工程裝備修理分隊戰場搶修行動仿真建模研究

曹寧，翟仕奇，陳文兵，曾擁華

（1.陸軍工程大學研究生院；2.陸軍工程大學野戰工程學院，江蘇 南京 210000）

工程裝備戰場搶修行動隨著戰場環境的動態變化而不斷變化，是一個非常復雜的過程，難以用高度程序化的數學模型描述相關問題。傳統的仿真模型，受建模方法和應用層次等多方面因素的影響，在反映微觀現象與宏觀現象之間的內在聯系，體現不同角色的智能性等方面差距較大、仿真度不高，難以解決部隊作戰和訓練的實際問題。

1 基于agent的建模方法

Agent是當前計算機科學領域中一個重要概念，其在計算機領域的研究和應用，源于20世紀70年代美國麻省理工學院(MIT)研究人員開展的一系列關于分布式人工智能(Distributed Artificial Intelligent, DAI)的研究。目前，基于Agent的作戰建模已經在作戰指揮、情報信息獲取、航空兵作戰仿真，防空作戰仿真等領域獲得了廣泛的應用。其基本著眼點是：一個復雜作戰系統的全局行為，是從系統低層次上組成元素的交互行為中產生的，通過對這些元素建模，對它們的行為進行仿真，觀察模型在仿真過程中表現出來的整體涌現性行為，就能夠獲得對原型系統的認識。因此，可以采用自下而上(Bottom-up)或者自上而下(Up-bottom)的建模思路，通過模擬原型系統組織框架結構，將系統內部組元直接映射成相應的職能Agent，把這些組元所具有的資源、知識、目標、能力等作為Agent自身屬性進行封裝，用Agent刻畫作戰系統中的各個單元(個體)，描述戰爭系統中的各種微觀行為，就能實現對戰場高度動態的復雜系統進行仿真。

2 工程裝備修理分隊戰場搶修的基本任務及流程

工程裝備戰場搶修的基本任務是綜合運用多種方式及技術手段，迅速恢復戰損工程裝備的技術性能和作業能力，保障工程裝備保持持續戰斗力，順利投入作戰運用。工程裝備修理分隊通常在上級作戰編成內，加強部分專業力量，在裝備保障指揮機構統一指揮下，遂行裝備技術保障任務，本文主要研究戰斗實施階段的搶修行動，基本流程如圖1所示。

圖1 工程裝備修理分隊戰場搶修行動流程圖

3 工程裝備修理分隊戰場搶修行動模型構建

下面運用基于Agent的建模方法，首先分析原型系統的元素構成，再以搶修兵力Agent為例，設計模型系統的中實體Agent結構模型，并描述個體Agent的基本行為規則。

3.1 模型系統構成元素分析

工程裝備戰場搶修行動模型系統復雜，既有靜態元素，又有動態元素，具體分析如下。

（1）戰場環境。戰場環境是影響戰場搶修行動的重要因素，主要包括地形環境、水文氣象、電磁環境和社情環境等多種要素，是進行作戰行動模擬仿真的基礎條件。

（2）搶修力量。執行搶修行動的主體和物質基礎，主要包括兵力、裝備兩個方面。搶修兵力，包括修理分隊指揮員、工程師、技師和各類專業修理工等；搶修裝備，包括各型戰場搶救車、工程修理車、修理方倉、故障診斷設備、檢測儀器、移動電站、拖平車和修理機工具。

（3）搶修對象。在戰場上執行任務損壞的工程裝備，包括渡河橋梁、軍用工程機械、地雷爆破偽裝裝備、工程偵察與指揮和相關保障裝備等6大類工程裝備，軍械、裝甲、通用車輛等裝備搶修不予考慮。

（4）搶修方式。維修保障力量對故障裝備實施搶修，主要方式有陣地搶修、伴隨修理、巡回修理、定點修理和后送修理，常用技術手段有換件修理、拆拼修理、原件修理和應急修理。

（5）基本行為。戰場搶修行動由指揮決策、機動展開、修理作業、任務轉換等基本行為組合完成，其中，裝備搶修指揮、開設（撤收）野戰修理所、裝備損傷評估、裝備搶修作業等是關鍵環節。

3.2 工程裝備戰場搶修兵力Agent結構模型

Agent是對系統組成元素的抽象模擬，其粒度決定了模型系統的仿真度，實體Agent主要包括感知、通信、動作規則、學習、響應等幾個組件，下面以幾類典型實體Agent為例，進行模型結構分析。

