坦克兵力行為智能體模型研究

孫少斌，韓志軍，馮亞斌

（裝甲兵學(xué)院作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)中心，安徽　蚌埠　233050）

坦克兵力行為智能體模型研究

孫少斌，韓志軍，馮亞斌

（裝甲兵學(xué)院作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)中心，安徽蚌埠233050）

為了有效模擬兵力物理行為和智能行為的不同特性，提出了一個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)坦克兵力智能體模型，該模型綜合了反應(yīng)式行為和慎思行為兩方面的優(yōu)點(diǎn)。采用層次化組合方法建立了基于行為模式的兵力物理行為模型，使兵力智能體能對(duì)動(dòng)態(tài)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境作出靈活的反應(yīng)。結(jié)合兵力不同類型任務(wù)的分析，設(shè)計(jì)了基于規(guī)劃的兵力智能行為模擬方法，使兵力智能體能按照戰(zhàn)術(shù)原則進(jìn)行作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃。

行為建模，物理行為，智能行為，行為模式，任務(wù)規(guī)劃

0　引言

兵力行為是引起作戰(zhàn)復(fù)雜性的根本原因，兵力行為模擬是作戰(zhàn)建模與仿真最具挑戰(zhàn)性的工作，已成為作戰(zhàn)建模與仿真的熱點(diǎn)和難點(diǎn)研究領(lǐng)域。傳統(tǒng)的基于有限狀態(tài)機(jī)和規(guī)則的兵力行為建模方法，行為間的邏輯關(guān)系定義清晰，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性和反應(yīng)性好，能很好地模擬作戰(zhàn)實(shí)體的物理特性；但由于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化和不確定性，對(duì)作戰(zhàn)過程中各種情況進(jìn)行預(yù)先的定義困難，將作戰(zhàn)任務(wù)表示成各個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)和對(duì)各狀態(tài)遷移進(jìn)行定義的過程非常復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的推理過程等智能行為模擬。

智能體是具有一定智能的自治實(shí)體，具有自治性、反應(yīng)性、面向目標(biāo)性（主動(dòng)性）和社會(huì)性4個(gè)主要特性。與傳統(tǒng)的仿真建模方法比較，智能體采用“自底向上”的建模方法，系統(tǒng)沒有集中式的控制，智能體通過相互間的協(xié)作和競(jìng)爭(zhēng)，獨(dú)立追求實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)，其結(jié)果是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境，很適宜于對(duì)復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)的建模與仿真，是兵力行為模擬的理想方法。本文主要探討基于智能體的坦克兵力行為模擬問題。通過利用軍事領(lǐng)域?qū)Ρπ袨槟M的有利知識(shí)，結(jié)合傳統(tǒng)兵力行為建模優(yōu)點(diǎn)，按照面向服務(wù)的層次化組合思想，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)復(fù)合型坦克兵力行為智能體模型。

1　坦克兵力行為智能體模型結(jié)構(gòu)

兵力行為的模擬依賴于一組特定的功能組件及它們之間合理的邏輯控制關(guān)系。建立坦克兵力行為智能體模型，首先要設(shè)計(jì)合理的智能體模型結(jié)構(gòu)，需要解決的問題是智能體由哪些功能模塊組成，模塊組成結(jié)構(gòu)和控制關(guān)系，它們之間如何交互信息，智能體感知到的信息如何影響它的行為和內(nèi)部狀態(tài)，以及如何將這些模塊組合起來形成一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)坦克兵力智能體功能。

1.1坦克兵力行為智能體模型特點(diǎn)

