基于本體理論的空間站短期任務規劃領域建模研究

卜慧蛟,張 進,羅亞中*,周建平

(1.國防科學技術大學航天科學與工程學院,長沙410073；2.中國載人航天工程辦公室,北京100720)

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基于本體理論的空間站短期任務規劃領域建模研究

卜慧蛟1,張 進1,羅亞中1*,周建平2

(1.國防科學技術大學航天科學與工程學院,長沙410073；2.中國載人航天工程辦公室,北京100720)

摘要：規劃領域建模是解決空間站短期任務規劃問題的關鍵技術之一。通過對比分析空間站短期任務規劃問題，梳理了其規劃領域特點，歸納總結了領域建模需求；基于本體理論分別建立了規劃領域本體模型、對象概念本體模型和方法概念本體模型，進而構建了空間站短期任務規劃領域體系，規范化描述了領域內的概念及其關系。最后通過在貨運補給與微重力實驗兩類任務建模上的成功應用驗證了所建立模型的有效性。

關鍵詞：空間站；短期任務規劃；建模；本體論

1 引言

任務規劃是空間站運營的關鍵技術之一。空間站長期在軌運行,需要執行多種運營任務,例如后勤補給、設備維修、乘員輪換和載荷實驗等。這些任務貫穿于空間站全生命周期,數量眾多,例如國際空間站在2010年至2012年三年內就執行了575項科學實驗任務［1-3］。同時空間站在軌運行時面臨多種約束,設備和資源有限,需要對空間站在軌運營的任務進行合理規劃,以有效降低空間站運營風險、提高效率與經濟性。

目前,針對在軌運行的國際空間站,美國的約翰遜空間中心、馬歇爾空間飛行中心［4-5］,歐洲哥倫布控制中心［6］,俄羅斯莫斯科任務中心［7］以及日本筑波空間中心［8-9］等,對各自負責的相關運營任務的規劃都有一定研究,并且已經開發了多種規劃工具,但是在公開的文獻中,很少有相關模型和算法的介紹。

我國空間站工程目前處于起步階段,在任務規劃方面研究尚淺,僅公開發表了一些初步研究。國防科技大學的羅亞中和林鯤鵬對空間站運營任務規劃技術進行了分析評述［10］,同時進一步研究了空間站全局任務規劃問題、空間站長期任務規劃問題和空間站后勤補給優化問題等［11-13］。中國空間技術研究院的田坤黌和侯永青結合國際空間站,分析了空間站運營管理體系構架［14］。然而,目前國內還未見到針對空間站短期任務規劃問題的研究。

依據空間站運營需求,短期任務規劃用于滿足空間站一個月或一周內每天活動的規劃需求,是一類在復雜約束條件下,面向多種資源,滿足多種類型任務需求的規劃問題。如何統一規范地、抽象化地描述空間站短期任務規劃領域,同時便于任務信息的數據交互共享,是解決空間站短期任務規劃問題的關鍵技術之一。目前,已經有比較成熟的知識表示語言［15-18］應用于衛星任務規劃領域和飛船任務規劃領域［19-20］,但是針對空間站短期任務規劃領域,這些語言在滿足開發的自主性、便利性和數據的交互性需求上還存在一定差距。

本文研究面向空間站任務短期規劃需求,分析短期任務規劃領域中的任務,活動、資源、設備等概念特征,基于本體建模理論,建立空間站短期任務規劃領域模型,給出規范化的概念和概念關系的描述模型。

2 短期任務規劃問題分析

空間站任務規劃按照規劃周期的長短,可分為長期規劃和短期規劃。長期任務規劃面向對象為重大的任務事件,規劃結果一般為飛船發射序列和后勤補給策略等。短期任務規劃面向的對象是每日完成的主要任務,規劃結果一般為任務執行方案、航天員在軌操作計劃和資源調度方案等。具體如表1所示［10,21］。

表1 長期規劃與短期規劃特點對比Table 1 Comparison on the characteristics of the long-term planning and short-term planning

由表1可見,空間站短期任務規劃與長期任務規劃的關注點不同,短期任務規劃中的任務主要為空間站在軌的日常任務,約束條件主要源于空間站在軌的運行狀態和任務內活動的邏輯關系,結果方案從任務、航天員和資源角度給出,規劃目的是滿足空間站日常運營任務安排需求。

