[논문]포병부대 비계획 사격순서 결정 알고리즘

최용백; 김경섭

포병부대 비계획 사격순서 결정 알고리즘
Algorithms for Fire Sequencing Problem in Unplanned Artillery Attack Operation 원문보기

산업경영시스템학회지 = Journal of society of korea industrial and systems engineering, v.35 no.2, 2012년, pp.37 - 44

최용백 (교육사령부 전투실험실 워게임실험처) , 김경섭 (연세대학교 산업공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper focuses on scheduling problems arising in the military. In planned artillery attack operations, a large number of threatening enemy targets should be destroyed to minimize fatal loss to the friendly forces. We consider a situation in which the number of available weapons is smaller than the number of targets. Therefore it is required to develop a new sequencing algorithm for the unplanned artillery attack operation. The objective is to minimize the total loss to the friendly forces from the targets, which is expressed as a function of the fire power potential, after artillery attack operations are finished. We develop an algorithm considering the fire power potential and the time required to destroy the targets. The algorithms suggested in this paper can be used in real artillery attack operations if they are modified slightly to cope with the practical situations.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

비계획 사격시 표적 사격순서는 아군의 피해를 최소화하기 위해 지휘관 또는 사격지휘장교의 판단으로 결정이 되며, 현재 실무부대에서는 적의 위협이 가장 큰 표적부터 타격을 실시하고 있다. 그러나 본 논문에서는 적의 위협 정도와 표적 사격 소요시간 그리고 사격방향 전환 소요시간을 동시 고려하여 사격순서를 결정하는 방법을 제시하며, 기존방법과 비교하여 본 논문에서 제시한 방법의 우수성을 검증한다.
비계획 사격순서 결정에서 가장 중요한 것은 작전목적 달성과 아군의 피해를 최소화 하는 것이다. 본 논문에서는 임무 부여된 모든 표적을 파괴하면서 아군의 피해를 최소화하기 위한 사격순서 결정방법을 제안한다.
실험의 목적은 본 연구에서 제안하는 사격순서 결정 알고리즘에 의한 사격순서 결정시 목적 값인 아군의 총 피해 값과 기존 사격순서 결정 방법으로 사격순서 결정시 아군의 총 피해 값을 비교하는 실험이다. 따라서 실험은 기존사격순서결정 방법 두 가지(Largest FPP and Setup 최소 방법, Largest d 방법)와 비계획 사격순서 결정 알고리즘을 Microsoft Visual C#으로 구현하여 PC(Core (TM) i5-2500 CPU 3.
McNAUGHTON은[9] 단일기계에서 처리되어야 하는 모든 작업의 납기기한이 0이면 즉, 모든 작업은 공정시작과 동시 손실이 발생하는 상황이면, 단위시간당 손실이 가장 크게 발생하는 작업부터 우선순위를 부여하여 작업 일정을 결정하는 것이 아니라 작업 소요시간 대비 단위시간당 발생하는 손실이 가장 큰 작업부터 우선순위를 부여하여 작업일정을 결정하는 것이 모든 작업을 완료할 때 발생하는 총 손실을 최소화하는 작업순서 결정 방법임을 증명하였다. 이는 단일방향의 사격순서 결정 상황과 유사하여 단일 방향에서의 비계획 사격순서 결정에서 적 표적의 잠재화력 값과 파괴소요시간으로 사격순서를 결정하는데 응용할 수 있으며, 본 논문에서는 이를 발전시켜 양방향에서의 사격순서 결정 알고리즘을 제안한다.

가설 설정

(1) 한 무기체계는 한 번에 하나의 적 표적에만 사격할 수 있다.
실험에서는 사격 방향전환 소요시간이 사격순서 결정방법에 미치는 영향을 판단하기 위해 아래 과 같이 사격방향 전환 소요시간을 부대훈련 정도와 기상조건 등에 의해 가정하였다.

