰船综合电力系统中，除了推进电动机与螺旋桨之间存在机械连接外，其余设备均可通过电缆连接，增加了综合电力系统设备布置的灵活性，因而，本发明主要从柴油机、发电机、变频器和电动机四个方面反映综合电力系统的战备完好性状态。需要说明的是，层次分析法确定权重主要有四个步骤：步骤1：建立分层结构模型。通过分层分析方法，分解复杂系统来构建一个具有层次结构的模型，一般可将复杂系统分为系统层、元件层和指标层三层。步骤2：构造不同层次中的判断矩阵。采用相对尺度来进行因素之间的两两比较，来对各因素的重要性程度评定等级。一般采用t.l.saaty1-9标度法来确定对象各指标的相对重要程度，如表1所示。根据表1中的标度值和含义，将对象的指标两两进行比较构成判断矩阵r。判断矩阵r种元素rij的含义是因素i和因素j重要性比较结果。步骤3：层次单排序及其一致性检验，其中：(1)计算一致性指标ci一致性指标ci如下式所示：式中，λmax为判断矩阵r的最大特征值。表1(2)查找一致性指标ri一致性指标ri用于衡量一致性指标ci的大小，消除矩阵阶数影响，表2给出了ri的标准值，表2中，n为阶数。表2(3)计算检验系数cr为了检验判断矩阵的一致性是否满足要求，需要将ci与ri进行比较，计算得到检验系数cr，如下式所示：如果cr小于0.1，认为各指标的重要度分配合理，否则需重复确定判断矩阵，直至cr满足条件为止。(4)计算检验系数cr第i个对象的权重向量如下式所示：其中，为属于特征值λmax的特征向量。需要说明的是，熵权法确定权重主要有三个步骤：步骤1：归一化数据得到数据矩阵x，由于不同指标数据的量纲不同，需要对原始检测数据归一化处理，如下式所示：其中，xij(k)′是第i个评估对象的第j个指标的第k个检测数据；xa为该指标的极限值，即最差值；xb为该指标最优值；xij(k)是归一化后的指标值。步骤2：计算指标信息熵计算第i个对象第j个指标的信息熵，如下式所示：需要说明的是，灰色关联度法确定权重主要有三个步骤：步骤1：假设某系统有一系列影响因素记为xij，序号为k的检测数据组记为xij(k)，xij＝(xij(1)，xij(2)，…，xij(k))称为系统行为序列，按照下式对归一化后的矩阵x(k)＝[xij(k)]，计算绝对差：δij_ig(k)＝xij(k)-xig(k)|k＝12，...，k；i＝1，...，n；j，g＝1，2，...，mi；g≠j)(6)步骤2：构建关联度矩阵，包括：(1)计算xij(k)对xig(k)的关联度系数，如下式所示：式中，ρ为分辨系数，一般取0.5。(2)计算xij(k)对xig(k)的关联度，如下式所示：(3)构建关联度矩阵zi如下式所示：步骤3：计算确定权重，包括：计算关联度矩阵中第j列元素平均值记为γij，则第i个元素的第j个指标的灰色关联度权重，如下式所示：优选地，结合图2来看，图2为本发明提供的确定组合权重的流程示意图，步骤s3包括步骤s31至步骤s32，其中：在步骤s31中，根据元件评估指标对应的第一权重向量、第二权重向量和第三权重向量，确定各个权重向量对应的一致性相关系数；在步骤s32中，根据第一权重向量、第二权重向量和第三权重向量以及各个权重向量对应的一致性相关系数，确定元件评估指标对应的组合权重。由此，本发明首先通过第一权重向量、第二权重向量和第三权重向量，确定了有效地一致性相关系数，以此结合各个分配权重的方法，在统一的约束力下利用博弈论方法计算组合权重，降低了操作复杂度，保证元件评估指标对应的组合权重的准确性。需要说明的是，本发明是对舰船系统的战备完好性状态进行评估，期望得到最大限度上与实际情况接近的指标权重值，在统一的约束力下利用博弈论方法计算组合权重，因此称为合作博弈。组合权重的实质是合理综合不同权重确定方法的计算结果，得到接近实际情况较为准确的权重，组合权重确定的原则是使总评估误差最小。组合权重确定问题中，多种权重计算方法为博弈格局的参与者，评估误差总和为联盟成果，组合权重计算的目标是使评估总误差最小，则权重向量决定了各单一权重对总误差的贡献分配，合作博弈模型的数学描述如下：假定有n个待评估对象，m种评估方法。评估方法集合为m＝{1,2λlm}，代表博弈格局中的参与者，第i种方法对第k个对象的评估值记xik，则以多种评估方法的线性平均值作为基准，第i种评估方法的误差为eik＝xk-xik，组合评估值可以用多种评估方法评估值的线性组合表示为其中，组合评估模型的误差平方和如下式所示：令l＝(l1,l2λlm)t，将式(1)简化成j(m)＝ltel，l为m种评估方法的加权系数向量。以误差平方和最小作为优化目标可得最优组合评估模型如下式所示：式中，i为单位矩阵。