张楠楠,赵旭东,陈志龙,苏小超

(陆军工程大学， 南京 210007)

method

机场作为交通基础设施体系中较为重要的组成部分，承担了运送国家物流人流的重大任务，是国家交通运输、国民生活和经济社会发展不可或缺的交通运输支撑。近年来，随着我国城市化而快速发展，机场数量不断增多，规模不断扩展，运行机制也日益复杂，其作为交通基础设施重要目标，受到战时空袭打击的威胁也越来越大。

一直以来，机场都是现代战争的重点攻击目标，在美军的“五环打击理论”中，机场位于第三环交通基础设施目标，军用机场属于军工设施，处于第二环关键经济目标，摧毁机场对破坏战争物资输送能力，削弱战争潜力，降低民心士气，造成严重影响，进而影响战争走向，决定战争结果。美军五环打击理论如图1所示。

图1 美军五环打击理论示意图

近现代几场战争实例中，空袭打击目标大多包含民用机场和军用机场，其国家交通基础体系遭受严重损失。第三次中东战争中，以色列空军摧毁了埃及19座机场，用六天便结束了战争；海湾战争中，北约首轮轰炸就破坏了伊拉克境内所有军用机场的跑道；第一次车程战争中，俄罗斯第一次军事袭击就空袭了车臣首府格罗尼兹附近三个机场，使车臣武装失去空中优势；叙利亚空袭中，美英法联军击毁了叙大部分机场，使叙利亚处于被动挨打局面。

在现代战争中，制空权是相当重要的一环，战局由地面转向空中，并且由空袭主导[1]。机场目标更是争夺的重点，是各种战斗中最优先打击的目标之一。飞机从出动到完成任务返回机场，都依赖于机场的各种设施。军用机场的重要性不言而喻，大型民用机场战时可作为军用机场的战略替代品。因此，民用机场的防护研究也显得尤为重要。

民用机场系统分为供飞机活动的空侧部分和供旅客及货物转入或转出空侧的陆侧部分。重要单元主要为跑道、停机坪、航站楼、滑行道、塔台、供油设施、供电设施、联外交通等[2]。为研究民用机场战时防护，首先要对机场系统进行关键单元研判，故提出了一种判断战时民用机场组成单元重要度评估的方法。

1 机场设施重要度评估指标体系建立

依据机场系统的实际情况，结合毁伤威胁、目标属性和防护能力三个方面构建机场系统组成设施重要度的评价指标体系，对设施重要度进行综合评价，如表1所示。

表1 机场设施重要度评估指标体系

1.1 毁伤威胁

1) 识别特性

识别特性是指敌方利用空天侦察及地面侦察，根据卫星红外呈像，或根据目标与背景反射光波、红外、反射微波的差别等暴露症候的明显程度，来研判识别重要目标及关键部位的位置及布局。

2) 毁伤次序

毁伤次序是指敌通过侦查监视、制定空袭方案，确定空袭目标后，对确定的重要目标及关键部位的毁伤打击的优先等级。优先等级越高，则表示关键部位对整个系统重要程度越高。

3) 毁伤影响

毁伤影响是指机场系统某关键部位毁伤后对整个机场运行效率的影响，包括次部位毁伤后带来的多米诺效应对机场运行效率的影响。系统组成的毁伤影响越大，遭受敌方打击的可能性就越大。

1.2 目标属性

1) 自身价值

自身价值是指由目标组成自身的属性、特性所决定的固有价值，主要包括自身的经济价值、军事价值和社会影响，是敌方决定是否为空袭打击对象的重要因素之一。目标组成自身价值越大，其遭受空袭的可能性越大。

2) 系统价值

系统价值是指目标组成在整个系统中的重要性。现代战争由空袭主导，注重“外科手术”式打击，打击往往能够起到“击一点而瘫一片”的效果。因此，系统价值也是目标组成遭受空袭打击可能性的重要影响因素，且目标的系统价值越高，遭受空袭打击的可能性也越大。

3) 目标易损性

目标易损性是指目标组成遭受空袭打击时容易被摧毁的程度，与目标组成的形状、坚固程度、防护力量及攻击手段、攻击强度等因素有关。在相同的空袭武器及目标强度下，目标组成越容易被摧毁，遭受空袭打击的概率就越大。

4) 目标机动性

目标机动性是指目标组成(设施设备)的机动转移能力。目标机动性包括两层含义：一是防空袭准备阶段目标组成实施移动和展开的能力；二是目标组成的机动转移速度。在同等武器同等价值的前提下，目标机动性越弱，其遭受空袭的概率就越大。

