韓翃， 康鳳舉， 王圣潔

(1.西北工業(yè)大學(xué) 航海學(xué)院, 陜西 西安 710072; 2.西北工業(yè)大學(xué) 水下信息與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710072)

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作戰(zhàn)推演系統(tǒng)中的Holon多分辨率建模方法研究

韓翃1,2， 康鳳舉1,2， 王圣潔1,2

(1.西北工業(yè)大學(xué) 航海學(xué)院, 陜西 西安 710072; 2.西北工業(yè)大學(xué) 水下信息與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710072)

作戰(zhàn)推演是武器系統(tǒng)效能評(píng)估研究的重要手段，而多分辨率建模是作戰(zhàn)推演系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一?，F(xiàn)有的聚合解聚、視點(diǎn)選擇多分辨率建模方法缺乏對(duì)模型間層次結(jié)構(gòu)的描述，難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)模型分辨率的自適應(yīng)變換，因此無(wú)法兼顧模型精度與系統(tǒng)負(fù)載。針對(duì)上述問(wèn)題，引入Holon概念，提出一種新的Holon多分辨率建模方法。研究了Holon多分辨率模型系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)及其形式化描述，給出了其結(jié)構(gòu)演化的規(guī)則，提出了一種基于滿意度的自適應(yīng)分辨率變換機(jī)制，設(shè)計(jì)了支持Holon多分辨率建模的軟件運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵服務(wù)。將Holon多分辨率建模方法應(yīng)用于海軍武器裝備體系戰(zhàn)役推演系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)比聚合解聚和視點(diǎn)選擇方法，驗(yàn)證了新方法在保持了較好模型間一致性的同時(shí)，有效降低了系統(tǒng)的負(fù)載。

仿真科學(xué)技術(shù)； 多分辨率建模； 作戰(zhàn)推演系統(tǒng)； Holon

0 引言

對(duì)武器系統(tǒng)效能評(píng)估的有效方法是在對(duì)抗環(huán)境下，以特定的作戰(zhàn)想定為背景進(jìn)行作戰(zhàn)推演。作戰(zhàn)推演系統(tǒng)作為一種運(yùn)用現(xiàn)代系統(tǒng)仿真技術(shù)來(lái)對(duì)武器系統(tǒng)效能評(píng)估進(jìn)行研究的軍用系統(tǒng)，已經(jīng)受到世界各國(guó)的重視和發(fā)展。

由于現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的規(guī)模較大，作戰(zhàn)推演系統(tǒng)中包括戰(zhàn)略、戰(zhàn)役以及戰(zhàn)術(shù)等多個(gè)層次，同時(shí)在推演的不同階段，不同用戶對(duì)系統(tǒng)所能提供的實(shí)體狀態(tài)信息有著不同的需求層次。因此多分辨率建模方法在推演系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而傳統(tǒng)的多分辨率建模方法存在未能足夠關(guān)注模型間層次結(jié)構(gòu)的描述，無(wú)法同時(shí)兼顧模型分辨率變化時(shí)的精度和系統(tǒng)資源負(fù)載，難以實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)運(yùn)行中模型分辨率的自動(dòng)切換等問(wèn)題[1-14]。

Holon是一個(gè)在智能制造領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的一個(gè)概念。Holon這個(gè)詞最早出現(xiàn)在Koestler所著的《The Ghost in the Machine》[15]一書(shū)中。字面意思是“整體-部分”。它描述的是層次化系統(tǒng)中同時(shí)具有“整體”和“部分”屬性的一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。一個(gè)Holon是“整體”還是“部分”取決于外界的觀察角度或者是使用需求。而由多個(gè)Holon通過(guò)協(xié)作構(gòu)成的Holon系統(tǒng)具有遞歸的層次結(jié)構(gòu)。利用Holon的特殊屬性，可以提高制造系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及資源利用率，同時(shí)在內(nèi)外環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，制造系統(tǒng)能夠具有自適應(yīng)性和柔性[16-17]。

將Holon概念引入多分辨率建模領(lǐng)域，本文提出一種新的Holon多分辨率建模方法。該方法將同一實(shí)體的不同分辨率模型描述為若干具有自治性和協(xié)作性的多分辨率Holon(MRH)，并形成層次化的組織結(jié)構(gòu)。通過(guò)MRH自組織及層次結(jié)構(gòu)的演化，可以實(shí)現(xiàn)多分辨率模型系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載及用戶需求靈活的調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行模型的數(shù)量，從而有效降低系統(tǒng)負(fù)載，同時(shí)最大限度的保證了多分辨率模型間的一致性。

下面從系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)、演化、軟件框架及實(shí)驗(yàn)等幾個(gè)方面對(duì)Holon多分辨率建模方法進(jìn)行論述。

1 Holon多分辨率模型的組織結(jié)構(gòu)

1.1 組織結(jié)構(gòu)

Holon多分辨率模型系統(tǒng)是由屬于不同分辨率層次的若干MRH所構(gòu)成。系統(tǒng)中的一個(gè)實(shí)體模型是由描述該實(shí)體不同分辨率的模型所構(gòu)成，每一個(gè)分辨率層次的模型都是由一個(gè)或多個(gè)MRH所構(gòu)成。在某一給定分辨率的模型中，一個(gè)MRH就是該層次模型中最小的功能單元。

在兩個(gè)分辨率相鄰的模型中，一個(gè)低分辨模型的MRH包含若干高分辨率模型的MRH. 低分辨率模型MRH稱為上級(jí)多分辨率Holon(Super-MRH)，對(duì)應(yīng)的高分辨率模型的MRH稱為下級(jí)多分辨率Holon(Sub-MRH)。從不同的視角對(duì)一個(gè)MRH進(jìn)行觀察，其“整體”和“部分”的屬性是可以轉(zhuǎn)化的。自上而下來(lái)看，一個(gè)MRH包含多個(gè)分辨率更高的低層下級(jí)MRH，此時(shí)該MRH是作為一個(gè)具有獨(dú)立功能的整體；自下而上來(lái)看，一個(gè)MRH屬于一個(gè)分辨率更高的上級(jí)MRH，此時(shí)該MRH是作為上級(jí)MRH整體功能中的一個(gè)部分，需要與相同層次并且同屬于這個(gè)上級(jí)MRH的其他MRH進(jìn)行協(xié)作來(lái)實(shí)現(xiàn)上級(jí)MRH的功能。

一個(gè)Holon多分辨率模型系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 Holon多分辨率模型系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structural diagram of Holon multi-resolution model system

圖1給出了一個(gè)具有兩個(gè)實(shí)體模型的Holon多分辨率系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)示意圖。其中每個(gè)實(shí)體都包含3個(gè)不同層次分辨率的模型，分辨率從低到高分別標(biāo)示為1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)。

