作战实体概念模型结构研究

翟怀宇，柏彦奇，申耀德，徐 超

（军械工程学院，河北 石家庄 050003）

在对作战系统进行建模仿真时，作战实体按照是否考虑运动属性分为静态实体和动态实体[1]。在实体模型构建方面，作战系统的复杂性主要体现在动态实体的复杂性上，因此本文主要讨论动态实体概念模型构建的问题。在作战仿真系统中，最终的执行实体往往是虚拟兵力或者半实物的人装单元，而并不是单纯的武器装备，因此并没有智能水平为零的实体，因此，可以将作战仿真系统内的任何实体都看作智能体。

从作战过程看，作战指挥的实体要素主要是指挥者与指挥对象[2]。在作战仿真系统中，指挥者一般被抽象为指挥型实体，其结构侧重于指挥、决策部分的构建；指挥对象一般是行动型实体，其结构侧重于响应和执行部分的构建。此外，由于作战实体的层级特征，部分作战实体既是指挥者又是指挥对象，一般抽象为中间型实体，其结构需要指挥决策和执行兼备。

在对作战实体的仿真建模中，不同类型的作战实体具备不同的实体结构，结构的多样会降低模型的重用性。为了提高系统开发效率和模型的重用性，需要有一个通用的作战实体概念模型来描述不同类型的作战实体。本文运用六元抽象方法的映射模型，将作战实体视为智能体，对作战实体概念模型各要素构成及相互关系加以分析，明确了不同类型实体在状态、行为和结构上的一致性，提出了一种以知识系统为中心的通用的作战实体概念模型结构。

1 作战实体概念模型

六元抽象方法给出了作战实体概念模型的构成要素[1,3]，如图1所示。

图1 六元抽象方法由作战系统向概念模型的映射

据图 1，我们得到作战实体的六元组概念模型:

其中，Me为作战实体E模型。

Ms为实体的任务空间。任务空间给出了作战实体所在的领域信息。在构建概念模型时，作战实体任务空间决定了实体的结构、状态、行为和交互的范围。

E为任一作战实体。在概念模型中，E作为实体的名称。

S为作战实体状态，是一个二元组，即S={ So,Si}。 So指实体外部状态，是作战实体对其他实体以及外部环境通过整体表现出来的各类特征，如长度、颜色、重量等，通常用一组状态向量来描述，So={So1,So2,...,Son}，这些状态向量称为作战实体的属性。 Si指实体的内部状态，是作战实体在进行内部活动时各部分所体现的特征。作战实体的内部活动是对外界感知和信息的响应过程，是一种心智活动过程，因此，其所体现出来的特征是作战实体的心智状态。

A为作战实体的行为。作战实体的行为是实体状态改变的真正动因和依据。作战实体的行为为一个二元组:A={Ao, Ai}。Ao是改变作战实体外部状态的行为即外部行为，是作战实体外观的活动、动作、运动、反应或行动[4]，它是实体行动部分的具体动作表现，如机动、射击等。Ai是改变内部状态的行为即内部行为，它改变了其心智状态，因此又称为心智行为。心智行为主要是对外部感知的规划和决策，其最终结果是为作战实体外部行为提供行动方案。

St为作战实体的结构。作战实体的结构为一个二元组:S={Sto,Sti}。Sto是作战实体在作战系统中的结构标识，用于表示其在作战系统宏观结构中的位置，主要标注实体在分类结构中的父类和在组合结构中的上一级实体。 Sti是作战实体的内部结构，主要描述作战实体内部微观结构。

I为作战实体的交互。交互是作战实体与外部环境的相互作用，这里的环境是指作战实体所处的领域环境，不仅包含自然环境等，还包括其他作战实体，是由其任务空间决定的。作战实体对外界的感知、受到的影响和接受的信息等都是外界对其的作用，而作战实体发送的信息以及对外界环境所执行的动作均是其对外界环境的作用，因此作战实体的感知、通信和执行可统一抽象为交互。

