王 帥，張海聯(lián)，陸 彬

（1.載人航天總體研究論證中心，北京100094；2.北京機(jī)電工程研究所，北京100074）

1 引言

我國(guó)空間站在軌運(yùn)行時(shí)間將達(dá)十年以上，且長(zhǎng)期有人駐留，需要持續(xù)、實(shí)時(shí)地進(jìn)行運(yùn)營(yíng)規(guī)劃與管理，才能確保平臺(tái)、人員的安全及應(yīng)用效能的發(fā)揮。當(dāng)前國(guó)際空間站（International Space Station，ISS）運(yùn)營(yíng)引入了分層規(guī)劃的概念，提供了可以借鑒的理論和經(jīng)驗(yàn)［1?2］，且 ISS 的任務(wù)規(guī)劃技術(shù)已相對(duì)成熟，用于不同層級(jí)規(guī)劃的任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)（Inte?grated Planning System，IPS）功能也已比較完善［3］。

參考國(guó)際空間站開(kāi)展運(yùn)營(yíng)規(guī)劃的主要做法，根據(jù)由遠(yuǎn)及近、由粗到細(xì)的分層思想，本文將我國(guó)空間站運(yùn)營(yíng)任務(wù)分為戰(zhàn)略級(jí)、中期、飛行任務(wù)、執(zhí)行級(jí)四層規(guī)劃，重點(diǎn)規(guī)劃不同時(shí)間周期內(nèi)的飛船、事件和物資等相關(guān)運(yùn)營(yíng)活動(dòng)。其中飛行任務(wù)規(guī)劃是承上啟下的重要一環(huán)，一方面確保任務(wù)目標(biāo)與中期規(guī)劃相協(xié)調(diào)，與緊鄰任務(wù)銜接緊密；另一方面作為執(zhí)行級(jí)規(guī)劃的輸入，能夠提供明確的指導(dǎo)。因此，為提高飛行任務(wù)規(guī)劃結(jié)果的可行性和質(zhì)量，本文提出一種基于協(xié)同的方式開(kāi)展飛行任務(wù)規(guī)劃（文中簡(jiǎn)稱(chēng)為“協(xié)同規(guī)劃”），重點(diǎn)研究協(xié)同規(guī)劃方法；在分析協(xié)同規(guī)劃問(wèn)題的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)際從協(xié)同規(guī)劃模型、協(xié)同策略及支撐環(huán)境等方面開(kāi)展協(xié)同規(guī)劃設(shè)計(jì)；最后基于分布式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)協(xié)同規(guī)劃驗(yàn)證環(huán)境。

2 協(xié)同規(guī)劃問(wèn)題分析

參考 ISS 與相關(guān)研究［2，4］，本文定義我國(guó)空間站運(yùn)營(yíng)飛行任務(wù)規(guī)劃是指在任務(wù)周期內(nèi)結(jié)合在軌可用資源，在時(shí)間線上開(kāi)展所有要執(zhí)行事件的規(guī)劃，重點(diǎn)是制定飛行方案、劃分階段、編排運(yùn)營(yíng)事件?活動(dòng)。具體指：通過(guò)計(jì)算窗口編排飛行方案；在綜合考慮在軌資源可用能力和軌道、姿態(tài)等約束的基礎(chǔ)上，在時(shí)間線上將資源分配給相互競(jìng)爭(zhēng)的多個(gè)事件，并檢查事件約束滿(mǎn)足情況，排解資源沖突，形成規(guī)劃方案。其中任務(wù)周期是指從載人飛船發(fā)射到空間站，直至航天員隨載人飛船更替撤離的這一飛行階段。

