李 雄，董 斐，王 昊，孟慶超，王振田

(1.裝甲兵工程學院裝備指揮與管理系，北京100072;2.裝甲兵學院裝備運用系，安徽蚌埠233013)

采用科學適用的方法，深入研究作戰(zhàn)系統(tǒng)建模問題，實現(xiàn)作戰(zhàn)仿真，以前瞻性地探視未來作戰(zhàn)復雜戰(zhàn)術行為，為軍事決策提供依據(jù)，是一項十分重要而緊迫的研究課題。傳統(tǒng)的各類結構級、行為級仿真建模方法，由于存在難以反映軍事協(xié)同組織結構及行為等局限性，不能充分滿足作戰(zhàn)系統(tǒng)建模的需要。隨著 Agent和多 Agent系統(tǒng)(Multi-Agent System，MAS)技術的飛速發(fā)展［1-3］，基于 Agent建模(Agent-Based Modeling，ABM)的理論與方法已成為作戰(zhàn)系統(tǒng)建模的一條有效途徑［4-5］。然而，采用ABM方法研究作戰(zhàn)系統(tǒng)，特別是戰(zhàn)術級分隊層次建模，如何直觀形象而準確地表達與實現(xiàn)多Agent組織模式的問題亟待解決。為此，筆者從如何建立Agent交互鏈的新角度來開展作戰(zhàn)系統(tǒng)建模問題研究。通過確立交互鏈中的鏈節(jié)點Agent的層次化變換機制，形成了鏈節(jié)點Agent聚合/解聚和交互鏈結構約簡/擴充同步變換的工作機理，提出了規(guī)范、實用的Agent交互鏈形成過程，將Agent交互鏈的形成及其鏈結構變換作為更好地實現(xiàn)作戰(zhàn)系統(tǒng)建模的一種新途徑。

1 Agent交互鏈形成過程分析

1.1 Agent交互鏈形成的基本過程

按照從作戰(zhàn)系統(tǒng)實際組元到Agent的映射關系，在分解任務之后，任務—角色分派后以角色關系為依據(jù)，再經(jīng)由角色—Agent分派即可形成Agent交互鏈的組織結構。Agent交互鏈不僅刻畫執(zhí)行任務的系統(tǒng)成員，而且刻畫各個系統(tǒng)成員之間的通信連接。作戰(zhàn)系統(tǒng)Agent交互鏈的形成過程如圖1所示，由此，可以建立作戰(zhàn)系統(tǒng)Agent交互鏈。

圖1 作戰(zhàn)系統(tǒng)Agent交互鏈形成過程

事實上，從微觀的、基于個體的建模視角來看，Agent交互鏈的形成過程是面向Agent分析的過程;從宏觀的、基于群體的建模視角來看，其是作戰(zhàn)系統(tǒng)多Agent組織結構與行為描述的過程。Agent交互鏈既反映了作為鏈節(jié)點的各個Agent的智能行為，又反映了Agent群體的組織行為。

1)作戰(zhàn)系統(tǒng)Agent交互鏈的形成過程，反映了面向Agent分析的過程。作為交互鏈鏈節(jié)點，Agent的形成與相互間交互及整個Agent交互鏈結構的形成，既體現(xiàn)了Agent交互的系統(tǒng)動力、基于通信行為的消息、輸出(行動者、通信行為、知識、交互協(xié)議)等方面的核心內(nèi)容，又體現(xiàn)了行動者—角色—職責、活動—交互的描述思想，由此反映了面向Agent分析的實質(zhì)要求。

2)作戰(zhàn)系統(tǒng)Agent交互鏈反映了以交互為中心的作戰(zhàn)系統(tǒng)多Agent組織結構及行為。以交互為中心的作戰(zhàn)系統(tǒng)多Agent組織，是一種由多個Agent以某種機制(如通過任務分解和合作或對立“處理”使組織成員采取協(xié)調(diào)或對立交互的聯(lián)合行動)形成的相對大的系統(tǒng)，是為了實現(xiàn)一定的求解目標而進行合理的協(xié)調(diào)和管理，并具有一定邊界的計算實體的集合。在作戰(zhàn)系統(tǒng)多Agent組織中，求解目標即被映射成為鏈節(jié)點Agent的武器裝備平臺(編組)實現(xiàn)軍事任務，協(xié)調(diào)交互和對立交互分別反映的是同一方部隊和紅軍、藍軍敵對雙方的Agent交互鏈組織行為特征，交互機制即Agent交互鏈動態(tài)作用機制。

