基于扩展层次任务网络的联合作战任务分解方法
2020-11-08龚鹏程邓祁零
龚鹏程 邓祁零
【摘 要】联合作战任务分解由于分解的方法和分解的结果具有不确定性，因此一直以来是任务分解中研究的重点，文中提出了基于扩展层次任务网络的方法，引入了联合作战任务分解框架和联合作战知识图谱来支持联合作战任务分解。
【关键词】层次任务网络;联合作战;知识图谱;任务分解
1 联合作战任务形式化描述
通常，一个总体联合作战任务经过分析后对应多个具体作战任务，且任务之间具有上下层级关系。下面给出相关定义及相应数学描述。
1.1 作战任务
作战任务用六元组表示Task=
1.2 任务类型
任务分解过程中会将任务区分为原子任务、子任务、复合任务、简单任务等。原子任务指任务分解过程中的末端任务节点，即不需要再分的任务。子任务指复合任务分解过程中的中间任务节点。复合任务是由若干具有时空和功能逻辑相关的原子任务按照特定结构组合而成的任务。简单任务指既具有明确的内部细节，又在描述中包含整体的输入和输出等效果，可以直接执行。
1.3 任务的变粒度
任务粒度指任务分解细化程度的度量。在任务分解过程中，分解的层级越多任务越细，越接近于原子任务则任务分解越细。目前合成营成为基本的作战单位，一般来说对于联合作战任务分解中的原子任务是合成营或者相当于合成营的作战单位能够直接执行的任务。但是，不同的指挥人员对任务分解粒度的要求不同，因此，合適的粒度成为一个动态的概念，叫变粒度。
2 基于扩展层次任务网络的联合作战任务分解
2.1 层次任务网络的基本原理
HTN规划动作推理的基本思想是从初始任务网络开始，依据方法集合进行递归分解将复合任务分解为越来越具体的子任务，并依据操作集合进行前序状态更新来验证原子任务的可行性，最终选择和组织出一组完全由原子任务组成的任务执行序列。基于HTN任务分解的流程如图1所示。
2.2 基于扩展层次任务网络联合作战任务分解思路
基于扩展层次任务网络对联合作战任务进行分解，主要是基于领域知识图谱、相关模型数据库，先联合后军种对联合作战任务进行分解。由于联合作战任务最后都要基于军种任务去完成，而且联合作战任务分解的方法具有多样性，因此，先进行联合任务分解，而后再对分解到军种的任务进行分解，分解思路如图2所示。
2.3 联合作战任务知识图谱构建
联合作战任务分解具有分解方法不确定，分解效果不确定的特点，构建知识图谱支持联合作战任务分解能更好地消除不确定。
2.3.1联合作战任务分解框架知识图谱构建
联合作战任务分解的不确定性来源于联合和军种作战层面因作战形式和指挥人员风格不同而造成分解结果不同。因此，针对联合和军种层面必须建立分解框架知识图谱。根据作战的实际情况，对作战任务按作战类型、作战样式、作战空间、作战军种、作战要素、作战方向等进行分解，具体分解框架如图3所示。
2.3.2作战任务知识图谱构建
作战任务知识图谱是构建作战任务清单中的任务实体和任务与任务之间的关系。根据作战任务清单将作战任务按照任务层级进行分类，区分战略任务、战役任务、战术任务;按照任务性质可以却分为联合任务、军兵种任务等。根据任务之间的关系将任务与任务之间的关系区分为包含关系、顺序关系、协同关系等。
2.3.3其他军事知识图谱融合
实现联合作战任务分解，不仅需要构建联合作战任务分解的专业知识图谱，还需要与其他军事知识图谱进行融合。在知识图谱融合上应重点与军兵种、武器装备、军事战例、军事训练、作战规则、军事法规政策等知识图谱的融合。
构建针对联合作战任务分解的知识图谱是一个复杂的系统工程。将构建的基于OWL本体语言描述的知识图谱转化为基于PPDL规划语言的HTN规划的领域知识，从而满足扩展层次任务网络分解的需要。其转换过程如图4所示。
3 任务分解流程
基于领域知识任务图谱和任务分解模型，联合作战任务分解的具体算法流程如下：
1）输入初始状态S、初始任务网络W以及初始分解方案P;
2）在任务网络W中，按照任务执行顺序选择无前序任务t;
3）若待分解任务网络W为空集，则表示任务分解完成，得到任务分解网络W和分解方案P，否则继续分解;
4）检查任务t是否属于为复合任务，若不是，则转入步骤7）;
5）检查复合任务是否满足粒度要求，若是，则转入步骤7）;
6）根据领域知识图谱，选择一种方法m对复合任务进行分解，方法不存在，则返回上次任务至步骤2），不能返回则任务分解失败;若方法m存在则对复合任务分解成子任务，用子任务替代复合任务，并在任务网络中剔除t，转至步骤1）
7）判定任务t为原子任务或加简单任务，则从待分解任务网络w中移除任务t，然后转入步骤1）。
作者简介：
龚鹏程（1985-），男，1985年6月出生，汉族，湖北襄阳，硕士研究生，研究方向为防空兵作战指挥。
邓祁零（1987-），男，1987年1月出生，汉族，湖南祁阳，博士研究生，研究方向为军事运筹与任务规划。
