基于擴展層次任務網絡的聯合作戰任務分解方法

龔鵬程 鄧祁零

【摘 ?要】聯合作戰任務分解由于分解的方法和分解的結果具有不確定性，因此一直以來是任務分解中研究的重點，文中提出了基于擴展層次任務網絡的方法，引入了聯合作戰任務分解框架和聯合作戰知識圖譜來支持聯合作戰任務分解。

【關鍵詞】層次任務網絡;聯合作戰;知識圖譜;任務分解

1 聯合作戰任務形式化描述

通常，一個總體聯合作戰任務經過分析后對應多個具體作戰任務，且任務之間具有上下層級關系。下面給出相關定義及相應數學描述。

1.1 作戰任務

作戰任務用六元組表示Task=其中，TN為任務的名字;TO表示任務的目標;TR表示任務間的約束及規則，任務間的相互關系主要有順序、并列和反饋3種;TOg表示執行任務的作戰單位;TT=（任務持續時間，任務開始時間，任務結束時間）表示任務的時間屬性;TS=（任務空間，任務邊界）表示任務的空間屬性。

1.2 任務類型

任務分解過程中會將任務區分為原子任務、子任務、復合任務、簡單任務等。原子任務指任務分解過程中的末端任務節點，即不需要再分的任務。子任務指復合任務分解過程中的中間任務節點。復合任務是由若干具有時空和功能邏輯相關的原子任務按照特定結構組合而成的任務。簡單任務指既具有明確的內部細節，又在描述中包含整體的輸入和輸出等效果，可以直接執行。

1.3 任務的變粒度

任務粒度指任務分解細化程度的度量。在任務分解過程中，分解的層級越多任務越細，越接近于原子任務則任務分解越細。目前合成營成為基本的作戰單位，一般來說對于聯合作戰任務分解中的原子任務是合成營或者相當于合成營的作戰單位能夠直接執行的任務。但是，不同的指揮人員對任務分解粒度的要求不同，因此，合適的粒度成為一個動態的概念，叫變粒度。

2 基于擴展層次任務網絡的聯合作戰任務分解

2.1 層次任務網絡的基本原理

HTN規劃動作推理的基本思想是從初始任務網絡開始，依據方法集合進行遞歸分解將復合任務分解為越來越具體的子任務，并依據操作集合進行前序狀態更新來驗證原子任務的可行性，最終選擇和組織出一組完全由原子任務組成的任務執行序列。基于HTN任務分解的流程如圖1所示。

2.2 基于擴展層次任務網絡聯合作戰任務分解思路

基于擴展層次任務網絡對聯合作戰任務進行分解，主要是基于領域知識圖譜、相關模型數據庫，先聯合后軍種對聯合作戰任務進行分解。由于聯合作戰任務最后都要基于軍種任務去完成，而且聯合作戰任務分解的方法具有多樣性，因此，先進行聯合任務分解，而后再對分解到軍種的任務進行分解，分解思路如圖2所示。

2.3 聯合作戰任務知識圖譜構建

聯合作戰任務分解具有分解方法不確定，分解效果不確定的特點，構建知識圖譜支持聯合作戰任務分解能更好地消除不確定。

2.3.1聯合作戰任務分解框架知識圖譜構建

聯合作戰任務分解的不確定性來源于聯合和軍種作戰層面因作戰形式和指揮人員風格不同而造成分解結果不同。因此，針對聯合和軍種層面必須建立分解框架知識圖譜。根據作戰的實際情況，對作戰任務按作戰類型、作戰樣式、作戰空間、作戰軍種、作戰要素、作戰方向等進行分解，具體分解框架如圖3所示。

2.3.2作戰任務知識圖譜構建

作戰任務知識圖譜是構建作戰任務清單中的任務實體和任務與任務之間的關系。根據作戰任務清單將作戰任務按照任務層級進行分類，區分戰略任務、戰役任務、戰術任務;按照任務性質可以卻分為聯合任務、軍兵種任務等。根據任務之間的關系將任務與任務之間的關系區分為包含關系、順序關系、協同關系等。

2.3.3其他軍事知識圖譜融合

實現聯合作戰任務分解，不僅需要構建聯合作戰任務分解的專業知識圖譜，還需要與其他軍事知識圖譜進行融合。在知識圖譜融合上應重點與軍兵種、武器裝備、軍事戰例、軍事訓練、作戰規則、軍事法規政策等知識圖譜的融合。

構建針對聯合作戰任務分解的知識圖譜是一個復雜的系統工程。將構建的基于OWL本體語言描述的知識圖譜轉化為基于PPDL規劃語言的HTN規劃的領域知識，從而滿足擴展層次任務網絡分解的需要。其轉換過程如圖4所示。

3 任務分解流程

基于領域知識任務圖譜和任務分解模型，聯合作戰任務分解的具體算法流程如下：

1）輸入初始狀態S、初始任務網絡W以及初始分解方案P;

2）在任務網絡W中，按照任務執行順序選擇無前序任務t;

3）若待分解任務網絡W為空集，則表示任務分解完成，得到任務分解網絡W和分解方案P，否則繼續分解;

4）檢查任務t是否屬于為復合任務，若不是，則轉入步驟7）;

5）檢查復合任務是否滿足粒度要求，若是，則轉入步驟7）;

6）根據領域知識圖譜，選擇一種方法m對復合任務進行分解，方法不存在，則返回上次任務至步驟2），不能返回則任務分解失敗;若方法m存在則對復合任務分解成子任務，用子任務替代復合任務，并在任務網絡中剔除t，轉至步驟1）

7）判定任務t為原子任務或加簡單任務，則從待分解任務網絡w中移除任務t，然后轉入步驟1）。

作者簡介：

龔鵬程（1985-），男，1985年6月出生，漢族，湖北襄陽，碩士研究生，研究方向為防空兵作戰指揮。

鄧祁零（1987-），男，1987年1月出生，漢族，湖南祁陽，博士研究生，研究方向為軍事運籌與任務規劃。