飛行任務(wù)規(guī)劃涵蓋空間科學(xué)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)／試驗(yàn)、航天醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)、航天器技術(shù)試驗(yàn)、平臺(tái)維護(hù)維修、航天員生活等復(fù)雜多樣的在軌事件，各事件的資源需求各異，約束條件眾多及關(guān)系復(fù)雜。作為規(guī)劃的主體，由于認(rèn)知范圍的限制，無(wú)論哪一領(lǐng)域的個(gè)體也無(wú)法完全識(shí)別眾多復(fù)雜多樣的規(guī)劃關(guān)聯(lián)因素，由單個(gè)個(gè)體無(wú)法完成任務(wù)規(guī)劃。在借鑒Max?well、涂歆瀅等人關(guān)于分布式規(guī)劃、協(xié)同設(shè)計(jì)等思路［5?7］的基礎(chǔ)上，本文引入?yún)f(xié)同規(guī)劃的理念，便于規(guī)劃過(guò)程更精確、專(zhuān)業(yè)的處理約束及關(guān)聯(lián)關(guān)系等條件，提高飛行任務(wù)規(guī)劃方案的可行性；即在同一個(gè)規(guī)劃平臺(tái)上，由多方共同參與協(xié)同完成任務(wù)周期內(nèi)在軌事件編排，合理分配在軌資源，形成規(guī)劃方案。

協(xié)同規(guī)劃主要任務(wù)是為工程總體與各系統(tǒng)（航天員系統(tǒng)、空間應(yīng)用系統(tǒng)、平臺(tái)系統(tǒng)等）的規(guī)劃專(zhuān)家提供一個(gè)協(xié)同工作環(huán)境，以可視化方式作為實(shí)時(shí)交互的主要手段，實(shí)現(xiàn)分布式環(huán)境中實(shí)時(shí)信息交互與同步，各規(guī)劃專(zhuān)家按需對(duì)在軌事件開(kāi)展調(diào)整操作，逐步迭代完成協(xié)同規(guī)劃。

未來(lái)我國(guó)空間站飛行任務(wù)協(xié)同規(guī)劃的任務(wù)周期長(zhǎng)短不一，一般約為半年，故而在任務(wù)周期內(nèi)發(fā)生的在軌事件往往數(shù)量較多、涉及的領(lǐng)域廣，且涉及的因素繁雜，參與的規(guī)劃主體多，因此任務(wù)協(xié)同規(guī)劃需要重點(diǎn)解決以下三個(gè)方面的問(wèn)題：

1）協(xié)同規(guī)劃建模問(wèn)題：協(xié)同規(guī)劃模型建立包含規(guī)劃主體和規(guī)劃客體兩類(lèi)。參與協(xié)同規(guī)劃的主體涉及總體、航天員、空間站、空間應(yīng)用及光學(xué)艙等不同系統(tǒng)，需要各層次規(guī)劃人員的協(xié)同工作，如何對(duì)眾多規(guī)劃人員建立用戶(hù)模型是協(xié)同規(guī)劃需要解決的問(wèn)題之一。協(xié)同規(guī)劃客體涉及的規(guī)劃對(duì)象較多，影響因素繁雜，需要構(gòu)建通用的規(guī)劃模型，便于規(guī)劃關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)信息在規(guī)劃主體間、協(xié)同規(guī)劃平臺(tái)上交互展示，因此如何對(duì)不同領(lǐng)域的規(guī)劃對(duì)象建立統(tǒng)一規(guī)劃模型是需要解決的問(wèn)題之一。

2）協(xié)同流程控制問(wèn)題：協(xié)同規(guī)劃過(guò)程中，由于參與協(xié)同規(guī)劃人員較多、層次有差異，如何保障協(xié)同規(guī)劃過(guò)程中規(guī)劃人員操作的獨(dú)立性和完整性是需要解決的問(wèn)題之一。

3）協(xié)同過(guò)程數(shù)據(jù)信息一致性問(wèn)題：協(xié)同規(guī)劃過(guò)程中不同規(guī)劃人員涉及規(guī)劃方案、在軌資源使用情況、規(guī)劃對(duì)象等眾多信息，部分信息是動(dòng)態(tài)變化的，如何在協(xié)同過(guò)程中為規(guī)劃人員提供一致性信息是需要解決的問(wèn)題之一。

3 協(xié)同規(guī)劃設(shè)計(jì)