當前,針對衛星和飛船任務規劃問題的研究已經開展［22-23］,但衛星任務規劃和飛船任務規劃在難度和規模上都與空間站短期任務規劃不同,如表2所示。空間站短期任務規劃領域中的任務類型多樣且數量多,如運輸補給任務有交會對接、在軌加注和艙段組裝等；日常維護維修有空間站每日例行任務、設備的維修更換和出艙活動等；載荷實驗任務包括生物研究、人體生理研究、新技術開發、天文觀測、材料實驗和對地觀測等。衛星任務則由衛星類型決定,如偵查衛星主要遂行偵查任務。由于飛船飛行時間較短、體積有限,飛船攜帶的載荷設備有限,所以飛船所能完成的任務類型和數量都較少。同時,由于空間站長期有航天員在軌駐留,所以在任務規劃過程中,必須將航天員特征和作息約束考慮進去,增加了規劃的難度。由于空間站完成任務的類型和數量多,需要較多的資源和設備進行保障,同時也帶來了更復雜的資源設備約束。結合國防科技大學羅亞中等對空間站運營任務規劃技術的評述可知,空間站短期任務規劃是銜接任務級規劃和執行級規劃,對空間站在軌活動概要進行規劃,而得到的方案為進一步細致的執行規劃奠定基礎［10］。

表2 空間站短期任務規劃、衛星任務規劃和飛船任務規劃特點對比Table 2 Comparison on the characteristics of space station short-term mission planning，satellite mission planning and spacecraft mission planning

根據上述對比分析,空間站短期任務規劃問題是一類任務類型多樣、數量多、約束條件復雜的規劃問題。

為了便于描述問題,結合短期任務執行過程,對空間站短期任務規劃領域建模需求進行了分析歸納,主要有以下幾點：

1)短期任務規劃問題是一個任務周期內的時間線規劃問題,規劃的核心元素是時間,在模型中需合理地描述時間需求；

2)涉及任務種類多樣,不同任務的執行過程不同,所以需要引入任務的子一級概念,用于描述任務的步驟或過程；

3)任務的執行步驟或過程之間具有一定的邏輯關系,需合理有效地給出關系的定義和描述；

4)任務在執行過程中,需要航天員、多種資源和設備支持；在合理定義描述航天員、資源和設備的同時,需建立航天員、資源和設備對于任務執行的支持關系模型；

5)在解決短期任務規劃問題時,會針對不同的規劃目標,采用相應的規劃方法和策略,滿足相應的約束條件,獲得滿足需求的方案,所以需要對規劃目標、規劃方法和策略、約束條件和結果方案進行定義描述。

結合短期任務規劃特點和建模需求可以看出,需要一種有效的理論方法來建立空間站短期任務規劃框架體系,同時統一規范地定義描述短期任務規劃領域內各項概念和關系,便于進行合理有效的任務規劃和數據信息共享。

3 短期任務規劃建模分析

在空間站短期任務規劃問題中,需要滿足多個系統的任務需求,在交流任務需求時,會形成數據的共享和交互,如果數據的共享和交互不順暢,會給問題求解造成很大的障礙。本體是一種語義表達和知識建模的工具,在統一形式化描述和共享概念信息方面具有良好的性能［24］,并且本體理論已經在生產調度領域和衛星測控調度領域取得了成功的應用［25-26］。

本文引入本體建模理論,對空間站短期任務規劃領域進行框架建模和概念定義描述,為有效解決空間站短期任務問題奠定基礎,同時便于與其它系統進行數據信息共享交互。

3.1 問題領域本體建模

建立空間站短期任務規劃領域本體模型,定義空間站短期任務規劃本體(Space Station Short Term Mission Planning Area Ontology,簡稱STMPAO)如式(1)：

其中,ConceptSet為概念集合,包含有多個概念本體,RelationSet為概念關系集合。

根據第2節分析,建立空間站短期任務規劃問題領域本體的概念集合如式(2)：

式中等號右邊概念元素分別為任務、活動、設備、資源、約束、規劃策略、規劃方法、規劃目標和結果方案。

各個概念之間的關系如圖1所示,主要包括：

1)一個任務包含一個或若干個活動,活動組成任務；

2)資源支持設備正常工作,同時設備執行具體的活動；

3)任務、活動、設備和資源生成約束條件；

4)約束條件和規劃目標限制規劃方法的選擇；

5)規劃策略通過作用于規劃方法,進行沖突化解從而滿足約束條件；

6)規劃方法對任務進行規劃,生成結果方案；

7)結果方案滿足任務需求、約束條件和規劃策略。

圖1 空間站短期任務規劃領域本體框架圖Fig.1 Space station short-term mission planning domain ontology frame

