基于Ａｇｅｎｔ的軍隊后勤物資保障仿真系統研究

摘要：論文提出了一種基于多Agent的物資保障仿真系統模型。首先簡單介紹了基于Agent的建模方法，然后對軍隊后勤物資保障系統進行了分析和個體Agent抽象，著重對個體Agent中的物資倉庫Agent、后勤指揮Agent進行了詳細分析和建模，通過對Agent間結構和協調關系的分析，最終得出了系統的多Agent體系結構模型。最后對模型的實際應用前景作了展望。

關鍵詞：物資保障；Agent建模；多Agent；仿真

中圖分類號：TP18:E23文獻標識碼：A

文章編號：1002-3100(2008)02-0068-04

Abstract: This paper puts forward a kind of Multi-agent model for materials support simulation system. Firstly takes a brief introduction to agent modeling， then carries on analysis and abstracts the individual agents of the logistical materials support system; emphasizes the warehouse agent and the logistics command agent， gives detailed analysis and sets up the model; After analyzing the structure and relationship between agents， gets a Multi-agent structure model of the system. Finally， makes a outlook to the application foreground of the model.

Key words: materials support; Agent modeling; Multi-agent; simulation

隨著信息技術的發展，軍隊后勤也在不斷地改進自己的保障、訓練手段。各種信息系統的應用也正在由低級到高級，由非智能型向智能體應用轉變。在信息系統領域，Agent技術已成為當前的熱門、前沿技術。Agent具有自主性、反應性、主動性、社交性和智能性，非常適合描述軍隊后勤指揮控制系統、物資倉庫、保障部隊的自主、交互、接收信息——行動等行為；多Agent系統具有自治性、協作性和自適應性，適合于構建復雜、開放的分布式系統，可解決多個Agent之間的復雜交互問題。本文根據Agent技術的這些優點，構建多Agent系統，旨在解決軍隊后勤物資保障系統各個主體之間的信息交互、協作問題。目前，在軍隊后勤物資保障領域中已經出現了一些采用Agent技術的應用系統，如應用于倉庫選址問題的應用系統等。但是，如何運用Agent技術，針對野戰倉庫動態選址、物資保障過程仿真等問題構建多Agent技術的信息系統的研究還不夠深入。

１基于Agent建模簡介

基于Agent的建模方法是一種由底向上的建模方法，它把Agent作為系統的基本抽象單位，采用相關的Agent技術，先建立組成系統的每個個體的Agent模型，然后采用合適的MAS體系結構來組裝這些個體Agent，最終建立整個系統的系統模型[1]。

目前Agent模型主要有：感知——反應型、意識型、BDI型、混合模型[2]。

（1）感知——反應模型。感知——反應模型是由R. Brooks所倡導的。它認為Agent的智能來自于對外部環境的感知，以及做出的相應的反應。但是這個模型，沒有全面地考慮Agent的內部矛盾。

（2）意圖模型。意圖模型是由Bratman提出來的，用意圖（Intentions）、信念（beliefs）、期望（Desires）等概念來表述Agent系統，把Agent看作一個意識系統。其中關于意圖和意識態度之間的關系的一系列經典論述，為BD工模型奠定了基礎。

（3）BDI模型。BDI模型是由Rao. M.Georgef所提出的，被認為是目前最成功的Agent模型。BDI主要有三個元素Beliefs. Desires. Intentions. Beliefs代表了Agent對世界的認識信息，通常以知識庫的形式表現出來；Desires代表了期望達到的世界信息；Intentions代表了Agent提交的要達到的目的。

（4）混合模型。混合模型是指具有感知——反應的BDI模型。這種模型融合了這兩者的特點為一體。

2系統中Agent的個體模型

2.1發現個體Agent。發現個體Agent的任務就是對系統進行Agent抽象。它的基本原則是從系統的物理結構出發，圍繞著系統的目標來對系統進行抽象。其中需要關注的問題主要是同質Agent與異質Agent的處理、抽象的粒度、輔助Agent的設計等。

物資是保障軍隊建設和作戰所需的各種物質、物品和材料的總稱，物資保障是為武裝力量提供生活、訓練和作戰所需物資的全部活動，具有很強的軍用消耗性、廣泛性和被制約性。物資保障的過程也就是物資供應的過程。涉及到物資供應部門：如兵工廠、供應商等；物資保障指揮決策部門：如聯勤部、分部、作戰部隊后勤；物資保管部門：如后方倉庫、野戰倉庫；物資消耗部門：如作戰或保障部隊等。物資保障活動就是在這些實體的參與下，借助一定的資源環境來展開的。物資保障是一個系統的、網狀交叉的過程，一個作戰部隊接受的保障是來自多方面的，同樣一個倉庫提供的保障、一個工廠提供的物資補充也是面向多方面的，它們的結構是網狀交叉的。

在物資保障參與的過程中，有些Agent是同質的，如兵工廠和供應商都是物資的供應部門，物資消耗單位是一個大的概念，在它下面包括作戰部隊、后勤部隊等。因此，在異質和同質Agent的處理上，必須先建立Agent類，然后再實例化為具體的Agent。