目前，兵力行為智能體模型結(jié)構(gòu)基本上可以分為反應(yīng)型、慎思型和混合型3種?；谛袨槟Ｊ降姆磻?yīng)型智能體和基于規(guī)劃的慎思（認(rèn)知）型智能體模型各有優(yōu)勢(shì)和不足，都不能完全滿足坦克兵力行為模擬的需要。坦克兵力既有與戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境變化有關(guān)的反應(yīng)式動(dòng)作，又有與戰(zhàn)術(shù)原則相關(guān)的智能行為。通過對(duì)坦克兵力作戰(zhàn)的抽象和武器特點(diǎn)分析，坦克兵力模型結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足：①模型結(jié)構(gòu)要明確區(qū)分物理行為模型和智能行為模型，并體現(xiàn)它們之間的邏輯控制關(guān)系；②模型控制過程符合對(duì)兵力作戰(zhàn)過程的抽象，并體現(xiàn)坦克分隊(duì)作戰(zhàn)使命、任務(wù)、動(dòng)作的層次分解/組合關(guān)系；③模型應(yīng)能有機(jī)結(jié)合基于行為模式的反應(yīng)式行為和基于規(guī)劃的慎思行為；④有利于坦克分隊(duì)作戰(zhàn)條令、戰(zhàn)術(shù)原則等領(lǐng)域知識(shí)的運(yùn)用。

1.2坦克兵力智能體模型結(jié)構(gòu)

為了真實(shí)模擬坦克分隊(duì)兵力作戰(zhàn)行為，同時(shí)提高系統(tǒng)的模塊性和可實(shí)現(xiàn)性，借鑒INTERRAP的層次結(jié)構(gòu)思想，綜合BDI慎思智能體和反應(yīng)式智能體優(yōu)勢(shì)，采用復(fù)合智能體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)坦克兵力行為模擬。如圖1所示。

圖1　CGF Agent層次模型結(jié)構(gòu)

模型主要由分層的兵力知識(shí)庫(kù)和多狀態(tài)的控制單元組成。在模型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上清晰地分離了兵力的知識(shí)庫(kù)和功能控制部分，并層次化組織各功能模塊。通過分離知識(shí)庫(kù)和功能控制，方便了各自獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，提高了系統(tǒng)的模塊性和靈活性，使各部分能采用最適宜的技術(shù)相對(duì)獨(dú)立地加以解決，有利于軍事領(lǐng)域知識(shí)的應(yīng)用，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。兵力知識(shí)庫(kù)設(shè)計(jì)按照坦克分隊(duì)作戰(zhàn)原則和戰(zhàn)術(shù)規(guī)則（分隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)、單車戰(zhàn)術(shù)）等領(lǐng)域知識(shí)的關(guān)系，根據(jù)包含知識(shí)的復(fù)雜度進(jìn)行層次化的組織構(gòu)造。一方面底層知識(shí)是上層知識(shí)的構(gòu)造和描述單元，另一方面上層知識(shí)可以直接調(diào)用和觸發(fā)下層知識(shí)，既方便了知識(shí)庫(kù)的建立，又方便了作戰(zhàn)領(lǐng)域知識(shí)的應(yīng)用。

在控制單元設(shè)計(jì)上，根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下兵力受制性的特點(diǎn)，對(duì)經(jīng)典的BDI智能體模型進(jìn)行了適當(dāng)?shù)牟眉簦凑仗箍朔株?duì)作戰(zhàn)使命、任務(wù)、動(dòng)作的層次分解/組合關(guān)系進(jìn)行組織。智能體按照“認(rèn)知環(huán)境-決策-規(guī)劃-動(dòng)作”的方式進(jìn)行行動(dòng)，與實(shí)際兵力作戰(zhàn)行動(dòng)相一致。動(dòng)作層通過物理行為實(shí)現(xiàn)，智能行為根據(jù)一般兵力和指揮型兵力角色的不同將智能行為分為局部規(guī)劃和協(xié)作規(guī)劃，分別對(duì)應(yīng)任務(wù)和使命層。局部規(guī)劃通過有機(jī)組合作戰(zhàn)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)兵力個(gè)體任務(wù)，協(xié)作規(guī)劃協(xié)調(diào)各兵力任務(wù)執(zhí)行完成作戰(zhàn)使命。

