基于分层任务网络的军事行动本体的行动序列推理方法与流程

[0001]
本发明涉及本体规划领域，具体涉及一种基于分层任务网络的军事行动本体的行动序列推理方法，利用分层任务网络规划的方式解决行动本体规划问题。


背景技术：

[0002]
本体是指挥信息系统与作战仿真系统语义互操作基础，面向决策的智能化作战行动过程动态生成与检验大多数是基于本体的。本体利用描述逻辑将军事作战形式化表述，形成军事作战领域的本体。
[0003]
信息化条件下的联合作战，作战计划的效率与质量影响着战争的成败，作战计划的制定受到国内外的关注。为了解决作战计划数据、信息、知识的一致性理解与互操作，根据战场的当前局面以及上级的命令，迅速的制定作战序列等问题，使其表示、生成和检验在一致的语义下进行，一般采用建立本体，然后利用本体推理的方式对本体进行推理得出结论的方式解决，本体的描述能力是足够强的，但是基于描述逻辑以及规则推理的推理算法主要是用空间换时间，然而存储区根据规则的条件于事实的数目成指数级增长，所以当规则与事实很多时，会耗尽系统资源。


技术实现要素：

[0004]
本发明为解决现有技术存在的不能很好的利用空间资源，并且本体构造复杂的问题，提出了一种基于分层任务网络的军事行动本体的行动序列推理方法。
[0005]
基于分层任务网络的军事行动本体的行动序列推理方法，首先建立规划行动本体的结构框架，然后根据框架构建相应的军事规划本体，提取规划问题以及规划域，利用htn规划器jshop2求解转化后的规划问题，最后得出行动序列；该方法由以下步骤实现：
[0006]
步骤一、建立规划行动本体的结构框架，根据结构框架构建军事规划本体；提取规划问题以及规划域；
[0007]
步骤一一、定义类和类的层次结构；
[0008]
在设计结构框架上，将军事类抽象为军事资源环境以及军事行动两类；
[0009]
将htn作为单独的类，分为规划领域和规划问题；
[0010]
步骤一二、构建数据属性；
[0011]
所述规划问题需要所有个体的状态，数据属性用于描述实例的部分状态；实例以及对应的数据属性就可以作为规划问题的一部分；
[0012]
步骤一三、构建对象属性；
[0013]
本体中定义的对象属性包括军事行动目标、子军事行动和前序状态；对象属性用于描述实例的状态，将实例以及对应的对象属性作为规划问题的一部分；
[0014]
搜索所有的实例个体，提取其对应的数据属性和对象属性，根据构建的数据属性和对象属性提取htn规划问题；
[0015]
步骤一四、分解总任务：
[0016]
a、根据当前任务的子军事行动属性的有无，判断当前任务是否是复合任务，如果有子军事行动属性，则说明是复合任务，分解当前任务，执行c；如果否，执行当前任务，执行c；
[0017]
b、再次随机选择一个任务，返回执行a，否则执行当前任务；执行之后转b；
[0018]
c、判断是否有任务还未处理，如果是，返回执行b；如果否，任务结束；
[0019]
htn的规划域是所有任务的集合，在总任务分解过程中提取htn的规划领域；
[0020]
步骤二、利用jena接口读取步骤一构建的军事规划本体，然后根据数据属性以及对象属性生成规划问题文件，根据总任务的分解过程生成领域文件；
[0021]
步骤三、采用htn规划器jshop2求解转化后的htn规划问题，获得行动序列。
[0022]
本发明的有益效果：本发明结合了本体的表达能力以及自动规划的规划能力两个领域的优点。
[0023]
在本发明中，引进了自动规划的方法，将本体推理军事作战序列转化为自动规划的问题，利用htn(分层任务网络)进行求解。利用本体可以描述当前作战情况，然后根据上级发出的作战任务利用htn(分层任务网络)进行规划得出作战序列，然后再下发给下级，为当下信息化作战提供了智能生成作战计划的一种新思路，将有利于部队能够迅速地做出符合上级目标的作战计划。
[0024]
本发明简化了行动本体的本体构建规模。将本体推理的问题转化为规划问题，为自动生成军事行动序列提供了一种新方法。利用分层任务网络的方法当前战争局面进行规划推理，更加有效的进行决策。
附图说明
[0025]
图1为本发明所述的基于分层任务网络的军事行动本体的行动序列推理方法中本体的定义原理图；
[0026]
图2为本发明所述的基于分层任务网络的军事行动本体的行动序列推理方法中类和类之间的层次结构图；
[0027]
图3为本发明所述的基于分层任务网络的军事行动本体的行动序列推理方法中行动的数据属性图；
[0028]
图4为行动类实例创建原理图；
[0029]
图5为任务分解图；
[0030]
图6为任务时序分解图。
具体实施方式
[0031]