MRH的特點(diǎn)包括：

1)獨(dú)立性。MRH要有特定的功能，能夠獨(dú)立完成某些任務(wù)。這是MRH作為多分辨率模型中基本元素的必要條件。沒(méi)有特定功能或者不借助其他部件就無(wú)法完成任何任務(wù)的MRH是不存在的。

2)“整體”和“部分”的雙重屬性。一個(gè)MRH可以包含比自身分辨率更高的下級(jí)MRH，同時(shí)也可以屬于分辨率比自身更低的上級(jí)MRH. 這種雙重屬性正是Holon多分辨率模型系統(tǒng)層次化的來(lái)源。

3)協(xié)作性。除了不同層次MRH之間的包含和從屬關(guān)系，相同層次的MRH還具有協(xié)作關(guān)系。MRH通過(guò)協(xié)作可以實(shí)現(xiàn)模型分辨率的動(dòng)態(tài)變化。

4)相似性。MRH的相似性主要指上下級(jí)MRH之間的相似。這種相似可以是功能相似，也可以是結(jié)構(gòu)相似，甚至可以是抽象概念上的相似。這種相似性是為了保證模型的分辨率發(fā)生改變的時(shí)候，相關(guān)模型的數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)等能夠盡量平穩(wěn)，便于不同分辨率模型間一致性的維護(hù)。

構(gòu)建一個(gè)MRH所必須的要素包括：

1)核心功能。核心功能是MRH作為一個(gè)獨(dú)立個(gè)體必須的能力。

2)上級(jí)MRH和下級(jí)MRH索引。一個(gè)MRH必須知道自身在多分辨率模型系統(tǒng)中的層級(jí)關(guān)系。

3)屬性一致性保持功能。一個(gè)MRH需要能夠在其生命周期內(nèi)保持與其他層次的MRH一致的屬性。

1.2 形式化描述

根據(jù)離散事件系統(tǒng)規(guī)范(DEVS)[18]，一個(gè)Holon多分辨率模型系統(tǒng)可以描述為

單個(gè)MRH的描述如下：

下面給出Holon多分辨率模型系統(tǒng)各組成部分的含義：

X、Y分別為系統(tǒng)的輸入集合和輸出集合，其含義與DEVS耦合模型中的兩個(gè)集合一致；

E為系統(tǒng)中全部實(shí)體的集合，包括具有多分辨率模型的實(shí)體和一般實(shí)體。

在該系統(tǒng)中，每個(gè)實(shí)體所包含的模型分辨率等級(jí)(層次)是不同的，并且對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修改后，實(shí)體所包含模型分辨率等級(jí)也可能發(fā)生變化。因此需要在系統(tǒng)初始化的時(shí)候?qū)δＰ头直媛蕦哟谓y(tǒng)一進(jìn)行標(biāo)注。標(biāo)注方法是找到系統(tǒng)中分辨率層次最多的那個(gè)實(shí)體，將其層次從低到高標(biāo)注為(1,2，…，γ)，其他實(shí)體只需將各自模型的分辨率層次對(duì)應(yīng)標(biāo)注即可。例如：系統(tǒng)包含飛機(jī)和艦艇兩個(gè)實(shí)體模型，飛機(jī)模型包含編隊(duì)、平臺(tái)、武器3個(gè)分辨率等級(jí)，而艦艇模型只包含平臺(tái)和武器兩個(gè)分辨率等級(jí)，那么飛機(jī)模型的分辨率層次為(1,2,3)，艦艇模型的分辨率層次為(2,3)，γ此時(shí)為3.

一個(gè)實(shí)體雖然包含多個(gè)不同分辨率的模型，這些模型也可能并發(fā)運(yùn)行，但是從系統(tǒng)外部對(duì)模型進(jìn)行觀察時(shí)，每次只需要其中一個(gè)特定層次分辨率模型的運(yùn)行結(jié)果，因此ω表示為當(dāng)前實(shí)體所表達(dá)的分辨率等級(jí)。當(dāng)ω變化時(shí)，會(huì)引起MRH之間關(guān)系的變化。

2 Holon多分辨率模型系統(tǒng)的演化

如前文所述，在Holon多分辨率模型系統(tǒng)中，一個(gè)實(shí)體是由若干MRH構(gòu)成，這些MRH按照分辨率的層次進(jìn)行組織。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，同時(shí)運(yùn)行這些MRH顯然能夠很便捷地切換模型的分辨率，但是這樣是極其耗費(fèi)資源的。除了每個(gè)MRH占據(jù)的運(yùn)行資源，不同層次間MRH為了維護(hù)一致性而消耗的資源也是很大的，同時(shí)也會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)更多的不穩(wěn)定性因素。因此提出一種自適應(yīng)分辨率變化機(jī)制，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)和用戶使用情況，模型能夠自由改變MRH的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)分辨率的自適應(yīng)改變，從而節(jié)約系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

下面首先研究Holon多分辨率模型系統(tǒng)中分辨率變化的觸發(fā)以及相應(yīng)模型分辨率變化的機(jī)制，然后研究MRH組織結(jié)構(gòu)的演化過(guò)程，最后提出一種面向資源的基于MRH滿意度的自適應(yīng)分辨率變換機(jī)制來(lái)滿足Holon多分辨率模型系統(tǒng)對(duì)提高資源利用率的需求。

2.1 模型分辨率變化的觸發(fā)

在Holon多分辨率模型系統(tǒng)中，觸發(fā)分辨率變化的情況有以下3種：

1)用戶需求觸發(fā)。這是整個(gè)系統(tǒng)中優(yōu)先級(jí)最高的觸發(fā)條件。

2)實(shí)體交互觸發(fā)。在不同分辨率實(shí)體之間發(fā)生交互的時(shí)候，觸發(fā)的分辨率變化。

3)系統(tǒng)資源觸發(fā)。這是在MRH以節(jié)約系統(tǒng)資源為目標(biāo)或者某些MRH缺乏運(yùn)行資源的情況下觸發(fā)。

其中模型分辨率變化由用戶需求觸發(fā)，是指在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，由用戶來(lái)指定分辨率的改變，這種改變包括什么時(shí)間改變，以及改變是從高分辨率模型變?yōu)榈头直媛誓Ｐ瓦€是相反。

綜合考慮用戶各種可能的使用情況，總結(jié)以下4種用戶需求觸發(fā)的模型分辨變化機(jī)制：

1)用戶指定全仿真周期內(nèi)固定分辨率。在這種情況下，刪除其他分辨率的MRH，只保留用戶所指定分辨率的MRH.

