周慶忠

(后勤工程學(xué)院，重慶　401311)

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基于Agent的信息化作戰(zhàn)油料保障調(diào)運(yùn)模型

周慶忠

(后勤工程學(xué)院，重慶401311)

摘要：在信息化條件下，作戰(zhàn)油料保障向多樣化接力式調(diào)運(yùn)保障模式演變，致使保障調(diào)運(yùn)計(jì)劃優(yōu)化難度加大；為了解決這一問(wèn)題，提出基于Agent的油料保障調(diào)運(yùn)模型；應(yīng)用Agent技術(shù)，在決策者Agent與保障單位Agent之間構(gòu)建“多對(duì)多”交互場(chǎng)景，根據(jù)保障單位的運(yùn)輸能力、行駛路徑等參數(shù)，對(duì)油料保障調(diào)運(yùn)任務(wù)進(jìn)行分派；論述深度優(yōu)先搜索模型算法，分析油料保障調(diào)運(yùn)計(jì)劃生成過(guò)程；以聯(lián)合作戰(zhàn)油料保障調(diào)運(yùn)為仿真實(shí)例，驗(yàn)證模型有效性；仿真結(jié)果表明：該模型的研究對(duì)于提高作戰(zhàn)油料保障能力具有重要意義。

關(guān)鍵詞：油料保障；調(diào)運(yùn)；Agent；任務(wù)；計(jì)劃

Citation format:ZHOU Qing-zhong.Agent Based Scheduling Transportation Model for Combat POL Support Under Informationization[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(3):49-53.

信息化條件下，作戰(zhàn)油料保障調(diào)運(yùn)能力直接關(guān)系到作戰(zhàn)部隊(duì)發(fā)油、供油、儲(chǔ)油機(jī)制的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，傳統(tǒng)直達(dá)輸送模式已逐漸被多樣化接力式調(diào)運(yùn)保障模式所取代。因受到油料數(shù)量大、品種多、調(diào)運(yùn)里程遠(yuǎn)等眾多因素影響，致使作戰(zhàn)油料保障調(diào)運(yùn)問(wèn)題變得日趨復(fù)雜，涉及具有時(shí)間約束的多種類、多數(shù)量運(yùn)載工具的裝卸與運(yùn)輸[1-2]。但其并沒(méi)有限制油料運(yùn)輸資產(chǎn)必須從某個(gè)中心油庫(kù)離開，并返回到該中心油庫(kù)，油料運(yùn)輸資產(chǎn)之間不存在裝卸和交換所運(yùn)輸?shù)挠土蟍3]。這屬于典型NP難題，若采用傳統(tǒng)方法來(lái)優(yōu)化油料保障調(diào)運(yùn)計(jì)劃將非常困難。

應(yīng)用Agent技術(shù)建立分布動(dòng)態(tài)的“多對(duì)多”實(shí)時(shí)交互的作戰(zhàn)油料保障調(diào)運(yùn)模型，為解決這一難題提供了思路[4-5]。一組油料保障決策者Agent DMA (Decision maker Agent,DMA)，需制定遠(yuǎn)距離輸送油料保障資源的調(diào)運(yùn)計(jì)劃。決策者DMA使用保障單位Agent UA(Unit Agent,UA)的運(yùn)輸服務(wù)將所需油料資源從供應(yīng)節(jié)點(diǎn)(如油庫(kù))輸送至需求節(jié)點(diǎn)(如部隊(duì)加油站、野戰(zhàn)加油站等)。作戰(zhàn)環(huán)境瞬時(shí)萬(wàn)變，眾多動(dòng)態(tài)因素致使各保障單位UA可能只能運(yùn)輸部分油料資源一部分距離。此外，信息技術(shù)的應(yīng)用，保障信息的實(shí)時(shí)獲取與交互共享，使得決策者DMA快速響應(yīng)保障態(tài)勢(shì)成為可能。欲配置不同Agent UA的油料保障服務(wù)，單項(xiàng)油料輸送任務(wù)由多個(gè)保障單位Agent協(xié)作，實(shí)施接力調(diào)運(yùn)模式來(lái)完成油料保障任務(wù)，迫切需要行之有效方法作為理論依據(jù)[6]。因此，本文對(duì)基于Agent的信息化作戰(zhàn)油料保障調(diào)運(yùn)模型進(jìn)行研究，尋求并優(yōu)化油料保障調(diào)運(yùn)任務(wù)分配計(jì)劃。

