分布式海战场资源规划问题*

林 华，周 翔，卢发兴

（1.海军工程大学，武汉 430033；2.武汉理工大学能源与动力学院，武汉 430063）

分布式海战场资源规划问题*

林 华1，周 翔2，卢发兴1

（1.海军工程大学，武汉 430033；2.武汉理工大学能源与动力学院，武汉 430063）

分布式海战场资源规划是实现海上联合作战的关键。首先分析了海战场资源的分类及战场资源规划特点，建立了基于多智能体的分布式海战场资源规划系统，深入分析了该规划系统的组成和功能，并构造了相应的资源规划结构模型，为实现定性和定量相结合的海战场资源规划与管理提供了一条有效的途径。

海上联合作战，战场资源规划，分布式，多智能体

引言

海上联合作战是现代海战的基本作战形式，海军各兵种各种力量通过科学合理的编成编组，形成功能互补、有机联系的联合作战力量体系，依托网络化信息系统，围绕同一作战目的，根据不同的任务需求，精心选择、使用相应的作战力量，通过发挥不同兵种的独特优长，实现功能互补，扬长避短，形成综合优势。联合作战要求整个作战指挥体系能够在极短的时间内、在广阔的空间范围完成信息获取、情报处理、兵力分配和武器系统的指挥控制。

在此过程中，需根据战场形势的变化，对分布式海战场资源进行实时的、动态的规划，并进行灵活调度。

海上联合作战具有如下特点：

（1）战役涉及的兵种多、作战活动、作战样式多，作战要素、信息和作战活动之间的关系复杂;

（2）指挥机构多，以网络为中心的指挥、协同、支援关系复杂;

（3）战场广阔，战场资源种类多、资源属性各异、地域分散；

（4）信息化条件下海上作战行动的快节奏、作战情况的多变性，作战任务不确定性和突发性，使得战斗过程中资源规划方案的动态生成和实时调整的时间非常有限；

（5）作战样式的多样化和双方对抗的激烈化，加上海量信息，使决策过程复杂化。

以上各方面的复杂性导致了海战场资源规划复杂特殊。

分布式海战场资源规划的目的就是要在复杂的海上联合作战过程中，根据作战计划，给出所需获取的海战场资源集合，确定何时使用何种资源，从众多资源中得到满足海军作战任务需求满意的资源服务，得到可行任务资源集，优化管理海战场的各种资源，协调战场作战行动，减少作战指挥过程中战场不确定因素的影响。

多智能体是当今人工智能中的前沿学科，是分布式人工智能研究的一个重要分支，其目标是将大的复杂系统建造成小的、彼此相互通信及协调的、易于管理的系统［1-2］。同时，由于智能体具有自主性、协作性、分布性以及自适应性等特点，使得构造基于多智能体的海战场资源规划与管理系统，成为降低海战场资源管理复杂性，实现战场资源综合集成的有效途径。

1 海战场资源的分类及特点

海战场资源包含物理资源（武器装备、大型物资设备等）和信息资源（数据、信息、知识等），种类众多［3］。为了便于实施资源的规划与管理，必须对战场资源实施有效的分类。按照资源的功能可分为指挥控制资源、武器平台资源、作战保障资源和探测感知资源等（如图1所示），具有分布性、移动性、交互性以及约束性的特点，并已经逐渐成为有机的整体，呈现出相互制约、相互依存的一体化趋势，海上联合作战所具有的作战效能愈来愈依赖于战场资源所发挥出来的整体效能。

图1 海战场资源的分类

2 基于多智能体的海战场资源规划系统

假定海军参与作战兵力包括水面舰艇、潜艇、歼轰机、舰载直升机等。每个作战兵力均有指挥与控制单元，可以实时感知战场态势，交互作战指挥信息。对上述兵力分别建立探测感知资源、作战保障资源、指挥控制资源和武器平台资源的单元功能模型，通过分布式组网，构成一个一体化的综合作战实体，建立相应的战场资源属性数据库、战术使用规则库、资源规划算法库，对所包含的各种资源进行统一作战运用。通过结合各种不同功能、不同性能、不同成本的传感器、武器的静态优化配置和合理的动态分配，可以克服单个平台传感器和武器系统的限制，扩展武器的作战范围，显著提高舰艇编队的作战效能。

基于多智能体的海战场资源规划系统组成框图如图2所示。

图2 基于多智能体的海战场资源规划系统组成框图

基于多智能体的海战场资源规划系统技术框架如图3所示。

图3 基于多智能体的海战场资源规划系统技术框架

系统主要由以下几部分构成：

（1）任务分解智能体［4］

开始时接受作战任务，根据知识库中的作战任务分类和任务约束条件、任务目标以及资源能力等知识进行任务分解，分解后的子任务按树型结构列入任务表中。在获得任务指令后，进行任务分解和集聚，安排给相应的智能体来执行。