2)由用戶實(shí)時(shí)選擇的分辨率。在這種情況下，將分辨率變化之前的MRH掛起，只做內(nèi)部更新，不與外界發(fā)生交互。例如用戶選擇在某一時(shí)刻將某一實(shí)體的低分辨率模型轉(zhuǎn)換為高分辨率進(jìn)行觀察，則掛起該實(shí)體的低分辨率模型。

3)模型分辨率變化由實(shí)體交互觸發(fā)是指兩個(gè)交互實(shí)體的分辨率不一致時(shí)，需將兩個(gè)實(shí)體分辨率進(jìn)行統(tǒng)一后，再進(jìn)行交互。這時(shí)需要考慮兩種情況：

①僅有兩個(gè)實(shí)體交互。當(dāng)僅有兩個(gè)實(shí)體進(jìn)行交互時(shí)，統(tǒng)一兩個(gè)實(shí)體模型的分辨率后，將各自不需要的那個(gè)分辨率MRH掛起。

②一個(gè)實(shí)體與兩個(gè)以上實(shí)體同時(shí)交互。當(dāng)與一個(gè)實(shí)體發(fā)生交互的實(shí)體大于1的時(shí)候，與該實(shí)體交互的模型可能屬于不同的分辨率層次，此時(shí)不需要統(tǒng)一所有模型的分辨率，只需要將共享交互實(shí)體的高、低分辨率MRH并發(fā)運(yùn)行，其他實(shí)體保持原有的分辨率即可，從而避免系統(tǒng)中大量模型的分辨率連鎖變化。

4)模型分辨率變化由系統(tǒng)資源觸發(fā)是指MRH根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和自身對(duì)資源的需求等情況自適應(yīng)地改變模型的分辨率，從而減少系統(tǒng)對(duì)資源的需求，降低復(fù)雜度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。在Holon多分辨率模型系統(tǒng)運(yùn)行的初始狀態(tài)，所有層次的MRH同時(shí)加載，之后系統(tǒng)將根據(jù)以下3種狀態(tài)來(lái)改變模型的分辨率：

①在沒(méi)有強(qiáng)制保持分辨率要求的情況下，模型運(yùn)行的時(shí)間到達(dá)一定預(yù)設(shè)長(zhǎng)度，則將高分辨率模型掛起。

②在系統(tǒng)資源緊張同時(shí)沒(méi)有強(qiáng)制保持分辨率要求的情況下，將高分辨率模型掛起。

③模型分辨率在短時(shí)間內(nèi)頻繁切換，則允許高、低分辨率MRH并發(fā)運(yùn)行。

2.2 MRH組織結(jié)構(gòu)演化及一致性問(wèn)題

如2.1節(jié)所述，Holon多分辨率模型系統(tǒng)在初始運(yùn)行時(shí)，高、低分辨率的MRH同時(shí)加載，隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，高、低分辨率的MRH之間可以產(chǎn)生如下4種結(jié)構(gòu)演化：

1)高、低分辨率MRH并發(fā)運(yùn)行；

2)低分辨率MRH運(yùn)行，高分辨率MRH掛起；

3)高分辨率MRH運(yùn)行，低分辨率MRH掛起；

4)低分辨率MRH運(yùn)行，高分辨率MRH刪除。

在研究高、低分辨率MRH之間的結(jié)構(gòu)演化之前，首先對(duì)允許發(fā)生演化的層次進(jìn)行說(shuō)明。

在Holon多分辨率模型系統(tǒng)中，由于MRH構(gòu)成了層次化的樹(shù)形結(jié)構(gòu)，低分辨率MRH為父節(jié)點(diǎn)，高分辨率MRH群組為子節(jié)點(diǎn)，因此系統(tǒng)中不存在高分辨MRH運(yùn)行而低分辨率MRH被刪除的結(jié)構(gòu)。這種情況相當(dāng)于父節(jié)點(diǎn)被刪除，Holon多分辨率模型系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)會(huì)因此被破壞。同時(shí)，分辨率的變化僅發(fā)生在處于層次結(jié)構(gòu)最底層葉子節(jié)點(diǎn)的MRH群組和其父節(jié)點(diǎn)上級(jí)MRH之間，或者葉子節(jié)點(diǎn)和將要加入的新葉子節(jié)點(diǎn)之間。這是為了避免更高層次MRH結(jié)構(gòu)的改變引起其子節(jié)點(diǎn)連鎖變化而為系統(tǒng)帶來(lái)巨大的結(jié)構(gòu)變化，從而保證系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。同時(shí)越上層的MRH分辨率越低，保持上層MRH并發(fā)運(yùn)行所需的資源相對(duì)較少，因此Holon多分辨率模型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)演化是從葉子節(jié)點(diǎn)最高分辨率MRH開(kāi)始的。只有當(dāng)最高分辨率的MRH被刪除后，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)演化才會(huì)發(fā)生在更高一層的MRH群組(當(dāng)前的葉子節(jié)點(diǎn))和其上級(jí)MRH中。同理可知，如果在刪除高分辨MRH群組之后，想要從低分辨率MRH恢復(fù)這些高分辨率的MRH時(shí)，則需要當(dāng)前的低分辨率MRH為葉子節(jié)點(diǎn)。Holon多分辨率模型系統(tǒng)中允許發(fā)生結(jié)構(gòu)演化的層次限制如圖2中虛線所示。

圖2 系統(tǒng)中允許發(fā)生結(jié)構(gòu)演化的層次示意圖Fig.2 Allowable hierarchy of structural evolution in the system

下面就上述4種結(jié)構(gòu)演化中MRH的行為以及模型間的一致性進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

1)高、低分辨率MRH并發(fā)運(yùn)行。

在這種情況下，高、低分辨率MRH需要在每一個(gè)仿真步長(zhǎng)都進(jìn)行模型一致性的維護(hù)。當(dāng)實(shí)體與外部沒(méi)有交互的時(shí)候，上級(jí)MRH通過(guò)接收下級(jí)MRH群組提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行自身的屬性更新。上級(jí)MRH需要將接收的多個(gè)高分辨率屬性聚合為自身可用的低分辨率屬性值。

當(dāng)實(shí)體與外部發(fā)生交互時(shí)，交互會(huì)同時(shí)影響高、低分辨率MRH. 此時(shí)的一致性維護(hù)會(huì)在以下幾方面對(duì)交互結(jié)果產(chǎn)生不良影響：

①考慮在一個(gè)分辨率MRH發(fā)生的交互能改變與分辨率相關(guān)的屬性時(shí)，另一個(gè)分辨率的MRH交互同時(shí)也訪問(wèn)或者改變這些屬性，就會(huì)造成兩個(gè)交互在屬性操作上的沖突。例如：一個(gè)實(shí)體的低分辨率MRH發(fā)出一個(gè)交互Il，該交互能改變與分辨率相關(guān)的屬性為{Al}，這些屬性在高分辨率MRH中對(duì)應(yīng)的屬性為{Ah}，在{Ah}進(jìn)行更新的時(shí)候，高分辨率MRH又發(fā)出一個(gè)交互Ih，該交互也要改變屬性或者訪問(wèn){Ah}，此時(shí)就會(huì)造成屬性值的混亂；

