一種面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗方法，其包括面向平臺級Agent交互仿真的作戰(zhàn)實驗的流程設計，面向平臺級Agent交互仿真的作戰(zhàn)實驗設計方法和面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗開發(fā)方法。本發(fā)明針對現(xiàn)代陸軍作戰(zhàn)的復雜適應系統(tǒng)特性，采用基于平臺級多Agent作戰(zhàn)建模與仿真技術，對陸軍分隊作戰(zhàn)實驗的基本流程進行了設計，對實驗設計和實驗開發(fā)等主要實驗流程環(huán)節(jié)的實現(xiàn)方法進行了設計，為高分辨率的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗提供了理論和方法支撐。
【專利說明】一種面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗方法 【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種作戰(zhàn)實驗方法，具體涉及一種一種面向平臺級Agent交互仿真的 陸軍分隊作戰(zhàn)實驗方法，屬于計算機作戰(zhàn)仿真技術領域。 【【背景技術】】
[0002] 隨著信息化時代的到來，各種高新技術運用于戰(zhàn)場，使得戰(zhàn)場復雜性大幅提高。 "從戰(zhàn)爭中學習戰(zhàn)爭"，是進行戰(zhàn)爭理論研究和戰(zhàn)法檢驗行之有效的方法，但在當今和平時 代，沒有與武器裝備發(fā)展相適應的戰(zhàn)爭可供我們學習研究，也沒必要用這種以破壞為代價 的方式來研究戰(zhàn)爭，于是以實驗代替戰(zhàn)爭的方法一一作戰(zhàn)實驗，得到了飛速發(fā)展。
[0003] 美軍在作戰(zhàn)實驗方面先后提出了很多相近的概念，反映了對作戰(zhàn)實驗的認識過 程。包括國防實驗、軍事實驗、作戰(zhàn)實驗，以及聯(lián)合作戰(zhàn)實驗等。在我國，著名科學家錢學森 則是首倡者，早在1979年，錢學森就指出："在模擬的可控制的作戰(zhàn)條件下進行作戰(zhàn)實驗，能 夠?qū)τ嘘P兵力與武器裝備使用之間的復雜關系獲得數(shù)量上的深刻了解。作戰(zhàn)實驗，是軍事 科學研究方法劃時代的革新。"作戰(zhàn)實驗的思想提出后，歷經(jīng)幾十年的探索，我國的作戰(zhàn)實 驗逐漸由理論探索進入到實踐，為我軍的信息化發(fā)展開辟了 一條科學探索途徑。
[0004] 然而，戰(zhàn)爭是一個復雜巨系統(tǒng)。傳統(tǒng)推演方式的作戰(zhàn)實驗難以滿足實驗發(fā)展的需 要。隨著信息技術、大型計算機技術和仿真技術的迅猛發(fā)展，以模擬仿真的方式實現(xiàn)作戰(zhàn)實 驗成為必然趨勢，各國作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)的綜合性能也都在不斷的提高。海灣戰(zhàn)爭后，美國確立 了"提出理論-作戰(zhàn)實驗-實兵演練-實戰(zhàn)檢驗"的軍隊發(fā)展途徑。從1989年美軍空襲利比亞 的"外科手術式打擊"，到海灣戰(zhàn)爭38天的地面作戰(zhàn)和科索沃戰(zhàn)爭78天的大空襲，從阿富汗 戰(zhàn)爭的空中打擊，到海軍陸戰(zhàn)隊擊斃本拉登，這種"制式"戰(zhàn)法都源于作戰(zhàn)實驗。其他各國也 對作戰(zhàn)實驗的超前性普遍重視，作戰(zhàn)實驗理論得到巨大發(fā)展。
[0005] 為適應軍事科學研究與實踐發(fā)展的這種必然趨勢，我國也大力研究作戰(zhàn)實驗方 法。作戰(zhàn)系統(tǒng)是一種動態(tài)的、非線性的，具有"涌現(xiàn)"行為和自適應性、自組織性特征的復雜 系統(tǒng)。基于這種復雜特性，要對作戰(zhàn)系統(tǒng)的行為進行深刻逼真的描述，就要準確掌握和描述 作戰(zhàn)系統(tǒng)運行規(guī)律及其內(nèi)部諸要素間的關系，運用先進合理的仿真技術，開展作戰(zhàn)實驗。
[0006] 然而由于戰(zhàn)爭系統(tǒng)的復雜性，以往的仿真方法在作戰(zhàn)實驗中的運用往往存在著不 足:人在環(huán)、部分實裝在環(huán)的仿真方法，仿真實現(xiàn)成本高、難度大，因硬件設施的局限往往只 能進行為數(shù)不多幾個方面的仿真實驗研究，難以進一步拓展復雜作戰(zhàn)系統(tǒng)的仿真實驗功 能；以數(shù)學模型為基礎的仿真方法，需要對作戰(zhàn)行為進行數(shù)學抽象，從而簡化了對系統(tǒng)整體 行為的描述，忽略了作戰(zhàn)系統(tǒng)的復雜性層次，難以真實反映各種因素間的相互影響和隨機 性因素的作用；定性仿真方法不能描述作戰(zhàn)的動態(tài)過程，而且缺乏對作戰(zhàn)過程的自適應和 自組織特性的描述;模糊仿真方法通過模糊數(shù)學理論處理觀測數(shù)據(jù)，但在作戰(zhàn)系統(tǒng)仿真中， 往往由于對信息化戰(zhàn)場的先期概念技術演示驗證、對裝備體系運用及其優(yōu)化配置等方面先 驗理論是不充分的，導致通過先驗理論獲取的觀測數(shù)據(jù)失真，從而影響模糊仿真方法的實 際應用效果；系統(tǒng)動力學雖能比較直觀形象地處理某些較復雜的非線性問題，但其不足是 缺乏全面的協(xié)調(diào)指標體系，以及空間因素的處理功能，難以刻畫系統(tǒng)各要素的空間相互作 用及反饋關系。
