一种任务模型驱动的无人集群指挥控制模拟方法与流程

1.本发明属于无人集群指挥控制技术领域，更具体地，涉及一种任务模型驱动无人集群指挥控制模拟方法。


背景技术：

2.随着新军事变革的迅猛发展，人类战争正在向信息化战争形态发展，战争无人化成为重要的发展趋势之一，将扩展有人平台的作战能力，成为信息化、网络化战争的重要节点，改变传统战争模式。目前，无人系统经过几十年的发展，已经进入快速发展期。在信息技术、控制技术等关键技术发展的推动下，无人装备的控制方式向自主方向发展、作战模式向系统协同方向发展、作战任务向火力打击发展、体系结构向模块化、通用化方向发展。其作战应用的范围从侦察监视、通信中继等作战辅助向全领域拓展，无人作战时代即将来临。
3.对无人系统而言，其重要之处一方面在于与有人系统的协同作战能力；另一方面在于集群作战能力。目前，面临高度对抗性、高度不确定性、高度动态性的战场环境，无人系统的作战样式已逐步从单平台作战向有人或无人协同、无人集群作战方向发展。
4.面向当前及未来的无人装备发展趋势、集群作战应用需求，开展无人集群指挥控制业务流程及其关键技术研究是非常必要和紧迫的，可使各类无人平台间及其与各类有人平台有机融合，有利于进一步发挥、提升体系作战的整体效能。
5.对于无人集群指挥控制业务流程及其关键技术研究，建模与仿真是具有天然优势的有效手段。通过对于无人集群装备以及作战行动的建模与仿真，可以在虚拟的环境中验证与改进集群协同指挥控制业务流程及其关键技术，并通过“虚拟实践”的方式探索面向不同使命任务的无人集群的最佳作战运用样式，可为无人集群装备研制、使用模式探索等提供有效支撑。
6.但通过分析无人集群作战理论与应用、无人集群作战建模与仿真两方面的研究情况，尚与实战化应用场景下的无人集群体系对抗模拟需求存在一些差距：1)多面向单个指挥控制功能或单个关键技术问题开展建模与仿真，如：自组网技术、编队控制技术、任务分配技术，缺乏全流程的无人集群体系对抗指挥控制模拟；2)无人集群行动模型与仿真过于简化，无法有效仿真无人集群群间、群内及个体自主能力行为；3)无人集群多层次指挥控制下的体系对抗建模与仿真研究不够深入。因此，现有无人集群指挥控制模拟方案，难于有效支撑典型对抗任务场景下的无人集群任务能力、指挥控制能力验证及效果演示。


技术实现要素：

7.面向典型对抗任务场景下的无人集群任务能力、指挥控制能力验证及效果演示应用需求，实现一种无人集群指挥控制模拟方法，在业务层面上，具备实现从编队协同决策、任务编组协同决策到无人平台自主控制的无人集群多层指挥控制的业务流程和功能模拟能力，达成“平台无人、系统有人”的无人集群协同作战效果模拟；在技术层面上，具备多级指控业务扭转自动化、指挥决策智能化能力，避免复杂的人工操作，方便多组多次试验开
展。
8.为实现上述目的，本发明提供了一种任务模型驱动的无人集群指挥控制模拟方法，包括：
9.(1)建立通用化的任务模型，基于通用化的任务模型，分别建立编队级任务模型、编组级任务模型和平台级任务模型；
10.(2)分别实现从编队协同决策、任务编组协同决策到无人平台自主控制的无人集群多层指挥控制的业务流程和功能模拟，并基于编队级任务模型、编组级任务模型和平台级任务模型，驱动多级指控业务扭转自动化，指挥决策智能化，实现多域任务场景下的有人或无人协同决策，无人机群、无人艇群、无人水下航行器群群间及群内协同控制。
11.在一些可选的实施方案中，步骤(1)包括：
12.(1.1)基于模型基础信息、任务基本信息、任务基础参数、任务业务参数及任务规划参数，建立通用任务模型；
13.(1.2)按不同的任务层级及任务内容，实例化通用任务模型，以形成相应的编队级任务模型、无人编组级任务模型或无人平台级任务模型。
14.在一些可选的实施方案中，步骤(2)包括：
15.(2.1)分别实现编队、无人编组、无人平台级指挥控制业务流程和功能模拟，包括任务计划互通、情报处理、指挥决策、指挥控制及任务管理等功能，生成无人平台任务指令或操控指令，控制无人平台执行任务；
16.(2.2)基于编队级任务模型、编组级任务模型和平台级任务模型，驱动多级指控业务扭转自动化，指挥决策智能化实现多域任务场景下的有人或无人协同决策，无人机群、无人艇群、无人水下航行器群群间、群内协同控制。
17.在一些可选的实施方案中，步骤(2.2)包括：