②考慮同態(tài)交互的問(wèn)題。同態(tài)交互是指一個(gè)事件在不同分辨率MRH中的表現(xiàn)。當(dāng)一個(gè)分辨率的MRH發(fā)生交互時(shí)，另一個(gè)分辨率的MRH中也存在一個(gè)相應(yīng)的同態(tài)交互。例如：一個(gè)低分辨率的艦艇編隊(duì)模型收到被攻擊的交互，需要對(duì)編隊(duì)中艦艇的損失進(jìn)行計(jì)算。那么高分辨率的艦艇模型也會(huì)收到一個(gè)被攻擊的交互，需要對(duì)艦艇的損失進(jìn)行計(jì)算。這兩個(gè)交互就是同態(tài)交互?？梢钥闯?，同態(tài)交互也會(huì)對(duì)同一實(shí)體的不同分辨率模型的屬性形成操作上的沖突。造成同態(tài)交互問(wèn)題的原因是一個(gè)實(shí)體同時(shí)接收了高、低分辨率模型發(fā)來(lái)的交互。

為了避免以上兩種情況的發(fā)生，MRH在交互信息中要增加與該交互相關(guān)的屬性集信息和交互發(fā)送者的分辨率等級(jí)信息。這樣當(dāng)一個(gè)交互發(fā)生時(shí)，與該交互相關(guān)的屬性成為該交互的獨(dú)占資源，其他交互只能排隊(duì)等待訪問(wèn)，從而解決不同分辨率模型同時(shí)操作與分辨率相關(guān)屬性造成的混亂。另外，由于有了交互發(fā)送者的分辨率等級(jí)信息，那么接收該消息的只能是分辨率等級(jí)相同的MRH，這也就避免了同態(tài)交互問(wèn)題。

2)低分辨率MRH運(yùn)行，高分辨率MRH掛起。

在這種情況下，被掛起的高分辨率模型不再與外部進(jìn)行交互，僅周期性的計(jì)算上級(jí)MRH需要的低分辨率屬性值并發(fā)送至上級(jí)MRH，以保證上級(jí)MRH相關(guān)屬性的精確性。低分辨率的上級(jí)MRH中的屬性如果由于交互而發(fā)生變化，則將改變后的屬性值通過(guò)解聚運(yùn)算分發(fā)至下級(jí)MRH，供其更新高分辨率MRH的相應(yīng)屬性。此時(shí)還維持下級(jí)MRH的屬性更新是為了讓用戶在查看高分辨率屬性時(shí)得到更好的響應(yīng)速度。在高分辨率MRH需要恢復(fù)的時(shí)候，重新建立MRH群組與外部的聯(lián)系即可。

通過(guò)這種機(jī)制，系統(tǒng)釋放了部分的通信壓力以及模型間一致性維護(hù)的資源消耗，而且還盡可能的保持了高、低分辨率MRH間的一致性。

3)高分辨率MRH運(yùn)行，低分辨率MRH掛起。

在這種情況下，被掛起的低分辨率模型除了與自身的上級(jí)MRH交互外，不再與外部進(jìn)行交互。高分辨率模型不再持續(xù)維護(hù)與之的一致性，僅在交互發(fā)生后對(duì)上級(jí)MRH進(jìn)行屬性更新。此時(shí)還維持上級(jí)MRH的屬性更新是為了讓用戶在查看低分辨率屬性時(shí)得到更好的響應(yīng)速度。同時(shí)比上級(jí)MRH更高層次的低分辨率模型也需要得到相應(yīng)的更新信息，但是由于分辨率更低，因此僅在交互發(fā)生時(shí)更新是可以滿足其需求的。在低分辨率MRH需要恢復(fù)的時(shí)候，重新建立該MRH與外部的聯(lián)系即可。

4)低分辨率MRH運(yùn)行，高分辨率MRH刪除。

這種結(jié)構(gòu)是對(duì)資源的徹底釋放，不需要再進(jìn)行一致性的維護(hù)。在恢復(fù)高分辨率MRH時(shí)需要進(jìn)行重新的初始化，這會(huì)對(duì)不同分辨率模型間的一致性帶來(lái)較大影響。但是一般在演化至這種結(jié)構(gòu)的時(shí)候，都是基于系統(tǒng)的判斷，系統(tǒng)對(duì)于高分辨率的模型運(yùn)行需求不高才會(huì)放棄該模型，用戶無(wú)法直接操作。

2.3 基于滿意度的自適應(yīng)分辨率變換機(jī)制

在研究了模型分辨率變化觸發(fā)機(jī)制以及結(jié)構(gòu)演化后，下面給出支撐Holon多分辨率模型系統(tǒng)中分辨率改變和結(jié)構(gòu)演化的基于MRH滿意度的自適應(yīng)分辨率變換機(jī)制。

首先給出滿意度的定義。滿意度是指MRH在系統(tǒng)中被需要的程度，它是由MRH在無(wú)外部交互情況下的運(yùn)行時(shí)間、外部交互請(qǐng)求或用戶指令，以及資源占有程度這幾個(gè)方面共同決定的。

滿意度表示了一個(gè)MRH或者M(jìn)RH群組當(dāng)前運(yùn)行狀況對(duì)系統(tǒng)貢獻(xiàn)程度的大小，如果滿意度高，說(shuō)明系統(tǒng)需要當(dāng)前分辨率的MRH，相反，如果滿意度降低，則系統(tǒng)趨向于不需要這個(gè)MRH或者M(jìn)RH群組。在系統(tǒng)初始化的時(shí)候，滿意度被賦予一個(gè)固定值Sa0(一般值取1)，當(dāng)MRH的滿意度下降到一個(gè)預(yù)設(shè)值M時(shí)，MRH將被掛起，如果下降到一個(gè)預(yù)設(shè)值M′(M′

MRH在無(wú)外部交互情況下的運(yùn)行時(shí)間對(duì)滿意度是一個(gè)負(fù)激勵(lì)，即MRH在無(wú)外部交互情況下的運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，滿意度越低。這個(gè)時(shí)間可以用仿真步長(zhǎng)來(lái)進(jìn)行衡量，設(shè)當(dāng)前MRH的滿意度為San，下一個(gè)仿真步長(zhǎng)的滿意度為San+1，k為仿真滿意度遞減值。則有

San+1=San-k,n=0,1，….

