基于模糊層次分析法的無(wú)人機(jī)運(yùn)輸效能評(píng)估

袁子怡，曾 勇

（武警后勤學(xué)院，天津 300309）

0 引言

隨著現(xiàn)代科技水平的提高，無(wú)人機(jī)在運(yùn)輸方面具有速度快、適應(yīng)性強(qiáng)、定位準(zhǔn)、人力少、調(diào)整靈活等特點(diǎn)，特別是在蜂群式補(bǔ)給、傷病員后送、運(yùn)輸編隊(duì)防護(hù)[1]等方面應(yīng)用廣泛，使得世界各國(guó)爭(zhēng)相快速發(fā)展無(wú)人機(jī)技術(shù)。因此，研究無(wú)人機(jī)運(yùn)輸效能對(duì)整個(gè)物流體系具有重要作用。

1 無(wú)人機(jī)運(yùn)輸效能評(píng)估指標(biāo)體系

1.1 評(píng)估思路和步驟

效能評(píng)估常用的方法有德?tīng)柗品?、層次分析法（AHP）、模糊綜合評(píng)判法、灰色白化權(quán)函數(shù)法、主成分分析法（PCA）、正負(fù)理想法、ADC 法等[2]，其中德?tīng)柗品?、層次分析法主觀性較強(qiáng)，過(guò)于依賴(lài)專(zhuān)家的意見(jiàn)，而主成分分析法和正負(fù)理想法使用范圍較小，ADC法計(jì)算量大且復(fù)雜。本文綜合各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，將模糊評(píng)價(jià)法與層次分析法相結(jié)合，解決了專(zhuān)家意見(jiàn)的模糊性和主觀性較強(qiáng)的缺點(diǎn)。評(píng)估思路：首先，根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)資料，利用層次分析法構(gòu)建三級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；其次，利用模糊評(píng)價(jià)法中的三角模糊函數(shù)，將其中的定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，從而解決難以量化且模糊的問(wèn)題，降低主觀性帶來(lái)的影響，從而確定各指標(biāo)的權(quán)重，并對(duì)其進(jìn)行去模糊化和標(biāo)準(zhǔn)化處理；最后，請(qǐng)專(zhuān)家對(duì)四款多旋翼無(wú)人機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行打分，輸出綜合評(píng)估得分，并根據(jù)此分?jǐn)?shù)進(jìn)行比較分析。無(wú)人機(jī)保障效能評(píng)估主要包括構(gòu)建效能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、確定指標(biāo)權(quán)重、專(zhuān)家打分以及輸出綜合評(píng)估結(jié)果等4個(gè)步驟，如圖1所示。

圖1 無(wú)人機(jī)保障效能評(píng)估流程圖

1.2 無(wú)人機(jī)運(yùn)輸效能評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)運(yùn)輸任務(wù)需求以及多方面影響因素，結(jié)合無(wú)人機(jī)保障的自身特點(diǎn)，從機(jī)體性能、導(dǎo)航能力、保障能力、生存能力、環(huán)境適應(yīng)能力、任務(wù)執(zhí)行能力六個(gè)方面[3]構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。其中，考慮到無(wú)人機(jī)本身的起降能力、飛行速度、續(xù)航時(shí)間、使用壽命、最大航程因型號(hào)、廠(chǎng)家的不同會(huì)有所差別，在一定程度上會(huì)對(duì)其他能力產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響運(yùn)輸效率，因此，將其作為機(jī)體性能的二級(jí)指標(biāo)。導(dǎo)航能力是無(wú)人機(jī)所需具備的最基本的能力，是完成所有任務(wù)的前提和基礎(chǔ)，包括目標(biāo)定位、自主導(dǎo)航、自動(dòng)規(guī)劃等能力，目標(biāo)定位的精確性、導(dǎo)航性能的準(zhǔn)確性及航線(xiàn)規(guī)劃的合理性，均有利于提高物資運(yùn)輸效率。保障能力主要考慮無(wú)人機(jī)的載重能力、載物容積以及裝卸能力等。同理，可得到其他一級(jí)指標(biāo)的二級(jí)指標(biāo)，最終得到的無(wú)人機(jī)運(yùn)輸效能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖2所示。該指標(biāo)體系共分為3層，按照從上往下、從左往右的順序?qū)γ總€(gè)指標(biāo)進(jìn)行編號(hào)。