제안 방법

이와 같이 기존연구는 표적할당 및 계획사격순서 결정에 관한 연구로 진행되었다. 그러나 본 연구는 전투가 쌍방의 타격과정임에도 불구하고 아군의 피해정도는 고려하지 않은 채 적 표적의 타격만을 고려한 기존연구의 한계점을 극복하고 기존연구에서 다뤄지지 않은 비계획 사격작전에 관한 사격순서 결정 문제에 대한 해법을 제시한다.
논문에서 제시한 알고리즘은 정성적인 요소를 제외한 객관적이고 과학적인 비계획 사격순서 결정을 위한 의사 결정 수단이다. 따라서 야전 현장에서 비계획 사격순서 결정시 지휘관은 본 알고리즘의 결과와 작전임무와 상황 그리고 상급부대 의도 등 정성적인 요소를 동시 고려하여 최종적으로 사격순서를 판단해야 한다.
실험의 목적은 본 연구에서 제안하는 사격순서 결정 알고리즘에 의한 사격순서 결정시 목적 값인 아군의 총 피해 값과 기존 사격순서 결정 방법으로 사격순서 결정시 아군의 총 피해 값을 비교하는 실험이다. 따라서 실험은 기존사격순서결정 방법 두 가지(Largest FPP and Setup 최소 방법, Largest d 방법)와 비계획 사격순서 결정 알고리즘을 Microsoft Visual C#으로 구현하여 PC(Core (TM) i5-2500 CPU 3.3GHz)상에서 실험하여 목적 값을 비교하였다.
마지막 방법은 본 논문에서 제시한 비계획 사격순서 결정 절차에 의한 방법이다. 이 방법으로 사격순서를 결정하면, A3 →A1 → A2 → Setup(A → B) →B2 → B1 → Setup (B → A) → A4이다.
권오정[10]은 표적할당 및 사격순서 결정 문제에 대하여 연구하였으며, 이는 최초의 표적할당 및 사격순서에 관한 확정적 모형의 접근 방법이다. 먼저 1단계로 무기체계-표적할당 문제를 분지한계법과 라그랑지완화 기법을 사용하여 최적해를 구하고, 2단계로 사격순서 결정문제를 greedy 알고리즘을 응용 최적해를 구하였다. 김태헌[5]은 권오정[10]의 geedy 알고리즘을 보완하여 최종 사격 완료시간을 최소화 하는 pair 알고리즘 응용 방법을 제시하였으며, 김기호[2]는 개별생산 시스템 문제를 포병사격문제로 해석하여 포병부대 무기체계와 표적이 할당된 조건하에서 전술적, 운영적 제약사항을 만족하는 계획표적 사격순서 결정 문제를 혼합정수계획 모형으로 구성하여 전체 사격완료시간을 최소화하는 방법을 제시하였다.
기호 (1), 기호 (2)는 최초 잠재화력 값으로, 잠재화력[8]이란 적 무기체계가 아군에게 주는 피해 값을 나타내는 것이며, 이는 적 무기체계에서 발사된 총탄, 포탄의 탄착점에서의 물리적 효과 즉, 피해정도를 대인, 대장갑, 대경장갑차 효과로 구분하여 평가한 지수이다. 본 논문에서는 최근 전쟁과 전투실험간 산출한 잠재화력 값을 활용하여 알고리즘에 적용한다. 전투실험 간 잠재화력 지수는 다음과 같이 산출한다.
실험은 표적 개수별(10∼40개), 사격방향 전환 소요 시간별(2∼6분)로 구분하여 실시하였으며, 제안하는 사격순서 결정 알고리즘의 목적값과 기존 방법의 목적값과의 비교를 위해 기존 방법 중에 좋은 목적값과 제안 사격순서 결정방법의 목적값의 차이를 뜻하는 G-H Gap을 사용하였으며 그 식은 아래와 같다.
비계획 사격순서 결정 절차는 아군의 총 피해 값을 최소화 하도록 사격방향을 결정하고, 결정된 사격방향에서 손실지수 값이 가장 큰 표적을 선정하여 사격한다. 이후 다시 아군의 총 피해 값을 최소화하는 사격방향을 결정하여 표적을 선정하고 사격하는 절차를 반복하여 모든 표적의 사격순서를 결정한다.
제시한 비계획 사격순서 결정 알고리즘의 성능을 평가하기 위한 실험으로 포병부대의 운용상황과 적 전술에 근거한 예제를 생성하였다. 사격부대는 1개의 견인포 포병대대이고 18문의 화포로 구성되어 있으며, 단위 시간당 사격 효과는 18문의 사격효과이다.
표적의 수는 10∼40개로 결정하였으며, 표적의 잠재화력 값과 사격소요 시간은 불확실한 전쟁상황을 고려 무작위에 의한 방법에 의해 생성하여 적용하였다.