3.1 協(xié)同規(guī)劃模型建立

3.1.1 用戶(hù)模型

為不同層次的協(xié)同規(guī)劃人員構(gòu)建通用用戶(hù)模型，便于用戶(hù)與協(xié)同規(guī)劃系統(tǒng)人機(jī)交互，開(kāi)展協(xié)同操作。通用的用戶(hù)模型定義如式（1）：

1）用戶(hù)的基本屬性UserAttr定義為UserAttr＝ ｛Name，System，Domain｝， 包括用戶(hù)名稱(chēng)，所屬系統(tǒng)及支持領(lǐng)域。

2）用戶(hù)崗位UserPost分為管理員、總體、設(shè)計(jì)人員和審批人員四類(lèi)崗位。

3）用戶(hù)權(quán)限UserLimits指為不同用戶(hù)崗位分配的權(quán)限，區(qū)分為總體和系統(tǒng)兩類(lèi)，包括查看、操作、審批等權(quán)限。

4）身份認(rèn)證CA用以保障用戶(hù)安全訪問(wèn)協(xié)同規(guī)劃環(huán)境，開(kāi)展協(xié)同操作。

3.1.2 規(guī)劃模型

規(guī)劃模型是協(xié)同規(guī)劃的重點(diǎn)，指通過(guò)協(xié)同平臺(tái)為各用戶(hù)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)信息，包括需求模型、約束模型和規(guī)劃指標(biāo)模型。本文在總結(jié)文獻(xiàn)［8?10］中關(guān)于短期任務(wù)規(guī)劃模型優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)際設(shè)計(jì)了協(xié)同過(guò)程的規(guī)劃模型。其中，需求模型是協(xié)同過(guò)程中信息交互共享的基本單元，約束模型為協(xié)同用戶(hù)提供統(tǒng)一的約束處理策略，規(guī)劃指標(biāo)模型則貫穿在協(xié)同規(guī)劃全過(guò)程；在協(xié)同過(guò)程中，用戶(hù)按照此模型開(kāi)展協(xié)同操作。規(guī)劃模型定義如式（2）：

1）規(guī)劃對(duì)象需求模型Object

規(guī)劃對(duì)象是在軌事件?活動(dòng)。作為信息交互共享的基本單元，規(guī)劃對(duì)象需求模型定義為Ob?ject＝ ｛StartT， EndT， System， Pr.o， ActT， AstWork?Time， ComSup， DevSup， SunAngle， Act Re， …｝，主要包括通用的規(guī)劃影響因素，如起止時(shí)間、所屬系統(tǒng)、優(yōu)先級(jí)、活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)、人時(shí)、測(cè)控支持、設(shè)備支持、光照條件及活動(dòng)關(guān)系等。其中測(cè)控支持Com?Sup包含測(cè)控區(qū)需求、測(cè)控站、數(shù)傳速率及測(cè)控時(shí)長(zhǎng)；設(shè)備支持DevSup包含功耗、散熱、排廢氣、抽真空、負(fù)載能力等需求，還需區(qū)分其隸屬艙段。

2）約束模型Constrain

任務(wù)協(xié)同規(guī)劃約束包含兩類(lèi)，一類(lèi)是自身工作條件約束，如陽(yáng)光角、觀測(cè)目標(biāo)、微重力、溫濕度等，該類(lèi)約束可由參與協(xié)同規(guī)劃的各系統(tǒng)規(guī)劃人員結(jié)合空間站平臺(tái)的軌道、姿態(tài)、測(cè)控區(qū)等進(jìn)行解算，獲取約束解空間。另一類(lèi)是總體資源約束，需各系統(tǒng)規(guī)劃人員遵循的統(tǒng)一約束，主要包括人時(shí)、測(cè)控通信、設(shè)備的功耗、散熱等方面。