圖2 無(wú)人機(jī)保障效能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.3 計(jì)算運(yùn)輸效能指標(biāo)權(quán)重

無(wú)人機(jī)保障效能的指標(biāo)體系包含定性指標(biāo)和定量指標(biāo)，由于很難用確定的值來(lái)表示定性指標(biāo)的重要性程度，且模糊性較強(qiáng)，對(duì)專(zhuān)家的意見(jiàn)依賴(lài)性較強(qiáng)。本文將三角模糊理論與層次分析法相結(jié)合，即三角模糊層次分析法[4]，邀請(qǐng)專(zhuān)家對(duì)同一層次的指標(biāo)相對(duì)于上層指標(biāo)的重要性程度進(jìn)行評(píng)估，以三角模糊數(shù)的形式來(lái)表示，經(jīng)過(guò)一系列步驟確定最終的指標(biāo)權(quán)重。具體計(jì)算方法如下：

（1）構(gòu)建模糊評(píng)價(jià)矩陣。設(shè)指標(biāo)體系中第T層的第K個(gè)指標(biāo)為XTK，以XTK為參考指標(biāo)，與XTK相關(guān)聯(lián)的第T+1 層的n個(gè)指標(biāo)可表示為XT+1,1，XT+1,2，XT+1,3，…XT+1,n。邀請(qǐng)3 位相關(guān)專(zhuān)家，對(duì)T+1 層的任意兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行重要性程度比較，并采用薩迪標(biāo)度法進(jìn)行標(biāo)度。

邀請(qǐng)3位專(zhuān)家根據(jù)重要性標(biāo)度對(duì)各指標(biāo)給出相應(yīng)的重要性評(píng)語(yǔ)，并用三角模糊數(shù)來(lái)表示專(zhuān)家評(píng)語(yǔ)的重要性程度，構(gòu)建無(wú)人機(jī)運(yùn)輸效能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系各個(gè)層次的評(píng)價(jià)矩陣，見(jiàn)表1。

表1 指標(biāo){C1,C2,C3,C4,C5,C6} 相對(duì)于上一層指標(biāo)O的評(píng)價(jià)矩陣

（2）一致性檢驗(yàn)。模糊評(píng)價(jià)矩陣是根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)所得，可能會(huì)因?yàn)橹饔^因素導(dǎo)致矩陣存在不一致的結(jié)論，即可能出現(xiàn)A＞B,B＞C,C＞A 的情況。在模糊評(píng)價(jià)矩陣中，由于lij和uij的值都在mij附近，且mij是模糊評(píng)價(jià)矩陣中最重要的值，它的隸屬度最大，所以只需檢驗(yàn)MTK'=的一致性即可。

①計(jì)算模糊評(píng)價(jià)矩陣的最大特征根λmax。

②計(jì)算每個(gè)最大特征根的一致性指標(biāo)CI：

③計(jì)算矩陣的檢驗(yàn)系數(shù)CR：

④判斷一致性檢驗(yàn)是否通過(guò)。若計(jì)算所CR<0.1，表示滿(mǎn)足一致性條件，若CR>0.1，就需要對(duì)矩陣進(jìn)行調(diào)整，直至滿(mǎn)足一致性條件為止。

通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)O、C1、C2、C3、C4、C5、C6的一致性檢驗(yàn)系數(shù)CR均小于0.1，由此判斷矩陣滿(mǎn)足一致性條件，通過(guò)檢驗(yàn)。

（3）計(jì)算各指標(biāo)初始權(quán)重。首先對(duì)模糊評(píng)價(jià)矩陣進(jìn)行模糊數(shù)整合，然后確定各指標(biāo)相對(duì)于上一層指標(biāo)的初始權(quán)重，公式如下：

①模糊數(shù)整合,結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 指標(biāo){C1,C2,C3,C4,C5,C6} 相對(duì)于指標(biāo)O 的模糊數(shù)整合