在短期任務規劃問題領域本體中,各個概念之間的單個關系的定義采用“主語-謂語-賓語”格式,領域本體中的關系可定義如式(3)：

其中, SubjectID表示關系中概念對象的編號, Predicate表示關系中的謂語,用于表示關系的類型；ObjectID表示關系中的賓語的編號。

在領域本體中,關系的類型有式(4)所示六類：

其中,Contain表示包含關系,Execute表示執行關系,Support為支持關系,Form為生成關系,Restrict為限制關系,Satisfy為滿足關系。

根據概念的特征,將空間站短期任務規劃領域的概念分為兩類,分別是對象類概念和方法類概念。其中,對象類概念包括任務、活動、設備和資源；方法類概念包括規劃策略、規劃方法、目標、約束條件和結果方案。

3.2 對象概念本體建模

上述對象類概念主要是指對空間站短期任務規劃領域中規劃對象的抽象描述,針對每個對象的特點,建立對象類概念本體,是解決短期任務規劃建模研究的核心部分。

3.2.1 任務本體

任務概念定義：任務是由一系列活動組成的事件,在空間站資源、設備和航天員的支持下完成,保障空間站在軌的正常運行和科學研究。

建立任務本體模型,定義任務本體為式(5)：

其中,MO_AttributeSet為任務本體的屬性集合,MO _RelationSet為任務本體的關系集合。

1)屬性集合定義

對任務本體的屬性定義如式(6)所示。

其中,MID為任務特有的編號,用于與其他任務進行區分；MName為任務的名稱,用于表達任務的意義；MType為任務的類型；Priority為任務的優先級,用于表示任務重要程度的指標；Profit為任務的收益性,用于表示任務收益程度大小的指標；StaEarTime和EndLatTime分別表示任務的最早開始時間和最晚結束時間,最早開始時間是指任務的第一個活動的最早時刻,最晚結束時間是指任務的最后一個活動的最晚時刻；MNote是對任務的備注說明。

在任務本體的屬性集合中,任務類型MType可以劃分為式(7)所示的五類,按照重要性程度依次為未知、載荷、日常維護、運輸補給和緊急任務,其中緊急任務最為重要。

其中,Unknown為未知類型,用于表示這類任務沒有明確的類型,將其設定為最不重要的類型；Pay?load為載荷類型,用于表示這類任務為載荷實驗類任務,目的是為了滿足空間站上的科學研究需求,這類任務的執行會增加空間站在軌運行的收益性,實現空間站在軌運行的科學研究意義；Dai?Main為日常維護任務,用于表示滿足空間站長期平穩運行的日常操作需求的一類任務,例如設備的維護維修、出艙活動和航天員的日常作息等；TranSup為運輸補給類型,用于表示滿足空間站運營補給類型的任務,例如燃料在軌加注任務和交會對接任務；Crisis為緊急任務,用于表示處理空間站緊急情況的任務,例如緊急規避任務和火災處理任務等。

2)關系集合定義

關系集合存放與本任務相關的所有關系。單個關系的定義采用“主語-謂語-賓語”格式,對任務本體中關系定義如式(8)所示。

其中,SubjectID表示關系中的主語的編號；Predi?cate表示關系中的謂語,用于表示關系的類型；ObjectID表示關系中的賓語的編號,表示與主語發生關系的任務。

在任務本體中,任務之間關系的類型有式(9)所示的兩類：

其中,Exclusive為互斥關系,表示主語代表的任務與賓語代表的任務不能在同一時間段內執行；Precedence為先驗關系,表示主語代表的任務在賓語代表的任務結束后的一段時間內開始。

3.2.2 活動本體

活動概念定義：活動是空間站短期任務規劃領域的核心單元,是任務的基本組成,表示任務中的一個行動或是進程。

建立活動本體模型,定義活動本體為式(10)：

其中,ActO_AttributeSet為活動本體的屬性集合；ActO_RelationshipSet為活動本體的關系集合。

1)屬性集合定義

對活動本體的屬性集合定義如式(11)所示。

其中,AID為活動特有的編號,用于與其他活動進行區分；AName為活動名稱,用于表達活動的意義；StartTime為活動的開始時間；Dur為活動執行的時間長度；Bandwidth為活動執行所需要的帶寬；ANote是對活動的備注說明。

