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论文研究-基于JADE的兵棋推演系统研究 .pdf
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更新于2023-05-26
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基于JADE的兵棋推演系统研究,刘转,李德华,针对传统兵棋推演系统在缺乏描述复杂系统的能力,以及缺乏对动态环境的行为建模能力的缺点,本文构建一个基于JADE的兵棋推演系统��
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基于 JADE 的兵棋推演系统研究
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刘转,李德华,李清光
**
基金项目:教育部博士点基金(No. 20120142120025),留学归国人员基金(46 批)资助
作者简介:刘转(1988-),男,硕士研究生,模式识别与智能系统
通信联系人:李清光(1975-),男,讲师,计算机视觉,机器学习,复杂系统与网络,兵棋推演. E-mail:
qg_li@hust.edu.cn
(华中科技大学自动化学院,武汉 430074)
5
摘要:针对传统兵棋推演系统在缺乏描述复杂系统的能力,以 及缺乏对动态环境的行为建模
能 力 的 缺 点 , 本 文构建一个基于 JADE 的 兵棋推演系 统 。该系 统 将 多 智 能 体系统
(Multi-Agent-System,MAS)与兵棋推演系统(War Game Simulation,WGS)结合起来,
构建了基于 MAS 的兵棋推演的一般模型,深入研究了系统整体结构和其中关键的智能体
(Agent)的内部结构。通过解决推演过程中的代表问题之一的兵力目标分配这个问题,阐
10
述了 Agent 之间的协调模型,并利用蚁群算法思想对其解决。最后采用流行的 Agent 仿真框
架 JADE(Java Agent DEvelopment framework)对上述模型进行仿真模拟。
关键词:多智能体;兵棋推演;JADE;蚁群算法
中图分类号:TP182
15
War Game Simulation Based on JADE
Liu Zhuan, Li Dehua, Li Qingguang
(Automation School, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074)
Abstract: As the War Game has limitations in describing complex system and dynamic
environment, we build a War Game System with JADE. The system combined MAS with WGS
20
which build a common model for WGS based on MAS. We also analyzed the structures of some
key agents of the model. We also explained the coordination between agents by solving the
solider-assign problem with ACO. In the last part of paper, we simulated the model by JADE,
which proved the possibility of using MAS in WGS.
Key words: MAS; WGS; JADE; ACO
25
0 引言
多智能体技术 MAS 由于其独特的适应复杂系统的性质,已经引起了计算机仿真兵棋研
究人员的重视,国外在已有多款比较成熟的基于 MAS 的兵棋推演系统:ISAAC、EINSTein、
MANA 等。
30
MAS 应用于兵棋仿真推演,需要兼顾兵棋推演系统和多智能体系统两方面因素。对于
兵棋推演系统,作战算子、规则、地图、人机交互界面等都是其重要的组成部分。对于 MAS,
则需要考虑到 MAS 和单个 Agent 的特性以及多个 Agent 之间的协调和冲突问题。本文中就
此提出了基于 MAS 兵棋推演系统模型。
1 基于 MAS 的兵棋推演模型
35
Agent 是一种在分布系统或者协作系统中能够持续自主发挥作用的计算机实体。目前,
Agent 已经应用到了计算机科学技术、人工智能、模式识别等许多领域。业界内的共识中,
Agent 应该具有以下特征:自治性(Autonomy)、社会性(Sociality)、反应性(Reactivity)、
能动性(Pre-activeness)。
我们将这样由多个 Agent 组成的系统称为多智能体系统(Multi Agent System,MAS)。
40

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多智能体系统方法吸取了分布式人工智能理论,提供了解决复杂问题的分而治之的方法,能