1模型建立

(1)

式(1)中，oiln為油品名稱；qoil為所調(diào)運(yùn)的油品數(shù)量；ts為運(yùn)輸起始時(shí)間；te為油品交付時(shí)間；ls為運(yùn)輸起始地；le為運(yùn)輸目的地；ρcd為運(yùn)輸完成度。

(2)

式(2)中，F(xiàn)cap為油料運(yùn)輸能力；Fqua為油料運(yùn)輸質(zhì)量因子；Rtran為可運(yùn)輸行駛的路徑集；Plocal為包含油料運(yùn)輸路徑時(shí)間序列的局部計(jì)劃。

(3)

式(3)中，trs和tre分別為油料運(yùn)輸路徑開始和結(jié)束時(shí)間，取決于油料運(yùn)輸工具速度、裝載時(shí)間等；lrs和lre分別為運(yùn)輸路徑開始地點(diǎn)和結(jié)束地點(diǎn)，路徑結(jié)束地點(diǎn)lre∈Rtran；Yrcheck為油料運(yùn)輸路徑途中的檢查項(xiàng)目集；Frstate為運(yùn)輸路徑路況因子；crtran為運(yùn)輸成本。

(4)

式(4)中，oilnc為所檢查的油品名稱；qoilc為油品數(shù)量；Ffile為檢查運(yùn)輸文件齊全因子。設(shè)Etotal(Rtran)表示在路徑中油料檢查項(xiàng)目Yrcheck∈Rtran內(nèi)，所有檢查項(xiàng)目的所有數(shù)量qoilc的總和。

(5)

2模型算法

(6)

式(6)中，tdl是調(diào)運(yùn)任務(wù)請(qǐng)求截止時(shí)間；fplan是運(yùn)輸單位Agent所使用的請(qǐng)領(lǐng)任務(wù)書評(píng)估函數(shù)，以便確定決策者Agent將用于評(píng)估請(qǐng)領(lǐng)任務(wù)書的成本值cplan。

運(yùn)輸保障單位Agent對(duì)其所管轄的每條路線設(shè)置閾值θ。若路線可用于執(zhí)行某油料運(yùn)輸任務(wù)，則設(shè)置其閾值θ<θ′。若路線沒(méi)有執(zhí)行某任務(wù)的特定部分或全程任務(wù)，則設(shè)置其閾值θ≥θ′，該路線將不被考慮用來(lái)執(zhí)行該油料運(yùn)輸任務(wù)，即不將其作為請(qǐng)領(lǐng)任務(wù)書中的一個(gè)可用路線，以便節(jié)省計(jì)算時(shí)間。

圖1　深度優(yōu)先搜索算法示意圖

圖2　新任務(wù)產(chǎn)生示意圖

3仿真實(shí)例

以具有時(shí)間窗的聯(lián)合作戰(zhàn)油料保障調(diào)運(yùn)為仿真實(shí)例來(lái)驗(yàn)證模型有效性。聯(lián)合作戰(zhàn)油料保障計(jì)劃規(guī)定保障單位在特定時(shí)間和作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)所要完成的油料保障任務(wù)，保障單位UA必須在指定裝載時(shí)間窗內(nèi)裝載油料資源，在指定交付時(shí)間窗內(nèi)交付油料資源，保障單位UA間不能轉(zhuǎn)運(yùn)油料，即其必須完成完整的路線。保障單位UA在指定地點(diǎn)(如油庫(kù)、戰(zhàn)區(qū))開始和結(jié)束油料保障任務(wù)。在油料保障案例數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，增設(shè)時(shí)間窗[TWstart,TWend]進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，模擬某次聯(lián)合作戰(zhàn)油料保障部分場(chǎng)景。設(shè)時(shí)間計(jì)算單位為小時(shí)(h)，TWend=9 999表示對(duì)時(shí)間無(wú)硬性要求，為保障任務(wù)設(shè)置 “應(yīng)急”級(jí)別，用于響應(yīng)聯(lián)合作戰(zhàn)油料需求變化，應(yīng)急保障有時(shí)間窗約束。