[0007] 因此，為解決上述技術問題，確有必要提供一種創(chuàng)新的面向平臺級Agent交互仿真 的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗方法，以克服現(xiàn)有技術中的所述缺陷。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0008] 為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種面向平臺級Agent交互仿真的陸軍 分隊作戰(zhàn)實驗方法，為高分辨率的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗提供了理論和方法支撐。
[0009] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為:一種面向平臺級Agent交互仿真的陸 軍分隊作戰(zhàn)實驗方法，其特征在于:包括面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗的 流程，面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗設計方法和面向平臺級Agent交互仿 真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗開發(fā)方法，其中：
[0010] 面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗的流程:將面向平臺級Agent交互 仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗設計分為三個階段，即面向平臺級Agent交互仿真的作戰(zhàn)實驗實 驗設計階段、面向平臺級Agent交互仿真的作戰(zhàn)實驗開發(fā)階段與面向平臺級Agent交互仿真 的作戰(zhàn)實驗實施與結(jié)果分析階段。
[0011] 面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗設計方法:包括基于任務分解的 作戰(zhàn)實驗需求獲取方法、作戰(zhàn)實驗的問題與指標設計方法和作戰(zhàn)實驗軍事想定包括的要 素。
[0012]面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗開發(fā)方法:包括面向平臺級Agent 交互仿真的作戰(zhàn)實驗仿真想定設計方法、平臺級Agent建模方法、多平臺級Agent交互建模 方法。
[0013] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0014] 本發(fā)明針對現(xiàn)代陸軍作戰(zhàn)的復雜適應系統(tǒng)特性，采用基于平臺級多Agent作戰(zhàn)建 模與仿真技術，對陸軍分隊作戰(zhàn)實驗的基本流程進行了設計，對實驗設計和實驗開發(fā)等主 要實驗流程環(huán)節(jié)的實現(xiàn)方法進行了設計，解決了傳統(tǒng)作戰(zhàn)實驗方法無法滿足復雜作戰(zhàn)系統(tǒng) 仿真實驗的問題，為高分辨率的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗提供了理論和方法支撐。 【【附圖說明】】
[0015] 圖1是本發(fā)明面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗流程圖。
[0016] 圖2是本發(fā)明基于任務分解的作戰(zhàn)實驗需求獲取方法示意圖。
[0017] 圖3是本發(fā)明任務分解的流程圖。
[0018]圖4是本發(fā)明任務分解的過程圖。
[0019] 圖5是本發(fā)明由作戰(zhàn)系統(tǒng)實際組元到Agent的映射過程圖。
[0020] 圖6是本發(fā)明作戰(zhàn)實驗問題框架圖。
[0021]圖7是本發(fā)明作戰(zhàn)指標對應關系圖。
[0022] 圖8是本發(fā)明面向平臺級Agent交互仿真的作戰(zhàn)實驗開發(fā)流程圖。
[0023] 圖9是本發(fā)明仿真想定組成結(jié)構框架圖。
[0024] 圖10是本發(fā)明裝甲合成營指揮Agent組織結(jié)構圖。
[0025] 圖11是本發(fā)明紅軍對陣地防御藍軍進攻戰(zhàn)斗Agent交互示例圖。
[0026] 圖12是本發(fā)明坦克編隊的MAS通信黑板模型圖。
[0027] 圖13(a)，13(b)是本發(fā)明Agent之間的通信對Agent感知范圍的影響對比圖。
[0028]圖14(a)，14(b)是本發(fā)明Agent之間的通信對Agent作戰(zhàn)范圍的影響對比圖。 【【具體實施方式】】
[0029] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細地描述。
[0030] 一種面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗方法，其特征在于:包括面向 平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗的流程，面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊 作戰(zhàn)實驗設計方法和面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗開發(fā)方法。
