基于卡爾曼濾波法的被裝物資消耗預(yù)測(cè)

張海亭 張殿忠

摘要：由于信息化戰(zhàn)場(chǎng)充斥著各種不確定性和非線性，致使戰(zhàn)場(chǎng)被裝物資消耗成為一個(gè)復(fù)雜的非線性問題，為解決戰(zhàn)場(chǎng)被裝物資消耗這一復(fù)雜非線性問題，本文提出采用不同類別分階段線性化自適性方法對(duì)被裝物資消耗進(jìn)行預(yù)測(cè)，即針對(duì)不同被裝物資類別，將其消耗過程劃分為幾個(gè)不同的階段，然后對(duì)不同階段的被裝物資消耗速度進(jìn)行線性化處理，從而有效提高被裝消耗預(yù)測(cè)的速度和準(zhǔn)確度，為實(shí)現(xiàn)被裝物資精確配送創(chuàng)造了條件。

關(guān)鍵詞：被裝物資；精確配送；卡爾曼濾波

要在千變?nèi)f化的信息化戰(zhàn)場(chǎng)全面提升被裝物資配送的精確性，不僅需要在戰(zhàn)前就對(duì)被裝物資需求總量和分布進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，還需要在戰(zhàn)中對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)被裝物資消耗進(jìn)行持續(xù)不間斷的預(yù)測(cè)，從而盡早發(fā)現(xiàn)被裝物資供應(yīng)存在的問題，及時(shí)、靈活地調(diào)整被裝保障 活動(dòng)，增強(qiáng)保障的精確性。因此，被裝物資消耗預(yù)測(cè)是實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)被裝物資精確保障的前提和依據(jù)，是被裝物資需求預(yù)測(cè)中最為重要和關(guān)鍵的內(nèi)容。

1被裝物資消耗預(yù)測(cè)概述

1.1被裝物資消耗預(yù)測(cè)的含義

被裝物資消耗預(yù)測(cè)，是指在某次戰(zhàn)役或戰(zhàn)斗過程中，對(duì)被裝物資消耗的趨勢(shì)進(jìn)行短周期、動(dòng)態(tài)快速測(cè)算。

1.2被裝物資消耗預(yù)測(cè)

在消耗預(yù)測(cè)方面，常用的定量預(yù)測(cè)方法有時(shí)間序列分析法、指數(shù)平滑預(yù)測(cè)法、回歸分析法，比較復(fù)雜的有灰色理論（GM）、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)（SVM）等預(yù)測(cè)方法。以上定量預(yù)測(cè)方法，其共同特點(diǎn)是都要以過去和現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)為依據(jù)，在其中尋求規(guī)律來推測(cè)未來變化，往往需要較長(zhǎng)時(shí)間和較多的歷史數(shù)據(jù)，而且要求歷史數(shù)據(jù)與現(xiàn)在和未來的條件基本相似。然而現(xiàn)行我軍被裝物資消耗數(shù)據(jù)均來源于我軍半機(jī)械化戰(zhàn)爭(zhēng)實(shí)踐，由于近數(shù)十年沒有大規(guī)模戰(zhàn)爭(zhēng)，缺乏我軍信息化戰(zhàn)爭(zhēng)被裝保障實(shí)踐數(shù)據(jù)。如果采用以上預(yù)測(cè)方法，其結(jié)果難以適應(yīng)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)需要。因此，信息化條件下聯(lián)合作戰(zhàn)被裝物資消耗預(yù)測(cè)，需要構(gòu)建一種既能滿足準(zhǔn)確預(yù)測(cè)需要，又不過度依賴歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而且便于充分運(yùn)用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的預(yù)測(cè)方法。