2　坦克兵力智能體控制單元

控制單元實(shí)現(xiàn)坦克兵力智能體作戰(zhàn)行為的生成和控制?；谒季S狀態(tài)（mental state）理論的BDI模型把智能體作為思維系統(tǒng)來研究，認(rèn)為智能體的行為是由智能體的思維狀態(tài)驅(qū)動(dòng)的，并通過對(duì)這些思維狀態(tài)屬性的描述和控制來實(shí)現(xiàn)智能體的行為。BDI模型為智能體如何行為提供了一種合理的解釋，即智能體的行為是由智能體的思維狀態(tài)驅(qū)動(dòng)的，為智能體行為生成和控制提供了有效的框架描述。由于人類思維是一種典型的復(fù)雜系統(tǒng)，我們還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有完全掌握人類思維的結(jié)構(gòu)和機(jī)理，對(duì)信念、愿望、意圖的產(chǎn)生和形成還難以完整準(zhǔn)確地描述，人們對(duì)意圖的理解、推理規(guī)則、形式語(yǔ)義至今都還沒形成共識(shí)，許多學(xué)者指出意圖本質(zhì)上是邏輯貧乏的；而且人類的思維與行為方式，與學(xué)習(xí)訓(xùn)練和所處的環(huán)境密切相關(guān)，難以建立適宜任何環(huán)境的通用人類思維行為模型。

戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中的兵力不同于一般智能體，其行為受上級(jí)命令的約束，要以上級(jí)命令來規(guī)范自身行為。本文基于BDI框架，根據(jù)作戰(zhàn)環(huán)境下兵力的受制性特點(diǎn)，利用作戰(zhàn)領(lǐng)域規(guī)范性、約束性知識(shí)對(duì)BDI模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟眉?，來?shí)現(xiàn)坦克兵力行為的模擬和控制。在BDI模型中，智能體的愿望之間可能存在矛盾，為由愿望導(dǎo)出意圖帶來了困難。而在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中兵力具有較為明確的目標(biāo)，即完成其擔(dān)負(fù)的作戰(zhàn)任務(wù)，消滅敵人，保存自己，其目標(biāo)具有一致性，對(duì)兵力的行為進(jìn)行了有效的限制和約束。兵力只需要決定其所企圖的目標(biāo)，兵力的意圖便是當(dāng)前承諾將要執(zhí)行的目標(biāo)（任務(wù)）。目標(biāo)和任務(wù)是坦克兵力思維狀態(tài)的關(guān)鍵屬性，對(duì)兵力的行為有強(qiáng)制性的約束作用。坦克兵力行為驅(qū)動(dòng)控制由態(tài)勢(shì)認(rèn)知與決策（BDI模型的裁剪）和一個(gè)分層的規(guī)劃控制組成。態(tài)勢(shì)認(rèn)知與決策模塊根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境特殊性，通過信念、目標(biāo)和任務(wù)描述兵力的思維狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)兵力的行為。規(guī)劃控制根據(jù)對(duì)作戰(zhàn)使命、任務(wù)和動(dòng)作的抽象，按照協(xié)作規(guī)劃、局部規(guī)劃和物理行為進(jìn)行分層組織。

兵力智能體的行為過程與BDI模型基本一致，符合對(duì)實(shí)際作戰(zhàn)過程的抽象。兵力根據(jù)當(dāng)前的態(tài)勢(shì)認(rèn)知確定要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)，任務(wù)經(jīng)過規(guī)劃后形成執(zhí)行計(jì)劃，然后由物理行為控制執(zhí)行計(jì)劃的動(dòng)作序列（Courses of Action，COA）實(shí)現(xiàn)任務(wù)，這是兵力行為的基本模式。在任務(wù)的執(zhí)行過程中，底層接口不斷感知環(huán)境態(tài)勢(shì)變化，并對(duì)環(huán)境的變化作出實(shí)時(shí)反應(yīng)控制，使兵力對(duì)環(huán)境的變化能作出適時(shí)的合理反應(yīng)。

2.1態(tài)勢(shì)認(rèn)知與決策

態(tài)勢(shì)認(rèn)知與決策是兵力行為模擬的基礎(chǔ)。態(tài)勢(shì)認(rèn)知與決策是在一定的時(shí)間和空間內(nèi)兵力感知周圍環(huán)境信息，理解其中的含義，對(duì)形勢(shì)作出評(píng)估，并以此為基礎(chǔ)對(duì)其未來的事件和狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，決策兵力智能體要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。坦克兵力智能體態(tài)勢(shì)認(rèn)知與決策結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　智能體內(nèi)部態(tài)勢(shì)認(rèn)知與決策