（1）修理連長Agent。模擬連指揮員的決策指揮行為,一是能夠通過接收上級指令或從作業條件中接收裝備搶修任務；二是能夠動態感知戰場態勢綜合信息，依據規則作出相應的判斷及反應；三是自主進行搶修力量編組、搶修任務分配和生成搶修行動方案；四是能夠適時發出相應指令，指揮協調其他Agent行動，模型如圖2所示。

圖2 修理連長Agent模型結構圖

（2）修理排長Agent。模擬排長的決策指揮行為，一是能夠接收并執行連指揮Agent的指令，自主分配搶修任務；二是能夠動態感知本分隊保障方向或保障單位的戰場信息變化，依據行動規則作出反應；三是能夠測算完成搶修任務所需的作業力，針對不同裝備損傷情況，確定搶修方式；四是能夠根據戰場環境變化，指揮協調所屬搶修力量Agent完成裝備搶修業務，模型如圖3所示。

圖3 修理排長Agent模型結構圖

（3）修理班(組)長Agent。模擬班(組)長在裝備搶修行動中的行為，一是能夠接收并執行連或排Agent指令；二是能夠動態感知本班(組)所在區域的戰場信息變化，依據上級命令或自主作出反應；三是能夠測算裝備搶修所需器材工具及時間，自主優化不同類型受損工程裝備搶修的技術方案；四是能夠根據所在區域的戰場環境變化，指揮本班（組）專業修理工Agent完成裝備搶修任務，模型如圖4所示。

圖4 修理班（組）長Agent模型結構圖

（4）修理工(技師)Agent。模擬專業修理工、修理技師的行為，一是能夠接收并執行上級決策Agent的指令，依據上級命令或自主作出反應；二是能夠對本專業范圍內受損裝備進行檢查，依據指令或自主選擇裝備搶修方法和技術手段；三是能夠根據所處區域的戰場環境變化和與其他Agent的信息交互，協同其他個體修理Agent完成裝備搶修作業，模型如圖5所示。

圖5 修理工（技師）Agent模型結構圖

3.3 個體Agent基本行為規則

工程裝備戰場搶修行動模型是典型的多Agent系統，個體Agent間的交互必須依據模擬對象的行為特點，遵守相應的軍事規則，所構建的模型系統才能反映出系統原型的特性。

（1）信息交互方式。①個體Agent的初始狀態，由作業初始條件賦予，其狀態信息隨戰場環境變化自主實時調整，在規定的步長內發布最新的狀態信息；②按照隸屬或指揮關系層級進行信息傳遞，除特定設置外，通常只與直接上下級通信；③位置關系必須滿足通信距離要求，任務地點超出相應類型個體Agent的通信能力，信息無法傳遞；④信息表達采取統一的標準化格式，主要包括單位、時間、位置、狀態、任務、方式等信息；⑤指令按照優先級等級執行，人在環境指令優先執行，其他按照指揮層級優先執行高一級指揮員的指令。

（2）指揮決策行為。指揮實體Agent通常按照：先保障主要攻擊方向，后輔助攻擊方向，先指揮裝備和戰斗裝備，后保障裝備和其他裝備，先重、大、新裝備，后其他裝備的原則，確定搶修方式，然后賦予距受損裝備最近、具備相應保障能力的實體Agent相關任務，“實時”指揮搶修實體Agent展開搶修作業。

（3）開設野戰修理所。連指揮Agent綜合分析作戰區域內地幅、植被、道路、水源、距待修裝備距離以及敵情威脅等因素后，選擇野戰修理所位置，上報批準后，相關Agent按照分工，完成野戰修理所各功能區域的開設。

（4）工程裝備損傷評估。通常由技術偵察組完成，確定裝備損傷部位、程度，計算完成搶修任務所需作業時間，初步確定損傷修復的先后順序、所需保障資源，修復后工程裝備的能力和使用限制等。

（5）展開搶修作業。各專業修理Agent協同作業，主要步驟為：接收待修工程裝備，實施故障檢查，確定損傷部位，判斷損壞程度，計算搶修要素，確定搶修方法和手段，實施搶修作業，檢驗搶修效果。

4 結語

鑒于戰時工程裝備戰場搶修行動建模的復雜性和抽象性，本文嘗試運用基于Agent的建模方法，分類構建了實體Agent模型，并對Agent模型的行為規則進行了描述。下一步，仍需在Agent交互規則、通信網絡構建、模型系統的程序開發等方面作深入的研究，以開發出更加逼真實用的工程裝備戰場搶修行動仿真訓練系統。