[0031] 1)面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗的流程
[0032] 作戰(zhàn)實驗流程是描述作戰(zhàn)實驗按照一定的時間步驟或方法步驟進行作戰(zhàn)實驗研 究的過程，用于階段性劃分作戰(zhàn)實驗。本發(fā)明將面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn) 實驗設計分為四個階段:實驗設計、實驗開發(fā)、實驗實施與結(jié)果分析，其流程如圖1所示。
[0033] 實驗設計階段主要包括四個部分的內(nèi)容:仿真需求獲取、實驗問題設計、實驗指標 設計、想定設計，主要進行實驗的規(guī)劃，明確作戰(zhàn)實驗的目的，確定實驗所需要解決的問題、 基本假設、指標體系、條件約束和采取的策略等。實驗開發(fā)主要是根據(jù)確定的條件進行建 模，通過平臺級Agent實體模型和交互模型的構建來實現(xiàn)實驗開發(fā)，分為仿真想定設計細 化、平臺級Agent實體建模和多平臺級Agent交互建模三個部分。實驗實施階段主要設置條 件進行實驗運行。結(jié)果分析階段根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進行總結(jié)分析。具體實施步驟為：
[0034] 1.實驗設計
[0035] 本發(fā)明實驗設計主要包括四個部分的內(nèi)容:仿真需求獲取、實驗問題設計、實驗指 標設計、想定設計。
[0036] (1)基于任務分解的作戰(zhàn)實驗需求獲取。將作戰(zhàn)實驗需求劃分為問題界定需求、衡 量指標需求、想定背景需求和仿真需求。首先進行任務分解產(chǎn)生子任務，確定完成任務所需 的能力，提出求解任務的條件:實體和能力。通過基于角色的任務分解，將完成任務所需的 能力和角色信息賦予給Agent，生成Agent，為Agent建模奠定了基礎，以此方法獲得實驗需 求。
[0037] (2)針對問題界定需求進行實驗問題設計，結(jié)合陸軍裝甲部隊主要用于主要方向 和較平坦地區(qū)的特點，明確作戰(zhàn)實驗所要分析的問題和相關約束，提出實驗需要驗證的假 設。
[0038] (3)設計指標體系。根據(jù)問題設計提出的假設，設計解決問題所需要考察的指標。
[0039] (4)作戰(zhàn)想定設計。將作戰(zhàn)實驗想定劃分軍事想定和仿真想定。
[0040] 2.作戰(zhàn)實驗開發(fā)
[0041] 本發(fā)明作戰(zhàn)實驗開發(fā)過程包括仿真想定設計細化、平臺級Agent實體建模和多平 臺級Agent交互建模三個步驟。
[0042] (1)進行仿真想定細化。制定仿真想定框架，設計仿真想定由作戰(zhàn)組織關系、作戰(zhàn) 實體和作戰(zhàn)過程三部分組成，以此來描述仿真要素，為后續(xù)建模工作奠定基礎。
[0043] (2)平臺級Agent實體建模。從屬性和行為兩方面出發(fā)構建Agent模型。根據(jù)之前分 解的子任務，分析完成該任務所需的作戰(zhàn)能力，建立偵察能力模型、攻擊能力模型、機動能 力模型和通信能力模型。將作戰(zhàn)行動拆分為機動、動作、動作選擇規(guī)則，將作戰(zhàn)行動總結(jié)為， 根據(jù)信息機動至任務區(qū)，運用動作選擇規(guī)則執(zhí)行相應的行為，完成作戰(zhàn)任務。建立了動作選 擇規(guī)則的形式化描述模型。
[0044] (3)多平臺級Agent交互仿真建模。通過Agent協(xié)作的形式化表達和協(xié)作模式構建 多平臺級Agent協(xié)作模型，通過確認通信模式，建立信息感知模型，完成構建通信模型。
[0045] 2)面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗設計方法
[0046] 面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗設計包括了作戰(zhàn)實驗需求獲取、 作戰(zhàn)實驗的問題設計、作戰(zhàn)實驗的指標設計和作戰(zhàn)想定設計4個主要步驟。
[0047] 1.作戰(zhàn)實驗需求獲取方法
[0048]基于任務分解的作戰(zhàn)實驗需求獲取方法如圖2所示?；具^程是通過對作戰(zhàn)實驗 研究主體中的作戰(zhàn)任務進行分解，分析完成每一項子任務所需的作戰(zhàn)行動，從中尋找、確定 完成該任務的作戰(zhàn)角色，以該角色為原型，生成Agent。
[0049] (1)分隊作戰(zhàn)任務分解步驟
[0050]分隊作戰(zhàn)任務分解步驟如圖3所示。
[0051 ]第一步:總體任務目標分析。首先分析所要研究的分隊作戰(zhàn)任務，明確分隊完成戰(zhàn) 斗任務的總體要求，根據(jù)分隊的結(jié)構編成和武器裝備特點，了解完成任務所要進行的工作。
[0052]第二步:針對分隊的結(jié)構編成和武器裝備特點，特別是其最終實現(xiàn)目標，確定完成 任務而開展的相關工作所要堅持的一些基本原則。
[0053]第三步：以目標為牽引，分析采取合理的角度進行任務分解，使之更易達成目標。