就作战实体概念模型整体而言，任务空间是构建作战实体概念模型的基础，它确定了模型的问题域。就作战实体概念模型的状态、行为而言，作战实体的内部行为和内部状态的演变决定了其外部行为和属性特征。因此，对于作战实体的微观模型的构建，应当是在确定任务空间后，重点研究其内部的行为、状态，并以此确定作战实体内部结构。

2 作战实体结构模型

在作战仿真系统中，作战实体的运行过程就是对外界输入进行响应，做出输出。对单个的作战实体而言，其对输入的响应过程是以其领域知识为基础的，是一个知识处理的过程，如图2所示。

图2 作战实体运行过程元模型

2.1 知识处理

2.1.1 知识

知识一般可分为说明性知识、过程性知识和控制性知识[5]。说明性知识提供概念和事实；过程性知识主要用来描述作战实体对输入的响应过程，即响应规则；用控制策略标识问题的知识称为控制性知识。作战实体概念模型是在确定的问题域下构建的，实体的知识处理过程相对固定，因此作战实体的知识构成主要包括说明性知识和过程性知识。

说明性知识主要分为两类:一类是实体的任务空间信息，包含部队编成信息、武器信息、人员信息、作战样式、任务模式、环境信息和敌情信息等；另一类是实体的各种外部状态信息。

过程性知识主要分为三类:一是指挥决策规则，用于约束作战实体的指挥决策过程；二是执行规则，用于约束作战实体在输入条件下的动作；三是实体属性规则，用于约束作战实体的属性变化。

2.1.2 知识处理过程

通常，智能体按照其内部知识处理过程，可分为反应型智能体、慎思型智能体和混合型智能体。反应型智能体是依据一定的规则体系，由输入直接生成输出。慎思型智能体则是依赖一定的知识系统，对输入信息进行推理、规划，最终形成行动意图并进行输出。而作战实体是一种混合型智能实体，不仅不同实体的知识处理过程不同，而且同一实体对不同输入的响应也不相同。就同一实体而言，其对输入信息的响应方式是由规则决定的，我们将这类决定作战实体知识处理方式的规则称为前端规则，在经过前端规则的筛选后，再按照相应的处理方式对输入信息进行处理。作战实体对输入的响应方式分为两类:反应响应和推理响应。反应响应是作战实体根据一定的反应规则，对输入进行的直接响应；推理响应则是作战实体对输入经过规划、决策的知识处理过程后做出的响应。如图3所示。

图3 作战实体知识处理过程模型

2.2 作战实体内部结构

我们将作战实体的结构分为HEAD和BODY两部分。BODY是作战实体同外界环境进行相互作用的部分，主要包括输入模块和输出模块。HEAD是作战实体进行知识处理的部分，其主要由知识系统、愿望集和意图集构成，如图4所示。

图4 作战实体内部结构基本构成

作战实体的知识表示，一般采取产生式表示法，各类问题的求解规则采用产生式规则，这种以产生式表示法为基础的知识系统称为产生式系统[6]。知识系统的主要构成为前端规则库、反应规则库、推理规则库、全局信息库和推理机。其中，推理规则库、全局信息库和推理机构成了一个产生式系统。由于我们将反应响应也列为知识处理的结果，因此前端规则库和反应规则库也是知识系统的组成部分。为加以区别，我们将知识系统分为三大部分:前端规则库、反应系统（反应规则库）和产生式系统，如图5所示。