2)關系集合定義

關系集合存放與本任務相關的所有關系。單個關系的定義采用“主語-謂語-賓語”格式,對活動本體中關系集合如式(12)所示。

在活動本體中,活動之間關系的類型只有一類,即先驗關系。

3.2.3 設備本體

設備概念定義：設備是一種用于完成活動的工具或航天員,工具可以自動運行或由航天員操作使用。在本文中,將航天員假設為一種特殊的設備,不必單獨設立航天員的概念進行描述。

建立設備本體模型,定義任務本體為式(13)：

其中,DO_AttributeSet為設備本體的屬性集合,在本文中,不考慮各個設備之間的相互作用關系。

對設備本體的屬性定義如式(14)所示。

其中,DID為設備特有的編號,用于與其他設備進行區分；DName為設備的名稱,用于表達設備的功能；DType為設備的類型；nAct為設備在同一時刻所能執行活動的個數；Power為設備執行一個活動時所需要的功耗；Thermal為設備執行一個活動的散熱；Oxygen為設備執行一個活動所需要的氧氣數量；Water為設備執行一個活動所需要水的數量；DNote是對設備的備注說明。

在設備本體的屬性集合中,設備類型DType可以劃分為三類,分別是未知類型、平臺類型和載荷類型。如公式(15)所示。

其中,Unknown表示未知類型,用于表示這類設備沒有明確的類型；Platform表示平臺類型,這類設備的主要功能是維護空間站平臺系統的正常運營；Payload表示載荷類型,這類設備的主要功能是支持空間站在軌科學研究任務和航天員系統任務。

3.2.4 資源本體

資源概念定義：資源是保障空間站在軌正常運營,完成各項科學研究的物質,在空間站短期任務規劃領域,本文主要考慮功耗、散熱和帶寬等,所以資源本體定義為式(16)：

其中,RO_AttributeSet為資源本體屬性集合,不考慮各類資源之間的相互作用關系。

對資源本體的屬性定義如式(17)所示。

其中,RID為資源特有的編號,用于與其他資源進行區分；RName為資源的名稱,用于表達資源的意義；RType為資源的類型,主要分為可再生資源(Renewable)和不可再生資源(Non?Renewable)；rValue為資源的額定數量；Value為資源的當前數量；RNote是對資源的備注說明。

3.3 方法概念本體建模

方法類概念主要是指在空間站短期任務規劃領域中,求解該規劃問題時,所選用方法涉及到的概念,主要包括五類：規劃策略、規劃方法、規劃目標、約束條件和結果方案。針對規劃過程中概念特征,建立方法類概念本體。

3.3.1 約束本體

約束概念定義：在任務規劃過程中面臨一系列約束條件,約束的產生主要來源于兩個方面,分別是任務需求和空間站資源約束。每一項約束本體定義為式(18)：

其中,CO_AttributeSet為約束本體屬性集合,在建模過程中不考慮各個約束的相互作用關系。

對約束本體的屬性定義如式(19)所示。

其中,CID為約束特有的編號,用于與其他約束進行區分；CName為約束的名稱,用于表達約束的意義；CType為約束的類型,主要分為時間約束(CTime)、關系約束(CRelation)、資源約束(CRe?source)和設備約束(CDevice)；CNote是備注說明。

3.3.2 規劃策略本體

規劃策略定義：在空間站短期任務規劃領域中,規劃策略是指沖突化解策略,如果方案中產生違反約束的沖突時,依據沖突類型,采用合適的沖突化解策略進行化解。規劃策略本體定義為式(20)：

其中,SO_AttributeSet為規劃策略的本體屬性集合,在建模過程中不考慮各個策略之間的相互作用關系。

對規劃策略本體的屬性定義如式(21)所示。

其中,SID為規劃策略的編號；SName為規劃策略名稱；SType為規劃策略類型,與約束條件類型相對應；SNote是備注說明。

3.3.3 規劃目標本體

規劃目標定義：指規劃過程中滿足規劃需求的目標函數,目標函數包括方案優先級之和最大、收益性之和最大以及穩定性最好等。

規劃目標本體定義為式(22)：

其中,OO_AttributeSet為規劃目標的本體屬性集合,在建模過程中不考慮各個規劃目標的相互作用關系。

對規劃目標本體的屬性定義如式(22)所示。

其中,OID為規劃目標的編號；OName為規劃目標名稱；ONote是備注說明。

3.3.4 規劃方法本體

規劃方法定義：規劃方法是采用一定的方法,合理地安排任務活動時間,有效地分配資源和設備,以滿足任務需求。針對短期任務規劃特點,采用時間迭代,啟發式進化算法求解問題。規劃方法本體定義為式(24)：