②確定初始權(quán)重，見(jiàn)表3。

表3 各指標(biāo)相對(duì)于上一層指標(biāo)的初始權(quán)重表

根據(jù)指標(biāo)體系中的層次關(guān)系，求出各級(jí)指標(biāo)相對(duì)于目標(biāo)層O的權(quán)重，即絕對(duì)權(quán)重，如下：

2 四款多旋翼無(wú)人機(jī)保障效能比較評(píng)估

2.1 確定評(píng)價(jià)因素及評(píng)價(jià)集

本文評(píng)估對(duì)象主要為某科技公司生產(chǎn)的A、B、C、D四款多旋翼無(wú)人機(jī)。指標(biāo)體系中的各指標(biāo)作為模糊綜合評(píng)價(jià)的因素集，針對(duì)本文問(wèn)題，對(duì)各指標(biāo)設(shè)定評(píng)價(jià)集V：{很好，好，一般，差，很差}，對(duì)應(yīng)的評(píng)分集為Z={1，0.8，0.6，0.4，0.2}。

2.2 構(gòu)建無(wú)人機(jī)模糊關(guān)系矩陣

無(wú)人機(jī)精確保障評(píng)價(jià)指標(biāo)體系包括6 個(gè)一級(jí)指標(biāo)，每個(gè)一級(jí)指標(biāo)均包括數(shù)個(gè)二級(jí)指標(biāo)，因此需要構(gòu)建6個(gè)模糊關(guān)系矩陣R。本文假設(shè)專(zhuān)家已根據(jù)圖2的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)四款無(wú)人機(jī)進(jìn)行了評(píng)分，得到了模糊關(guān)系矩陣，本文以A款無(wú)人機(jī)為例，其余三款無(wú)人機(jī)計(jì)算方法類(lèi)似。

其中矩陣中數(shù)字表示專(zhuān)家對(duì)各指標(biāo)的評(píng)價(jià)在評(píng)分集中所占比重，例如，(0.2,0.4,0.3,0.1,0)表示有20%的專(zhuān)家認(rèn)為P1指標(biāo)很好，40%的專(zhuān)家認(rèn)為好，30%的專(zhuān)家認(rèn)為一般，10%的專(zhuān)家認(rèn)為差，0%的專(zhuān)家認(rèn)為很差，以此類(lèi)推。

2.3 計(jì)算模糊綜合評(píng)判得分

由權(quán)重向量Ai和模糊關(guān)系矩陣Ri，計(jì)算評(píng)價(jià)向量Bi=Ai*Ri(i=1,2,...,6），進(jìn)而得到目標(biāo)層的模糊關(guān)系矩陣R0。

A款多旋翼無(wú)人機(jī)的目標(biāo)層模糊關(guān)系矩陣R0為：

進(jìn)而求得評(píng)價(jià)向量：

利用Bi*評(píng)分集ZT分別求得A、B、C、D 四款多旋翼無(wú)人機(jī)的最終綜合得分及各一級(jí)指標(biāo)的具體得分，見(jiàn)表4。

表4 四款多旋翼無(wú)人機(jī)得分

由表4 可知：綜合效能A＞B＞C＞D，機(jī)體性能B＞C＞D＞A，導(dǎo)航能力A＞B＞C＞D，保障能力A＞B＞C＞D，生存能力A＞B=C＞D，環(huán)境適應(yīng)能力A=B=C=D，任務(wù)執(zhí)行能力A＞B＞D＞C。綜合而言，A型無(wú)人機(jī)更適合物資運(yùn)輸任務(wù)。

3 結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)是未來(lái)無(wú)人智能化物流的主要手段，無(wú)人機(jī)運(yùn)輸效能在一定程度上決定著物流效率。本文針對(duì)無(wú)人機(jī)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)與影響因素，在建立無(wú)人機(jī)運(yùn)輸效能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，應(yīng)用模糊層次分析法確定各層級(jí)指標(biāo)權(quán)重，最終用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)四款無(wú)人機(jī)的運(yùn)輸效能進(jìn)行評(píng)分，為今后研究無(wú)人機(jī)運(yùn)輸效能提供參考依據(jù)。