具体实施方式一、结合图1至图6说明本实施方式，基于分层任务网络的军事行动本体的行动序列推理方法，本方法在构建军事行动本体时，概念是根据现有的军事概念构建，只是理论建模，所以不能完全准确的描述当前局面的实际现状。另外，由于考虑各种因素，军事行动涉及的因素太多，本实施方式为了便于htn进行规划，在提取行动的时候将行动前提条件和行动后果简化。由于本实施方式考虑的是引入htn进行规划，重点是得出规划的序列，所以对于实验样例进行简化并不影响本项目的进行。
[0032]
分层任务网络(htn)规划是一种人工智能(ai)规划技术，它突破了以往规划技术
的传统。该技术背后的基本思想包括初始状态描述，作为要实现的目标的初始任务网络，以及由原始和复合任务网络组成的领域知识。任务网络表示任务的层次结构。
[0033]
规划问题是通过一组任务来指定，任务可以是：原始任务，复合任务和目标任务。原始任务是指一个可以直接执行的动作；复合任务是一个复杂的任务，由部分有序的进一步任务组成，它们可以是原始的或抽象的；目标任务是需要满足条件/约束的任务。
[0034]
而在军事作战中，由上级给出目标任务指令，根据现有局面得出任务序列，所以任务序列中的动作就是htn的原始任务或是复合任务，上级给出的目标任务指令就是目标任务。
[0035]
所以把原有本体中的动作提取出来翻译成htn的任务形式。
[0036]
规划在本体中的定义，规划域就是htn的规划域，方法和动作分别是htn中的方法和动作。
[0037]
本实施方式的具体步骤为：
[0038]
一、创建规划本体的结构框架，根据结构框架构建军事规划本体，提取规划问题以及规划域；
[0039]
1、确定研究领域以及定义类和类的层次结构；
[0040]
由于引进了htn规划，所以需要将htn的相关概念也在本体中建立，对于一般的本体是针对某个领域抽象的定义本体，而该本体由于涉及htn，所以本体构建过程与常规的构建过程不同。对于军事上的一些专业知识是通过查阅材料，然后整合之后形成的。
[0041]
定义类和类之间的层次结构：
[0042]
由于军事分为军事资源与环境以及军事行动，所以首先在领域建模时将军事类抽象出两类分别是军事资源与环境以及军事行动。而军事行动是指该军队所能进行的所有行动比如攻占南滩，攻占北滩，抢滩登陆等。
[0043]
军事资源环境可分为部队资源和装备资源。部队资源包括步兵，炮兵等，装备资源是指护卫舰，歼轰机，导弹，炮弹雷达等现有军事装备资源。
[0044]
另外htn需要作为一个单独的类存在，htn需要规划域和规划问题，所以将htn类分为两类：规划领域以及规划问题。
[0045]
2、构建数据属性；
[0046]
数据属性用于描述一个类的特征，用于对类的实例进行赋值。由于军事行动的数据属性没有一个统一的标准，本发明通过查阅资料，用尽可能多的数据属性来描述军事行动，以达到准确描述现实生活中的行动的程度。
[0047]
首先，一个行动需要有开始时间，期望结束时间，行动地理位置以及行动目标，另外行动的执行有天气限制，以及资源限制。在这里天气主要考虑了风速，气压，降雨量，雾量。一旦风速超过限制，或是气压超过最大气压的话，行动是没办法执行的。而雾量会影响可见度，如果雾量超过限制也是会影响行动的执行，因为天气的变化会影响行动执行的效率以及成败与否，所以会有一个最差天气的界限。另外资源也对行动的执行有影响，如果参战人员不符合参战对象的话，行动同样无法展开。
[0048]
行动的数据属性如图3；装备的数据属性主要是装备的数量，装备的性能等；部队的数据属性主要是部队的种类，部队的数量等。
[0049]
3、构建对象属性；
[0050]
对象属性主要是描述事物之间的外部联系，在本体中描述类与类之间，类与实例之间，实例与实例之间的关系的属性。本体中定义了9个对象属性：
[0051]
军事行动目标，用于记录一个行动实例的目标是什么。
[0052]
军事行动所需资源，用于记录一个行动实例的执行所需的资源。
[0053]
军事行动所需军事力，用于记录一个行动实例的执行所需要的部队。
[0054]
先于，用于记录两个行动之间的先后关系。
[0055]
子军事行动，用于子类对父类的继承。
[0056]
目标状态，用于记录行动执行完后的状态变化。
[0057]
实现目标的军事行动，用于记录某个状态可以由哪些行动实现。
[0058]
使用该资源的军事行动，用于记录某些资源在什么行动中使用。
[0059]
使用该军事力量的军事行动，用于记录某些部队在什么行动中使用。
[0060]
利用这9个对象属性将本体联系起来，形成一个整体，用于描述当前的所有状态。
[0061]
4.总任务分解：
[0062]
a、判断当前任务是否是复杂任务，如果是，分解当前任务，如果不是执行该任务。
[0063]
b、选择一个任务，如果是复杂任务转a，否则执行当前任务。执行之后转b。
[0064]
c、判断是否有任务还未处理，如果有转b。
[0065]
d、任务分解结束。
[0066]