18.(2.2.1)接收并解析指挥控制流程及功能模拟推送的任务计划，自动按任务计划和任务规划模型，设置任务基本信息中的任务目标、任务开始时间、紧前任务、任务结束时间项；设置任务业务参数中的任务区域和目标清单项，形成可执行的本级任务；或驱动指挥控制流程及功能模拟通过人机交互界面引导、辅助人工设置相关信息，形成可执行的本级任务；
19.(2.2.2)形成可执行的本级任务后，基于任务基本信息和任务业务参数，以及指挥控制流程及功能模拟推送无人集群和目标态势信息，自动管理并控制任务规划及执行状态，包括：任务预先规划、任务开始控制、任务实时规划、任务结束判断，并推送任务执行状态信息至指挥控制流程及功能模拟的任务管理功能模块。
20.在一些可选的实施方案中，步骤(2.2.2)包括：
21.(2.2.2.1)任务预先规划：根据任务业务参数和任务规划参数设置，判断是否需要执行任务预先规划，若需要，则按照关联的预先规划方法，基于指挥控制流程及功能模拟推送的初始态势，自动执行任务预先规划，并推送结果至指挥控制流程及功能模拟的指挥决策功能模块，支持人工确认或修改预先规划方案后按需下发，若预先规划生成子任务，下发后驱动下级任务规划，直至无人平台任务级；
22.(2.2.2.2)任务开始控制：根据任务基本信息中的任务开始条件设置，自动监视判断任务是否开始执行，若开始，推送任务开始信息至指挥控制流程及功能模拟的任务控制
和任务管理功能模块，按需下发指令驱动无人平台执行任务，并更新任务状态；
23.(2.2.2.3)任务实时规划：根据任务业务参数和任务规划参数设置，以及指挥控制流程及功能模拟推送无人集群、目标态势信息，自动按需触发任务实时规划、任务重规划，并推送结果至指挥控制流程及功能模拟的指挥决策功能模块，支持人工确认或修改预先规划方案后按需下发，若实时规划、任务重规划生成子任务指派，下发后驱动下级任务指挥控制，直至无人平台任务级；
24.(2.2.2.4)任务结束判断：根据任务基本信息中的任务结束条件设置，自动监视判断任务是否结束，若结束，自动根据任务基本信息中的任务成功标准，评估任务执行效果，推送至指挥控制流程及功能模拟的指挥决策和任务管理功能模块，更新任务状态。
25.在一些可选的实施方案中，所述通用任务模型包括：模型基础信息、任务基本信息、任务业务参数及任务规划参数，所述模型基础信息包括任务域、任务类型、任务层级、子任务集或序列及任务描述项，所述任务基本信息包括任务目标、任务开始时间、紧前任务、任务结束时间、任务成功标准、任务开始条件、任务结束条件项，所述任务业务参数包括任务样式集、任务区域、目标清单及任务资源需求项，所述任务规划参数包括任务规划规则、流程项，及关联的所需任务规划方法或指令集。
26.在一些可选的实施方案中，所述子任务集或序列，编队级子任务对应为编组级任务，编组级子任务对应为无人平台级任务，编队级协同决策时触发子任务，自动生成无人编组任务，驱动编组级协同决策；编组级协同决策触发子任务，自动生成无人平台任务，驱动无人平台自主控制，实现多级指控业务扭转自动化。
27.在一些可选的实施方案中，所述任务层级包括编队级、编组级和平台级，所述任务资源需求项包括任务能力及指数需求、任务平台类型或型号及数量需求和任务载荷类型或型号及数量需求，任务资源需求应按任务样式、子任务分别设置需求。
28.在一些可选的实施方案中，所述任务规划参数包括任务规划规则、流程项，及关联的任务规划方法和指令集，通过任务规划参数设置了该任务规划的逻辑流程和方法，其中，任务规划包括预先规划和实时规划两个阶段；任务规划逻辑流程采用行为树、状态机或工作流方式；在规划逻辑流程上按需关联所需的任务规划方法或指令集，任务规划方法包括：任务分解、任务分配、目标分配、任务载荷规划、指挥关系规划、通信网络规划和任务航路规划方法，不同任务层级(编队、编组、平台)、不同任务(侦察、打击、保障等)，将设置不同的任务规划规则、流程及关联的任务规划方法，以支撑不同任务的智能化决策需求。
29.在一些可选的实施方案中，所述任务编组协同决策能够实现一个或多个节点，按任务域、无人集群类型分别创建不同节点，所述无人平台自主控制能够实现一个或多个节点，按无人平台数量分别创建不同节点。
30.在一些可选的实施方案中，任务驱动的指挥决策模拟，将基于编队级任务模型、无人编组级任务模型和无人平台级任务模型分别为模拟的编队、编组、无人平台节点创建一一对应的任务驱动实例。
