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Agent建模理论在信息化联合作战仿真中的应用研究

作　者: 杨建池
导　师: 黄柯棣
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 作战仿真 Agent体系结构军事领域本体前景理论自同步作战 Agent协作体系高层体系结构
分类号: TP391.9
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

作战仿真是认识和学习战争的重要方法和手段,是提高部队战斗力、提升国防和军队建设水平的重要途径之一。尤其在信息化战争时代,通过仿真可以对信息化条件下的联合作战进行预先研究,为我军未来进行联合作战奠定坚实的基础。战场兵力模型描述了战场环境中的作战实体,是作战仿真领域的重要研究内容之一。由于其涉及到人的因素,因此是极具挑战性的研究方向。论文面向战术级联合作战仿真,以基于Agent理论的兵力模型构建为主线,从基础理论和系统设计与应用两个大的方面展开研究。信息化条件下的联合作战无论作战方式还是作战编成,各个方面都有着与机械化战争不同的特征。论文首先分析了Agent的概念、特点和结构,并对信息化联合作战的特征、方式以及需求等进行了系统地研究。然后针对战术级联合作战仿真提出了一种适合于兵力自主协作建模的Agent体系结构A~2FC。该体系结构按照“知识分类、功能分模块”的原则构建,充分考虑了联合作战中兵力协作的特点,包括领域知识和模型以及协作、策划、调度等功能模块。该体系结构给出了Agent模型的框架,为系统的设计和实现提供了基础。知识是实现Agent拟人智能行为的基础。军事领域知识复杂多样,需要一套规范的研究体系和方法。按用途和抽象程度,论文将军事领域知识分为两层:本体层和资源层。领域本体定义了军事领域内的通用概念和概念间关系,为Agent间交流提供了公共的语义基础。资源层则规范化地定义了作战仿真涉及的知识元素,包括作战实体、武器装备、作战行动等。论文研究了本体的构建原则,提出了一种包括领域信息获取、本体捕获、本体形式化、本体评估等四步过程的领域本体开发方法,为军事领域本体的构建提供了高层指导和可操作性的步骤。针对不同类别的知识元素,分别给出了其描述和建模方法,并统一采用XML规范进行表示,在充分发挥各种方法优势的同时,也保证了模型表示的规范性。决策模型是体现Agent智能性的根本所在。以往的Agent决策模型大都建立在预期效用理论的基础上,这是一种纯粹理性的决策方式。但人并不总是完全理性的。论文从分析人做决策的特点出发,将前景理论引入到Agent决策仿真中来,使作战兵力模型更符合人类的决策模式。论文详细分析了自同步作战的概念和特性。基于上述分析,开发了一套适合于自同步作战仿真的多Agent协作体系,该体系包括协作知识和协作过程两部分。协作知识包括用于协作的术语体系以及保障协作顺利进行的约定和规则等,协作过程是指导协作进行的方法和步骤。这套协作模型能够有效地支持自同步作战仿真。通信是协作顺利进行的基础。虽然基础信息网络能够保证战场物理信息的共享,但是参战人员的意图信息还是需要通信进行交换。论文扩展了FIPA ACL通信语言,用于联合作战仿真中的Agent间通信。论文最后对基于Agent的战术级联合作战仿真平台进行了设计、原型实现和应用。平台由本体构建子系统、领域知识定义子系统、Agent模型构建子系统、仿真运行子系统四大部分组成。本体构建子系统用于定义领域词典;领域知识定义子系统用于规范化定义军事领域知识;Agent构建子系统用于构造仿真系统中的行为主体;仿真运行子系统则为仿真系统的运行提供保障,包括时间调度、底层通信等。论文着重研究了基于Agent的仿真应用系统的构建过程,并以伊朗核危机为背景,设计了一个美国海空部队协同作战攻击伊潜艇的战术想定。以此实例为研究对象,验证了从本体构建、Agent定义到仿真配置与运行的仿真开发全过程,并对集中式的联合作战模式和自同步作战模式进行了对比分析,说明了自同步作战可以有效地缩短响应时间,提高交战速度。

全文目录

摘要  9-11
ABSTRACT  11-13
第一章绪论  13-29
  §1.1 研究背景  13-17
  §1.2 AGENT理论应用于联合作战仿真的适用性分析  17-19
  §1.3 相关问题的研究现状  19-24
    1.3.1 作战仿真及平台的发展现状  19-21
    1.3.2 相关技术问题的发展现状  21-24
  §1.4 论文的研究内容和主要贡献  24-29
    1.4.1 论文的研究对象和主要内容  24-26
    1.4.2 论文的组织结构  26-27
    1.4.3 论文的主要贡献  27-29
第二章 AGENT体系结构  29-43
  §2.1 AGENT的概念  29-33
    2.1.1 Agent理论  29-30
    2.1.2 Agent体系结构  30-32
    2.1.3 Agent协作研究  32-33
  §2.2 战术级联合作战分析  33-34
    2.2.1 军队体制编制  33-34
    2.2.2 作战协同特点  34
  §2.3 A~2FC体系结构  34-41
    2.3.1 Agent知识单元  36-38
    2.3.2 Agent控制单元  38-41
  §2.4 AGENT的内部执行流程  41-42
  §2.5 小结  42-43
第三章军事领域知识描述  43-61
  §3.1 本体概述  43-45
  §3.2 领域本体构建  45-50
    3.2.1 本体构建准则  46
    3.2.2 本体开发过程  46-49
    3.2.3 军事领域本体示例片断  49-50
  §3.3 军事领域知识表示体系  50-60
    3.3.1 军事领域知识表示方法  51-58
    3.3.2 领域知识描述规范  58-59
    3.3.3 领域概念建模工程  59-60
  §3.4 小结  60-61
第四章 AGENT决策模型  61-71
  §4.1 前景理论介绍  61-65
    4.1.1 不确定条件下的决策  61-62
    4.1.2 前景理论  62-65
  §4.2 前景理论应用于AGENT决策  65-68
    4.2.1 理论推算  66-67
    4.2.2 实证调查  67-68
  §4.3 前景理论应用于作战决策研究的说明  68-70
  §4.4 小结  70-71
第五章 AGENT协作模型  71-91
  §5.1 自同步作战分析  71-73
  §5.2 多AGENT协作体系  73-85
    5.2.1 协作的一般框架  74-76
    5.2.2 协作约定  76-80
    5.2.3 协作过程  80-83
    5.2.4 协作相关数据结构及算法流程  83-85
  §5.3 AGENT通信语言  85-90
  §5.4 小结  90-91
第六章基于AGENT的仿真开发环境设计及实例应用  91-111
  §6.1 开发环境设计  91-99
    6.1.1 开发环境结构  91-92
    6.1.2 Agent模型定义  92-96
    6.1.3 仿真支撑系统  96-97
    6.1.4 仿真应用开发过程  97-99
  §6.2 多AGENT建模仿真应用实例  99-110
    6.2.1 作战想定  99-101
    6.2.2 仿真应用开发  101-107
    6.2.3 仿真结果分析  107-110
  §6.3 小结  110-111
结束语  111-114
致谢  114-115
参考文献  115-123
作者在攻读博士学位期间发表的学术论文  123-124
作者在攻读博士学位期间参加的科研工作  124-125
附录A 军事领域知识描述模式  125-128
附录B 调查问卷  128-129
附录C AGENT模型模板  129-131

Agent建模理论在信息化联合作战仿真中的应用研究

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