（2）任务图

任务图的构建依据是作战计划，由一系列任务和任务间的顺序关系构成，是进行资源到任务分配的依据［5］。

根据（战前）海军作战计划和资源信息，按照作战任务分解的原则和方法，对作战任务进行分解，得到相应的子任务和元任务，建立任务关系图，明确作战阶段划分及需要处理的所有任务之间的执行顺序、信息和数据流向、任务处理时间需求、资源需求等。

（3）输入消息队列

紧急任务插入或者作战资源故障时，产生消息进入作战任务综合集成管理系统。通过消息队列与指挥决策人员、其他系统实施交互或进行战场态势信息的反馈，同时具备主动感知战场态势的能力。

（4）任务队列

是作战任务的形式化描述模型，包括将要执行的任务，所有任务之间的约束关系，任务的开始和截止时间等属性。

（5）规划智能体

对任务队列的输入数据进行规划，其输出是任务执行队列。将任务队列中的开始、截止时间，任务约束关系等作为初始条件，选择适合的算法，进行资源规划。

（6）规划算法库

集成一定的算法进行调度优化，包括各种算法模块。算法由规划智能体进行初始化，计算后，将结果返回任务队列，生成优化的可执行任务队列。

（7）资源智能体

资源智能体是具备独立执行任务能力的一个作战资源，是由作战资源模型映射生成，如一艘舰艇上的某一传感器或武器。通过综合集成信息系统动态地进入任务集成管理系统，代表作战资源与外界交谈，参与上级与友邻舰艇决策，根据自身的运行状态和任务状态，和各任务智能体进行任务协商，来分配各个任务并完成各个粗粒度的任务调度，解决相互间的冲突。

（8）任务执行队列

作战任务完成后所返回的数据结构，包括已完成任务标签、执行中任务状态和执行任务的资源智能体集合以及未执行的任务。

（9）协商消息队列

是任务智能体和资源智能体进行协商相互选择的消息队列。根据各资源智能体的工作状态，监控执行智能体的任务完成情况及整个系统的总体状况，合理调用通讯智能体和知识库知识获取必要的信息，协调各资源智能体完成任务。

（10）知识库

存储作战资源的模型和使用约束以及资源状态，作战任务分类分解构成的树形作战任务分解图、领受任务模板以及与资源匹配约束条件、任务分解规则等知识。

3 基于多智能体的分布式战场资源规划模型

战场资源规划的目标包括以下几个方面：

①最短时间内完成搜索、警戒、攻击等作战任务；

②确定合适的探测传感器执行警戒搜索任务，使得发现目标的概率最大；

③确定合适的跟踪传感器执行跟踪任务，使得获取的目标信息质量最高；

④确定合适的攻击武器以获得最佳的作战效能；

⑤充分利用各类战场资源等。

为完成上述目标，利用多智能体具有自主性、分布性、协调性特点以及自组织能力、学习能力和推理能力，构建具有较强的鲁棒性和可靠性的分布式海战场资源规划与管理节点，建立基于多智能体的分布式战场资源规划模型，以充分发挥海战场资源的功能，使用提高效率［6］。

基于多智能体的分布式海战场资源规划结构模型如图4所示。

图4 分布式海战场资源规划结构模型

4 结论

通过对基于多智能体的分布式海战场资源规划问题的研究，可以更好地使用战场资源，充分发挥现有资源的作用，迅速处理突发事件，高质量地完成作战任务。

［1］刘金琨，尔联洁.多智能体技术应用综述［J］.控制与决策，2001，16（2）：133-134.

［2］史忠植.智能主体及其应用［M］.北京：科学出版社，2000.

［3］王 刚，李为民，何 晶.基于多Agent的分布式防空战场资源管理研究［J］.军事运筹与系统工程，2002（2）：29-32.

［4］顾东杰.综合集成系统作战组织中任务集成方法研究［D］.武汉：海军工程大学，2009.11.

［5］鲁音隆，阳东升，刘 忠，戴长华.联合作战规划中资源调度算法研究［J］.火力与指挥控制，2006，31（2）：12-16.

［6］王 超，赵晓哲，康晓予.面向编队协同防空决策的多智能体规划方法［J］.舰船电子工程，2009（1）：62-64.

Research on Distributed Naval Field Resources Programming

LIN Hua1，ZHOU Xiang2，LU Fa-xing1
（1.Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China；
2.College of Energy Resources and Power Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430063，China）

Distributed naval field resources programming is the key of realizing joint warfare at sea .First of all，sort and characteristic of resources programming are analyzed.And then the distributed naval field resources programming system based on multi-agents is established.The composition and function of the programming system is analyzed thoroughly，and the corresponding structure model is built.An effective approach is provided to program and manage the naval field resources qualitative and quantitative.

joint warfare at sea，battlefield resource programming，distributed，multi-agents

TP18

A

1002-0640（2014）11-0179-04

2013-08-05

2013-11-07

军队预研基金资助项目（51306030302）

林 华（1967- ），女，江苏丹阳人，博士，副教授，硕士生导师。研究方向：舰艇作战系统工程、系统建模与仿真。