（1）人時(shí)約束模型

在軌航天員人時(shí)約束包括航天員一周工作天數(shù)約束和每天工作時(shí)間約束，要求活動(dòng)盡量安排在航天員的工作時(shí)間，不占用航天員的休息時(shí)間。人時(shí)約束模型定義為 Activity.StartTime∈［Astro?nautWorkTimeStart， AstronautWorkTimeend］ 且 Activi?ty.（StartTim e ＋ Dur） ∈ ［AstronautWorkTimeStart，AstronautWorkTimeend］。

（2）測(cè)控通信約束模型

測(cè)控通信約束假設(shè)只考慮數(shù)傳約束，由于測(cè)控站、通信衛(wèi)星覆蓋等因素影響，數(shù)傳帶寬也是隨時(shí)間變化的曲線；因此某一時(shí)刻在執(zhí)行活動(dòng)的總需求帶寬不得超過(guò)可用帶寬總量。測(cè)控通信約束模型定 義 為：Bandwidth ≤ BD（t）。

（3）設(shè)備約束模型

一些活動(dòng)在執(zhí)行過(guò)程中需要一個(gè)或多個(gè)正常工作設(shè)備支持，大部分設(shè)備存在著功耗、散熱、抽真空及排廢氣等需求，以及艙段、負(fù)載能力等約束。同一時(shí)刻，同一艙段開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的設(shè)備功耗、散熱、抽真空、排廢氣滿(mǎn)足式（3）所示條件：

由于光照條件約束、太陽(yáng)帆板供電能力等因素的影響，空間站總功率隨時(shí)間變化會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)；因此同一時(shí)刻，空間站所有工作活動(dòng)的設(shè)備功耗不能超出可用總量，滿(mǎn)足條件：Device.Power（t） ＜ Power（t）。

3）規(guī)劃指標(biāo)模型Fun

規(guī)劃指標(biāo)貫穿協(xié)同規(guī)劃全過(guò)程，是各層級(jí)協(xié)同規(guī)劃制定規(guī)劃方案的基本依據(jù)，不同的規(guī)劃指標(biāo)對(duì)應(yīng)輸出滿(mǎn)足決策者不同偏好的規(guī)劃結(jié)果，可通過(guò)合理選取某個(gè)規(guī)劃指標(biāo)或多個(gè)規(guī)劃指標(biāo)的組合，確保規(guī)劃結(jié)果達(dá)到預(yù)期目的。主要從安全性、魯棒性和效益性三個(gè)方面設(shè)計(jì)規(guī)劃指標(biāo)。

（1） 安全性

任務(wù)規(guī)劃的基本目標(biāo)是確保航天員安全駐留、平臺(tái)穩(wěn)定運(yùn)行，確保與之相關(guān)事件編排進(jìn)規(guī)劃方案。以安全性指標(biāo)為主的規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)可定義為式（4）：

其中，事件Eventi是與航天員、平臺(tái)安全相關(guān)事件，γ是重要事件的完成度參考值，β是一般事件完成度參考值，α是指事件規(guī)劃系數(shù)，即被規(guī)劃為1，未被規(guī)劃為0。

（2） 魯棒性

任務(wù)規(guī)劃的魯棒性主要體現(xiàn)為在擾動(dòng)的情況下，規(guī)劃方案不受到影響或者影響較?。患床粌H當(dāng)規(guī)劃方案按預(yù)期計(jì)劃執(zhí)行時(shí)的收益較好，而且在執(zhí)行時(shí)遇到小的擾動(dòng)時(shí)仍能保持較好的收益。在基于某收益性指標(biāo)的基礎(chǔ)上，設(shè)定一個(gè)基于關(guān)鍵事件鄰域的魯棒性規(guī)劃指標(biāo)，目標(biāo)函數(shù)可定義為式（5）：

其中，U是在一定時(shí)間范圍內(nèi)已規(guī)劃事件的個(gè)數(shù)，Δt是關(guān)鍵事件調(diào)整的時(shí)間范圍，Eventp.t是關(guān)鍵事件p的執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)，f1（Eventp）是關(guān)鍵事件在可調(diào)整時(shí)間范圍內(nèi)的收益。因此規(guī)劃方案的魯棒性主要取決于關(guān)鍵事件可調(diào)整時(shí)間和對(duì)應(yīng)時(shí)間范圍內(nèi)的所有事件的收益性，f越大，規(guī)劃方案的魯棒性越強(qiáng)。