1.2 Agent交互鏈的形成與ABM的比較

形成作戰(zhàn)系統(tǒng)Agent交互鏈的過程，實質(zhì)上即基于Agent交互鏈的作戰(zhàn)系統(tǒng)建模的過程，也可以說是從建立Agent交互鏈的角度來完成作戰(zhàn)系統(tǒng)建模的過程。作戰(zhàn)系統(tǒng)ABM過程與基于Agent交互鏈的作戰(zhàn)系統(tǒng)建模過程分別如圖2(a)、(b)所示。通過比較，即可發(fā)現(xiàn)某些階段工作在本質(zhì)上是一致的，例如:ABM過程中如何劃分作戰(zhàn)系統(tǒng)抽象層次、原型系統(tǒng)，在基于Agent交互鏈的作戰(zhàn)系統(tǒng)建模過程中即為如何進行層次化分解任務等;ABM過程中建立信息流協(xié)議，在后者中則反映于建立Agent交互鏈動態(tài)作用機制的步驟中。

但與一般的ABM理論與方法相比，基于Agent交互鏈的作戰(zhàn)系統(tǒng)建模過程，通過對交互鏈結構的靜態(tài)設計和動態(tài)作用機制來實現(xiàn)。從作戰(zhàn)系統(tǒng)多Agent組織模式的表達形式上，能更加直觀形象、方便有效地支持作戰(zhàn)系統(tǒng)仿真;從作戰(zhàn)系統(tǒng)多Agent組織模式的實現(xiàn)效果上，通過變更任務層次來建立鏈節(jié)點Agent的層次化變換機制，同步實現(xiàn)Agent交互鏈結構變化和鏈節(jié)點Agent模型分辨率的變換，能更好地適應動態(tài)兵力結構建模的需要。因此可以認為:在作戰(zhàn)系統(tǒng)仿真建模領域，基于Agent交互鏈的作戰(zhàn)系統(tǒng)建模豐富和發(fā)展了ABM理論與方法，是對一般的ABM理論與方法的拓展，具體如表1所示。

2 鏈節(jié)點Agent聚合/解聚

平臺級Agent交互鏈仿真建模最適用于戰(zhàn)術級(營、連或以下)分隊作戰(zhàn)行動仿真，當仿真對象編組增大，即平臺數(shù)量大幅增多時，需要采取聚合的方法，將部分次要的或指揮員不必重點關注的作戰(zhàn)平臺聚合為一個實體Agent(稱為聚合級Agent)，從而實現(xiàn)仿真。聚合級實體描述了一個能夠獨立完成作戰(zhàn)任務的作戰(zhàn)單位。為了能更好地掌握作戰(zhàn)系統(tǒng)行為細節(jié)，需要進行高分辨率建模，由此將聚合級Agent解聚為各平臺級Agent。

圖2 作戰(zhàn)系統(tǒng)ABM過程與基于Agent交互鏈的作戰(zhàn)系統(tǒng)建模過程對比

表1 基于Agent交互鏈的建模對一般的ABM理論與方法的拓展

實際上，鏈節(jié)點Agent聚合/解聚是一個層次化概念。在技術層面，需要建立動力學聚合/解聚模型。該層次上聚合的條件有:1)實體批次號相同;2)實體的位置、速度滿足編組條件;3)各實體狀態(tài)類似。

聚合級Agent的屬性主要包括:1)編組的速度;2)編組的加速度;3)編組中包含的作戰(zhàn)平臺數(shù);4)編組中指揮車的位置。

解聚是聚合的相反過程，例如，在排一級聚合級Agent解聚到平臺級Agent的過程中，平臺級Agent的位置由聚合級Agent的位置與作戰(zhàn)平臺在排編組內(nèi)的編號等信息共同確定，具體做法是:將聚合級Agent的位置加上平臺級Agent在排編組中的編隊位置，作為平臺級Agent解聚后的位置;平臺級A-gent的速度、加速度等，可直接從聚合級 Agent獲取;然后停止發(fā)布聚合級Agent狀態(tài)信息，轉換到發(fā)布平臺級 Agent狀態(tài)信息［6］。