够解决规模庞大,结构复杂的问题。
兵棋是通过运用大量的数学方法,对战争的各项因素进行抽象,进而进行推演,将战争
的过程演化为数学模型。在兵棋推演的过程中,各种图形、文字、符号等等信息,分别代表
着兵棋中的各种因素,比如地形、人员、武器等等,这些都是兵棋的基本构成。
45
1.1 基于 MAS 的兵棋推演总体结构
兵棋中的几个主要的元素:作战算子、兵棋规则、想定、地图等等。结合多智能体的特
征,抽象设计如下几个 Agent
[1]
:普通作战兵力智能体(soliderAgent)、作战指挥智能体
(chiefAgent)、战场环境智能体(battleFieldAgent),作为本文中基于 MAS 的兵棋推演系
统中 Agent 的基本组成。
50
本文将作战算子 Agent 分为为两类,一类作为普通作战兵力智能体(soliderAgent),
是推演作战的基本单元,进行基本的战场任务执行,另一类是作战指挥智能体(chiefAgent),
被赋予分队指挥职能角色,在 soliderAgent 之上,可以根据战场当前的信息,判断决定整个
分队下一步意图。
除作战智能体以外,系统中还需要战场环境智能体(battleFieldAgent)提供其他 Agent
55
提出的战场信息查询要求,提供战场情况。
上述三种智能体之间的结构如下图 1 所示
[2] [3]
:
BattleFieldAgent
C
S
S
C
C
C
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
数据库
规则库
图 1 基于 MAS 的兵棋推演结构示意图
Fig.1 structure of WGS based on MAS
60
图 1 中,S 代表 soliderAgent、C 代表 chiefAgent,图中还有 battleAgent、数据库、规则
库。其中实线表示 Agent 信息交互,箭头表示 Agent 的隶属关系。每个 chiefAgent 有若干个
下属 soliderAgent,组成分队编制。多个 chiefAgent、soliderAgent 以及 battleFieldAgent、数
据库和规则库组成整个系统。在系统中,不同 Agent 之间可以相互通信,交流信息
[4]
,同时
65
可以访问规则库、数据库,进行数据的存储和读取。

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1.2 智能体的内部结构
普通作战兵力 soliderAgent 在目标分配模型中充当基本的作战算子的角色,可以承载基
础任务,包括机动任务、侦察任务、攻击任务等等。soliderAgent 在接受 chiefAgent 下达的
作战任务后,存储进任务队列,随后会按照任务的优先级执行,并返回执行结果。经过抽象
70
设计的 soliderAgent,应该拥有以下特性: 属性模块、机动模块、侦查模块、攻击和判定模
块、通信模块
作战指挥智能体 chiefAgent,是作战分队的指挥智能体。作战分队中各个作战 Agent 严
格遵守上级指挥 Agent 命令,分队整体执行群体作战任务
[5]
。这里建立的是分队的上下级形
式组织模型,如下图 2 所示
75
全局指挥层
局部指挥层
作战单元层
图 2 智能体之间的形式组织
Fig.2 organization in Agents
chiefAgent 在目标分配模型中负责对当前战场态势进行分析,以发现需要执行的任务,
80
并且对任务进行分配,这其中包括敌方目标的汇总、作战任务指派等等。
战场环境智能体 battleFieldAgent 负责在推演期间向其他 Agent 提供作战需要的环境资
源等。这里包括包括坐标、地形、道路、障碍、海空域以及相关的环境规则等。battleFieldAgent
包括以下模块:地图模块、地形信息模块、机动信息模块、侦查信息模块。
2 基于 MAS 的兵棋推演在目标分配中的应用
85
本文选兵力打击分配作为方向,在上述模型的基础上,深入研究基于 MAS 的兵棋推演
模型中的目标分配问题。
2.1 目标分配的数学模型建立
目标分配问题是指在兵棋推演规则的框架内,己方的作战单元选择合适的敌方作战单元
进行火力打击,以期歼灭敌人,同时要求最大程度保存己方作战单元的生存能力,其实质上
90
就是一个多目标求得最优解的问题。
为了方便描述,引入以下符号:
假设第 i 个 分 队 指 挥 chiefAgent ,其有 m 个下属的 soliderAgent ,故
1
{ , ,S , , }
i i ij im
Ca Sa a Sa
,其中 Sa
ij
表示第 i 个 chiefAgent 属下的第 j 个 soliderAgent。
对于 Sa
ij
,其对应敌方算子 Enemy 的打击能力
1
{ , , , , }
ak
Defence D D D
,其中
95
Da 指代 Saij 在对敌方作战单元 Ea 进行打击后的打击效果;其受到对应敌方打击是损毁风险
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