①信念。信念是智能體對(duì)共享的外部環(huán)境和自身狀態(tài)認(rèn)知的符號(hào)表示，是關(guān)于自身、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和其他兵力的信息模型。坦克兵力智能體信念包括戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)和自身狀態(tài)。戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)（外部影響）決定了什么情況和環(huán)境什么模式能應(yīng)用；自身狀態(tài)（內(nèi)部影響）決定什么模式適合達(dá)到智能體的當(dāng)前目標(biāo)，并影響智能體對(duì)其他智能體和自身能力的信任。

②目標(biāo)。目標(biāo)是智能體基于對(duì)信念的評(píng)估而確定的對(duì)將來的預(yù)期，是根據(jù)當(dāng)前態(tài)勢(shì)的分析評(píng)估以及要達(dá)到的作戰(zhàn)目的而確定的。需要在知識(shí)庫(kù)中的相關(guān)知識(shí)、作戰(zhàn)原則等條件的支持下，通過決策機(jī)制確定。

③任務(wù)。任務(wù)是智能體為實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)而執(zhí)行的有目的的行為，表示智能體已對(duì)實(shí)現(xiàn)某目標(biāo)作出了承諾，并將付諸行動(dòng)。任務(wù)是具體化、實(shí)例化了的特定目標(biāo)，決策機(jī)制決定哪個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)槿蝿?wù)，而規(guī)劃?rùn)C(jī)制確定實(shí)現(xiàn)任務(wù)的動(dòng)作序列（courses of Action，COA），執(zhí)行任務(wù)的動(dòng)作序列決定了智能體的行為。任務(wù)是目標(biāo)的子集并直接制約智能體的行為，智能體根據(jù)其任務(wù)作出規(guī)劃、執(zhí)行動(dòng)作。

④評(píng)估決策。評(píng)估決策模塊是態(tài)勢(shì)認(rèn)知與決策的核心。它的主要作用是：①控制智能體對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的感知和通信，將感知的信息進(jìn)行解釋、分類，并更新信念；②對(duì)信念進(jìn)行評(píng)估預(yù)測(cè)，確定并更新目標(biāo)；③對(duì)目標(biāo)進(jìn)行決策確定要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)；④對(duì)復(fù)合任務(wù)進(jìn)行分解分配，調(diào)度規(guī)劃?rùn)C(jī)制生成任務(wù)計(jì)劃（動(dòng)作序列）；⑤反應(yīng)式任務(wù)決策，在需要對(duì)外界激勵(lì)做出及時(shí)反應(yīng)時(shí)，決策執(zhí)行何種反應(yīng)式任務(wù)。

2.2任務(wù)規(guī)劃

在決策機(jī)制基于感知的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)確定了當(dāng)前的任務(wù)后，由規(guī)劃?rùn)C(jī)制實(shí)現(xiàn)完成任務(wù)的具體動(dòng)作步驟。由于兵力在作戰(zhàn)編成內(nèi)擔(dān)任特定的角色（連、排長(zhǎng)或單兵），不同角色任務(wù)具有不同的特性。指揮員角色的兵力（指揮型）需要對(duì)分隊(duì)任務(wù)協(xié)調(diào)進(jìn)行規(guī)劃，一般兵力只需對(duì)個(gè)體任務(wù)進(jìn)行規(guī)劃，規(guī)劃相應(yīng)分為協(xié)作規(guī)劃和局部規(guī)劃兩層。

通過對(duì)坦克兵力作戰(zhàn)決策規(guī)劃過程和任務(wù)的特點(diǎn)分析，基于分隊(duì)任務(wù)、個(gè)體任務(wù)和動(dòng)作層次間的分解/組合關(guān)系，結(jié)合坦克兵力各種任務(wù)的統(tǒng)一描述，構(gòu)建坦克分隊(duì)層次任務(wù)網(wǎng)絡(luò)HTN（Hierarchical Task Networks），基于分隊(duì)層次任務(wù)網(wǎng)絡(luò)HTN，建立規(guī)劃算子庫(kù)，實(shí)現(xiàn)坦克兵力智能體的任務(wù)規(guī)劃。規(guī)劃具有層次性的樹狀結(jié)構(gòu)，它的節(jié)點(diǎn)是子計(jì)劃、可執(zhí)行的行為模式或基本動(dòng)作。