在戰(zhàn)術乃至更高級別作戰(zhàn)層面，需要建立地理位置、戰(zhàn)斗力指數(shù)及兵力損耗聚合/解聚模型。相應地，實體屬性還包括損耗和作戰(zhàn)能力。

在戰(zhàn)術層次，聚合級作戰(zhàn)編組地理配置位置可用聚合前更低級別編組的平均地理配置位置表示。

針對大量同類或不同種類武器裝備平臺編組映射形成的Agent模型，其聚合/解聚過程需要考慮作戰(zhàn)能力聚合/解聚?？衫脷v史數(shù)據(jù)，采用指數(shù)法綜合計算出等效戰(zhàn)斗力指數(shù)，實現(xiàn)聚合/解聚。

針對戰(zhàn)斗損耗聚合/解聚，可運用蘭徹斯特戰(zhàn)斗動力學方程。針對不同條件，可分別采用蘭徹斯特第一線性律、第二線性律、平方律方程進行建模。若針對不同軍兵種(專業(yè))、不同種類武器裝備交戰(zhàn)情況，建立的蘭徹斯特方程需要改進其形式。蘭徹斯特方程中使用的2個基本變量(兵力和損耗系數(shù))，是作戰(zhàn)過程中最主要、最直接的因素。兵力(基本作戰(zhàn)單位總數(shù))是作戰(zhàn)的客觀物質(zhì)基礎;而損耗系數(shù)(平均戰(zhàn)斗力)是人和武器綜合效能的反映［7］。因而，蘭徹斯特方程可以用于鏈節(jié)點Agent在戰(zhàn)術乃至更高層次作戰(zhàn)中的聚合/解聚。

3 鏈節(jié)點Agent聚合/解聚與交互鏈結構約簡/擴充的一致性

筆者通過將ABM方法和傳統(tǒng)的各種作戰(zhàn)系統(tǒng)建模方法(如傳統(tǒng)的數(shù)字仿真技術、指數(shù)法、蘭徹斯特方程法等)相結合，確立鏈節(jié)點Agent的層次化變換機制，形成鏈節(jié)點Agent聚合與解聚和交互鏈結構約簡與擴充同步變換的工作機理，以更好地實現(xiàn)作戰(zhàn)系統(tǒng)建模。

聚合級Agent與平臺級Agent實際上反映的是仿真模型的分辨率，即模型的粒度(Granularity)、詳細度(Level of Detail)［8］。由作戰(zhàn)系統(tǒng)實際組元各個武器裝備平臺映射而成的平臺級Agent，該模型描述現(xiàn)實世界更詳細，對細節(jié)描述更多;而多個平臺級Agent聚合而成的聚合級Agent，對作戰(zhàn)宏觀描述更多，對細節(jié)描述相對少。

下面以坦克排在上級編成內(nèi)遂行摧毀1號目標任務的過程為例，來研究多個鏈節(jié)點平臺級Agent的聚合。當營指揮員希望了解各連、排戰(zhàn)斗整體進展情況時，坦克1排所屬的3臺坦克映射形成的3個平臺級Agent(a1，a2，a3)聚合形成體現(xiàn)全排3個平臺級Agent最本質(zhì)行為特征的排聚合級Agent a'。

其中，聚合前的坦克1排中3個平臺級Agent(a1，a2，a3)，在原來交互鏈中作為與連長車平臺級Agent交互的3個鏈節(jié)點，其任務輸入分別是:T1，短停后射擊1號目標;T2，行進間射擊1號目標;T3，向1號目標沖擊。