1.3 防护能力

1) 伪装能力

伪装能力是指目标自身可采取掩蔽和伪装的能力[3-4]。伪装采取烟幕、箔条、角反射器、红外诱饵、GPS干扰机等手段，是干扰各种侦察和各种制导系统的有效措施，可以使敌侦查系统不能正常工作，使精确制导武器精度降低，弹头引偏。

2) 冗余程度

冗余程度是指目标组成部分或体系内部各类单元在遭受毁伤后的可替代性[5]。如重要线路的双线备份，关键部位的备份设置，都可增强系统的冗余性，可有效减缓毁伤后果。

3) 抢修能力

抢修能力是指目标被毁伤后组织人力物力恢复目标原既定功能的能力。抢修能力包括制定抢修方案、储备抢修物资、组建训练抢险抢修专业队等。抢修速度是衡量抢修能力的指标。

根据机场系统各单元重要度评价体系，假设A代表机场系统各单元重要度的综合评价目标；U代表一级评价指标组成的集合，记作U={U1，U2，U3}；Ui代表二级评价指标组成的集合，记作Ui={Ui1，Ui2，Ui3}。

2 评估模型建立

采用模糊数学和灰色评估的方法综合确定评估值[6-11]，模型建立流程如图2所示。

图2 评估模型建立流程框图

2.1 确定评估指标综合权重

2.1.1AHM法确定评估指标权重

机场系统各单元重要度多为定性指标，无法直接进行量化计算，因此需将其转化为定性指标。AHM法建立属性判断矩阵，首先要确定各评价指标互相之间的重要度标度[13-15]。以Saaty标度为基准，具体标度及含义如表2所示。

表2 Saaty标度

采用专家打分的方法，因素之间两两比较得到n阶判断矩阵B=(bij)n×n,判断矩阵B具有如下性质：

(1)

计算得出属性判断矩阵A=(aij)n×n，其中，属性aij可以由bij确定，转换公式如下：

(2)

式中：k为大于等于2的正整数，由此即可确定属性判断矩阵A。

相对属性权重：

(3)

式中：n为同一母指标所属子指标个数。得到各相对属性权重后，合成权重:

(4)

2.1.2CRITIC法确定评估指标权重

采集等级评定原始数据，整理得到矩阵，yij表示第i类等级的第j个指标的数量，m表示等级数量，n表示评估指标数量，i=1,2,…,m；j=1,2，…，n。

对矩阵进行标准化及无量纲化处理：

(5)

根据功效系数法，通常取c=0.4，d=0.6，并用原始数据中最优和最差数据代表max(yj)和min(yj)，经整理可得目标属性矩阵。

第j个评估指标所含信息量Cj：

(6)

则可得各评估指标相对于目标A的权重：

(7)

2.1.3确定评估指标综合权重

利用合成归一法，构造综合赋权模型为:

(8)

式中：W为各评估指标综合权重。

一级指标相对于目标层A的权重:

(9)

二级指标相对于所属一级指标的权重:

(10)

2.2 灰色关联法确定综合评估值

1) 确定评估样本矩阵

制定评分等级，也是将定性指标进行量化处理的有效办法，根据机场系统目标重要度评估标准，按分值F划定五个等级(F≥0)，如表3所示。

表3 评分等级标准

安排P个专家进行评价打分，每一个专家按照表给出的评分等级标准，对二级评价指标Uij进行评分，分值为dij，则可确定指标的评估样本矩阵为:

(11)

2) 确定评估灰类

根据表3中的等级划分，设定5个评估灰类如下：

第1等级(e=1)，灰类“极端重要”，灰数1∈[0，9，+∞]；第2等级(e=2)，灰类“强烈重要”，灰数1∈[0，7，14]；第3等级(e=3)，灰类“一般重要”，灰数1∈[0，5，10]；第4等级(e=4)，灰类“稍微重要”，灰数1∈[0，3，6]；第5等级(e=5)，灰类“重要”，灰数1∈[0，1，2]。

根据以上灰数取值，定义各等级对应系数为1∈[0，h/2，h]，对应白化权函数如下：

第1等级：

(12)

第2、3、4等级：

(13)

第5等级(e=5)：

(14)

3) 计算灰色评估系数

针对评估指标Uij，第e个等级灰类的灰色评估系数:

(15)

根据5个评估灰类，则总灰色评估系数:

(16)

4) 计算灰色评估权向量和评估矩阵

针对评估指标Uij，第e个灰类的灰色评估权为:

(17)

评估指标Uij的灰色评估权向量为:

(18)

灰色评价权向量经归一化后，形成评估矩阵为:

(19)

5) 综合评估

对二级指标Ui进行综合评估，结果为:

(20)

则可得二级指标对于各评估灰类的灰色评估矩阵J=(H1,H2,…,Hm)T

对一级指标U进行综合评估，结果为:

(21)

对各灰类等级赋值得各灰类值向量F=(f1,f2,…,fm)T，则机场系统组成单元重要度综合评估值为：

Z=H·F

(22)

3 案例

以某机场为例，众多的机场系统组成单元中，选取塔台为对象，重要度评估流程及结果如下：

3.1 AHM法计算评估指标权重

邀请专家根据Saaty标度表，按照指标体系顺序两两比较，得到判断矩阵如下：

由式(2)得出属性判断矩阵为

由式(3)、(4)可得AHM法下各指标相对于目标A的权重：

3.2 CRITIC法计算评估指标权重

邀请防护领域专家及机场工作人员20人，根据表1，按照评分等级，对机场组成单元重要度进行等级评定，如表4所示。

专家进行评定时，要细化考虑各指标内容，经综合权衡后给出评定结果。专家根据机场系统实际情况及自身技术能力，经验判断，合理给出各指标权重，基本符合现实情况。为减少主观性对评估结果的影响，挑选参与评定的专家都为从事防护领域多年的资深人员，所得到的数据用CRITIC法进行处理。

表4 等级评定结果

提取表中数据，有：

由式(5)对矩阵进行归一化及无量纲化处理，并由式(6)计算评估指标所含信息量：

由式(12)计算可得CRITIC法各指标对目标层A的权重为

3.3 计算评估指标综合权重

根据式(8)计算各指标对目标层的综合权重为：

根据式(9)计算一级指标U对于目标层的权重：

根据式(10)计算二级指标Ui对于所属一级指标的权重：

3.4 计算灰色评估矩阵

邀请5位防护专家对各指标进行评分，得到评估样本矩阵，如表5所示。

表5 评估样本矩阵

根据5个评估灰类，由式(12)-(16)得总灰色评估系数为

由式(17)-式(18)计算灰色评估权向量，经归一化后形成灰色评估矩阵：

由式(20)对二级指标Ui进行综合评估评估：

各评估灰类的灰色评估矩阵J=[H1,H2,H3]T，由式(21)对一级指标U进行综合评估：

根据前文，按极端重要、强烈重要、非常重要、稍微重要、一般重要的顺序，可得各灰类值向量为

F=(9,7,5,3,1)

由式(22)，可得机场单元塔台的重要度综合评估值为：

Z=H·F=7.152 7

依次对机场系统其他组成单元进行重要度评估，结果如下：

Z(跑道)=8.315 4

Z(停机坪)=1.658 2

Z(机库)=3.564 7

Z(航站楼)=4.336 7

Z(滑行道)=3.056 1

Z(供油设施)=6.822 9

Z(供电设施)=5.369 0

Z(联外交通)=4.912 7

评估结果是通过梳理战时民用机场组成单元重要度的基本要素，采用主观赋权和客观赋权相结合的方法计算得出，组成单元重要度评估指标较全面，使评估结果更科学准确。评估结果将定性指标量化，也更为直观的显示出各组成单元的重要度值。

结果显示，跑道的重要度值为8.315 4，评估等级为极端重要，由此证明跑道是机场系统的核心组成单元，战时或成为敌方打击的重中之重，因此对跑道的防护应为机场系统防护的首选；塔台和供油设施的重要度值分别为7.152 7和6.822 9，评估等级为强烈重要，作为飞机起降的直接保障，也是要考虑重点防护的单元；其他单元也应根据其重要度评估值采取相应等级的防护措施。评估结果为防护规划和措施提供了思路，更有利于做到战时防护、平时建设、精准防护和综合防护。

4 结论

从毁伤威胁、目标属性、防护能力三方面建立机场系统组成单位重要度评价框架，采用AHM评估以及CRITIC评估方法，结合灰色模糊评估，建立了机场系统组成单元重要度评估模型，并以某大型机场为算例，得出评估结果。

经过模型对机场系统组成单元重要度的计算，跑道的评估结果为极端重要；供油设施、塔台的评估结果为强烈重要；候机楼、供电设施，联外交通的评估结果为非常重要；机库、滑行道的评估结果为稍微重要；停机坪的评估结果为一般重要。评估值越高的单元越重要，越需要重点防护。通过对机场系统组成单元重要度的评估，为后续防护措施的规划及研究提供了理论基础。