(1)

外部交互請(qǐng)求或者用戶指令對(duì)于MRH的滿意度來(lái)說(shuō)是一個(gè)正激勵(lì)，無(wú)論是外部交互請(qǐng)求還是用戶的指令，都可以視為對(duì)一個(gè)MRH的需求。那么無(wú)論一個(gè)MRH或MRH群組是處于掛起還是運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)需求產(chǎn)生時(shí)，其滿意度恢復(fù)為初始值Sa0.

資源占有程度決定了滿意度遞減值k的大小，資源占用越多的MRH，其滿意度隨時(shí)間推移遞減的越快。那么資源占有程度如何來(lái)衡量呢？一個(gè)MRH所占有的資源包括CPU運(yùn)算資源、內(nèi)存占用資源、網(wǎng)絡(luò)通信資源等，由于運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性，這些參數(shù)之間的變化關(guān)系也很復(fù)雜，無(wú)法利用它們來(lái)衡量一個(gè)MRH對(duì)資源的占有程度。在Holon多分辨率模型系統(tǒng)中，這些資源綜合作用產(chǎn)生的效果確是可以衡量的，那就是在一個(gè)仿真步長(zhǎng)內(nèi)處理一個(gè)MRH運(yùn)行所用的時(shí)間。因此處理MRH運(yùn)行的時(shí)間t越長(zhǎng)，則k值越大。設(shè)系統(tǒng)所有MRH運(yùn)行時(shí)間總和為T(mén)，則對(duì)于單個(gè)MRH有

(2)

式中：c為調(diào)整系數(shù)，用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)滿意度遞減的幅度，從而調(diào)整系統(tǒng)自適應(yīng)改變分辨率的敏感性。

對(duì)于MRH群組有

(3)

下面通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明滿意度是如何驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)演化的。

圖3描述了一個(gè)飛機(jī)編隊(duì)A通過(guò)一段巡航，到達(dá)作戰(zhàn)區(qū)域3，與一個(gè)艦艇編隊(duì)S和飛機(jī)編隊(duì)B發(fā)生戰(zhàn)斗，作戰(zhàn)結(jié)束后，A繼續(xù)向降落目的地4飛行。其中飛機(jī)編隊(duì)A是一個(gè)具有高、低兩個(gè)分辨率模型的實(shí)體，艦艇編隊(duì)S是低分辨率模型實(shí)體，飛機(jī)編隊(duì)B是高分辨率模型實(shí)體。圖3中位置1、位置2之間的陰影部分表示A通過(guò)時(shí)需要運(yùn)行高分辨率模型。

圖3 滿意度驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)演化示意圖Fig.3 System evolution driven by satisfaction

實(shí)體A的演化過(guò)程如下：

1)在初始狀態(tài)下，A的結(jié)構(gòu)是高、低分辨率MRH并發(fā)運(yùn)行。低分辨率模型是上級(jí)MRH，高分辨率模型是下級(jí)MRH群組，由4架飛機(jī)模型組成，其中一架飛機(jī)為H-MRH，其余為P-MRH. 此時(shí)滿意度Sa由H-MRH計(jì)算，初始值為Sa0. 滿意度閾值為M和M′(M′

2)當(dāng)A運(yùn)行至位置1時(shí)，滿意度Sa

3)當(dāng)A運(yùn)行至陰影位置時(shí)，滿意度M′

4)當(dāng)A通過(guò)陰影區(qū)域至位置2時(shí)，由于上級(jí)MRH所占用的資源少，所以其滿意度Sa′的遞減速率小于Sa，此時(shí)SaM，高分辨率的下級(jí)MRH再次掛起，Sa繼續(xù)由H-MRH計(jì)算，Sa′停止計(jì)算。此時(shí)A的結(jié)構(gòu)為低分辨率MRH運(yùn)行，高分辨率MRH掛起。

5)當(dāng)A到達(dá)位置3時(shí)，滿意度M′

6)隨著時(shí)間推移，A脫離了艦船編隊(duì)S的攻擊，但是還沒(méi)有擺脫B. 此時(shí)A的低分辨率上級(jí)MRH失去交互需求，Sa′開(kāi)始遞減。當(dāng)Sa′

7)戰(zhàn)斗結(jié)束，A返航，在位置4的時(shí)候，高分辨率MRH的滿意度Sa

8)當(dāng)Sa

3 支持Holon多分辨率建模的軟件框架

3.1 運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

基于Holon多分辨率模型的軟件系統(tǒng)中，不同分辨率的MRH構(gòu)成了系統(tǒng)中的實(shí)體。一個(gè)實(shí)體中處于不同層次的MRH之間需要通過(guò)屬性映射來(lái)保持相互之間的一致性。而所有的MRH及其組成的實(shí)體需要有一個(gè)統(tǒng)一的部件來(lái)進(jìn)行管理。該部件負(fù)責(zé)維護(hù)MRH之間的層次結(jié)構(gòu)以及屬性更新消息的轉(zhuǎn)發(fā)等功能。系統(tǒng)的運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 Holon多分辨率模型系統(tǒng)運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)Fig.4 System architecture of Holon multi-resolution model

3.2 MRH屬性映射服務(wù)

多分辨率模型系統(tǒng)中不同分辨率模型之間的一致性是通過(guò)屬性的映射來(lái)維護(hù)的。在Holon多分辨率建模方法中，一致性的維護(hù)是由MRH中的屬性映射服務(wù)通過(guò)接收屬性更新消息并根據(jù)不同的消息種類完成不同的處理流程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

MRH屬性映射服務(wù)的軟件框架如圖5所示。

圖5 MRH屬性映射服務(wù)軟件框架Fig.5 MRH attribute mapping service software framework

MRH中的屬性可以分為兩類：一類是分辨率無(wú)關(guān)屬性，另一類是分辨率相關(guān)屬性。分辨率無(wú)關(guān)屬性是MRH自身維護(hù)的屬性，其變化不會(huì)影響自身以外的其他MRH的屬性。分辨率相關(guān)屬性是一個(gè)實(shí)體的同一屬性在不同分辨率的模型中應(yīng)該有對(duì)應(yīng)的屬性表示，也被稱為同態(tài)屬性。MRH中的屬性映射服務(wù)的對(duì)象是分辨率相關(guān)屬性。

一個(gè)MRH中與分辨率相關(guān)的屬性發(fā)生更新可能來(lái)自于以下3種不同的激勵(lì)：

1)內(nèi)部狀態(tài)更新激勵(lì)。一個(gè)MRH在沒(méi)有交互發(fā)生的情況下，隨著時(shí)間推移，其部分的分辨率相關(guān)屬性會(huì)收到來(lái)自MRH內(nèi)部的狀態(tài)更新激勵(lì)，屬性值被更新。