（3） 效益性

任務(wù)規(guī)劃對(duì)效益的影響主要體現(xiàn)在完成事件的總收益以及各類(lèi)事件的安排比例上。收益高低可以按優(yōu)先級(jí)或完成事件數(shù)量等不同指標(biāo)來(lái)衡量；應(yīng)用效益主要體現(xiàn)在空間應(yīng)用在軌事件的安排效益總和；人時(shí)利用率主要體現(xiàn)在盡可能充分使用在軌人時(shí)資源。

①在軌事件完成優(yōu)先級(jí)收益

事件優(yōu)先級(jí)是評(píng)價(jià)事件重要性的一個(gè)重要指標(biāo)，在空間站運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，希望重要的事件能夠盡可能多的得到執(zhí)行，因此，在滿(mǎn)足約束沖突的基礎(chǔ)上，將規(guī)劃方案中事件優(yōu)先級(jí)收益最大設(shè)定為目標(biāo)函數(shù)如式（6）：

②應(yīng)用任務(wù)完成收益

為充分利用空間站上有限的資源，開(kāi)展大規(guī)模的空間應(yīng)用，發(fā)揮載人空間站工程大平臺(tái)、有人參與、天地往返運(yùn)輸?shù)扔欣麠l件，可將規(guī)劃方案中應(yīng)用任務(wù)的收益最大作設(shè)定為目標(biāo)函數(shù)如式（7）：

其中，f1（Eventi.priority ＝ 1） 是保障航天員安全駐留、平臺(tái)穩(wěn)定運(yùn)行相關(guān)的重要事件能夠執(zhí)行，在此基礎(chǔ)上設(shè)定應(yīng)用任務(wù)收益目標(biāo)取最大值。

3.2 基于多級(jí)遞階控制的協(xié)同規(guī)劃策略

多級(jí)遞階控制結(jié)構(gòu)主要用于解決復(fù)雜的決策控制問(wèn)題，將復(fù)雜決策問(wèn)題分解為子決策問(wèn)題的序列，每個(gè)子決策問(wèn)題有一個(gè)解，是該決策單元的輸出，也是下一個(gè)決策單元的輸入，逐級(jí)分解，形成遞階結(jié)構(gòu)。

飛行任務(wù)協(xié)同規(guī)劃是一個(gè)多約束的復(fù)雜規(guī)劃問(wèn)題，亦即是一個(gè)復(fù)雜的決策控制問(wèn)題，需要把維數(shù)高、求解難的復(fù)雜協(xié)同規(guī)劃問(wèn)題分解為若干維數(shù)低、較為簡(jiǎn)單的子問(wèn)題，分解為不同層級(jí)的協(xié)同規(guī)劃，目的是獲得一個(gè)滿(mǎn)足約束的可行解。這樣便于各層級(jí)建立數(shù)學(xué)模型和求解，節(jié)約運(yùn)算時(shí)間；便于各層級(jí)就地控制，快速反應(yīng)，有利于在線實(shí)時(shí)協(xié)同控制?；诙嗉?jí)遞階控制的設(shè)計(jì)，協(xié)同規(guī)劃可分解為系統(tǒng)間協(xié)同規(guī)劃與系統(tǒng)內(nèi)協(xié)同規(guī)劃兩個(gè)層級(jí)，各層次的協(xié)同規(guī)劃參與方按照權(quán)限統(tǒng)籌負(fù)責(zé)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間、系統(tǒng)內(nèi)部等不同層級(jí)的協(xié)同規(guī)劃及控制，主要流程如圖1所示。

圖1 多級(jí)遞階協(xié)同規(guī)劃流程Fig.1 Procedure of multi?level hierarchical Collabo?rative planning