作戰(zhàn)油料保障分析預(yù)計(jì)，保障點(diǎn)LNT作戰(zhàn)用油裝備(如坦克)在時(shí)間段[50,70]燃油告急，急需補(bǔ)給油料q1噸。在時(shí)間段[47.5,48]之內(nèi)開始，使用野戰(zhàn)加油車實(shí)施群車野戰(zhàn)加油(任務(wù)Task3)。若不能在指定時(shí)間期限完成，將嚴(yán)重影響作戰(zhàn)裝備運(yùn)作，導(dǎo)致重大損失。為了確保野戰(zhàn)加油車從戰(zhàn)術(shù)野戰(zhàn)油庫(kù)LTFD運(yùn)載q1噸油料，在時(shí)間段[47.4,47.5]之內(nèi)趕到指定保障點(diǎn)LNT(任務(wù)Task2，行程時(shí)間為3h)，戰(zhàn)術(shù)野戰(zhàn)油庫(kù)LTFD在時(shí)間段[0,44.4]之內(nèi)完成對(duì)野戰(zhàn)加油車發(fā)油任務(wù)Task1。

在保障點(diǎn)LST，運(yùn)輸車隊(duì)油料不足，需補(bǔ)給q2噸油料，運(yùn)輸車隊(duì)將在時(shí)間段[85,110]啟程奔赴前線。必須在時(shí)間段[85,85.5] 之內(nèi)開始，使用群車加油車給運(yùn)輸車輛補(bǔ)充油料(任務(wù)Task6)。否則，運(yùn)輸車隊(duì)無(wú)法按時(shí)啟程，將延誤聯(lián)合作戰(zhàn)后勤物資補(bǔ)養(yǎng)，影響戰(zhàn)斗力量展開。為了保證群車加油車從附近部隊(duì)加油站LFOS運(yùn)載q2噸油料，在時(shí)間段[84.5,85]之內(nèi)趕到指定保障點(diǎn)LST(任務(wù)Task5，行程時(shí)間為1 h)，加油站LFOS在時(shí)間段[0,83.5]之內(nèi)完成對(duì)群車加油車發(fā)油任務(wù)Task4。

參戰(zhàn)部隊(duì)FF油料消耗大，預(yù)計(jì)部隊(duì)油庫(kù)FFd在時(shí)間段[100,9 999]將開始出現(xiàn)油料儲(chǔ)備短缺現(xiàn)象，難于滿足前線油料補(bǔ)給需求，急需戰(zhàn)役野戰(zhàn)油庫(kù)LBFD使用油罐車調(diào)運(yùn)q3噸油料(任務(wù)Task8，行程時(shí)間4 h)。因戰(zhàn)區(qū)補(bǔ)充油料時(shí)間窗[100,9 999]約束，這q3噸油料在時(shí)間段[0,90]之內(nèi)交付給部隊(duì)油庫(kù)FFd，致使戰(zhàn)役野戰(zhàn)油庫(kù)LBFD在時(shí)間段[0,86]之內(nèi)完成對(duì)油罐車發(fā)油任務(wù)Task7。