2)交互激勵(lì)。當(dāng)一個(gè)MRH發(fā)出或者接受到一個(gè)交互的時(shí)候，其部分的分辨率相關(guān)屬性會(huì)由于交互的影響而發(fā)生改變。

3)一致性維護(hù)激勵(lì)。當(dāng)一個(gè)MRH相鄰的高分辨率模型或者低分辨率模型中的分辨率相關(guān)屬性發(fā)生更新時(shí)(無(wú)論是由什么激勵(lì)產(chǎn)生)，該MRH中相應(yīng)的同態(tài)屬性將被更新。

MRH的分辨率相關(guān)屬性更新映射流程是：

1)屬性收到更新消息，首先檢查該屬性是否處于鎖定狀態(tài)；如果該屬性被鎖定，說(shuō)明該屬性正在被其他激勵(lì)產(chǎn)生的消息所更新。此時(shí)將更新消息加入消息隊(duì)列進(jìn)行排隊(duì)等待。直到本次消息可以被處理。如果屬性沒(méi)有被鎖定，則檢查更新消息緩沖隊(duì)列是否為空。如果隊(duì)列為空，則直接讀取消息更新內(nèi)容對(duì)屬性加鎖并進(jìn)行更新；如果不為空，則將消息加入緩沖隊(duì)列等待處理。

2)更新屬性時(shí)，需要判斷更新消息的激勵(lì)種類。如果是內(nèi)部狀態(tài)更新激勵(lì)和交互激勵(lì)，則更新屬性，并向上級(jí)MRH以及下級(jí)MRH均發(fā)送一條種類為一致性維護(hù)的激勵(lì)，屬性值為更新后的最新屬性；如果是一致性維護(hù)激勵(lì)，更新屬性后，則需判斷消息的發(fā)送者是上級(jí)還是下級(jí)MRH，向非消息來(lái)源那個(gè)層次的MRH發(fā)送一致性維護(hù)屬性更新消息，從而避免循環(huán)映射。

3)更新結(jié)束后，解鎖被更新屬性，使其狀態(tài)變?yōu)榭筛?，之后從更新消息緩沖隊(duì)列中讀取下一條消息進(jìn)行下一次屬性更新流程。如果消息緩沖隊(duì)列中沒(méi)有待處理的消息，則繼續(xù)循環(huán)等待新消息的到來(lái)，直至仿真結(jié)束。

一個(gè)MRH在仿真運(yùn)行的過(guò)程中可以有3種狀態(tài)：運(yùn)行狀態(tài)、掛起狀態(tài)和刪除狀態(tài)。不同狀態(tài)下的屬性映射的頻率有所不同。其詳情如下：

1)在運(yùn)行狀態(tài)下，每個(gè)仿真步長(zhǎng)都執(zhí)行一次屬性更新。

2)在掛起狀態(tài)，對(duì)于內(nèi)部狀態(tài)激勵(lì)的更新消息，每個(gè)仿真步長(zhǎng)更新，但并不在每次更新都向上、下級(jí)MRH發(fā)送一致性維護(hù)消息，而只在設(shè)定的頻率下向外發(fā)送，從而降低通訊負(fù)載。在掛起狀態(tài)，MRH沒(méi)有外部交互，因此也不需要處理交互激勵(lì)的屬性更新消息。對(duì)于一致性維護(hù)更新消息，也不需要每個(gè)仿真步長(zhǎng)進(jìn)行處理，而是按照設(shè)定的頻率進(jìn)行更新即可。

3)在刪除狀態(tài)下，無(wú)需進(jìn)行任何更新。

綜上所述，一個(gè)分辨率相關(guān)的屬性可以有多種更新的激勵(lì)。這些激勵(lì)之間會(huì)產(chǎn)生一些連鎖反應(yīng)，從而保證了不同分辨率模型的一致性。例如一個(gè)編隊(duì)MRH發(fā)出一個(gè)攻擊交互，由于受到這個(gè)交互的激勵(lì)，其導(dǎo)彈數(shù)量減少，編隊(duì)導(dǎo)彈數(shù)量的變化引起一致性維護(hù)激勵(lì)，對(duì)應(yīng)的低分辨率飛機(jī)模型中的導(dǎo)彈數(shù)量要相應(yīng)減少。至于是哪些飛機(jī)的導(dǎo)彈數(shù)量各減少了多少，是由該屬性的一致性維護(hù)函數(shù)確定的。該函數(shù)的算法不同，那么結(jié)果也不盡相同。這也是為了滿足多分辨率建模目的而必須接受的誤差。

MRH屬性映射服務(wù)由MRHAttrMap類提供，該類的主要功能如下：

1) 保存所有分辨率相關(guān)屬性的索引；

2) 屬性更新消息的發(fā)送與接收；

3) 消息緩沖隊(duì)列管理；

4) 屬性訪問(wèn)鎖定；

5) 屬性值的聚合解聚運(yùn)算。

MRHAttrMap類的UML描述如圖6所示。

圖6 MRHAttrMap類UML描述Fig.6 MRHAttrMap UML description

3.3 MRH管理服務(wù)

Holon多分辨率模型系統(tǒng)中的每個(gè)實(shí)體都是由若干MRH構(gòu)成。不同分辨率的MRH構(gòu)成了層次化的實(shí)體多分辨率模型結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中可以根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載和需求自動(dòng)調(diào)節(jié)不同分辨率MRH的運(yùn)行、掛起和刪除狀態(tài)，從而取得系統(tǒng)整體精度和效率的平衡。為了給這種層次結(jié)構(gòu)的運(yùn)行和演化提供支撐，系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)MRH的管理服務(wù)。

每一個(gè)Holon多分辨率模型系統(tǒng)都應(yīng)該有且只有一個(gè)MRH管理服務(wù)的對(duì)象，用于完成對(duì)系統(tǒng)中所有MRH的管理，并為MRH以及其他服務(wù)提供系統(tǒng)的全局變量。這個(gè)對(duì)象是MRHManager類的實(shí)例，該類的主要功能如下：

1) 實(shí)體的注冊(cè)、刪除；

2) MRH的注冊(cè)、刪除；

3) 保存所有MRH的指針；

4) 保存每個(gè)實(shí)體的所有MRH的層次結(jié)構(gòu)；

5) 保存實(shí)體多分辨率模型的運(yùn)行結(jié)構(gòu)狀態(tài)(高、低分辨率模型并發(fā)運(yùn)行、高分辨率模型掛起等)；

6) 保存滿意度閾值；

7) 為消息轉(zhuǎn)發(fā)和一致性維護(hù)提供MRH的指針(包括目標(biāo)MRH及其上、下級(jí)MRH的指針)。

MRHManager類的UML描述如圖7所示。

圖7 MRHManager類UML描述Fig.7 MRHManager UML description

4 仿真實(shí)驗(yàn)