[0054] 第四步:對分隊作戰(zhàn)運用的流程進行分解。實際作戰(zhàn)中，總體作戰(zhàn)任務的完成通常 是分階段，分時節(jié)完成的。分隊在不同時節(jié)要完成的任務和執(zhí)行的動作也不同。因此要深入 細化每個時節(jié)的任務，以利于任務的解決，最終完成分隊作戰(zhàn)運用的任務分解。分析子任務 之間的關系，在實際作戰(zhàn)中，各子任務之間存在在時間上的并行關系、順序關系，優(yōu)先級上 的先后關系，確保子任務具有一定的獨立性以便于分配任務并防止任務沖突。
[0055] 第五步:分析已通過分解得到的任務的可執(zhí)行性。任務具有層次性，不同的層次需 要不同的實體去解決，某一層次的任務可能不能由現(xiàn)有的實體解決，此時就需要對該任務 做進一步的分解。
[0056]第六步:根據(jù)任務分解所得，建立分隊作戰(zhàn)的整體任務流模型，從分隊作戰(zhàn)運用的 總體作戰(zhàn)建模效益角度分析，評定該任務分解的合理性與可行性，并優(yōu)化選擇，最終構建適 合作戰(zhàn)實體的任務結(jié)構層次圖。
[0057] (2)基于角色的任務分配
[0058]將總的作戰(zhàn)任務分解為單個作戰(zhàn)平臺可完成的任務或作戰(zhàn)平臺可以協(xié)作完成的 子任務后，將子任務分配給相應的作戰(zhàn)實體，以該實體在作戰(zhàn)中擔任的角色完成任務的能 力和作戰(zhàn)特性為Agent模型仿真需求，即通過任務分配進行了任務能力和實體角色的分配， 進而完成獲取作戰(zhàn)實驗仿真需求。本發(fā)明中任務、角色與Agent的關系如圖4所示。
[0059]本發(fā)明將作戰(zhàn)任務分解為作戰(zhàn)平臺可以獨立或協(xié)作完成的子任務，將其與完成該 子任務所需的作戰(zhàn)角色進行匹配，作戰(zhàn)角色將完成該任務所需的能力和自身角色特定的作 戰(zhàn)能力賦予Agent，使Agent可以執(zhí)行動作來完成作戰(zhàn)任務的模擬仿真。本發(fā)明中引用基于 角色的任務分解的概念，通過對Agent綁定相應的陸軍分隊作戰(zhàn)平臺角色，角色間的交互形 成作戰(zhàn)活動。通過將作戰(zhàn)實體在戰(zhàn)場上與其擔任角色相應的任務分配給相應的Agent，完成 作戰(zhàn)實驗的任務分配。按照面向平臺級交互仿真Agent系統(tǒng)的層次結(jié)構框架，從作戰(zhàn)系統(tǒng)實 際角色到Agent映射的過程模型，如圖5所示。
[0060] 2.作戰(zhàn)實驗問題設計
[0061] 完成作戰(zhàn)實驗首先要明確作戰(zhàn)實驗所要解決的問題。實驗問題分析的主要任務是 明確實驗的目標并提出問題，明確實驗問題的假設條件、限制條件及問題的邊界，明確實驗 類型與擬采用的基本方法。問題的框架主要是建立所需分析的作戰(zhàn)實驗問題的結(jié)構化描 述，主要描述"作戰(zhàn)實驗要解決的問題是什么"。通過問題設計，首先提出作戰(zhàn)實驗問題，明 確該問題可能涉及到的領域、方法，解決該問題可以從哪些小的問題入手等。分隊級的作戰(zhàn) 實驗，首先要明確分隊所擔負的任務使命，行動特點，戰(zhàn)法要領等;其次，根據(jù)作戰(zhàn)指揮的層 次性，建立分析問題的層次目標，建立的Agent模型能反映相應戰(zhàn)場角色的作戰(zhàn)特點，交互 仿真系統(tǒng)能滿足作戰(zhàn)實驗的需要;第三，確定問題的實驗因素，包括可控自變量（即實驗因 素）、不可控自變量及假設與約束條件等，分隊作戰(zhàn)雖然層次較低，但是仿真對象為武器平 臺，實驗考察的指標比較復雜，約束條件較多，應合理設置實驗指標;第四，建立實驗因素與 層次目標之間的關系。問題框架如圖6所示。
[0062] 3.作戰(zhàn)實驗指標設計
[0063]作戰(zhàn)仿真實驗指標是根據(jù)作戰(zhàn)實驗需求，對實驗所要考察的性能進行的定量度 量。
[0064] (1)作戰(zhàn)方案級指標
[0065] 作戰(zhàn)方案級指標是對整個實驗所要檢驗或論證的問題所要達成目標的度量，是評 估整個實驗結(jié)果的基本指標。
[0066] 分隊作戰(zhàn)一般是在上級編成內(nèi)完成某一個時間和空間區(qū)域內(nèi)的任務，參與兵種較 少。但衡量作戰(zhàn)方案的優(yōu)劣，各要素之間關系錯綜復雜，很難定量給出各要素之間聯(lián)合效能 關系。我們主要從初始部署和作戰(zhàn)完成情況方面的指標來考察作戰(zhàn)方案:①作戰(zhàn)時間;②敵 我戰(zhàn)損比;③作戰(zhàn)完成情況:勝利、失敗;④兵力編配:初始坦克數(shù)量、彈藥基數(shù)、配屬兵力兵 器、火力支援;⑤耗損:彈藥消耗、油料消耗、坦克戰(zhàn)損(可修或不可修）、配屬兵力消耗。從這 些指標評估作戰(zhàn)方案的優(yōu)劣。
[0067] (2)作戰(zhàn)行動級效能指標
[0068]聯(lián)合作戰(zhàn)行動級效能指標用來衡量執(zhí)行各作戰(zhàn)行動完成任務的程度，是衡量作戰(zhàn) 行動的指標。作戰(zhàn)行動一般指機動、偵察、信息對抗、火力打擊、襲擊等，或者是幾個行動的 綜合，作戰(zhàn)行動效果的度量標準構成了作戰(zhàn)行動級效能指標體系，可從四個方面考察:戰(zhàn)場 感知能力、反應能力、攻防能力、可持續(xù)戰(zhàn)斗力。
[0069] (3)作戰(zhàn)實體級能力指標