協(xié)作規(guī)劃是智能體進(jìn)行分隊(duì)使命任務(wù)規(guī)劃和協(xié)作的機(jī)制。通過聯(lián)合規(guī)劃庫(kù)、存于知識(shí)庫(kù)的協(xié)作知識(shí)進(jìn)行方案和協(xié)作的規(guī)劃。只有擔(dān)任指揮員角色的智能體進(jìn)行協(xié)作規(guī)劃和行動(dòng)的協(xié)調(diào)控制。協(xié)作規(guī)劃主要功能是實(shí)現(xiàn)分隊(duì)任務(wù)的分解分配，并對(duì)各子任務(wù)的約束條件和協(xié)作要求進(jìn)行規(guī)劃，各子任務(wù)的實(shí)現(xiàn)計(jì)劃由各下級(jí)智能體分別實(shí)現(xiàn)。

局部規(guī)劃模塊提供智能體個(gè)體任務(wù)計(jì)劃的規(guī)劃?rùn)C(jī)制，即生成智能體完成特定子任務(wù)需要執(zhí)行的動(dòng)作序列。局部性體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面每個(gè)智能體根據(jù)其個(gè)體任務(wù)、自身的狀態(tài)獨(dú)立規(guī)劃任務(wù)的實(shí)現(xiàn)計(jì)劃，而不是由某個(gè)智能體對(duì)全局進(jìn)行規(guī)劃并將命令分發(fā)給其他智能體；另一方面，智能體并不需要對(duì)任務(wù)作出完全的規(guī)劃，而只要生成近期的動(dòng)作序列就可以了，因?yàn)榄h(huán)境是動(dòng)態(tài)變化的，長(zhǎng)期的規(guī)劃很可能會(huì)因?yàn)榍闆r的變化而失去意義。智能體在規(guī)劃出部分動(dòng)作計(jì)劃后，便可交由下層執(zhí)行，并繼續(xù)規(guī)劃后期的行動(dòng)。

2.3物理行為控制

兵力智能體行為包括內(nèi)省的思維活動(dòng)（智能行為）和外向的物理活動(dòng)（物理行為）。智能行為是物理行為產(chǎn)生的基礎(chǔ)，并驅(qū)動(dòng)物理行為；物理行為是智能行為的結(jié)果和外在表現(xiàn)。一方面，坦克分隊(duì)作戰(zhàn)條令對(duì)某些常規(guī)情況下的作戰(zhàn)行為進(jìn)行了明確規(guī)范，是作戰(zhàn)實(shí)體特定環(huán)境下的例行行為，不需要進(jìn)行推理和決策規(guī)劃。另一方面無論坦克分隊(duì)的使命、任務(wù)和作戰(zhàn)式樣如何不同，它們都是通過執(zhí)行由基本的作戰(zhàn)動(dòng)作組成的動(dòng)作序列COA（Course of Actions）實(shí)現(xiàn)的。通過將例行的和基本的作戰(zhàn)行為實(shí)現(xiàn)為行為模式（保存在知識(shí)庫(kù)中），可以兼顧智能體規(guī)劃性任務(wù)（表示為基本行動(dòng)序列COA）、例行性任務(wù)和反應(yīng)式任務(wù)的執(zhí)行和控制，物理行為控制模塊主要功能是實(shí)現(xiàn)行為模式的執(zhí)行和控制。

物理行為控制模塊另一功能是實(shí)現(xiàn)智能體的反應(yīng)式行為，使其能對(duì)動(dòng)態(tài)變化的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境作出實(shí)時(shí)性反應(yīng)。同時(shí)能夠接受上層的規(guī)劃方案，并控制執(zhí)行方案，方案表示為行為模式組成的動(dòng)作序列COA。當(dāng)任務(wù)完成或由于情況發(fā)生變化，任務(wù)無法完成時(shí)向上層通告。