其中,MeO_AttributeSet為規劃方法的本體屬性集合,不考慮各個方法之間的相互作用關系。

對規劃方法本體的屬性定義如式(25)所示。

其中,MeID為規劃方法的編號；MeName為規劃方法名稱；MeNote是備注說明。

3.3.5 結果方案本體

結果方案定義：指最終得到滿足規劃需求的可行規劃方案。

結果本體定義為式(26)：

其中,MissionPlan為任務執行方案；DevSchema為設備分配方案；ResSchema為資源分配方案；On?BoardPlan為航天員在軌操作計劃。

4 描述示例

本節通過實際任務,利用所建立的模型對領域相關的對象概念進行描述,并利用XML描述語言進行描述,驗證本文提出的本體模型的有效性。

考慮兩個任務,分別是貨運補給任務和微重力實驗任務。空間站上有三名航天員駐留,空間站用于任務的額定功耗為8000 W,額定散熱為5000 W,帶寬資源8 Mb。

貨運補給任務：貨運飛船與空間站進行交會對接,然后進行燃料在軌加注。執行此項任務時,需要三名航天員共同完成。交會對接時間為一個小時,在軌加注時間為兩個小時。在貨運補給過程中,需要對空間站姿態進行不斷地調整。貨運補給任務執行的時間范圍在周一8時至周一22時之間。任務的執行需要帶寬4 Mb。

微重力實驗任務：在微重力實驗設備中,有一名航天員進行實驗,實驗時間為兩個小時。實驗過程中,要有持續穩定的微重力環境。微重力實驗任務執行的時間范圍在周一8時至周一22時之間。任務的執行需要帶寬2 Mb。

4.1 領域本體對象模型描述

根據貨運補給任務和微重力任務特點,對領域內相關概念進行分析,主要的對象概念包括兩項任務、三項活動、四項設備和三類資源。其中,貨運補給任務包含交會對接活動和在軌加注活動,這兩項活動的執行由航天員A、航天員B和航天員C完成,活動期間需要帶寬資源保障通信；微重力實驗任務包含一項活動,即微重力實驗活動,該活動由航天員A和微重力設備完成,活動期間需要帶寬資源保障通信。具體概念信息如表3所示,各項對象概念的關系如表4所示。

4.2 對象概念本體模型描述

按照本文研究給出的對象概念本體描述各項概念及概念內關系。

4.2.1 任務本體描述

表3 領域本體概念集合Table 3 Domain ontology object concept set

表4 領域本體關系集合Table 4 Domain ontology relationship set

針對任務本體,描述了任務的類型,優先級、收益性和任務執行的時間區間,如表5所示。由于貨運補給任務全程需要對姿態進行控制,所以不能與微重力實驗任務同時執行,如表6所示。

表5 任務本體屬性集合Table 5 Mission ontology attribute set

表6 任務本體關系集合Table 6 Mission ontology relationship set

4.2.2 活動本體描述

針對活動本體,描述了貨運補給任務和微重力實驗任務中包含的活動屬性,主要包括活動時長和帶寬資源等,活動的開始時間在規劃結束后獲得,活動本體屬性集合如表7所示。在貨運補給任務中,在軌加注任務必須在交會對之后發生,所以交會對接任務為在軌加注活動的先驗活動,如表8所示。

表7 活動本體屬性集合Table 7 Activity ontology attribute set

表8 活動本體關系集合Table 8 Activity ontology relationship set

4.2.3 設備本體描述

在貨運補給任務和微重力實驗任務規劃領域中,涉及到的設備包括三名航天員和一項微重力設備,航天員作為特殊的設備,其類型為未知,同時航天員的散熱、氧氣和水的消耗屬于駐留必備資源,不在規劃考慮范圍,所以航天員在執行任務所需的散熱、氧氣和水的參數值為0,如表9所示。

4.2.4 資源本體描述

為了完成貨運補給任務和微重力實驗任務,需要三類資源進行支持保障,資源本體屬性集合如表10所示。

表9 設備本體屬性集合Table 9 Device ontology attribute set

表10 資源本體屬性集合Table 10 Resource ontology attribute set

4.3 XML語言描述

4.2節給出了示例任務的對象概念本體模型,這些對象概念本體中的信息需要按照一定的格式進行語言描述,便于對象概念本體模型與方法概念本體模型進行數據交互。

本體的描述語言有多種,例如XML語言和RDF語言等,為了便于數據信息的交互,本文采用XML語言描述領域本體模型和對象概念本體模型。本節利用XML語言示范地描述了貨運補給任務,如圖2所示。XML示例表明,采用XML語言描述所建立對象概念本體模型是合理可行的。