[0070] 作戰(zhàn)實體級能力指標是對作戰(zhàn)系統(tǒng)中作戰(zhàn)實體的戰(zhàn)技術性能的度量。作戰(zhàn)實體包 括作戰(zhàn)坦克、裝甲車、步戰(zhàn)車、步兵、反坦克火器等，這些作戰(zhàn)單元的數(shù)質(zhì)量以及武器裝備的 戰(zhàn)技術性能的度量標準構成了作戰(zhàn)實體級指標體系。這些指標所代表的行為能力也直接體 現(xiàn)Agent的作戰(zhàn)行為能力，考察這些指標等于考察Agent相應的作戰(zhàn)能力。
[0071] 對于單坦克而言，其效能指標直接影響所屬分隊的作戰(zhàn)效能，其作戰(zhàn)效能包括有 效性指標和作戰(zhàn)能力指標，其中作戰(zhàn)能力指標包括火力、機動、防護和通信。
[0072] (4) Agent 個體指標
[0073]由于Agent的智能特性，Agent的行為受其個性的影響極大，甚至在面向平臺級 Agent交互仿真的作戰(zhàn)實驗中，應該將Agent個體指標列為首先考察的分析的實驗指標。如 好戰(zhàn)性、照顧友方、靠近敵方、士氣、個性、品質(zhì)等，都可以通過Agent的個體指標設置來實現(xiàn) 不同Agent個體的特點，影響Agent產(chǎn)生不同的行為。
[0074]通過任務分解得到實驗指標需求，進而根據(jù)需求設計指標。在方法軸上，我們通過 任務分解進行指標設計，體現(xiàn)了任務由高級復雜向低級簡單，實驗指標由粗放細的過程。在 工作軸上，則是生成Agent的過程。它們之間的對應關系如圖7所示。
[0075] 4.作戰(zhàn)想定設計
[0076]作戰(zhàn)想定要素包括：
[0077] (1)戰(zhàn)場環(huán)境要素
[0078] 戰(zhàn)場環(huán)境是仿真作戰(zhàn)雙方所處的環(huán)境要素，既包括自然環(huán)境還包括社會環(huán)境、電 磁環(huán)境等。
[0079] 自然環(huán)境要素是戰(zhàn)場所處的地形、天候等要素，包括:①地形：地形高低起伏、水 系、道路、植被、居民區(qū)等地物;②天候:溫度、濕度、天氣狀況、風速、能見度等;③作戰(zhàn)范圍： 中心點，范圍等。自然環(huán)境是作戰(zhàn)對抗雙方所處的基礎環(huán)境，對作戰(zhàn)單元的作戰(zhàn)效能有很大 影響。
[0080] 社會環(huán)境是戰(zhàn)場所處地區(qū)的社會情況，主要包括:作戰(zhàn)地區(qū)經(jīng)濟、民眾宗教信仰、 政治傾向、對作戰(zhàn)雙方的態(tài)度等。
[0081] 電磁環(huán)境主要指民用設施和軍用設施的使用所造成的電磁環(huán)境。
[0082] (2)作戰(zhàn)要素
[0083] ①作戰(zhàn)態(tài)勢
[0084]作戰(zhàn)態(tài)勢是反映當前戰(zhàn)場敵情，了解作戰(zhàn)方面臨的情況的途徑。
[0085] ?作戰(zhàn)兵力:作戰(zhàn)雙方兵力數(shù)量。
[0086] ?戰(zhàn)斗部署:雙方兵力部署區(qū)域和類型。
[0087] ?作戰(zhàn)目的:雙方戰(zhàn)斗目的。
[0088]②作戰(zhàn)任務
[0089] 作戰(zhàn)任務是軍事想定的主體，軍事想定圍繞作戰(zhàn)任務展開，為仿真對抗提供了劇 情，是仿真數(shù)據(jù)的主要來源。
[0090] ?作戰(zhàn)任務的類型:主攻、助攻、縱深攻擊、穿插迂回、防御、偵察、襲擊等。
[0091 ] ?完成時限:完成任務的時限，在規(guī)定時間內(nèi)攻占的地點或防守住的地點、或者遲 滯的敵人等，根據(jù)軍事想定中的進行描述。
[0092] ?參與任務的兵力:紅、藍雙方兵力、兵器。
[0093] ?任務區(qū):任務區(qū)域范圍。
[0094]③作戰(zhàn)平臺
[0095] 作戰(zhàn)平臺是對作戰(zhàn)單元的描述，是進行仿真對抗的基本實體和武器的載體。
[0096] ?平臺的類型:坦克、裝甲車、步兵、火箭筒等。
[0097] ?平臺的標識:作戰(zhàn)中同類型平臺會有多個，因此在想定描述中對每個作戰(zhàn)平臺 設定唯一標識，便于識別和在作戰(zhàn)過程中對其進行人工干預。
[0098] ?位置信息:平臺的坐標、移動速度、方向及路線等。
[0099] ?所屬方標志:紅方或藍方或?qū)д{(diào)。
[0100] ?武器性能:射程、射速、殺傷范圍、機動速度、防護能力等。
[0101] 通信能力:通信距離、通信方式、抗干擾能力等。
[0102] 3)面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗開發(fā)方法
[0103]面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗開發(fā)過程如圖8。以軍事想定為背 景，根據(jù)實驗問題、相關指標，細化仿真想定，以仿真想定為依據(jù)，構建平臺級Agent模型和 多平臺級Agent交互模型。
[0104] 1.面向平臺級Agent交互仿真的作戰(zhàn)實驗仿真想定設計
[0105] (1)作戰(zhàn)實驗仿真想定組成
[0106]仿真想定，是按照作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)的需求，依據(jù)作戰(zhàn)設計實驗系統(tǒng)，對作戰(zhàn)雙方的企 圖、作戰(zhàn)過程、作戰(zhàn)中可能出現(xiàn)的情況以及作戰(zhàn)實體在作戰(zhàn)過程中的主要活動所作的設想 和假定。