31.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
32.本发明面向典型对抗任务场景下的无人集群任务能力、指挥控制能力验证及效果演示应用需求，采用通用化的任务模型和运行机制设计，驱动从编队协同决策、任务编组协
同决策到无人平台自主控制的全流程指挥控制模拟，实现多域任务场景下的有人或无人协同决策，无人机群、无人艇群、无人水下航行器群群间、群内协同控制，达成“平台无人、系统有人”的无人集群协同作战的优势互补及集群涌现效果的模拟；同时，实现多级指控业务扭转自动化、指挥决策智能化能力，避免复杂的人工操作，方便多组多次试验开展。
附图说明
33.图1是本发明实施例提供的一种方法的流程图；
34.图2是本发明实施例提供的一种通用任务模型图；
35.图3是本发明实施例提供的一种一个编组级任务模型图；
36.图4是本发明实施例提供的一种一个任务驱动下编组级协同决策流程的示意图。
具体实施方式
37.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
38.本发明公开了一种任务模型驱动的无人集群指挥控制模拟方法，具体包括：任务模型构建和无人集群指挥控制模拟两大步骤，本发明采用通用化的任务模型和运行机制设计，驱动从编队协同决策、任务编组协同决策到无人平台自主控制的全流程指挥控制模拟，实现多域任务场景下的有人或无人协同决策，无人机群、无人艇群、无人水下航行器群群间、群内协同控制，达成“平台无人、系统有人”的无人集群协同作战的优势互补及集群涌现效果的模拟；同时，实现多级指控业务扭转自动化、指挥决策智能化能力，避免复杂的人工操作，方便多组多次试验开展。
39.总体流程如图1所示，构建从编队协同决策、任务编组协同决策、有人平台远程指挥指控，到无人平台自主控制的无人集群多层指挥控制的业务流程和功能模拟环境，该环境具备业务流程完备、运行自动、决策智能的特点，可支撑典型对抗任务场景下的无人集群任务能力、指挥控制能力验证及效果演示。其中，任务模型构建包括：通用任务模型构建和各级任务模型构建两个步骤；无人集群指挥控制模拟包括：指挥控制流程及功能模拟和任务驱动的指挥决策模拟两个子步骤。
40.以一个编队级无人集群指挥控制模拟为例(编队包含三个任务域(编队级)，分别记为任务域1中包含一个无人机群任务任务域2中包含一个无人机群任务(编组级)、一个无人艇群任务(编组级)，分别记为任务域3中包含一个无人机群任务(编组级)、一个无人艇群任务(编组级)、一个无人水下航行器群任务(编组级)，分别记为每个无人机、无人艇、无人水下航行器均包含一个或多个无人平台级任务。特别地，实例中编组级、平台级任务数量、类型均不是预先设计的，编组级是编队任务驱动下生成的、平台级任务是在编组级任务驱动下生成的，本实例中的任务及数量设置仅是一种结果示意)，详细阐述本发明技术方案如下：
41.(1)任务模型构建
42.建立通用化的任务模型；基于通用化的任务模型，分别建立编队级任务模型、编组级任务模型和平台级任务模型。
43.a.通用任务模型构建：基于模型基础信息、任务基本信息、任务基础参数、任务业务参数、任务规划参数，建立通用任务模型，具体内容如图2所示：
44.a)模型基础信息：包括任务域、任务类型、任务层级、子任务集或序列、任务描述项。
45.i.任务域：标识任务所属的业务领域，可按业务类型，自定义设置一个或多个任务域，供各级任务模型构建时选择。
46.ii.任务类型：标识任务类型，各级任务模型构建时自定义设置，任务类型需保证唯一性。
47.iii.任务层级：标识任务层级与指挥控制层级对应，包括编队级、编组级和平台级三种类型，供各级任务模型构建时选择。
48.iv.子任务集或序列：标识下级任务集或序列，必须为下级支持的任务；若设置的是任务序列，需包括并行或串行的时序关系。
49.v.任务描述项：任务信息简介，使用任意文本描述。
50.b)任务基本信息：包括任务目标、任务开始时间、紧前任务、任务结束时间、任务成功标准、任务开始条件、任务结束条件项。设置后用于任务自动起、止判断和任务效果评估。
51.i.任务目标：任务目标简介，使用任意文本描述。
52.ii.任务开始时间：任务开始的绝对时间。
53.iii.紧前任务：设定某任务结束后本任务开始。