4.4 方法概念本體模型描述

結合3.3節內容,給出了針對貨運補給任務和微重力實驗任務的方法概念本體模型描述,并結合4.2節對象概念模型,給出了一種問題的解決方案。

4.4.1 約束本體描述

依據貨運補給任務和微重力實驗任務特點及規劃需求特性,存在的約束包括設備約束和關系約束。設備約束主要是指航天員在同一時刻只能完成一項任務；關系約束是指貨運補給任務與微重力實驗任務的關系為互斥關系,不能同時發生,示例的約束本體描述如表11所示。

圖2 XML語言描述Fig.2 XML Language description

表11 約束本體集合Table 11 Constraint ontology set

4.4.2 規劃策略本體描述

在示例任務中,所需的規劃策略包括設備策略和關系策略。當產生與設備相關的沖突時,采用設備策略；當產生與關系相關的沖突時,采用關系策略。

根據所建立規劃策略本體模型,示例中的規劃策略本體描述如表12所示。

表12 規劃策略本體集合Table 12 Planning strategy ontology set

4.4.3 規劃目標本體描述

在解決示例任務規劃問題時,選取優先級之和最大作為規劃目標。規劃目標的本體描述如表13所示。

表13 規劃目標本體Table 13 Planning objective ontology

4.4.4 規劃方法本體描述

基于4.3節所建立的XML描述信息,采用時間迭代方法作為規劃方法,解決示例任務規劃問題,規劃方法的本體描述如表14所示。

表14 規劃方法本體Table 14 Planning method ontology

4.4.5 規劃方案本體描述

根據給出的約束條件、規劃策略、規劃目標和規劃方法,最終得到規劃方案,任務執行方案、設備分配方案、資源分配方案和航天員在軌操作計劃分別如圖3～圖6所示。

圖3 任務執行方案甘特圖Fig.3 Gantt of the mission executable plan

圖4 設備分配甘特圖Fig.4 Gantt of the device assignment

圖5 資源分配曲線Fig.5 Time history of the resource condition

圖6 航天員在軌操作計劃Fig.6 Astronaut on-board plan

第4節通過示例任務,給出了本體模型描述,利用模型中的信息和方法,解決了示例任務的規劃問題。

5 結論

本文通過對空間站短期任務規劃問題的分析,梳理了短期任務規劃領域特點,歸納總結了領域建模需求。引入本體理論,給出了一種空間站短期任務規劃領域概念建模方法,分別建立了規劃領域本體模型、對象概念本體模型和方法概念本體模型,最后通過在貨運補給與微重力實驗兩類任務上的成功應用描述示例驗證了所建立模型的兼容性和有效性。本文提出的建模方法可以滿足空間站短期任務規劃領域中的問題描述需求和數據交互共享需求,為進一步解決空間站短期任務規劃問題打下基礎。

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Modeling of Space Station Short-Term Mission Planning Domain Based on Ontology Theory

BU Huijiao1，ZHANG Jin1，LUO Yazhong1*，ZHOU Jianping2
（1.College of Aerospace Science and Engineering，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China；2.China Manned Space Agency，Beijing 100720，China）

Abstract：The planning domain modeling is a key technology for the space station short-term mission planning（STMP）.According to the analysis of the space station STMP problem by comparison，the characteristics of STMP domain were sorted out，and the demands on domain modeling were summarized.Based on the ontology theory，the planning domain ontology model，object concept ontology model and method concept ontology model for the STMP were developed respectively，and then the domain system of STMP was built and the concepts and their relations were described formally.Finally，the effectiveness of the proposed model was validated through the successful application to the cargo supply mission and microgravity experiment mission.

Key words：space station；short-term mission planning；modeling；ontology theory

*通訊作者：羅亞中(1979-),男,博士,教授,研究方向為載人航天任務規劃。E-mail：luoyz＠nudt.edu.cn

作者簡介：卜慧蛟(1986-),男,博士研究生,研究方向為空間站短期任務規劃研究。E-mail：bu_huijiao＠163.com

基金項目：湖南省自然科學基金(2015JJ3020)；國防科學技術大學科研計劃(JC14-01-05)；載人航天預先研究項目(010103)

收稿日期：2015-05-04；修回日期：2016-02-04

中圖分類號：V412

文獻標識碼：A

文章編號：1674-5825（2016）02-0191-11