二、利用jena接口读取建立的本体，然后根据数据属性以及对象属性生成规划问题文件，根据任务分解过程生成领域文件。在htn规划中，规划系统从初始的世界状况开始，其目标是创建执行一组任务的计划(需要完成的事情的抽象表示)。htn计划是通过减少问题来完成的：计划者将任务递归地分解为子任务，并在到达可以由计划操作员直接执行的原始任务时停止。为了告诉计划者如何将非原始任务分解为子任务，它需要一组方法，其中每种方法都是一种架构，用于将特定类型的任务分解为一组子任务(前提是满足某些前提条件)。对于每个任务，可能有不止一种适用的方法，因此有不止一种将任务分解为子任务的方式。规划人员可能必须先尝试其中几种分解方法，然后才能找到可以在较低水平解决的分解方法。与经典规划不同，htn规划是图灵完备的。
[0067]
三、利用htn规划器jshop2进行规划；
[0068]
jshop2是分层任务网络的常用的规划器，但是只有规划问题才能使用，本发明把本体中的行动本体推理行动序列问题转化成了规划问题，并且生成了符合jshop2规范的规划域与规划问题。利用提取的规划域文件以及规划问题文件进行规划得出行动序列。
[0069]
规划域文件包括原始任务和复合任务的定义，规划问题文件是提取与问题相关的概念及其实例。利用jshop2规划器可以得出相应的军事行动序列。
[0070]
具体实施方式二、结合图4至图6说明本实施方式，以某次军事反水面作战过程为例。上级发出的指令是攻占南滩和北滩以及高地。
[0071]
1、为已经创建好的本体框架创建实例；
[0072]
行动本体中行动类实例的创建是重点，其他类的实例根据实际情况创建。行动实例创建图4所示。
[0073]
行动类实例创建，所有计划的行动过程可以分为三个任务。每个任务中有一些动作：攻占高地，攻占北滩，攻占南滩，每个阶段再分成几个简单任务。攻占高地可以分成攻击
雷达,攻击雷达,攻击第一个工事，攻击第二个工事，第一个部队登陆高地，第二个部队登陆高地。攻占北滩可以分为近面水战，摧毁地对地导弹发射器，第一个部队登录北滩，第二个部队登录北滩,攻击敌方炮兵，攻击敌方炮兵。攻占南滩阶段分为排雷,排雷,反潜作战，攻击装甲兵,第一个部队登录南滩，第二个部队登录南滩,攻击敌方炮兵，攻击敌方炮兵。完成这三个阶段目标，就完成了最终目标。行动分解图如图5；
[0074]
2、关联化(用prot
é
g
é
建模)
[0075]
将上述建立的本体在prot
é
g
é
中建模。
[0076]
3、提取规划域和规划问题文件
[0077]
通过上述第二步建立的行动分解得到的分层，形成htn的时序任务分层图如图6，复合任务的分层过程如下，虚线箭头限制时序：
[0078]
由于这三个任务不能同时完成，有时序限制，
[0079]
任务分解过程如下：
[0080]
step1.首先是有一个总任务，总任务是复杂任务，然后将总任务分为三个任务：攻占高地，攻占北滩，攻占南滩；
[0081]
step2.选择攻占高地任务，当前任务是攻占高地不是简单任务，转step1，当前任务是复杂任务，需要分解为攻击雷达，攻击工事，登陆三个子任务。
[0082]
转step2.选择攻击雷达，该任务是简单任务，执行该任务；
[0083]
转step2，选择攻击工事，该任务是简单任务，执行该任务；
[0084]
转step2，选择登陆高地，该任务是简单任务，指定该任务；
[0085]
转step2，选择攻占北滩，该任务是复杂任务；
[0086]
转step1,当前任务是复杂任务，将攻占北滩分解为近面反水面战，摧毁地对地导弹发射器，登陆北滩，攻击敌方炮兵；
[0087]
转step2,选择近面反水面站，该任务是简单任务，执行该任务；
[0088]
转step2,选择摧毁地对地导弹发射器，该任务是简单任务，执行该任务；
[0089]
转step2,选择登陆北滩，该任务是简单任务，执行该任务；
[0090]
转step2,选择攻击敌方炮兵，该任务是简单任务，执行该任务；
[0091]
转step2,选择攻占南滩，该任务是复杂任务；
[0092]
转step1,当前任务是复杂任务，将攻占南滩分解为排雷，反潜作战攻击装甲兵，登陆南滩，攻击敌方炮兵；
[0093]
转step2,选择排雷，该任务是简单任务，执行该任务；转step2,选择反潜作战，该任务是简单任务，执行该任务；
[0094]
转step2,选择攻击装甲兵，该任务是简单任务，执行该任务；
[0095]
转step2,选择登陆南滩，该任务是简单任务，执行该任务；
[0096]
转step2,选择敌方炮兵，该任务是简单任务，执行该任务；
[0097]
step3.没有任务可选；
[0098]
转step4，结束任务分解。
[0099]
本实施方式中，所有的概念以及实例建立完成之后，就是分层任务网络的规划任务了，由于htn的概念在本体中建模，所以可以利用jena(基于java的语义网应用框架)直接提取规划域，但规划问题需要分析本体进行提取。将所有与问题相关的实例都要判断一遍，
形成规划问题文件。