[0107]仿真想定以軍事想定為依據(jù)，面向仿真系統(tǒng)開發(fā)人員，根據(jù)作戰(zhàn)仿真需要，設計作 戰(zhàn)實驗仿真對象與劇情，開發(fā)作戰(zhàn)實驗仿真系統(tǒng)的基本依據(jù)。仿真想定的設計主要從以下 三個要素入手:作戰(zhàn)組織關系、作戰(zhàn)實體、作戰(zhàn)過程。作戰(zhàn)組織關系是在軍事想定下各參戰(zhàn) 實體的相互關系，關系中的成員是作戰(zhàn)過程指揮控制流的主要載體。作戰(zhàn)實體是作戰(zhàn)中扮 演一定角色的現(xiàn)實抽象，是模型構建的基礎。作戰(zhàn)過程是總體設計的核心，是構建仿真過程 的基本框架。但這三個要素不能直接用于仿真想定，應轉(zhuǎn)化為仿真建模和編程人員可以理 解的形式。本發(fā)明將這三個要素轉(zhuǎn)化為相應的三個部分:多Agent組織關系、平臺級作戰(zhàn)實 體Agent、多Agent交互，組成仿真想定。仿真想定組成結(jié)構如圖9所示。
[01 08] (2)作戰(zhàn)實驗仿真想定設計的核心內(nèi)容 [0109]①組織關系結(jié)構描述
[0110] 在陸軍分隊中，通常作戰(zhàn)單元間的關系包括:指控關系和協(xié)作關系。
[0111] 根據(jù)常規(guī)分隊的指揮體制和分隊編成情況，考慮常規(guī)分隊的一般合同作戰(zhàn)，其實 體Agent作戰(zhàn)模型體系的組織結(jié)構應至少是營、連、排，甚至需到更下級的班編制的多層混 合式組織體系結(jié)構。以各國軍隊通常編制的裝甲合成營為例，將單作戰(zhàn)裝備視為基本粒度 單元，營為最高指揮單位，連、排為中間單元，他們相對于上級是行為實體Agent，此時其所 有下級均可理解為聚合在整體框架下，相對于下級又是指揮實體Agent。
[0112]在作戰(zhàn)過程中，指揮實體Agent是作戰(zhàn)的決策和指揮單元，將作戰(zhàn)方案向下一級作 戰(zhàn)指揮實體Agent下達，同時，下一級作戰(zhàn)指揮實體Agent又作為上一級作戰(zhàn)行為實體執(zhí)行 相應的作戰(zhàn)任務，并把作戰(zhàn)狀況向上一級指揮實體Agent報告，為上一級指揮實體Agent提 供決策依據(jù)。其組織結(jié)構如圖10所示：同一編成內(nèi)上級指揮實體對下級作戰(zhàn)實體存在著指 揮控制關系，如合成營指揮Agent到偵察連指揮Agent，此時單從這個角度來看上下級屬于 集中式組織結(jié)構的范疇。在同一編成內(nèi)的下層作戰(zhàn)實體，如偵察連指揮Agent下的戰(zhàn)斗偵察 排指揮Agent和特種偵察排指揮Agent，從同級的角度來看屬于分布式組織結(jié)構的范疇。所 以，該裝甲合成營的整體Agent作戰(zhàn)交互行為組織結(jié)構是一個典型的混合式組織結(jié)構。 [0113] ②多Agent交互的過程描述
[0114]面向平臺級Agent交互仿真的作戰(zhàn)實驗系統(tǒng)中的作戰(zhàn)過程就是平臺級Agent之間 交互的過程。由于作戰(zhàn)交互錯綜復雜，作戰(zhàn)實驗中多Agent交互呈現(xiàn)出更加復雜的關系，為 了便于區(qū)分，以坦克分隊作戰(zhàn)為例，可以把作戰(zhàn)分隊在作戰(zhàn)系統(tǒng)中的內(nèi)部交互活動，如信息 感知Agent、指揮坦克Agent、作戰(zhàn)坦克Agent之間的交互活動抽象為順序進行的交互活動； 可以把作戰(zhàn)分隊與外部的交互活動，如信息感知Agent、指揮控制Agent、火力打擊Agent之 上的交互活動抽象為外部分布交互活動。為了說明多Agent交互的過程描述方法，以紅方對 陣地防御藍方進攻戰(zhàn)斗為例。
[0115] 圖11給出了以紅方分隊對陣地防御的藍方分隊實施進攻作戰(zhàn)的總體交互模型。為 了簡化問題，這里藍方分隊只用用一個藍方防御Agent來表示，紅方分隊用采用了三個角 色，信息感知Agent、指揮坦克Agent、作戰(zhàn)坦克Agent來表示。圍繞進攻與防御的對抗，雙方 分隊將進行一系列的對抗交互，在圖中只描述了 1種，這種交互是:紅藍雙方對抗交互，體現(xiàn) 在雙方火力打擊及與之相關的活動上。
[0116] 正由于紅藍對抗雙方體系之間發(fā)生了交互，相應地，紅藍雙方為了適應這種交互 的發(fā)生，也會在各自體系內(nèi)部進行一系列交互。例如，藍方防御Agent的防御部署和火力反 擊等行為引起的交互，紅方作戰(zhàn)體系為了適應這些交互行為的造成的影響，紅方作戰(zhàn)體系 內(nèi)部進行了如下3種交互:信息感知Agent與指揮坦克Agent、作戰(zhàn)坦克Agent進行的信息交 流;指揮坦克Agent與其所轄的作戰(zhàn)坦克Agent進行的偵察情況上報、打擊任務下達;作戰(zhàn)坦 克Agent與指揮控制Agent進行的打擊效果反饋。
[0117] 2.平臺級Agent建模
[0118] (1)攻擊模型
[0119] 坦克分隊作戰(zhàn)的坦克、步槍、火箭筒等都是直瞄武器，因此我們只研究直瞄武器的 攻擊能力行為。在這里，我們考慮攻擊行為為向?qū)Ψ桨l(fā)射子彈或炮彈，即攻擊行為由兩部分 組成:命中目標和毀傷目標。
[0120]直瞄武器主要依據(jù)彈丸的動能作用于目標，設主體武器的命中概率為Ph，毀傷概 率為Pk，毀傷概率是一個關于射擊距離的函數(shù)
[0122] R為毀傷半徑，〇為標準誤差。
[0123] (2)偵察模型
[0124] 偵察主要是指利用光學偵察裝備或雷達偵察裝備進行的光學或無線電偵察等，偵 察能力建模包括發(fā)現(xiàn)能力建模和分辨能力建模。