根據(jù)作戰(zhàn)油料需求分析預(yù)測(cè)，指定油料保障任務(wù)裝載和交付油料時(shí)間窗約束能力。使用聯(lián)合作戰(zhàn)油料保障先驗(yàn)數(shù)據(jù)集對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)模型實(shí)現(xiàn)的要求。設(shè)置多級(jí)別油料倉(cāng)庫(kù)和加油站，如戰(zhàn)役野戰(zhàn)油庫(kù)、戰(zhàn)術(shù)野戰(zhàn)油庫(kù)、部隊(duì)油庫(kù)、野戰(zhàn)加油站和部隊(duì)加油站。并非所有的保障單位UA在同一地點(diǎn)開始和結(jié)束任務(wù)的執(zhí)行，也不是所有的油料保障任務(wù)都要調(diào)用同一個(gè)保障單位UA的服務(wù)；一個(gè)保障單位UA的運(yùn)輸工具可能無(wú)法服務(wù)一些特殊的油料運(yùn)輸任務(wù)。

根據(jù)保障任務(wù)類別{發(fā)油,運(yùn)油,加油}，對(duì)于任務(wù)設(shè)置不同時(shí)間窗。例如對(duì)于保障點(diǎn)用油裝備加油任務(wù)，指定加注油料保障服務(wù)時(shí)間，由保障點(diǎn)所在單位Agent UA執(zhí)行。對(duì)于油料保障調(diào)運(yùn)任務(wù)，其服務(wù)時(shí)間主要是指裝載油料、卸載交付油料時(shí)間。本實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)油料保障調(diào)運(yùn)進(jìn)行仿真。在軍事油料保障場(chǎng)景，運(yùn)輸服務(wù)時(shí)間取決于運(yùn)輸工具Agent TA類型，而不是取決于被運(yùn)輸?shù)挠土腺Y源類型。對(duì)于所有運(yùn)輸工具Agent TA，一個(gè)單位距離需要一個(gè)單位時(shí)間去行駛。運(yùn)輸成本被設(shè)置為所行駛的距離，因此，決策者DMA的優(yōu)化目的是使所行駛的距離最小化。

一個(gè)決策者Agent DMA分配17個(gè)油料保障任務(wù)，其中油料運(yùn)輸任務(wù)有12個(gè)，模擬運(yùn)行了包含23個(gè)運(yùn)輸工具Agent TA及其12個(gè)油料運(yùn)輸任務(wù)的數(shù)據(jù)集。仿真所生成的油料保障任務(wù)計(jì)劃數(shù)據(jù)見如表1所示。表中描述各油料保障任務(wù)的先后時(shí)序關(guān)系，部分任務(wù)具有時(shí)間窗約束。仿真結(jié)果如表2所示。油料保障調(diào)運(yùn)路線如圖3所示，每條弧邊上的一對(duì)數(shù)值對(duì)應(yīng)于油料運(yùn)輸任務(wù)代號(hào)和路線行程時(shí)間(h)，“*”表示保障級(jí)別為“應(yīng)急”，Taski表示為ti。

當(dāng)決策者Agent DMA確認(rèn)授予這些運(yùn)輸服務(wù)給某運(yùn)輸單位Agent UA后，UA的局部計(jì)劃不能被改變。其結(jié)果是，UA不能將局部計(jì)劃中的一個(gè)或多個(gè)路徑與一個(gè)油料運(yùn)輸任務(wù)合并，導(dǎo)致服務(wù)于這兩項(xiàng)運(yùn)輸任務(wù)的路徑順序發(fā)生改變。因在數(shù)據(jù)集中的運(yùn)輸任務(wù)不能重復(fù)路線， UA在一次行程中無(wú)法執(zhí)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的運(yùn)輸任務(wù)。