3　坦克兵力智能體知識(shí)庫(kù)

知識(shí)庫(kù)包含坦克智能體進(jìn)行感知、決策規(guī)劃所需的環(huán)境信息、作戰(zhàn)原則和戰(zhàn)術(shù)規(guī)則、方案規(guī)劃等知識(shí)，包含的內(nèi)容多，特點(diǎn)和應(yīng)用各不相同。知識(shí)庫(kù)按照包含知識(shí)的復(fù)雜程度進(jìn)行構(gòu)造，并與智能體控制單元層次結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)。最底層包含智能體的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境模型與信息，并按照分類信息進(jìn)行組織，這類知識(shí)代表了戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息、作戰(zhàn)實(shí)體及實(shí)體之間的關(guān)系，是智能體的主要信息感知源。第二層知識(shí)是智能體物理（武器裝備）行為模型，描述了智能體實(shí)體所能執(zhí)行的基本動(dòng)作、常規(guī)性的例行任務(wù)和對(duì)環(huán)境的各種反應(yīng)行為，表示為各種行為模式（Behavior Patterns）。計(jì)劃庫(kù)（規(guī)劃）位于第三層，計(jì)劃庫(kù)定義為遞規(guī)地調(diào)用行為模式或沒實(shí)例化的子計(jì)劃。最高層是協(xié)作知識(shí)庫(kù)，如協(xié)作協(xié)議和聯(lián)合計(jì)劃。

3.1戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息

兵力智能體是基于對(duì)外部環(huán)境的認(rèn)知進(jìn)行動(dòng)作的，智能體感知信息的主要來源是戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫(kù)，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫(kù)通過環(huán)境建模實(shí)現(xiàn)。坦克分隊(duì)?wèi)?zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息主要包括地理環(huán)境信息和作戰(zhàn)部署信息，這類知識(shí)代表了戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境條件、實(shí)體狀態(tài)及實(shí)體之間的關(guān)系。地理環(huán)境信息主要包括：①戰(zhàn)場(chǎng)的地理和空間位置、地形、地表土質(zhì)、地表覆蓋、水文等；②戰(zhàn)場(chǎng)人工環(huán)境，描述作戰(zhàn)中臨時(shí)形成的、影響雙方行動(dòng)的一些人為戰(zhàn)場(chǎng)條件，主要包括工事和各種障礙、煙霧、電子干擾等；③戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)作戰(zhàn)行為的影響，包括對(duì)偵察行為的影響、對(duì)機(jī)動(dòng)行為的影響、對(duì)攻擊行為的影響等。作戰(zhàn)部署包括雙方的部隊(duì)編成與武器裝備的配備、各作戰(zhàn)實(shí)體的地域位置和狀態(tài)等。環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫(kù)包含作戰(zhàn)環(huán)境全局性的、完全的、準(zhǔn)確信息，并按照分類信息進(jìn)行組織。智能體能認(rèn)知到的信息多少和準(zhǔn)確程度取決于其感知能力。地理環(huán)境信息利用各種原始數(shù)據(jù)（如數(shù)字高程地圖）通過環(huán)境建模產(chǎn)生。作戰(zhàn)部署信息保存所有作戰(zhàn)實(shí)體的位置、類型、狀態(tài)、性質(zhì)和當(dāng)前的作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)，通過作戰(zhàn)想定和導(dǎo)調(diào)控制生成。