在基于Holon多分辨率建模方法構(gòu)建的海軍武器裝備體系戰(zhàn)役推演系統(tǒng)中進(jìn)行了實(shí)際推演。另外以相同的想定和實(shí)體解算模型分別進(jìn)行了應(yīng)用傳統(tǒng)的視點(diǎn)選擇多分辨率建模法和聚合解聚多分辨率建模法的作戰(zhàn)推演。

推演系統(tǒng)的主要硬件組成為：共5臺(tái)主機(jī)接入千兆局域網(wǎng)互聯(lián)，其中紅方3臺(tái)，每臺(tái)運(yùn)行1個(gè)艦艇模型以及對(duì)應(yīng)的傳感器和武器模型，紅方中的1臺(tái)主機(jī)還負(fù)責(zé)運(yùn)行紅方艦艇編隊(duì)模型；藍(lán)方1臺(tái)主機(jī)運(yùn)行潛艇模型；白方1臺(tái)主機(jī)用于仿真控制以及態(tài)勢(shì)顯示。各主機(jī)采用相同的配置：intel CORE i7 3.4 GHz處理器、4 GB內(nèi)存、GTX560獨(dú)立顯卡。

系統(tǒng)硬件應(yīng)能夠提供所有模型同時(shí)運(yùn)行的資源，并保證不同建模方法構(gòu)建的多分辨率模型每次運(yùn)行在同一資源條件下，即每次推演均在同一硬件資源上進(jìn)行。由于實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菍?duì)比應(yīng)用不同多分辨率建模方法構(gòu)建的模型在推演時(shí)的系統(tǒng)負(fù)載和模型分辨率轉(zhuǎn)換情況，因此在滿足上述條件的基礎(chǔ)上，采用不同的運(yùn)行環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論沒(méi)有影響。

推演過(guò)程是3艘紅方艦艇編隊(duì)航行至預(yù)定海域?qū)λ{(lán)方潛艇展開(kāi)搜索，藍(lán)方潛艇被發(fā)現(xiàn)，紅方艦艇進(jìn)行一輪攻擊后擊中藍(lán)方潛艇，推演結(jié)束。為了使仿真結(jié)果更加直觀，在應(yīng)用Holon多分辨率建模法的時(shí)候，設(shè)置最高分辨率的聲納和魚(yú)雷模型在無(wú)外部交互請(qǐng)求的前臺(tái)運(yùn)行情況下運(yùn)行3 min即被掛起，在掛起狀態(tài)運(yùn)行3 min即被刪除；中等分辨率的艦船模型的前臺(tái)運(yùn)行時(shí)間為6 min，掛起后6 min被刪除；最低分辨率的艦船編隊(duì)模型的前臺(tái)運(yùn)行時(shí)間為9 min，由于編隊(duì)模型是最低分辨率模型，所以即使在掛起狀態(tài)也不會(huì)被刪除。推演中的關(guān)鍵事件均設(shè)置在3 min的整數(shù)倍，以便于更加清晰直觀的觀察仿真結(jié)果。推演運(yùn)行截圖如圖8所示。

圖8 推演運(yùn)行截圖Fig.8 Screenshot of deduction running

推演按照關(guān)鍵事件可以分為以下5個(gè)階段：

1) 開(kāi)始至21 min為編隊(duì)航行階段；

2) 21 min編隊(duì)進(jìn)入預(yù)定海域，開(kāi)啟聲納進(jìn)入搜索階段至33 min；

3) 33 min時(shí)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，艦艇進(jìn)入形成攻擊隊(duì)形階段至36 min；

4) 36 min開(kāi)始進(jìn)入攻擊階段，至42 min攻擊結(jié)束；

5) 42 min進(jìn)入編隊(duì)返航階段，至60 min推演結(jié)束。

通過(guò)記錄應(yīng)用3種不同多分辨率建模方法的推演中每一個(gè)仿真步長(zhǎng)內(nèi)所有實(shí)體運(yùn)行時(shí)間的總和來(lái)衡量系統(tǒng)的綜合負(fù)載情況，形成了如圖9所示曲線。

圖9 應(yīng)用不同多分辨率建模方法的系統(tǒng)負(fù)載變化Fig.9 System load changes using different multi-resolution modeling method

為了便于描述，對(duì)應(yīng)圖9，下文將采用Holon多分辨率模型技術(shù)的作戰(zhàn)推演系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為系統(tǒng)a，將采用視點(diǎn)選擇多分辨率模型法的系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為系統(tǒng)b，將采用聚合解聚多分辨率模型法的系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為系統(tǒng)c. 下面分階段對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析：

1) 編隊(duì)航行階段。

系統(tǒng)a在仿真初始化時(shí)，高、中、低分辨率模型同時(shí)加載，此時(shí)由于聲納和魚(yú)雷模型并未進(jìn)行復(fù)雜解算，因此系統(tǒng)負(fù)載并未到達(dá)最高值。隨著時(shí)間推進(jìn)，聲納、魚(yú)雷模型的滿意度逐漸降低，模型被掛起，系統(tǒng)負(fù)載降低。時(shí)間繼續(xù)推進(jìn)，艦船模型也被掛起，聲納、魚(yú)雷模型被刪除，系統(tǒng)負(fù)載進(jìn)一步降低。在12 min過(guò)后，系統(tǒng)中只運(yùn)行著編隊(duì)這一個(gè)最低分辨率模型，系統(tǒng)負(fù)載降到最低。

系統(tǒng)b在推演的全過(guò)程中均加載最高分辨率的聲納、魚(yú)雷和中等分辨率的艦船模型，沒(méi)有編隊(duì)模型，編隊(duì)的數(shù)據(jù)均是由更高分辨率的模型計(jì)算得出。在仿真開(kāi)始后，系統(tǒng)b的負(fù)載基本和系統(tǒng)a的初始負(fù)載相同，并持續(xù)保持至編隊(duì)航行階段結(jié)束。

系統(tǒng)c在編隊(duì)航行階段只運(yùn)行最低分辨率的編隊(duì)模型。

可以看出在編隊(duì)航行階段系統(tǒng)負(fù)載c

2) 編隊(duì)進(jìn)入預(yù)定海域，開(kāi)啟聲納進(jìn)入搜索階段。

在該階段，系統(tǒng)a的艦艇模型和聲納、魚(yú)雷模型受到任務(wù)激勵(lì)，重新初始化進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。隨著搜索的進(jìn)行，魚(yú)雷模型不需要再待命，因此進(jìn)入掛起狀態(tài)，隨著時(shí)間推移最終被刪除。聲納模型由于始終有任務(wù)激勵(lì)，因此始終處于前臺(tái)運(yùn)行。艦艇和編隊(duì)模型也隨著滿意度的降低而進(jìn)入到掛起狀態(tài)。由于聲納模型的持續(xù)運(yùn)行，作為其上層分辨率模型的艦艇模型不能被刪除，只能處于后臺(tái)運(yùn)行。在此階段系統(tǒng)負(fù)載隨時(shí)間推移逐步降低，由于后臺(tái)的艦艇模型會(huì)以較低頻率對(duì)聲納模型發(fā)布位置等信息，因此，聲納的位置等參數(shù)的精度也得到了保證。