在具體的物資保障過程中，根據系統的目的不同，抽象粒度可以分為很多層次。大到整個保障系統，小可以到一個倉庫的各個部門，部門中的每個實現具體任務的人員，這些都可以抽象為一個Agent。在本文中，Agent抽象的層次僅到物資供應單位、倉庫和物資消耗單位一級，至于各個單位內部的細化結構，暫不作研究。

另外，除參與保障的實體Agent外，系統還必須有一些輔助Agent，如提供資源環境服務的Agent，運行支撐Agent等。

根據以上的分析物資保障仿真系統可以抽象為以下一些Agent：

從實體抽象產生四個Agent類：物資供應部門Agent類，倉庫Agent類，物資消耗單位Agent類、指揮Agent類。本文中以每個類中的一個實例為例來進行分析：物資工廠Agent，物資倉庫Agent，作戰部隊Agent、后勤指揮Agent。

提供通信服務的接口：通信接口Agent，為各個Agent之間、Agent與資源環境、運行支撐環境，Agent與外部系統之間的通信提供接口、協議服務。

為模擬提供資源環境：資源環境接口Agent，是各種Agent與數據、模型、地理信息、方法、規則等資源交互、調用的接口Agent，它負責感知其他Agent的請求，把請求轉化為相應的行為。它包括各種Agent的公用、私有表格、狀態、屬性等數據庫，方法庫、規則庫、模型庫、地理信息庫等資源。

為模擬提供回放與觀察、監控功能：觀察者Agent。

為模擬提供時間服務：時間管理Agent。

為控制和介入提供接口：控制Agent。

運行支撐環境：負責Agent的執行、激活、運行。

2.2個體Agent 建模。必須根據Agent的功能和特點采用不同的模型來進行個體Agent建模，由于篇幅有限，只對物資倉庫Agent、后勤指揮Agent做詳細說明。

2.2.1物資倉庫Agent的個體模型。物資倉庫Agent是物資保障的中心實體，它在指揮方面與后勤指揮Agent發生關系，在保障業務上則與物資工廠Agent、作戰部隊Agent 發生關系。它的內部結構如圖1所示。

它采用的是感知——反應模型，在系統運行時處于激活狀態。感知與其有關的Agent的狀態和環境變化，包括作戰部隊的位置、人員變化，上級命令、意圖，物資保障請求等，同時通過查詢數據庫來確定是否需要物資補充。通過把感知與背景知識、規則等結合分析，形成保障計劃或物資補充計劃，向后勤指揮部門提出申請，或是對作戰部隊進行保障。

2.2.2后勤指揮Agent的個體模型。后勤指揮Agent是系統運做的核心部分。參考相關文獻中指揮Agent的BDI模型[3]，在后勤物資保障的過程中，指揮控制系統為完成保障任務，必須隨時感知外界環境和其它Agent的請求、變化等，后勤物資保障中指控系統在功能上、結構上、內容上與作戰指揮系統有很大的不同，BDI模型在感知外界變化方面不夠理想。因此，考慮到后勤物資保障中指揮控制的特殊性。本文中指控Agent采用的是具有感知——反應的BDI模型，即混合模型。它運行時通過對外界信息的感知，包括作戰部隊的位置、其他Agent發出的物資保障請求、保障態勢的變化等，感知到的情況通過一個BDI的信念、愿望、意圖模型，經過態勢分析、決策與規劃、任務分派等動作。后勤指揮Agent分為感知——反應兩大部分，在反應部分采用指揮Agent的BDI模型，細分有以下幾個部分，如圖2。

（1）負責與外界交流的通信部分，包括其他Agent或其他系統，如與作戰系統相連接獲得戰場態勢；

（2）對外界環境、其他Agent狀態的感知部分；

（3）提供保障、指揮規則和背景知識的信念部分；

（4）態勢分析通過把所感知到的和背景知識、規則等結合進行分析，提供決策意見；

（5）愿望是保障行為想要達到的目的或效果；

（6）決策與規劃部分通過綜合感知的情況、規則、知識，參考態勢分析的結果，以達到愿望為目標，最終形成命令、通知等形式的意圖；

（7）任務分派負責把指控Agent的意圖分發到其他Agent。

3物資保障仿真系統的多Agent體系結構

為了建立由多個Agent組成的完整的系統模型，還必須確定系統Agent的數目、Agent之間的通信機制、通信協議、Agent與其相關的其他Agent之間的結構等。

在系統確定后，系統中后勤指揮Agent的數量是不可以改變的，而系統中物資供應單位Agent、物資消耗單位Agent、物資倉庫Agent的數量是可以隨著戰場形勢、保障規則、保障任務的改變而添加和刪除的，而一些專用表、專用的規則、模型等也是隨著Agent的生成和消亡而建立或刪除，在生成和刪除Agent時，確立Agent與相應資源、其他Agent之間的聯系。