54.iv.任务结束时间：任务结束的绝对时间或相对时间。
55.v.任务成功标准：设置判断任务完成的标准，按指标及指标值设置任务完成的判断标准，支持一项或多项指标判断。
56.vi.任务开始条件：设置任务开始的判断条件，支持按时间、按前置任务、按目标事件等条件触发任务开始。
57.vii.任务结束条件：设置任务结束的判断条件，支持按事件、按任务层功能、按任务资源不足、按目标事件等条件触发任务结束。
58.c)任务业务参数：包括任务样式集、任务区域、目标清单、任务资源需求项，用于任务规划解算。设置后用于任务规划解算。
59.i.任务样式集：设置支持的任务样式，各级任务模型构建时，自定义设置。
60.ii.任务区域：设置任务执行的空间区域，各级任务实例化时，自定义设置。
61.iii.目标清单：设置任务执行时的敌方目标清单，各级任务实例化时，自定义设置。
62.iv.任务资源需求项：设置执行任务的资源需求，支持按任务能力及其指数、任务平台类型或型号及其数量和任务载荷类型或型号及数量三种模式中的一种或多种设置资源需求；任务资源需求应按任务样式、子任务分别设置。设置后形成可执行的任务规划程序。
63.d)任务规划参数：包括任务规划规则、流程项，及其关联的所需任务规划方法或指令集。候选各级任务模型构建时不同任务层级(编队、编组、平台)、不同任务(侦察、打击、保
障等)，将设置不同的任务规划规则、流程及关联的任务规划方法，以支撑不同任务的智能化决策需求。
64.i.任务规划规则、流程项：可采用行为树、状态机或工作流方式设置任务规划的逻辑流程，支持任务规划包括预先规划和实时规划两个阶段。
65.ii.关联的所需任务规划方法或指令集：在规划逻辑流程上按需关联所需的任务规划方法或指令集，任务规划方法包括：任务分解、任务分配、目标分配、任务载荷规划、指挥关系规划、通信网络规划和任务航路规划方法。
66.b.各级任务模型构建：按不同的任务层级及任务内容，实例化通用任务模型，以形成相应的编队级任务模型、无人编组级任务模型或无人平台级任务模型。本实施例中，仅以一个编组级任务模型tgm(1、x)为例(该任务模型实例化后生成无人机群任务)，具体内容见图3所示，阐述各级任务模型构建如下：
67.a)模型基础信息实例化：根据当前任务，填写任务域、任务类型、任务层级、子任务集或序列、任务描述项信息。本实施例中，编组级任务模型tgm(1、x)的任务域设置为1、任务类型设置为x，任务层级设置为编组级、子任务序列设置为包含三个顺序执行的子任务a1→
a2→
a3，任务描述缺省。
68.b)任务基本信息实例化：根据当前任务，填写任务成功标准、任务开始条件、任务结束条件项信息。本实施例中，编组级任务模型tgm(1、x)的开始条件设置为基于时间、结束条件设置为任务完成或，任务成功标准设置为达到任务指标p的要求。
69.c)任务业务参数实例化：根据当前任务，填写任务样式集和任务资源需求项；本实施例中，设置任务样式为独立执行、协同执行两种样式；分别按子任务a1、a2和a3设置任务资源需求，a1资源需求为具备执行任务a1的能力，且为空中平台；a2资源需求为具备执行任务a2的能力，且配备载荷l；a3资源需求为具备执行任务a3的能力。
70.d)任务规划参数实例化：根据当前任务，设置任务规划规则、流程，并配置流程上所需任务规划方法或指令集。本实施例中，设置任务规划流程包括预先规划和实时规划两个阶段，其中预先规划包括任务资源分配和航路规划两个子阶段，实时规划仅包括任务指派。根据任务规划流程特点，选择状态机驱动任务流程推进，并设置转化条件为：接收上级任务后执行预先规划、任务执行中若发现目标触发实时规划。最后，依次为规划活动关联规划模型，包括：任务资源分配模型、初始航路规划模型和实时任务指派模型。
71.(2)无人集群指挥控制模拟
72.分别实现从编队协同决策、任务编组协同决策到无人平台自主控制的无人集群多层指挥控制的业务流程和功能模拟；并基于编队级任务模型、无人编组任务模型和无人平台级任务模型，驱动多级指控业务扭转自动化，指挥决策智能化，实现多域任务场景下的有人或无人协同决策，无人机群、无人艇群、无人水下航行器群群间、群内协同控制，达成“平台无人、系统有人”的无人集群协同作战的优势互补及集群涌现效果的模拟。具体流程如图4所示。