성능/효과

(2) 아군의 무기체계의 수는 적 표적(적 무기체계의 수)의 수보다 작다.
(4) 아군 포병부대의 타격을 받는 적 무기체계의 잠재화력은 시간에 비례하여 감소한다.
(8) 최초 사격방향에서 사격이 불가능한 표적은 사격 방향 전환 후 사격이 가능하다.
<표 4>에서 보는 바와 같이 총 사격소요시간은 논문에서 제안한 방법이 Largest FPP and Setup 최소 방법보다 소폭 증가하지만, 모든 실험 문제에 대하여 목적값 즉, 아군의 총 피해값이 최소화됨을 알 수 있다. 모든 실험에서 각 알고리즘의 계산 시간은 0.01초 미만이었으며, 이는 포병부대의 운용상황과 전장상황의 현실성을 고려한 문제크기 설정 결과로서 짧은 시간에 모든 문제의 해 산출이 가능하였다.
본 논문에서는 비계획 사격순서 결정문제에 대해 표적의 위협정도와 파괴소요시간 그리고 사격방향 전환 소요시간을 동시 고려한 사격순서 결정 절차를 제시하여 기존 방법보다 아군의 피해를 4~6% 이상 감소시키는 효과를 보았다. 이는 수백여 포병부대가 논문에서 제시한 알고리즘을 적용하여 비계획 사격작전을 실시할 경우 상당한 아군의 인원 및 장비의 피해를 감소시킬 수 있을 것으로 판단된다.
<표 4>는 기존 사격순서결정 방법과 비계획 사격순서 결정 알고리즘으로 사격작전을 실시했을 때 목적값과 총 사격소요 시간이다. <표 4>에서 보는 바와 같이 총 사격소요시간은 논문에서 제안한 방법이 Largest FPP and Setup 최소 방법보다 소폭 증가하지만, 모든 실험 문제에 대하여 목적값 즉, 아군의 총 피해값이 최소화됨을 알 수 있다. 모든 실험에서 각 알고리즘의 계산 시간은 0.
반면, 사격방향 전환소요시간이 동일할 때, 표적 수가 증가할수록 아군의 피해 값 감소율이 증가한다. 예로 사격 방향 전환소요시간이 2분일 경우 표적수가 10개일 때 아군의 피해 값 감소율은 4.96%, 40개일 때 6.98%로 표적 수가 증가할수록 아군의 피해 값 감소율은 증가한다.
<그림 6>에서 보는 바와 같이 동일한 문제 크기에서는 사격방향 전환소요시간이 증가할수록 아군의 피해 값 감소율이 감소함을 알 수 있다. 예로, 표적 수가 40개일 때, 사격방향 전환소요 시간이 2분인 경우에는 아군의 피해 값 감소율이 6.98%, 6분일 경우에는 5.07%로 사격방향 전환소요시간이 증가할수록 아군의 피해 값 감소율이 감소한다. 반면, 사격방향 전환소요시간이 동일할 때, 표적 수가 증가할수록 아군의 피해 값 감소율이 증가한다.
위의 예제를 세 가지 방법으로 비계획 사격작전을 실시한 결과 본 논문에서 제시한 비계획 사격순서 결정 알고리즘에 의한 방법이 다른 방법보다 아군의 총 피해 값이 최소화됨을 알 수 있다.
즉, 부대훈련 수준이 높고, 기상조건이 양호할수록 사격방향 전환소요 시간이 작으며, 훈련수준이 낮고 기상조건이 불리할수록 사격방향 전환소요 시간 크다.
즉, 부대훈련 수준이 우수하고, 기상 조건이 양호 할수록 제안 모델에 의한 사격순서 결정시 더 우수한 성능을 보이며, 훈련수준과 기상조건이 동일할 경우 표적의 수가 증가할수록 제안 모델에 의한 사격순서 결정시 기존 방법 보다 더 우수한 성능을 보임을 알 수 있다.