1）場(chǎng)景創(chuàng)建

由總體創(chuàng)建場(chǎng)景，確定飛行方案、明確重要事件時(shí)間節(jié)點(diǎn)、規(guī)劃指標(biāo)，給出總體在軌資源與約束信息，在軌資源包括人時(shí)、功耗、散熱、測(cè)控等，約束主要包括空間站的軌道、姿態(tài)信息以及在軌物資狀態(tài)等；作為協(xié)同規(guī)劃的基本輸入，總體下發(fā)該場(chǎng)景至各系統(tǒng)。

2）系統(tǒng)內(nèi)協(xié)同規(guī)劃

多個(gè)系統(tǒng)同時(shí)組織開(kāi)展本系統(tǒng)內(nèi)協(xié)同規(guī)劃，結(jié)合協(xié)同規(guī)劃模型，由用戶(hù)模型控制不同層級(jí)規(guī)劃崗位的操作權(quán)限與流程；由規(guī)劃模型的約束模型、規(guī)劃指標(biāo)模型實(shí)現(xiàn)全局的快速重規(guī)劃、沖突檢查等功能。主要過(guò)程：設(shè)計(jì)規(guī)劃崗位按照權(quán)限，根據(jù)新下發(fā)的規(guī)劃場(chǎng)景，構(gòu)建協(xié)同規(guī)劃相關(guān)模型開(kāi)展初步規(guī)劃，利用快速重規(guī)劃、沖突檢查、輔助分析工具等功能完成實(shí)時(shí)在線編排過(guò)程；完成后保存并提交，待審批。審批規(guī)劃崗位通過(guò)歷史版本對(duì)比，審查提交信息，按需調(diào)整并審批。以此迭代更新，系統(tǒng)內(nèi)完成協(xié)同編排后上報(bào)總體，等待開(kāi)展系統(tǒng)間協(xié)同編排。

3）系統(tǒng)間協(xié)同規(guī)劃

在總體的組織下開(kāi)展系統(tǒng)間的協(xié)同規(guī)劃，主要策略是按照優(yōu)先級(jí)等原則化解沖突和遠(yuǎn)程協(xié)商化解沖突。其操作過(guò)程與系統(tǒng)內(nèi)協(xié)同規(guī)劃類(lèi)似，先是確定資源沖突的事件，按照沖突化解策略初步開(kāi)展沖突消解?？砂凑斩嗉s束的角度化解沖突，如按照優(yōu)先級(jí)，或同等優(yōu)先級(jí)時(shí)，可按照自身強(qiáng)約束、人時(shí)需求、測(cè)控需求等方式逐步消解。若仍存在不可調(diào)解的沖突，可借助遠(yuǎn)程協(xié)商系統(tǒng)面對(duì)面交流開(kāi)展協(xié)同編排。以此迭代更新，最終多方均確認(rèn)后輸出規(guī)劃方案。

3.3 協(xié)同規(guī)劃支撐環(huán)境

協(xié)同規(guī)劃支撐環(huán)境支持多人在線協(xié)同規(guī)劃同一方案，能夠?qū)崟r(shí)同步規(guī)劃結(jié)果和資源使用信息，最終讓規(guī)劃人員共同完成一項(xiàng)規(guī)劃任務(wù)。基于分布式網(wǎng)絡(luò)，采用B／S架構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)協(xié)同規(guī)劃支撐環(huán)境，主要框架如圖2所示。

圖2 協(xié)同規(guī)劃支撐環(huán)境基本框架Fig.2 Basic framework of collaborative planning support environment

該支撐環(huán)境重點(diǎn)提供如下支持能力：

1）崗位及權(quán)限管理。規(guī)劃過(guò)程中涉及總體、航天員、空間應(yīng)用、平臺(tái)等不同領(lǐng)域，需要為不同用戶(hù)設(shè)置崗位及權(quán)限，主要包括崗位增、刪、改及權(quán)限配置等功能。