[0125] ①發(fā)現(xiàn)能力建模
[0126] 在實際作戰(zhàn)中，偵察者和偵察目標通常都處于運動狀態(tài)，構建發(fā)現(xiàn)能力模型的方 法偵察者為原點，以此為參照物，觀察偵察目標的相對于偵察者的運動路線Z，設Z上點的坐 標為(a(t)，0(t)):
[0127] 偵察者與偵察目標的距離為
[0128] =
[0129]當t = 0時，偵察目標在位置Aohojo)，并沿Z曲線開始運動，在t時刻偵察目標被發(fā) 現(xiàn)的概率為
[0130]
[0131] 式中:條件發(fā)現(xiàn)概率y(t)是偵察目標運動距離的函數(shù)。令
[0132] G(0=]*〇，(0 冶
[0133] 則G(t)稱為目標的發(fā)現(xiàn)勢。于是
[0134] P(t)=1-exp(-G(t))
[0135] 設被偵察對象的相對運動曲線2由Zi(AoAi)和22(AAs)組成，對Zi而言，目標的發(fā)現(xiàn) 勢為
[0136] Gx(t)=\\m Jo
[0137] 對辦，目標的發(fā)現(xiàn)勢為
[0138] G2(t) = j:: y(t)dt
[0139] 則對ZzZi+Z〗，發(fā)現(xiàn)勢為
[0140] G = j〇2 y(t)dt = ￡ y(t)dt + J|2 y{t)dt = G, (〇 + G2 (〇
[0141] ②分辨能力建模
[0142] 我們知道，當目標與我們的距離到達一定的值，我們才能對目標進行辨識，獲取目 標信息。在偵察行動中，這個距離值就是偵察Agent與偵察目標間的距離，這是一個常數(shù)，它 與偵察裝備的技術性能有關，在這個距離范圍內(nèi)，偵察Agent可以辨識偵察目標，并獲取相 關信息，我們將之設定為偵察分辨率閾值Q。設平臺級Agent的最大偵察距離為S max，偵察 Agent和被偵察對象的距離為D，則分辨能力模型可如下表示：
[0143] If D^O
[0144] 偵察Agent能夠判明偵察目標的種類和一般戰(zhàn)技術性能；
[0145] else if 9<D$Smax，
[0146] 偵察Agent能夠判明偵察目標的敵我歸屬情況；
[0147] Else if D>Smax,
[0148] 偵察Agent不能辨識或觀察到偵察目標。
[0149] (3)機動模型
[0150] ①追蹤
[0151 ]假設在t時刻追蹤n個目標Agent，其中，目標Agenti的空間位置坐標、速度和加速 度分別為(x丨，M)、?(〇，<⑴)和(a(⑴，4(f))，追蹤Agent對Agenti的追蹤緊迫權重為Wi，Wi n 反映了追蹤Agent對目標Agenti的追蹤緊迫程度，故0<Wi< 1，Wi G R，IW = 1，Ki，i G i=l N。此時，機動目標點的確定過程如下所述。
[0152] 追蹤Agent在A t時間內(nèi)可能的最大機動行程
令Rcs = min(Rm，Rs) 〇
[0155]如果V(飲-x,)2 +辦-義)2 >心,則求解下列以xd、yd為未知數(shù)的方程組
[0157] 否則令 Xd = tx，yd = ty
[0158] ②避讓
[0159]假設在t時刻被躲避的目標集團中共有n個目標Agent，其中，目標Agenti的空間位 置坐標、速度和加速度分別為(<，允）、（<(/)，<(〇)和(<(〇,<(〇)，避讓Agent對它的避讓緊 迫權重為wi，此時，避讓Agent機動方向的計算過程如下。
[0160]當遇有遮蔽物時，且目標在另一側(cè)接近遮蔽物時，避讓Agent可選擇快速接近遮蔽 物，此時避讓Agent與目標Agent i同向運動，當沒有遮蔽物時，避讓Agent應遠離目標，此時 避讓Agent與目標Agenti背向運動。故
[0164] 0為作戰(zhàn)空間坐標的x軸正方向到作戰(zhàn)Agent機動方向的夾角。
[0165] (4)通信模型
[0166]通信，是Agent與其他Agent之間進行信息交流的活動。Agent使用消息傳遞信息。 不同類型的消息，傳遞的信息內(nèi)容不同，在交戰(zhàn)過程中，Agent經(jīng)常使用的消息有：
[0167] 命令消息:任務標識、參與任務的武器裝備、攻擊方式、目標位置等。
[0168] 偵察消息:偵察所得信息，如敵方部署、武器裝備情況、兵力大小等。
[0169] 機動消息:機動路線、目標位置坐標等。
[0170] 攻擊消息:攻擊對象位置坐標、數(shù)量、武器裝備等。
[0171]反饋消息:執(zhí)行動作后的反饋，如攻擊行動中消滅敵方數(shù)量、我方傷亡數(shù)量等。
[0172] 3.多平臺級Agent交互建模
[0173] (1)多Agent協(xié)作模型
[0174] 多平臺級Agent的協(xié)作模型形式化表述如下：
[0175] M =〈Ag，G，P，T，S>
[0176]其中：Ag表示平臺級Agent。分為兩種，一種是協(xié)作參與Agent，一種是發(fā)出協(xié)作倡 議的協(xié)作發(fā)出Agent。協(xié)作發(fā)出Agent提出協(xié)作倡議，并根據(jù)實現(xiàn)協(xié)作目標所要完成的子任 務進行分配規(guī)劃；然后根據(jù)具有參與協(xié)作意圖的候選Agent的能力篩選合適的協(xié)作參與 Agent〇
[0177] G表示協(xié)作目標，由協(xié)作發(fā)出Agent根據(jù)完成任務的需求提出。