후속연구

현재 포병부대에서는 대대급 전술사격통제기(Battalion Tactical Command System, BTCS)이 개발되어 운영 중이며, 이 시스템은 포병사격작전에 대한 계획, 실시, 평가 단계를 전산화 하여 작전임무를 수행하도록 하는 시스템이다. 본 논문에서 제안하는 알고리즘은 아군의 피해를 최소화하기 위한 사격순서 결정 모델로서 대대급 전술사격통제기에 탑재할 경우 긴박한 전술상황 속에서 신속한 사격순서 결정을 위한 의사결정 수단으로 사용 될 것으로 예상된다.
향후 과제로서, 본 모델은 비계획 사격순서 결정 문제만을 고려하였으나, 계획 사격 표적 할당과 순서 결정 문제에도 아군의 피해를 최소화하기 위한 연구가 필요하며, 아군의 피해를 최소화 하는 동시 총 사격소요시간도 최소화 하는 모델 개발이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	한반도에서의 전면전 양상은 어떻게 전개 되는가?	한반도에서의 전면전 양상은 북한군의 대량 화력전을 근간으로 한 전면 기습공격, 고속 기동 유격전, 정규전과 비정규전의 배합 등으로 전개 될 것이다. 특히, 화력전은 걸프전과 같은 최근의 전례에서 입증된 것처럼 지상 작전에서 적 중심과 주요기능체계를 파괴하고 아군의 기동부대를 지원하여 기동여건을 조성하는 등 전투의 승패를 결정짓는 핵심요소이다[6].
	화력전이란 어떤 요소인가?	한반도에서의 전면전 양상은 북한군의 대량 화력전을 근간으로 한 전면 기습공격, 고속 기동 유격전, 정규전과 비정규전의 배합 등으로 전개 될 것이다. 특히, 화력전은 걸프전과 같은 최근의 전례에서 입증된 것처럼 지상 작전에서 적 중심과 주요기능체계를 파괴하고 아군의 기동부대를 지원하여 기동여건을 조성하는 등 전투의 승패를 결정짓는 핵심요소이다[6]. 이러한 화력전에서 화력의 우세 달성은 무기체계의 수가 많거나 기술의 우위로 달성이 가능하다.
	우리나라는 무기체계의 기술적 우위확보를 위한 전술과 시스템의 개발이 필요한 이유는 무엇인가?	이러한 화력전에서 화력의 우세 달성은 무기체계의 수가 많거나 기술의 우위로 달성이 가능하다. 그러나 2009년도 국방백서[1]에 의하면 남한의 야포수는 약 5200여문, 북한의 야포수는 약 12700여문으로 남한이 북한에 비해 수적으로 열세한 실정이다. 따라서 수적인 열세를 극복하기 위해 무기체계의 기술적 우위확보를 위한 전술과 시스템의 개발이 필요하다.

참고문헌 (11)

국방부; 국방백서, 2009.
김기호; "포병부대 계획표적 사격순서 결정에 관한 연구", 석사학위논문, 고려대학교, 2002.
김동현; "표적할당과 사격순서의 동시 결정 문제를 위한 발견적 기법", 석사학위논문, 연세대학교, 2008.
김충영; 군사 OR 이론과 응용, 두남, 309-330, 2010.
김태헌; "공유표적을 포함한 사격순서 결정에 관한 연구", 석사학위논문, 연세대학교, 2002.
육군본부; 화력운용실무, 2004.
황원식; "스케줄링을 이용한 계획표적 사격순서 최적화에 관한 연구", 석사학위논문, 국방대학교, 2006.
Baker, K. R., Lawler, E. L., Lenstra, J. K., and Rinnooy Kan, A. H. G.; "Preemptive Scheduling of a Single Machine to Minimize Maximum Cost Subject to Release Dates and Precedence Constraints," Operations Research, 31(2) : 381-386, 1983.

상세보기
Cha Y. H. and Kim Y. D.; "Fire scheduling for planned artillery attack operations under time-dependent destruction probabilities," OMEGA, 38(5) : 384-392, 2010.
Kwon, O. J., Kang, D. H., Lee, K. S., and Park, S. S.; "Targeting and Scheduling Problem for Field Artillery," Computers and Industrial Engineering, 33 : 693-696, 1997.

상세보기
McNaughton, R.; "Scheduling with Deadlines and Loss Functions", Management Science, 6 : 1-12, 1959.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증