进一步地，按照参与者的平均贡献将j(m)分配给m个参与者，平均贡献大小按照如下式计算：式中，v(s)为j(s)的相反数，i为参与者，s-|{i}：表示除去参与者i以外的联盟，v(s)-v(s-{i})表示参与者i的贡献。进一步地，组合评估的加权系数l由平均贡献归一化处理后得到，如下式所示：在本发明一个具体的实施例中，共有3种权重计算方法(层次分析法、熵权法以及灰色关联度法)参加合作博弈，组合权重的具体步骤如下：步骤1：按下式(15)计算其他2种权重计算方法的组合权重；步骤2：按下式(16)计算一致性相关系数li；步骤3：按下式(17)计算组合权重w；优选地，对应的修正权重表示为：其中，为待评估元件的第i个元件评估指标的修正权重，wi为待评估元件的第i个元件评估指标的组合权重，xi为待评估元件的第i个元件评估指标归一化后的值，α为均衡系数，j为迭代系数，n为待评估元件的元件评估指标的总数目。需要说明的是，指标权重是评估体系中各个指标或因素对评估对象重要程度的客观体现，科学合理地确定指标权重对战备完好性评估有着极其重要的意义。目前，比较常用的权重确定方法有层次分析法、熵权法和灰色关联度法等。权重的类型主要可以分为主观权重、客观权重和组合权重。层次分析法就属于主观权重的确定方法，能够在评估过程中较好地引入专家经验；熵权法和灰色关联度法基于指标实测数据计算权重，属于客观权重的确定方法，但计算过程中没有考虑决策人的意向，会出现某些不合常理的结果。组合权重能够兼顾两种方法的优势，使权重计算结果更加符合实际的情况。主观权重、客观权重和组合权重均为定权重，权重大小不随指标状态变化而改变，当某些评估指标出现较大偏差时可能由于权重较小并未反映在评估结果中，导致评估结果不准确。变权重能够根据指标状态变化不断调整权值大小，能够解决这类缺陷。优选地，步骤s5中具体包括：针对每一待评估元件，根据对应的多个元件评估指标和元件评估指标对应的修正权重，确定待评估元件的元件层指标。由此，针对每一待评估元件，其对应的多个元件评估指标和元件评估指标对应的修正权重有效的构成元件层指标，以此评估该待评估元件对应的运行状态。在本发明的一个具体的实施例中，一个待评估元件为雷达元件，其对应的元件评估指标包括第一元件指标、第二元件指标、第三元件指标、第四元件指标，构成元件指标矩阵；各个元件评估指标对应的修正权重通过上述步骤计算确定，为第一元件修正权重、第二元件修正权重、第三元件修正权重、第四元件修正权重，构成元件修正权重矩阵，根据元件指标矩阵和元件修正权重矩阵的乘积，即可有效确定元件层指标。优选地，步骤s6中具体包括：针对每一运行系统，根据对应的多个元件层指标和元件层指标对应的修正权重，确定运行系统的系统层指标。由此，针对每一运行系统，其对应的多个元件层指标和元件层指标对应的修正权重有效的构成系统层指标，以此评估该运行系统对应的运行状态。在本发明的一个具体的实施例中，一个运行系统为综合电力系统，其对应的元件层指标包括第一元件层指标、第二元件层指标、第三元件层指标、第四元件层指标(对应于柴油机元件、发电机元件、变频器元件、电动机元件的元件层指标)，构成元件层指标矩阵；各个元件层指标对应的修正权重通过上述步骤计算确定，为第一元件层修正权重、第二元件层修正权重、第三元件层修正权重、第四元件层修正权重，构成元件层修正权重矩阵，根据元件层指标矩阵和元件层修正权重矩阵的乘积，即可有效确定系统层指标。优选地，结合图3来看，图3本发明提供的分析故障状况的流程示意图，上述基于合作博弈的战备完好性评估方法还包括步骤s71至步骤s72，其中：在步骤s71中，根据待评估元件对应的元件评估指标和元件评估指标对应的修正权重的乘积之和，确定待评估元件的元件层指标，根据元件层指标分析待评估元件的故障情况；在步骤s72中，根据运行系统对应的元件层指标和元件层指标对应的修正权重的乘积之和，确定运行系统的系统指标，根据系统指标分析运行系统的故障情况。由此，通过待评估元件对应的指标和修正权重，确定待评估元件的修正评估指数，以修正评估指数确定运行系统的故障情况，保证对故障情况的有效确定。在本发明一个具体的实施例中，q表示作战与指挥系统，f代表综合电力系统。利用层次分析法、熵权法、灰色关联度方法和组合博弈法计算舰船作战系统和综合电力系统各层次指标权重。元件层(作战与指挥系统、综合电力系统对应的待评估元件)权重向量分别记为系统层权重向量分别记为下面以计算雷达系统指标权重为例，给出一个具体的权重计算实例。以作战与指挥系统中的雷达元件在三个不同时间段检测到的指标数据如下表所示。