坦克1排中3個平臺級Agent(a1，a2，a3)聚合后，形成一個新的交互鏈中聚合級實體鏈節(jié)點，其任務輸入是:T'，摧毀1號目標。

在這次戰(zhàn)斗中，連長車平臺級Agent b的任務輸入是:T4，指揮坦克1排摧毀1號目標。

當指揮員需要細致了解更微觀層次的行動情況時，則將排聚合級實體Agent a'解聚為該排中的3個平臺級 Agent(a1，a2，a3)。

聚合與解聚過程中的事件驅動，在本例中即指揮員激起。通過通信實現(xiàn)控制權的轉移，反映在本例中即坦克1排各平臺實體Agent或整排聚合級A-gent與連長車Agent交互關系的轉移，由此改變交互鏈的結構，實現(xiàn)該交互鏈的約簡或擴充。鏈節(jié)點Agent聚合/解聚與交互鏈結構約簡/擴充的一致性如圖3所示。

需要指出的有以下2點。

1)鏈節(jié)點Agent聚合/解聚概念具有相對性

所謂“聚合”，是一個相對的概念，即聚合級A-gent也是相對的概念，與體現(xiàn)作戰(zhàn)系統(tǒng)實際組元邏輯關系的任務分解層次緊密相關。例如:在遂行更高層次作戰(zhàn)任務中，坦克1排聚合級Agent、坦克2排聚合級Agent、坦克3排聚合級Agent還可聚合成坦克1連聚合級Agent。由連到營，由營到團，同理。解聚的分析同樣如此。例如:坦克1營聚合級Agent解聚成3個坦克連Agent，坦克1連聚合級Agent解聚成3個坦克排Agent，坦克1排聚合級Agent解聚成3個平臺級Agent;當然，若還需要進一步增大模型分辨率，平臺級Agent還可解聚成車體、駕駛員、車長、炮長、二炮手等多個分系統(tǒng)級Agent。

圖3 鏈節(jié)點Agent聚合/解聚與交互鏈結構約簡/擴充的一致性

更高層次聚合級Agent可視為一個特殊的低層次聚合級Agent，排聚合級Agent也可被視為一個特殊的平臺級Agent(盡管它們與一般的平臺級實體Agent粒度不同，它們代表的是一定的作戰(zhàn)單位而非武器裝備平臺，但二者在仿真系統(tǒng)中運行機制是一致的)。正因為如此，筆者提出Agent交互鏈及鏈節(jié)點Agent的概念。在Agent交互鏈中，聚合級A-gent同樣可視為一個特殊的平臺級Agent鏈節(jié)點參與交互作用。因此，就方法論層面而言，提出基于Agent交互鏈的作戰(zhàn)系統(tǒng)建模是適用的。

2)鏈節(jié)點Agent聚合/解聚同步引發(fā)交互鏈結構約簡/擴充

這里使用的聚合/解聚法，是目前普遍使用的多分辨率建模方法，它可產(chǎn)生從現(xiàn)實世界到模型世界的直觀映射，容易被模型開發(fā)者理解，結合在Agent交互鏈中的應用，該建模方法的優(yōu)點尤為突出。實質(zhì)上，就鏈節(jié)點Agent多分辨率建模效果而言，聚合/解聚過程與方法其實也體現(xiàn)了其他的多分辨率建模方法(如多重表示建模法、優(yōu)化選擇法)［6，8-10］的本質(zhì);就作戰(zhàn)系統(tǒng)建模過程而言，通過鏈節(jié)點A-gent的聚合/解聚，同步實現(xiàn)Agent交互鏈結構的約簡/擴充，從而滿足動態(tài)兵力結構建模的需要。

在實體Agent聚合/解聚過程中，鏈節(jié)點Agent的一個屬性與多個鏈節(jié)點Agenti的屬性相對應，依靠各種映射函數(shù)(如地理配置位置模型、指數(shù)法、蘭徹斯特方程等)，形成映射關系。由于鏈節(jié)點Agent由反映不同任務層次結構的作戰(zhàn)系統(tǒng)實際組元映射而來，因此，它反映了多重表示建模法等其他多分辨率建模方法的實質(zhì)，體現(xiàn)了模型中實體、實體屬性和實體間邏輯關系的層次性，并通過屬性關系圖、與具體應用相關的映射函數(shù)以及一致性維護來保證不同分辨率模型之間的一致性，由此反映了鏈節(jié)點Agent聚合/解聚與交互鏈結構約簡/擴充的一致性。