至于系統中的輔助Agent 的數目是不能減少的，只能根據相應的需要來添加相應功能的輔助Agent。

3.1Agent之間的通信渠道和通信協議。Agent之間的訪問根據需要有不同的形式，如后勤指揮Agent向后勤部（分隊）——物資倉庫Agent傳遞命令時，是Agent到Agent的，而發通知的時候則可能是面向目標或廣播形式的，同時后勤指揮Agent在向其他Agent發送收集屬性、狀態的時候也需要廣播形式。信息被發送后某些Agent要靠近另一個Agent，如某野戰倉庫對某一作戰部隊進行伴隨保障，野戰倉庫Agent就必須在作戰部隊Agent位置發生變化時，對自己的位置進行相應的調整。系統中Agent通信渠道包括單機的Agent模塊之間通信和分布式Agent之間的通信。

Agent之間的通信方式根據應用的形式采用共享全局存儲器和消息傳遞機制。Agent與共享資源之間的通信采用共享全局存儲器的方式，Agent與單個Agent之間采用消息傳遞機制，采用何種通信機制由通信接口Agent根據通信請求來確定。

3.2物資保障仿真系統的多Agent體系結構。雖然原則上Agent都是獨立的、自治的實體，但是在物資保障體系中，物資供應單位、物資倉庫的指揮權在后勤指揮部門，后勤指揮部門負責物資的調撥，物資實際的處理過程是通過物資供應單位——物資倉庫——物資消耗單位，物資調撥命令是由指揮部門下達到相應的物資保障部門的，下級的物資保障部門則可以向物資消耗單位提供保障，向上級提出申請。

在物資保障系統中，整個系統都是在開展物資保障這一活動中組織成為一個整體的，都是向著物資保障這一目的的。以保障作戰部隊為例。作戰部隊接受任務后，后勤指揮部門根據保障作戰、保障規模的大小確定保障方式，確定野戰倉庫的開設地點，制定保障意圖后下達給物資倉庫，物資倉庫則定下保障方案，展開保障。這是物資保障的主線，在這個主線之外，各個部門還有自己的動作，作戰部隊Agent在物資不足時可以向上級提出物資保障請求，同時作戰部隊Agent還必須與作戰系統發生聯系；物資倉庫Agent必須隨時隨掌握庫存情況，對作戰部隊物資使用的期限、物資補充的時間作預計，向上級提出申請物資補充，或者是提前作好物資補充計劃和準備。各個Agent的獨立行為和系統運行主線順序之間是并行的。個體Agent之間關系如上圖3所示。

根據以上分析，可以得出物資保障仿真系統的多Agent體系結構。如圖4所示：

在本結構中，物資保障仿真系統分為兩大部分：系統支持部分和物資保障業務仿真部分。

系統支持部分包括運行支撐環境、觀察者Agent、時間管理Agent。這一部分是為系統提供除保障業務外的一些仿真支持。如仿真過程的回放、監控，Agent的激活（初始化）、執行等功能。

物資保障業務仿真部分的保障參與部分包括后勤指揮Agent、物資供應單位Agent、物資消耗單位Agent、倉庫Agent等參與保障的實體；通信接口Agent含有共享全局存儲模塊、消息機制模塊兩部分，根據需要為Agent之間的通信、Agent與外部系統的通信提供服務；資源環境接口Agent是Agent與模型庫、數據庫等的接口Agent，根據Agent的數據請求做出響應。

4總結與展望

以上是有關基于Agent的物資保障模擬仿真系統的Agent成員與模型的分析、設計，要應用到實際中還需要今后的努力。物資保障是我軍后勤保障的一個重要部分，隨著信息化技術的發展，物資保障的決策、仿真也有了新的、更高的要求。Agent技術是最近幾年以來模擬仿真、系統建設的前沿技術。把Agent技術應用于物資保障的過程與仿真，能夠更好地體現物資保障各實體之間的關系、保障系統總體目標，乃至各個實體的自我目標，更加適用于軍隊部門分工明確的特點。Agent技術在軍事系統中將會有更高層次、更廣泛的應用。

參考文獻：

[1] 費奇，孫德寶. 建模與仿真[M]. 北京：科學出版社，2002:193-221.

[2] 郝鵬飛. 基于Multi-Agent編組站調度支持平臺研究[D]. 北京：北京交通大學，2006:16-24.

[3] 郭延斌，張國峰，戴樹嶺. 虛擬戰場環境下基于Agent技術的指揮實體研究[J]. 系統仿真學報，2004(10):2302-2303.

[4] 陳永科，江敬灼，張俊學，等. 基于多Agent的一體化聯合作戰指揮控制系統仿真研究[J]. 軍事運籌與系統工程，2006(9):3-7.

[5] Nelson Minar， Roger Burkhart， Chris Langton， Manor Askenazi. The Swarm Simulation System: A Toolkit for Building Multi-agent Simulations[EB/OL]. (1996-06-21)[2007-07-17]. http://www.santafe.edu/projects/swarm.