73.a.指挥控制流程及功能模拟：分别实现编队、无人编组、无人平台级指挥控制业务流程和功能模拟，包括任务计划互通、情报处理、指挥决策、指挥控制、任务管理等功能，生成无人平台任务指令或操控指令，控制无人平台执行任务。本实施例中，包含一个编队指挥
控制模拟节点，在三个任务实例驱动下实现编队三个任务域的指挥决策；包含六个编组指挥控制模拟节点，在六个任务实例驱动下实现六个编组级任务的指挥决策；根据六个编组任务资源需求，实现一一对应的无人平台自主控制模拟节点，在各子平台级任务实例驱动下实现平台行为控制模拟。
74.b.任务驱动的指挥决策模拟：基于编队级任务模型、无人编组任务模型和无人平台级任务模型，驱动多级指控业务扭转自动化，指挥决策智能化实现多域任务场景下的有人或无人协同决策，无人机群、无人艇群、无人水下航行器群群间、群内协同控制。本实施例中，以编组级任务模型tgm(1、x)实例化后的任务为例，阐述任务驱动对应无人机群编组级指挥决策的实现方案如下：
75.a)响应上级任务：接收并解析指挥控制流程及功能模拟推送的任务计划自动按任务计划、任务规划模型，设置任务基本信息中的任务目标、任务开始时间、紧前任务、任务结束时间项；设置任务业务参数中的任务区域、目标清单项，形成可执行的本级任务或驱动指挥控制流程及功能模拟通过人机交互界面引导、辅助人工设置相关信息，形成可执行的本级任务由此，本实施例中编组级、平台级任务数量、类型均不是预先设计的，编组级是编队任务驱动下生成的、平台级任务是在编组级任务驱动下生成的。
76.b)任务执行控制：形成可执行的任务后，基于任务基本信息和任务业务参数，以及指挥控制流程及功能模拟推送无人集群、目标态势信息，自动管理并控制任务执行状态，包括：任务预先规划、任务开始控制、任务实时规划、任务结束判断，并推送任务执行状态信息至指挥控制流程及功能模拟的任务管理模块。
77.i.任务预先规划：根据任务业务参数和任务规划参数设置，判断是否需要执行任务预先规划。若需要，按照其关联的预先规划方法，基于指挥控制流程及功能模拟推送的初始态势，自动执行任务预先规划，并推送结果至指挥控制流程及功能模拟的指挥决策模块，支持人工确认或修改预先规划方案后按需下发。若预先规划生成子任务，下发后即可驱动下级任务规划，直至无人平台任务级。本实例中，根据tgm(1、x)设置，依次执行任务资源分配和初始航路规划，发送规划结果至指挥控制流程及功能模拟，驱动本级任务执行。
78.ii.任务开始控制：根据任务基本信息中的任务开始条件设置，自动监视判断任务是否开始执行。若开始，推送任务开始信息至指挥控制流程及功能模拟的任务控制和任务管理模块，按需下发指令驱动无人平台执行任务，并更新任务状态。本实例中，根据任务基于时间开始的条件，按照任务实例化时设置的任务开始时间，自动控制任务开始并更新任务状态至指挥控制流程及功能模拟。
79.iii.任务实时规划：根据任务业务参数和任务规划参数设置，以及指挥控制流程及功能模拟推送无人集群、目标态势信息，自动按需触发任务实时规划、任务重规划，并推送结果至指挥控制流程及功能模拟的指挥决策模块，支持人工确认或修改预先规划方案后按需下发。若实时规划、任务重规划生成子任务指派，下发后即可驱动下级任务指挥控制，直至无人平台任务级。本实施例中，根据tgm(1、x)设置，接收后指挥控制流程及功能模拟推送的目标信息后，自动调用实时任务指派模型进行规划，规划结果发送至指挥控制流程及
功能模拟，以驱动平台级任务a2、a3生成，平台级任务a2、a3同样按照步骤2).b.a)-2).b.b)执行直至结束。
80.iv.任务结束判断：根据任务基本信息中的任务结束条件设置，自动监视判断任务是否结束。若结束，自动根据任务基本信息中的任务完成标准，评估任务执行效果，推送至指挥控制流程及功能模拟的指挥决策和任务管理模块，更新任务状态。本实例中，根据任务基于时间结束的条件，按照任务实例化时设置的任务结束时间，自动控制任务结束并更新任务状态；根据tgm(1、x)中设置的任务成功标准，评估任务效果，发送至指挥控制流程及功能模拟。
81.需要指出，根据实施的需要，可将本技术中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
82.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。