3.2行為模式

行為模式（Patterns of Behavior）是對(duì)智能體基本動(dòng)作、常規(guī)例行任務(wù)和反應(yīng)式行為的描述和程序?qū)崿F(xiàn)，體現(xiàn)了智能體常規(guī)例行性任務(wù)的程序化解決途徑。坦克分隊(duì)許多低層作戰(zhàn)任務(wù)是常規(guī)的例行性任務(wù)，作戰(zhàn)條令和原則對(duì)這些例行性任務(wù)進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，具有明顯的技術(shù)性和強(qiáng)制性特征，不需要進(jìn)行推理和決策規(guī)劃。通過將坦克武器裝備所能執(zhí)行的基本動(dòng)作，作戰(zhàn)過程中一些常規(guī)的不需進(jìn)行復(fù)雜規(guī)劃推理的任務(wù)和對(duì)環(huán)境的反應(yīng)行為實(shí)現(xiàn)為行為模式，可以有效提高智能體規(guī)劃效率和實(shí)時(shí)性。武器裝備基本動(dòng)作行為模式主要用于局部規(guī)劃和計(jì)劃的表示，例行任務(wù)用于不需進(jìn)行規(guī)劃推理的常規(guī)例行化任務(wù)的執(zhí)行，反應(yīng)行為模式主要用于智能體對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境變化的動(dòng)態(tài)反應(yīng)。

為了簡(jiǎn)化建模和提高重用度，采用層次化組合的方法構(gòu)建行為模式庫(kù)。首先識(shí)別出武器裝備需要辨識(shí)的狀態(tài)變化，對(duì)引起這些狀態(tài)變化所有操作進(jìn)行建模，構(gòu)成原子行為模式集，如啟動(dòng)、加速、減速、裝彈、測(cè)距、瞄準(zhǔn)、發(fā)射等。高層的行為模式通過一定形式的合成來構(gòu)造。

3.3規(guī)劃知識(shí)

行為模式描述了智能體的物理行為，反映了智能體武器裝備的物理性能，武器裝備在作戰(zhàn)過程中如何使用取決于智能體的戰(zhàn)術(shù)思想和原則。規(guī)劃知識(shí)是用于支持智能體進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃的知識(shí)，根據(jù)不同角色智能體任務(wù)規(guī)劃不同特性，規(guī)劃分為協(xié)作規(guī)劃和局部規(guī)劃，分別對(duì)應(yīng)分隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)和單車戰(zhàn)術(shù)知識(shí)。規(guī)劃知識(shí)以層次化的基本計(jì)劃單元存儲(chǔ)，被表示成樹狀結(jié)構(gòu)，基本計(jì)劃單元是一些規(guī)劃算法或例程，樹葉為實(shí)現(xiàn)計(jì)劃的動(dòng)作序列并通過行為模式描述。

局部規(guī)劃知識(shí)包括單車戰(zhàn)術(shù)知識(shí)的描述和實(shí)現(xiàn)個(gè)體任務(wù)規(guī)劃算法的規(guī)劃庫(kù)，提供單智能體個(gè)體任務(wù)規(guī)劃?rùn)C(jī)制，如機(jī)動(dòng)路線規(guī)劃、地形利用、障礙規(guī)避等。規(guī)劃庫(kù)實(shí)現(xiàn)了單車任務(wù)規(guī)劃規(guī)則、常規(guī)的例行化任務(wù)計(jì)劃（表示為相應(yīng)的行為模式）和一些標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)規(guī)劃算法。

協(xié)作規(guī)劃知識(shí)描述了分隊(duì)任務(wù)方案規(guī)劃和協(xié)作的知識(shí)，包括坦克分隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)知識(shí)和協(xié)作的知識(shí)策略，以及實(shí)現(xiàn)不同分隊(duì)任務(wù)方案規(guī)劃的規(guī)劃庫(kù)，如作戰(zhàn)階段的劃分、主攻方向和突破口選擇、兵力部署、任務(wù)分配、機(jī)動(dòng)方式、火力分配等。

3.4知識(shí)庫(kù)的層間關(guān)系

在分層的智能體知識(shí)庫(kù)中有兩種層間關(guān)系。一是信息可能在層間傳送，底層包含的信息對(duì)上層是可見的，而高層的知識(shí)對(duì)底層不可見。這使得我們能夠從當(dāng)前層局部的觀點(diǎn)以底層知識(shí)顯式地或隱式地描述計(jì)劃和協(xié)議。第二，高層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以底層的數(shù)據(jù)為模塊進(jìn)行定義，方便了高層的計(jì)劃的描述及直接交與下層控制執(zhí)行。