系統(tǒng)b模型由于始終運(yùn)行在最高分辨率，因此系統(tǒng)負(fù)載隨著模型解算任務(wù)的加重而變大。

系統(tǒng)c在該階段切換分辨率，模型轉(zhuǎn)換為高分辨率模型運(yùn)行，系統(tǒng)負(fù)載與系統(tǒng)b基本一致。

可以看出在編隊(duì)進(jìn)入預(yù)定海域，開(kāi)啟聲納進(jìn)入搜索階段系統(tǒng)負(fù)載a

3) 發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，艦艇進(jìn)入形成攻擊隊(duì)形階段。

在該階段，系統(tǒng)a的艦艇模型被激活以形成攻擊隊(duì)形。因此負(fù)載上升，但由于編隊(duì)模型掛起以及魚(yú)雷模型被刪除，因此系統(tǒng)負(fù)載仍然離峰值較遠(yuǎn)。

系統(tǒng)b和系統(tǒng)c由于運(yùn)行的模型分辨率沒(méi)有變化，因此在該階段負(fù)載較前一階段沒(méi)有變化。

可以看出在發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，艦艇進(jìn)入形成攻擊隊(duì)形階段系統(tǒng)負(fù)載a

4) 攻擊階段。

在這個(gè)階段，由于加入了魚(yú)雷模型的解算，因此系統(tǒng)負(fù)載達(dá)到峰值。系統(tǒng)a由于后臺(tái)運(yùn)行著編隊(duì)模型，因此系統(tǒng)負(fù)載略高于系統(tǒng)b和系統(tǒng)c. 但此時(shí)系統(tǒng)a不同分辨率之間的一致性要好于沒(méi)有編隊(duì)模型運(yùn)行的系統(tǒng)b和系統(tǒng)c.

可以看出在攻擊階段，系統(tǒng)負(fù)載b≈c

5) 編隊(duì)返航階段。

該階段系統(tǒng)對(duì)高分辨率模型的需求降低，與編隊(duì)航行階段類似。

系統(tǒng)a隨著時(shí)間推進(jìn)，聲納、魚(yú)雷模型的滿意度逐漸降低，模型被掛起，系統(tǒng)負(fù)載降低。時(shí)間繼續(xù)推進(jìn)，艦船模型也被掛起，聲納、魚(yú)雷模型被刪除，系統(tǒng)負(fù)載進(jìn)一步降低。在54 min時(shí)，系統(tǒng)中只運(yùn)行著編隊(duì)這一個(gè)最低分辨率模型，系統(tǒng)負(fù)載降到最低。

系統(tǒng)b由于始終加載最高分辨率的聲納、魚(yú)雷和中等分辨率的艦船模型，所以系統(tǒng)負(fù)載基本和其編隊(duì)航行階段的負(fù)載相同。

系統(tǒng)c此時(shí)切換分辨率至編隊(duì)模型，系統(tǒng)負(fù)載將至編隊(duì)航行階段的水平。

可以看出在編隊(duì)返航階段，系統(tǒng)負(fù)載c

綜上，可以發(fā)現(xiàn)采用了Holon多分辨率建模法的推演系統(tǒng)，其模型分辨率能夠根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載與需求自適應(yīng)調(diào)整模型的結(jié)構(gòu)，使得負(fù)載相對(duì)與應(yīng)用傳統(tǒng)的視點(diǎn)選擇法和聚合解聚法構(gòu)建的推演系統(tǒng)具有了一定程度的降低，同時(shí)在不同分辨率模型的一致性方面也有較好的表現(xiàn)。

5 結(jié)論

本文將Holon概念引入多分辨率建模，提出一種新的Holon多分辨率建模方法。研究了Holon多分辨率模型系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)及其形式化描述，給出了其結(jié)構(gòu)演化的規(guī)則，提出了一種基于滿意度的自適應(yīng)分辨率變換機(jī)制，設(shè)計(jì)了支持Holon多分辨率建模的軟件運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)及MRH屬性映射和MRH管理等關(guān)鍵服務(wù)，最后對(duì)比應(yīng)用現(xiàn)有的兩種多分辨率建模方法構(gòu)建的作戰(zhàn)推演系統(tǒng)。本文提出的方法能實(shí)現(xiàn)推演系統(tǒng)模型組織結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)變化，降低系統(tǒng)負(fù)載，同時(shí)保證了較好的一致性。研究成果為武器系統(tǒng)效能評(píng)估提供了一種有效的技術(shù)支撐。

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Research of Holon Multi-resolution Modeling in Battle Deduction System

HAN Hong1,2， KANG Feng-ju1,2， WANG Sheng-jie1,2

(1.School of Marine Science and Technology, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, Shaanxi, China; 2.State Key Laboratory of Underwater Information and Control, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, Shaanxi, China)

Battle deduction is an important means of weapon system effectiveness evaluation study, and multi-resolution modeling is a research hotspot of battle deduction system technology. Since the existing aggregation-disaggregation and viewpoint selection multi-resolution modeling methods are lack of the description of hierarchy between models, and difficultly realize the adaptive resolution transformation of models while the system is running, they cannot balance model accuracy and system load. For the above issues, Holon concept is introduced, and a new Holon multi-resolution modeling method is proposed. The organization structure and formal description of Holon multimulti-resolution model is studied, the rules of the structure evolution are presented, an adaptive resolution transform mechanism based on satisfaction is proposed, and software running architecture and critical services to support Holon multi-resolution modeling are designed. The Holon multi-resolution modeling method is used for battle deduction system of naval weaponry and equipment. The proposed method is verified to keep the consistency between the models and effectively reduce the load of system by comparing the aggregation-disaggregation method and the viewpoint selection method.

simulation science and technology; multi-resolution modeling; battle deduction system; Holon

2016-05-23

海軍裝備科研項(xiàng)目(2010年)

韓翃(1984—), 男, 博士研究生。 E-mail: hanhong_1984@163.com; 康鳳舉(1947—), 男, 教授, 博士生導(dǎo)師。 E-mail: kangfengju@nwpu.edu.cn

TP391.9

A

1000-1093(2016)11-2136-12

10.3969/j.issn.1000-1093.2016.11.023