[0178] P表示協(xié)作規(guī)劃，關鍵是根據(jù)實現(xiàn)協(xié)作目標所需完成的任務的子任務結(jié)構，并確定 完成每個子任務所需的能力、具備該能力的平臺級Agent、完成子任務的優(yōu)先等級，以及各 平臺級Agent的相互關系。
[0179] T表示參與協(xié)作的Agent的集合，AgGT。
[0180] S表示協(xié)作方案，是協(xié)作參與Agent之間的任務分工及協(xié)同配合方案，S G P。
[0181] (2)多平臺級Agent通信模式模型
[0182 ]面向平臺級Agent交互仿真系統(tǒng)中的個體Agent間通信時采用點對點與黑板方式 相結(jié)合的通信聯(lián)接手段，在頂層作戰(zhàn)任務命令下達時，作戰(zhàn)環(huán)境發(fā)布采用黑板方式，組內(nèi)成 員在明確自身作戰(zhàn)任務的同時，還能夠及時了解友鄰作戰(zhàn)Agent的作戰(zhàn)區(qū)域環(huán)境，利于總體 作戰(zhàn)任務的完成;底層作戰(zhàn)Agent在協(xié)同過程中采用點對點的消息傳送方式，利于作戰(zhàn)任務 的隱蔽性。如圖12所示。
[0183] (3)多Agent信息感知模型
[0184] Agent進行交互，首先要對外界的信息進行感知。每個Agent除自身感知環(huán)境中的 各項信息，還接收其它Agent發(fā)送的信息數(shù)據(jù)或向其他Agent索取有關信息，增強自身信息 感知能力，增大信息獲取量，同時也能擴大作戰(zhàn)范圍。信息感知模型是當前Agent對其它 Agent采集的信息數(shù)據(jù)的重視程度，Agent將其可以共享信息轉(zhuǎn)化為個體認知，應用于移動 位置的懲罰函數(shù)計算中，即化為決策優(yōu)勢的程度，其懲罰函數(shù)為：
[01 85] ^GA(,x,y) ~ ^jt〇(x,y) ^)
[0186] 其中為當前Agent根據(jù)自身感知信息計算在(x，y)的懲罰函數(shù)數(shù)值，即根據(jù) 自身感知所做的決策行為。2。_(1，7)為根據(jù)共享信息計算的懲罰函數(shù)數(shù)值，即共享信息決 策行為，權重值 w ccm為當前Agent對共孚彳目息的重視程度，可在0_1間取值。w。。"=〇表不忽 視所有的共享信息，不影響決策?！丁??！? 1表示全部認知共享信息，作為決策的參考。
[0187] 如圖13(a)所示，當A，B兩個Agent無通信鏈接時，A的感知范圍Sc(陰影部分)僅局 限于其自身的感知范圍，即Sa
[0188] Sg = Sa
[0189] 如圖13(b)所示，當A，B兩個Agent有通信鏈接之后，A的全局感知范圍SC(陰影部 分)為兩個Agent感知范圍（Sa，Sb )之和，即 [0190] Sg = SaUSb
[0191 ] 如圖14(a)所示，當A，B兩個Agent無通信時，如果Rs、Rf分別是A的感知范圍和火力 范圍，A的作戰(zhàn)范圍為
[0192] Re(A)=Rs(A)nRf(A)
[0193] 如圖14 (b)所示，當A，B建立通信聯(lián)系后，A的作戰(zhàn)范圍也將擴大Re為：
[0194] Re(A) = (Rs(A)URs(B))nRf(A)
[0195]以上的【具體實施方式】僅為本創(chuàng)作的較佳實施例，并不用以限制本創(chuàng)作，凡在本創(chuàng) 作的精神及原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本創(chuàng)作的保護范圍之 內(nèi)。
【主權項】
1. 一種面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗方法，其特征在于:包括面向平 臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗的流程，面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作 戰(zhàn)實驗設計方法和面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗開發(fā)方法，其中： 面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗的流程包括:將面向平臺級Agent交互 仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗設計分為三個階段，即面向平臺級Agent交互仿真的作戰(zhàn)實驗實 驗設計階段、面向平臺級Agent交互仿真的作戰(zhàn)實驗開發(fā)階段與面向平臺級Agent交互仿真 的作戰(zhàn)實驗實施與結(jié)果分析階段； 面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊作戰(zhàn)實驗設計方法包括:基于任務分解的作戰(zhàn) 實驗需求獲取方法、作戰(zhàn)實驗的問題與指標設計方法和作戰(zhàn)實驗軍事想定包括的要素； 面向平臺級Agent交互仿真的陸軍分隊陸軍分隊作戰(zhàn)實驗開發(fā)方法包括:面向平臺級 Agent交互仿真的作戰(zhàn)實驗仿真想定設計方法、平臺級Agent建模方法、多平臺級Agent交互 建模方法。
【文檔編號】G06F17/50GK105893656SQ201610172459
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】李雄, 蒲瑋, 周泓, 張人千
【申請人】中國人民解放軍裝甲兵工程學院