坦克智能体的感知行为建模

第3卷第2期数学建模及其应用VOI．3 No．2 2014年6月Mathe mati cal Model ing and Its Appl ica tion s Jun．2014

坦克智能体的感知行为建模

王宗祥1．张仁友1，杨道驰1，李威1。赵婷婷2

(1．装甲兵学院，安徽蚌埠233050；2．安徽省固镇县第一中学，安徽蚌埠233700)

摘要：首先，从战场信息感知的功能入手，提出了信息条件下坦克智能体的感知行为模型框架；然后，分析了感知

行为产生的要素，建立了坦克智能体观察模型；最后，通过战场态势进一步说明建立模型的必要性。关键词：坦克；

智能体；感知行为；建模

中圈分类号：E923．1文献标志码：A 文章编号：2095—3070(2014)02—0018—06

现代战争具有态势变化快、作战环境复杂等特点。在未来坦克作战过程中，把握战场态势、探测实时战场信息，就要扩展坦克的战场感知行为空间。在现实世界中，感知是了解周围环境的第一步，是指导行为的重要指标。智能体在虚拟战场环境中的自治行为也是以感知战场态势信息为基础的。从战场信息感知的功能人手，提出一个不完全、不确定信息条件下的感知行为模型框架，分析感知行为的产生机理和过程，建立一个以坦克观瞄系统为基础的坦克智能体观察模型。

1战场信息感知功能

战场信息感知是采用一系列传感、遥控、探测等手段发现、定位和识别战场目标的能力。Ensley在1995 年提出的动态决策环境感知模型[13将战场信息感知分为3个层次：观察环境中的要素，识别关键要素，并定义环境当前态势；理解当前态势，综合观察结果，形成战场态势；预测战场态势走向。未来信息化战争体系对抗战场感知功能可归结为战场信息获取、精确信息控制和战场空间理解3个方面。战场信息获取是要求战场感知体系具有及时、全面、准确地提供敌、我、友各方的状态、行动、计划和意图等战场态势信息的能力；精确信息控制是要求战场感知体系能够对所有感知体系中的作战资源进行精确、调度和整合的能力；战场空间理解是要求参战人员能够对战场感知的信息、态势、知识等具有一致性的理解的能力。

2坦克智能体感知行为框架

感知行为过程即是智能体通过自己的观察、探测、传感等装备对目标进行感知和分析，达成对目标状态的理解的过程。这个过程包括3个步骤：接受外部刺激信息；识别和分析信息；判断关系，形成信念。智能体首先通过感知部件收集外界的信息[2]，此时的信息是原始的，带有噪音的，需要进一步的过滤和处理。智能体只对自己感兴趣和能力范围内的信息进行感知和加工，这取决于智能体的角色级别及功能特征，如坦克多利用自身的光学观察器材扫描战场。感知过程要不断地对感知的信息进行识别和分析理解，此时所需要的知识分类存储在知识库中，如地理环境信息、作战部署信息、作战思想等。感知的结果是形成对整个战场环境的理解，并对理解的态势进行合理表达，存储在信念库中，如敌人位置、企图、威胁程度等动态战场态势，表示智能体对战场态势的掌握程度。智能体通过感知不断监视着战场的变化情况，后面的信息可能对之前形成的信念进行更新，或形成新的信念。因此，感知行为模型必须具备形成信念或更新信念的能

力。感知行为的过程如图1所示。

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收稿日期：2014—04—24

通讯作者：李威，E-mail：Lwsky ok(勇163．corn

】8。

第3卷第2期 教学建模及其应用 V01．3 No ．2 Jun ．2014

图1给出了在不完全、不确定信息条件下的感知行为框架，增强了智能体感知行为的真实性。在此模型 中，将具有可信度的战场信息称为证据，由探测设备直接获取的信息称为直接证据；在知识库的支持下推理 得出的结果称为间接证据；通过对直接证据、间接证据以及前一时刻先验信念的合并，形成对当前态势的信 念，并存入信念库中。感知行为过程包括以下几个步骤： ①通过对战场信息的感知、探测和信息过滤后得到直接证据DE(￡)； ②对获得的直接证据和前一时刻的先验信念进行合并，得到综合直接证据CDE(￡)； ③在知识库的支持下，通过关联规则对直接证据进行推理，得到间接证据IE(￡)； ④对间接证据和前一时刻的先验信念进行合并，得到综合间接证据CIE(f)； ⑤合并综合直接证据CDE(￡)、综合间接证据CIE(￡)以及先验信念，得到综合证据CE(￡)； ⑥对综合证据与先验信念合并，生成新的信念并存入信念库。 l 黎叫嚣b 刮舞l 菇 圜t 翼孽 副蒌＼———／光学传感>—'{息 蓁黔攀H 辇P l 讨 战场环境 信念库 声音传感>—'{缓 ／ o ＼

围1 坦克智能体感知行为框架图

感知行为流程如下： 设N(￡)为t 时刻战场环境的真实状态，B(￡)表示t 时刻智能体关于战场环境的信念。由于获取的战场信 息并不完全或欠准确，所以在t 时刻对战场环境N(t)进行观测而得出的直接证据DE(t)具有一定的可信 度，它可以表达为一个二元组<F ，m>，其中，F 表示观测到的内容，m 表示观测可信度，取值在0～1，是一 个关于影响因子的函数。那么直接证据可表达为DE(f)=<F ，m>。 考虑到探测装备的多样性，定义算子DU 合并直接证据和先验信念B(￡一1)，得到综合直接证据集合 CDE(t)：CDE(t )=DU(DE(￡)，B(￡一1))。 知识库中存放信息之间的关联规则，直接证据通过规则推导得到间接证据：IE(￡)=f(CDE(t))。 考虑到同一间接证据可以由多个推理规则推导得出，定义算子I U 合并间接证据和先验信念B(￡一1)， 得到综合间接证据集合：CIE(￡)一IU(IE(￡)，B(t 一1))。 定义算子0【，合并综合直接证据CDE(￡)、综合间接证据CIE(t)以及先验信念，得到综合证据：CE(￡)一 OU(CDE(f)，CIE(￡)，B(￡一1))。 最后定义算子SO 对综合证据与先验信念合并，生成新的信念：B(￡)=SO(CE(￡)，B(t 一1))。 从以上描述可以看出，建立可计算的感知行为模型的关键在于求解m 和合并证据，m 是关于各种影响因 子的一个函数，根据实际情况可以加入必需的影响因子，如距离、方位、所适用的观测设备、所处环境以及智 能体生理和心理等主观因子等，通过这些影响因子的综合计算得到证据的可信度lrn 。利用 D-S(Dempster-Shafer)证据理论[31中的Dempster 证据合并法则[4]，可以解决感知行为中的直接证据、间接 证据以及先验信念的合并问题。 3 坦克智能体观察模型 智能体作战行为口3是建立在对战场环境感知的基础上的，不同的作战实体可能有不同的感知设备和器 材。感知建模即对智能体传感器的探测、发现能力建模。对于坦克而言，其感知的方式主要是利用自身的光学 观瞄器材实现对目标的发现和侦察，如炮手、车长的瞄准镜、潜望镜和微光观察仪等，所以坦克智能体的感知 建模首先要建立坦克智能体的观察模型哺]。在实际作战中，坦克通过光学观瞄器材观察战场，主要表现为目 标搜索和战场侦察这2个战术行为，感知的信息来源于真实的战场。而在仿真系统中，战场环境信息都存储