2）多機(jī)實(shí)時(shí)在線協(xié)同操作。為各崗位提供實(shí)時(shí)在線操作環(huán)境，提供圖形操作、界面輸入、方案推薦等功能，能根據(jù)在線操作實(shí)時(shí)進(jìn)行沖突檢測(cè)；同時(shí)按照需求和崗位權(quán)限控制在線操作流程。

3）數(shù)據(jù)一致性控制。為各崗位提供統(tǒng)一的規(guī)劃場(chǎng)景、規(guī)劃方案、在軌資源使用情況、規(guī)劃對(duì)象等數(shù)據(jù)信息；在協(xié)同操作過(guò)程中，參與用戶(hù)間能夠?qū)崟r(shí)同步操作信息，保持全局?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。

4）輔助分析工具集成。包括兩方面：一是總體輔助分析軟件，如軌道計(jì)算分析軟件、能源平衡分析軟件、熱控平衡分析軟件等輔助分析軟件，為協(xié)同規(guī)劃提供總體約束分析支持。二是各系統(tǒng)規(guī)劃支持系統(tǒng)、不同載荷約束解算軟件等。

其中，數(shù)據(jù)一致性控制是協(xié)同的關(guān)鍵，本文同樣采取了多級(jí)遞階控制方式實(shí)現(xiàn)協(xié)同過(guò)程的數(shù)據(jù)一致性控制。分為源數(shù)據(jù)、系統(tǒng)級(jí)數(shù)據(jù)、用戶(hù)數(shù)據(jù)及緩存數(shù)據(jù)等，結(jié)合協(xié)同操作實(shí)現(xiàn)不同層級(jí)數(shù)據(jù)的發(fā)布與同步，如圖3所示。程如圖4所示。

由系統(tǒng)級(jí)數(shù)據(jù)表同步、分發(fā)的用戶(hù)數(shù)據(jù)表是統(tǒng)一的，系統(tǒng)內(nèi)各用戶(hù)基于用戶(hù)數(shù)據(jù)表開(kāi)展協(xié)同操作。主要過(guò)程為：各用戶(hù)分別選擇操作對(duì)象，按需調(diào)整編輯，此時(shí)操作對(duì)象處于鎖定狀態(tài)；調(diào)整完成后該用戶(hù)保存本地操作至用戶(hù)數(shù)據(jù)表；用戶(hù)數(shù)據(jù)表實(shí)時(shí)更新到系統(tǒng)級(jí)數(shù)據(jù)表，至此操作對(duì)象處于鎖定狀態(tài)，本地操作對(duì)其他用戶(hù)不可見(jiàn)。系統(tǒng)級(jí)數(shù)據(jù)表實(shí)時(shí)分發(fā)更新信息，同步所有用戶(hù)數(shù)據(jù)表，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前操作信息系統(tǒng)內(nèi)可見(jiàn)；同時(shí)釋放操作對(duì)象，便于其他用戶(hù)再次按需操作調(diào)整。

4 實(shí)例驗(yàn)證

圖3 多級(jí)遞階數(shù)據(jù)一致性控制圖示Fig.3 Chart of multi?level hierarchical data consis?tency control

數(shù)據(jù)一致性控制分為三層結(jié)構(gòu)，第一層由源數(shù)據(jù)保障各系統(tǒng)級(jí)數(shù)據(jù)表的分發(fā)與同步；第二層由系統(tǒng)級(jí)數(shù)據(jù)表保障各用戶(hù)數(shù)據(jù)表的分發(fā)與同步；第三層由用戶(hù)數(shù)據(jù)表保障本用戶(hù)緩存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與同步。以系統(tǒng)內(nèi)協(xié)同為例，數(shù)據(jù)同步的過(guò)

為驗(yàn)證任務(wù)協(xié)同規(guī)劃設(shè)計(jì)思路的正確性，基于B／S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了協(xié)同規(guī)劃驗(yàn)證環(huán)境基本功能?；跒g覽器登錄訪問(wèn)、協(xié)同規(guī)劃、數(shù)據(jù)一致性等功能，實(shí)現(xiàn)多用戶(hù)分布式實(shí)時(shí)在線訪問(wèn)操作，主要功能組成如圖5所示。