图5 作战实体概念模型结构图

2.2.1 前端规则库

前端规则库位于产生式系统的前端，它用来决定对作战实体对输入的响应方式。前端规则库的输入为作战实体所接收到的所有输入，输出为反应响应、推理响应或者二者兼备。

前端规则库的作用是将输入同任务空间中的任务模式相匹配，从而决定作战实体对输入的响应方式。

2.2.2 反应规则库

反应规则库用于储存作战实体的产生反应响应的规则。此类规则以执行规则和实体属性规则为主，它决定了由输入引起的作战实体的行动、通信和属性改变情况。

2.2.3 产生式系统

1）推理规则库

推理规则库用于存储作战实体进行规划、决策所需的规则，根据实体任务空间要求，不同类型的作战实体对规则的类型和内容的选取是不同的，这也决定了作战实体心智行为特征。如指挥型实体以指挥规则为主，具有较少的执行规则和实体属性规则；执行实体多以执行规则为主，有的可能不包含指挥规则；而中间型实体则是各类规则兼备。

2）全局信息库

全局信息库包含三个模块:常识库、愿望集和意图集。常识库用于存储作战实体所应具备的各类说明性知识，如前所述，一方面是任务空间信息，另一方面是自身的属性信息。愿望集用于存储下一步可能的行动集合，即愿望；愿望分为两种:一类是固定愿望，它长存于愿望集，既不被添加也不被删除，另一类是临时愿望，即由推理机根据输入所得的下一步可能的行动集合。意图集是下一步立即执行的行动集合，是一个最优愿望。

3）推理机

推理机主要有规划模块和决策模块构成。规划模块负责对输入运用规则进行处理，得到输入响应的愿望集合；决策模块主要输入的愿望集合进行优化选择，得到最终的行动意图。

3 作战实体概念模型实例

3.1 背景介绍

仿真背景为对机动防御之敌进行进攻战斗，红方部队为装甲步兵。本文构建装甲步兵的单车概念模型，重点介绍任务空间、前端规则的具体内容以及作战实体具体的活动流程。

3.2 任务空间

为方便表述，我们这里仅进行简单的作战想定:装步连对机动防御之敌进行进攻战斗。任务空间表述如表1所示。

表1 装甲步兵单车实体任务空间

3.3 前端规则

对应任务空间，我们规定前端规则如下:

WHEN〈未执行侦察任务〉IF〈指挥命令为火力打击和机动〉&〈条件成熟〉THEN〈至反应式系统〉；

WHEN〈未执行侦察任务〉IF〈指挥命令为火力打击和机动〉&〈条件不成熟〉THEN〈至产生式系统〉；

WHEN〈未执行侦察任务〉IF〈指挥命令为侦察〉THEN〈至反应式系统产生机动动作〉&〈至产生式系统确定侦察策略〉；

WHEN〈执行侦察任务〉IF〈感知敌情〉THEN〈至产生式系统确定如何响应〉。

3.4 实体行为

用UML活动图来描述作战实体的行为。对单车行为的描述侧重前端规则对响应样式的选择作用，如图6所示。

图6 装甲步兵单车行为活动图

在接收输入后，前端规则将任务进行了筛选、拆分，作战实体可按照所需样式进行分别响应或并发响应。这种结构在保证完成任务的同时兼顾了效率，并且可适应不同类型作战实体的建模需求。

5 结束语

本文通过分析作战实体概念模型组成要素之间的关系和智能实体内部状态和行为，提出了一种以知识系统为中心的作战实体结构模型。通过对装甲步兵单车概念模型中前端规则运用情况和行为过程的分析，表明该模型能够实现对作战实体知识处理方式的控制，提高了作战实体对输入响应的效率，并为解决作战仿真中作战实体结构不一致的问题提供了依据。本文提出了一种结构框架，对于知识处理的具体行为建模将在下一阶段进行研究。

[1]柏彦奇.联邦式作战仿真[M].北京:国防大学出版社,2001.

[2]丁邦宇.作战指挥学[M].北京:军事科学出版社,2004.

[3]张祥林,柏彦奇,周文.面向 Agent六元抽象概念建模方法[J].指挥控制与仿真,2008(2):87-90.

[4]古平.基于Agent的装备保障概念模型研究[D].石家庄:军械工程学院,2003.

[5]史忠植.知识工程[M].北京:清华大学出版社，1988.

[6]杨炳儒.知识工程与知识发现[M].北京:冶金工业出版社,2000.