圖3　油料保障調(diào)運(yùn)路線

任務(wù)代號(hào)任務(wù)類別保障級(jí)別保障點(diǎn)(或發(fā)油點(diǎn))運(yùn)輸路線起點(diǎn)終點(diǎn)時(shí)間/h油量時(shí)間窗Task1發(fā)油應(yīng)急戰(zhàn)術(shù)野戰(zhàn)油庫(kù)LTFD1q1[0,44.4]Task2運(yùn)油應(yīng)急戰(zhàn)術(shù)野戰(zhàn)油庫(kù)LTFD1LTFD1保障點(diǎn)LNT3q1[47.4,47.5]Task3加油應(yīng)急保障點(diǎn)LNTq1[47.5,48]Task4發(fā)油應(yīng)急加油站LFOS11q2[0,83.5]Task5運(yùn)油應(yīng)急加油站LFOS11LFOS11保障點(diǎn)LST1q2[84.5,85]Task6加油應(yīng)急保障點(diǎn)LSTq2[85,85.5]Task7發(fā)油應(yīng)急戰(zhàn)役野戰(zhàn)油庫(kù)LBFDq2[0,86]

續(xù)表(表1)

表2　油料保障運(yùn)輸仿真結(jié)果

4結(jié)論

仿真實(shí)驗(yàn)表明，使用本文所提出模型方法所得到的仿真結(jié)果性能優(yōu)于采用集中式方法所獲得結(jié)果。除了像集中式方法那樣，在規(guī)劃時(shí)可獲取油料調(diào)運(yùn)所有信息之外，還可設(shè)置一個(gè)油料保障調(diào)運(yùn)協(xié)作機(jī)制。使用臨時(shí)授予策略，當(dāng)處理油料調(diào)運(yùn)任務(wù)時(shí)，對(duì)已承諾的保障單位Agent TA計(jì)劃可被靈活調(diào)整。被簽約的保障單位Agent UA路徑，則保持不變(除非油料保障運(yùn)輸服務(wù)指令另有指定)。集中式方法則難于解決這一問(wèn)題，而本文模型通過(guò)對(duì)這個(gè)特定軍事問(wèn)題域所設(shè)計(jì)新啟發(fā)式方法，可獲得較好效果，適用于協(xié)作與非協(xié)作這兩種類型的分布動(dòng)態(tài)油料保障調(diào)運(yùn)問(wèn)題。該模型雖面向軍事油料保障領(lǐng)域，但也適用于民用商業(yè)部門。尤其是隨著軍事油料保障信息化與全局化的推進(jìn)，軍地融合油料保障模式的實(shí)施，油料保障聯(lián)盟的形成，使得該模型具有更為廣泛的應(yīng)用前景。

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(責(zé)任編輯唐定國(guó))

Agent Based Scheduling Transportation Model for Combat POL Support Under Informationization

ZHOU Qing-zhong

(Logistical Engineering University, Chongqing 401311, China)

Abstract:Under information, combat POL support was evolved into support mode of diverse relaying, so that the optimization of its scheduling transportation plan is more difficult. To solve this problem, agent based scheduling transportation model for POL support was proposed. “Many to many” interactive scene was constructed between policy-makers agent and security units agent via applying agent technology. POL scheduling task was assigned according to the parameters such as transport capacity and route of support units. The depth-first search algorithm was discussed and the generation process of this scheduling transportation plan was analyzed. Joint operations POL scheduling transportation was used as a simulation example to verify the validity of the model. Simulation results show that this research is of great significance for improving performance of combat POL support.

Key words:POL support; scheduling transportation; Agent; task; plan

文章編號(hào)：1006-0707(2016)03-0049-05

中圖分類號(hào)：TP182

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.11809/scbgxb2016.03.013

作者簡(jiǎn)介：周慶忠(1961—),男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事后勤保障、裝備與信息工程研究。

基金項(xiàng)目：國(guó)防重大攻關(guān)項(xiàng)目(2014ZB00088)；重慶市重大科技項(xiàng)目(CQF20150709)；重慶市社科基金項(xiàng)目(2014YBGL009)

收稿日期：2015-07-13；修回日期：2015-09-02

本文引用格式：周慶忠.基于Agent的信息化作戰(zhàn)油料保障調(diào)運(yùn)模型[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2016(3):49-53.

【后勤保障與裝備管理】