協(xié)同規(guī)劃驗(yàn)證環(huán)境基本功能分為三層：第一層是Web瀏覽器端，包括身份認(rèn)證、信息展示、信息查詢(xún)及協(xié)同操作等功能；第二層是協(xié)同規(guī)劃主要功能層，重點(diǎn)包括權(quán)限管理與工作流控制、協(xié)同操作基本功能、方案推薦與定位、數(shù)據(jù)一致性控制等功能；第三層是數(shù)據(jù)庫(kù)，包括用戶(hù)信息、規(guī)劃模型、規(guī)劃方案及協(xié)同過(guò)程數(shù)據(jù)等。

圖4 系統(tǒng)內(nèi)協(xié)同數(shù)據(jù)一致性控制序列圖Fig.4 Sequence chart of intra?system collaborative data consistency control

圖5 功能組成Fig.5 Functional components

為了在實(shí)際工程中驗(yàn)證協(xié)同規(guī)劃的可行性，本文參考空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)的相關(guān)數(shù)據(jù)，設(shè)定任務(wù)周期為2個(gè)月，在軌駐留2人，假定總體可用的功耗、帶寬等具體數(shù)值，在軌事件?活動(dòng)包括載荷實(shí)驗(yàn)、航天醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)及技術(shù)實(shí)驗(yàn)等，共1329項(xiàng)。基于該環(huán)境開(kāi)展系統(tǒng)內(nèi)協(xié)同與系統(tǒng)間協(xié)同。在協(xié)同過(guò)程中假定了人時(shí)、功耗的相關(guān)沖突。以人時(shí)沖突為例，在同一時(shí)刻存在兩個(gè)事件搶占航天員人時(shí)的情況，基于事件優(yōu)先級(jí)策略進(jìn)行調(diào)整。由低優(yōu)先級(jí)事件的關(guān)聯(lián)用戶(hù)進(jìn)行規(guī)劃調(diào)整操作，通過(guò)推薦方案功能快速計(jì)算給出待調(diào)整事件的可調(diào)整區(qū)間；該功能是在不修改其他事件的基礎(chǔ)上，結(jié)合總體可用資源和約束，計(jì)算得到能夠滿(mǎn)足該事件的可行解，不影響已編排的方案。同時(shí)，其他用戶(hù)可按需調(diào)整其它資源沖突關(guān)聯(lián)事件；通過(guò)多輪迭代操作完成協(xié)同規(guī)劃。協(xié)同調(diào)整操作流程示例如圖6所示。

圖6 協(xié)同操作流程示例Fig.6 Sample of collaborative operation procedure

本次協(xié)同規(guī)劃實(shí)例應(yīng)用，一方面驗(yàn)證了多用戶(hù)實(shí)時(shí)在線協(xié)同規(guī)劃的過(guò)程；另一方面驗(yàn)證了協(xié)同規(guī)劃的高效性，區(qū)別于傳統(tǒng)的會(huì)議模式協(xié)調(diào)沖突，該環(huán)境減少了工作的人時(shí)成本。無(wú)論是系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)間協(xié)同，可按系統(tǒng)→領(lǐng)域→類(lèi)別→具體事件的層次明確參與沖突化解的用戶(hù)，避免多輪全員參與開(kāi)會(huì)討論的狀況。

5 結(jié)論

本文針對(duì)我國(guó)空間站飛行任務(wù)協(xié)同規(guī)劃的特性，結(jié)合大系統(tǒng)控制論中的“多級(jí)遞階控制”理論提出的基于多級(jí)遞階控制的協(xié)同規(guī)劃策略和協(xié)同數(shù)據(jù)一致性控制方法，可有效地保證多用戶(hù)協(xié)同規(guī)劃過(guò)程中資源、約束等信息的一致性和有效性，可作為我國(guó)空間站運(yùn)營(yíng)飛行任務(wù)規(guī)劃的一條可行的技術(shù)途徑。

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