2被裝物資消耗預(yù)測(cè)模型

2.1分階段線性化消耗預(yù)測(cè)模型

分階段線性化預(yù)測(cè)模型，就是為了滿足準(zhǔn)確、快速、高頻率被裝消耗預(yù)測(cè)的實(shí)際需要。當(dāng)按照線性方法對(duì)其預(yù)測(cè)與實(shí)際發(fā)生較大偏差超過一個(gè)給定的閥值時(shí)再對(duì)其進(jìn)行修正，然后進(jìn)入到下一個(gè)線性過程。即在較短時(shí)間階段內(nèi)，建立以下線性預(yù)測(cè)模型

其中， 為第 次預(yù)測(cè)時(shí)的被裝物資消耗量； 為第 次預(yù)測(cè)與第 次預(yù)測(cè)的時(shí)間間隔， ； 為第 次預(yù)測(cè)與第 次預(yù)測(cè)間的被裝物資消耗增長(zhǎng)速度。

如上圖1所示，模型在時(shí)間t0開始以線性預(yù)測(cè)方程對(duì)時(shí)間t1的被裝物資消耗進(jìn)行預(yù)測(cè)；當(dāng)?shù)竭_(dá)時(shí)間t1后，將預(yù)測(cè)消耗量和實(shí)際獲取的消耗量進(jìn)行對(duì)比分析，其誤差為r1。如果誤差r1小于指定閥值則繼續(xù)以當(dāng)前線性方程對(duì)t2時(shí)間的被裝物資消耗進(jìn)行預(yù)測(cè)；如果誤差r1大于指定閥值則立即修改預(yù)測(cè)參數(shù)，形成新的線性預(yù)測(cè)方程，對(duì)下一時(shí)間的被裝物資消耗進(jìn)行預(yù)測(cè)。如此即實(shí)現(xiàn)了對(duì)被裝物資消耗的分階段線性化消耗預(yù)測(cè)。

2.2初始消耗速度的設(shè)定

采用該預(yù)測(cè)方法時(shí)，一個(gè)重要問題是在沒有產(chǎn)生實(shí)際消耗數(shù)據(jù)前如何確定其初始消耗速度。對(duì)于初始消耗速度，一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的辦法是采用被裝物資需求總量預(yù)測(cè)模型對(duì)該階段的被裝消耗總量進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后再用消耗總量除以該階段預(yù)計(jì)時(shí)間得到預(yù)測(cè)初始消耗速度。以替換被服為例。

某一作戰(zhàn)階段替換被服的消耗主要包括傷員替換和丟損補(bǔ)充兩部分，分別用被裝物資需求總量預(yù)測(cè)中的公式對(duì)這兩部分消耗量進(jìn)行預(yù)測(cè)：

分階段線性化消耗預(yù)測(cè)模型對(duì)被裝物資消耗進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，還有一個(gè)重要問題就是消耗速度閥值的確定，即當(dāng)預(yù)測(cè)消耗與實(shí)際消耗有多大幅度的偏離時(shí)對(duì)線性預(yù)測(cè)方式的增長(zhǎng)速度進(jìn)行重新修正和設(shè)定。由于不同類別的被裝物資其功能和適用的范圍不同，對(duì)于作戰(zhàn)的影響不同，因此需要為不同類別的被裝物資設(shè)定不同的閥值。對(duì)于具體閥值的確定，可采用專家評(píng)估法、頭腦風(fēng)暴法、德爾菲法等定性方法，對(duì)不同類別、不同作戰(zhàn)條件下的被裝物資消耗速度閥值進(jìn)行確定。

4小結(jié)

本章在分析研究了被裝物資需求預(yù)測(cè)的分類、主要影響因素、主要方法手段的基礎(chǔ)上。構(gòu)建了基于大數(shù)據(jù)的被裝物資需求總量預(yù)測(cè)、需求分布預(yù)測(cè)和戰(zhàn)中消耗預(yù)測(cè)三類被裝需求預(yù)測(cè)模型。為發(fā)展運(yùn)用需求預(yù)測(cè)信息系統(tǒng)，滿足被裝物資需求預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性和時(shí)效性要求創(chuàng)造了條件。

（作者單位：陸軍勤務(wù)學(xué)院）