表3绝对差第一指标第二指标第三指标δ(q)l-20.16410.48720.2641δ(q)l-30.12560.25520.0205δ(q)l-40.09230.45850.2338(1)层次分析法计算权重按照层次分析法的基本步骤可以确定雷达系统指标权重，通过专家经验给雷达元件各指标的重要程度进行赋值，得到判断矩阵rq-1如下式所示：其中，rq-1最大特征值λmax＝4.0104，计算可得一致性参数ci＝0.0035，计算可得检验系数cr＝0.0039＜0.1，判断矩阵满足要求，λmax对应的特征向量归一化后即为基于层次分析法的舰船雷达系统权重向量如下式所示：(2)熵权法计算权重确定雷达系统的指标信息熵eq-1＝[0.9858,0.9995,0.997,0.9986]，根确定基于熵权法的雷达指标权重向量为(3)灰色关联度法计算权重首先计算雷达指标的绝对差数列如下表2所示；然后计算绝对差数列表(表2所示)计算得到雷达指标的关联度系数如下表3所示；最后根据关联度系数表(表3所示)，求得雷达指标的关联度如下表4所示。表4绝对差第一指标第二指标第三指标δ(q)l-20.16410.48720.2641δ(q)l-30.12560.25520.0205δ(q)l-40.09230.45850.2338表5表6关联度关联度值γ(q)l-20.5098γ(q)l-30.7483γ(q)l-40.5719进一步地，按照上述步骤，计算雷达指标两两之间的关联度，得到关联度矩阵zq1如下式所示：求得zq1中各列元素的平均值为可得基于灰色关联度法的雷达指标权重向量为：(4)合作博弈法计算组合权重按照上述合作博弈法求取组合权重的步骤，计算出雷达系统的组合权重为(5)对组合权重进行修正利用归一化数据的平均值对修正组合定权重，得到雷达系统的修正权重为按照上述计算过程，可得作战与指挥系统中雷达元件、指挥平台元件、舰炮平台元件、导弹平台元件的计算结果分别如表5至表8所示，作战与指挥系统的计算结果如表9所示，其中：表7表8表9表10表11同理可得，综合电力系统中的柴油机元件、发电机元件、变频器元件、电动机元件的元件层指标权重计算结果如表10至表13所示，系统层指标权重如表14所示。表12表13表14表15表16实施例2本发明实施例提供了一种基于合作博弈的战备完好性评估装置，结合图4来看，图4为本发明提供的基于合作博弈的战备完好性评估装置的结构示意图，其中，基于合作博弈的战备完好性评估装置400包括：获取单元401，用于获取舰船中多个运行系统中的待评估元件的元件评估指标；处理单元402，用于根据层次分析法、熵权法以及灰色关联度法，分别确定元件评估指标的第一权重向量、第二权重向量和第三权重向量；还用于通过合作博弈法，根据第一权重向量、第二权重向量和第三权重向量，确定元件评估指标的组合权重；还用于根据预设的均衡系数修正组合权重，确定元件评估指标的修正权重；指标确定单元403，用于根据元件评估指标的修正权重，确定待评估元件的元件层指标；根据运行系统对应的待评估元件的元件层指标，确定运行系统的系统层指标。实施例3本发明实施例提供了一种基于合作博弈的战备完好性评估装置，包括处理器以及存储器，存储器上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的一种基于合作博弈的战备完好性评估方法。实施例4本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机该程序被处理器执行时，实现如上所述的一种基于合作博弈的战备完好性评估方法。本发明公开了一种基于合作博弈的战备完好性评估方法及装置，在该方法中，首先，基于舰船系统中多个运行系统对应的待评估元件，从元件层和系统层构建全面评估的系统；然后，通过多种分配权值方法(层次分析法、熵权法以及灰色关联度法)，确定待评估元件对应的多种权重，以此结合多种分配权值方法的特性；进而，通过合作博弈法，兼顾多种计算权重的方法，使多种分配权值方法参与，有效确定组合权重；再进而通过预设的均衡系数修正组合权重，避免出现无效权重；最后，根据修正权重结合多个元件评估指标，分析元件层指标，以确定待评估元件的性能运行情况，进一步通过元件层指标，分析系统层指标，确定运行系统的故障情况，保证快速找出故障点，从元件层和系统层对整个舰船进行全面评估，高效确定战备完好性。本发明技术方案，结合多个运行系统，利用合作博弈兼顾多种计算权重的方法，有效确定待评估元件的对应的组合权重，保证了权重分配的准确性，并通过修正权重不断调整权值大小，全面地保证评估系统的高效构建，描述舰船整个海上任务期内装备正常工作的能力，具有重大的现实意义。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页12