4　結(jié)論

本文通過對(duì)坦克兵力作戰(zhàn)過程抽象建模，將作戰(zhàn)抽象為具有層次化分解/組合關(guān)系的使命、任務(wù)和動(dòng)作3個(gè)層次要素，作戰(zhàn)過程抽象為態(tài)勢(shì)認(rèn)知、決策、規(guī)劃和控制執(zhí)行?；趯?shí)際作戰(zhàn)行為的抽象建模，結(jié)合坦克兵力特點(diǎn)，通過綜合基于行為模式的反應(yīng)行為和基于規(guī)劃的慎思行為，按照層次結(jié)構(gòu)化組合的思想對(duì)坦克兵力智能體模型進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，模型具有如下特點(diǎn)：

①智能體的行為過程與實(shí)際兵力作戰(zhàn)行為過程一致，能很好描述作戰(zhàn)使命、任務(wù)和動(dòng)作間的層次分解/組合關(guān)系，使得模型能自然地描述坦克兵力實(shí)際作戰(zhàn)過程；

②通過清晰地分離智能體的知識(shí)庫(kù)和功能控制部分，使各部分能采用適宜的技術(shù)相對(duì)獨(dú)立地加以解決，方便了各自獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，提高了系統(tǒng)的模塊性和作戰(zhàn)領(lǐng)域知識(shí)的方便應(yīng)用；

③通過層次化的組織結(jié)構(gòu)，清晰區(qū)分了物理行為模型和智能行為模型，并根據(jù)智能體角色的不同，將智能行為分為局部規(guī)劃和協(xié)作規(guī)劃，組織控制結(jié)構(gòu)與實(shí)際一致。層次結(jié)構(gòu)化的組織簡(jiǎn)化了模型的構(gòu)造，下層是上層的基本構(gòu)造模塊，通過有效組合可以構(gòu)造上層模塊；上層問題可以分解為下層實(shí)現(xiàn)，提高了模型構(gòu)造效率和智能體決策規(guī)劃效率；

④通過行為模式實(shí)現(xiàn)智能體的基本動(dòng)作、常規(guī)例行行為和反應(yīng)式行為，利用作戰(zhàn)任務(wù)對(duì)智能體的規(guī)劃行為進(jìn)行規(guī)范和約束，綜合了基于模式的反應(yīng)行為和基于規(guī)劃的慎思行為兩方面特性，使其能互相補(bǔ)充，能很好地適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。

⑤清晰地區(qū)分了智能體的兩種基本智能行為，第一，智能體要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)決策，通過模型態(tài)勢(shì)認(rèn)知決策實(shí)現(xiàn)；第二，智能體采用什么機(jī)制和步驟去實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，通過模型的規(guī)劃層描述。區(qū)分兩種智能行為從概念上區(qū)分要解決的問題和解決問題所用的方法，使我們能按照不同的情況選擇適宜的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。

［1］汲雪飛，金奕，袁剛.基于HLA的武器作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)框架研究［J］.長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，31 （1）：63-68.

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Agent Model of Tank Force Behavior Modeling

SUN Shao-bin，HAN Zhi-jun，F(xiàn)ENG Ya-bin
（Warfighting Experimentation Center，Armored Force Institute，Bengbu 233050，China）

In order to effectively simulate the physical behaviors and intelligent behaviors of real battle forces，a composite model of tank force agent is introduced，which combines the advantages of reactive behavior with deliberative behaviors.The agent's physical behavior based on behavior patterns is established through hierarchically modeling，which allows agent to react flexibly to changes in its battlefield environment.Based on the analysis of different tank force tasks，the agent's intelligent behavior simulation using plan-based patterns is discussed，providing the agent with the ability of devising plans deliberately according to its tactical tenets.

behaviormodeling，physicalbehaviors，intelligentbehaviors，behaviorpatterns，task planning

TP391.9；TJ811

A

1002-0640（2016）07-0179-05

2015-06-05

2015-07-12

孫少斌（1966-），男，山東招遠(yuǎn)人，博士，副教授，研究生導(dǎo)師。研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，作戰(zhàn)建模與仿真。