優(yōu)化選擇法(即視點選擇法)建模的思想是:只執(zhí)行最詳細的模型，所有其他各層次的模型通過從最詳細的模型中選擇本層次所需要的信息來執(zhí)行。在該方法中，模型一直運行在最高分辨率，當它需要以較低分辨率與其他同級分辨率模型交互時，它運用模型抽象技術獲得低分辨率模型，然后和外界進行交互［9-10］。

圖4 鏈節(jié)點Agent模型的視點選擇法多分辨率建模

鏈節(jié)點Agent模型的視點選擇法多分辨率建模的框架原理如圖4所示。在仿真過程正常運行時，作戰(zhàn)系統(tǒng)模型表現(xiàn)為最高分辨率的模型，刻畫作戰(zhàn)系統(tǒng)平臺級實體行為。當更改視點時，即當模型與其他較低分辨率的模型發(fā)生交互時，模型通過抽取與交互最密切相關的屬性“臨時”構建一個匹配的、較低分辨率的作戰(zhàn)系統(tǒng)模型用于交互。事實上，這個“臨時”的作戰(zhàn)系統(tǒng)模型并不是真正存在的，它只是一個模型“標記”，僅僅是為了交互的需要而虛擬出來的，只不過從較低分辨率的視點來看，好像是一個模型而已［9］。Agent交互鏈中的鏈節(jié)點Agent聚合/解聚過程，本質(zhì)上是更改視點的過程。在通常情況下，鏈節(jié)點Agent表現(xiàn)為平臺級的形式，詳細刻畫構成作戰(zhàn)系統(tǒng)的各個武器裝備平臺的屬性;視點變更即Agent交互鏈結構變化時，以低分辨率描述更高一層次武器裝備編組(即更高級別作戰(zhàn)單元)的行為。

綜上所述，基于Agent交互鏈的建模中，建模視點變更、實體屬性映射、鏈節(jié)點Agent聚合/解聚、交互鏈結構約簡/擴充，本質(zhì)上是一致的，其同步變換的工作機理如圖5所示。

鏈節(jié)點Agent的聚合/解聚，實質(zhì)上側重于反映的是個體Agent的行為，而Agent交互鏈結構的變化，實質(zhì)上側重于反映的是群體Agent的組織結構及行為;個體Agent在描述宏觀的、社會化組織行為的Agent交互鏈結構框架內(nèi)自主、智能活動，而個體Agent通過其自主、智能活動實現(xiàn)自身狀態(tài)轉移又同步影響Agent交互鏈結構的組織結構及行為。

圖5 視點變更、實體屬性映射、鏈節(jié)點Agent聚合/解聚、交互鏈結構約簡/擴充的一致性

4 結論

由于信息化條件下作戰(zhàn)呈現(xiàn)出非線性、“涌現(xiàn)”性、自適應性和自組織性等復雜適應系統(tǒng)行為特征，對作戰(zhàn)系統(tǒng)的建模難度很大，難以準確刻畫不同級別武器裝備作戰(zhàn)實體行為［5］。筆者從如何建立A-gent交互鏈的新角度來開展作戰(zhàn)系統(tǒng)建模問題研究，提出了Agent交互鏈形成的基本過程，并與ABM方法進行了比較，研究了鏈節(jié)點Agent聚合/解聚的一般方法，分析了鏈節(jié)點Agent聚合/解聚與交互鏈結構約簡/擴充的一致性。在作戰(zhàn)系統(tǒng)Agent交互鏈的形成過程研究的基礎上，通過確立交互鏈中的鏈節(jié)點Agent的層次化變換機制，形成了鏈節(jié)點Agent聚合/解聚和交互鏈結構約簡/擴充同步變換的工作機理。與一般的ABM方法相比，作戰(zhàn)系統(tǒng)Agent交互鏈的形成及其鏈結構變換，更加直觀形象、方便有效地支持作戰(zhàn)系統(tǒng)仿真，能更好地適應動態(tài)兵力結構建模的需要，因此，是一種更好地實現(xiàn)作戰(zhàn)系統(tǒng)建模的新途徑。

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