面向任务规划的协同服务框架的研究与设计
刘光耀1杨慧1董文莉1郭弋1
摘 要 针对任务规划中缺乏协同交互、信息共享等工具手段,并根据规划过程的统一性、开放性、动态性、层次性等特征,提出了智能的面向任务规划的协同服务的模型框架,引入了任务空间、单元、执行体、信息仓库等概念,探讨了基于知识的智能协同,并给出了一种任务规划协同服务框架的架构设计.该模型框架和设计架构具有良好的可扩展性、复用性和适应性.
关键词 任务规划,协同服务,服务框架
北约的航天研究与发展咨询组在NO.296号报告中认为:任务规划系统是一种运用可获得的相关信息,以一种理想的或近似理想的方法计划一个任务以达到某种目标的信息系统.
任务规划系统即利用先进的计算机技术,采集、存储的各种情报进行分析,辅助制定任务计划的系统[1−2].任务规划系统根据任务需求,采集作战需要的各种情报信息,分析战场威胁环境,为任务规划人员制作并提供威胁分析、行动路径规划、地理环境、资源消耗、武器使用等决策依据.
文献[3−5]提出了任务规划的协同的分层结构、方法以及度量模型；文献[6]提出任务规划的高效协同技术；文献[7]提出面向协作式网络化的作战计划生成过程模型；文献[8−9]提出协同设计环境体系结构及冲突消解理论与方法.
人工智能的发展为任务规划技术提供了飞速发展的基础.美国斯坦福大学计算机科学家费根鲍姆在第五届国际人工智能联合会议上提出知识工程的概念,认为“知识工程是人工智能的原理和方法,对那些需要专家知识才能决绝的应用难题提供求解的手段恰当运用专家知识的获取、表达和推理过程的构成与解释,是设计基于知识的系统的重要技术问题”.在知识工程的推动下涌现出了一批成功的专家系统,如医药专家系统MYCIN和探矿专家系统PROSPECTOR等.随着机器学习和深度学习的兴起,利用数学模型和大数据量的训练求解非确定解的问题开启了第二次人工智能浪潮.例如IBM的深蓝系统、谷歌的ALPHAGO系统等.但这种人工智能只能解决可建模、可学习的问题,在有限的目标中求解,而且得到的是可接受的解,但不保证是最优解,并不适用于任务规划协同多因素复杂问题.目前国内还没有开展智能规划任务规划知识图谱的研究工作.
“陈军长，这如玉坊的掌柜据说是孔子的嫡孙，历世把孔孟之道看得比生命还重。再说，满城的官兵总不能光吃白米不吃菜吧？蔬菜鱼肉早断了炊，现在就剩他家这豆腐，勉强还能打打牙祭。”一旁的副官低头耳语。
为此,我们提出一种智能协同规划框架,充分利用各种资源和信息,将各种资源组成一个有机的整体,极大地提高网络化的整体任务协同能力,同时可按照具体环境的变化智能地分配调整各任务主体的行为,从而更好地完成整个任务.这些智能协同工作涉及大量的协同计算、协同行为和知识构建工作,需要提供基于知识的智能协同规划架构,为协同任务规划提供基础和前提.
1 任务规划系统的协同需求
1.1 任务规划系统的协同服务需求
协同是指不同的力量,围绕一个共同的目标,在多级结构之间进行交互、同步、计算的行动配合过程.
规划执行体创建者可以设置允许自动添加到规划执行体单元的名单,称为预先批准的出席者,同时并不限制其他人员加入该执行体.每一个加入到规划执行体的单元,不管是否预先批准,都被指定为协作会话订阅者的角色.
1.2 任务规划系统协同服务的特征
任务规划系统的协同服务主要体现以下特征:
1)统一性.协同规划需要提供共享、统一的规划数据模型,并按照权限管理各成员对规划数据进行的操作,维护数据的一致性、完整性、正确性.
1)事件管理器.
3)动态性.协同规划过程是一个动态的过程,在规划过程中不断有人员动态参与和离去,需要协调成员之间的工作,并管理成员的进入和退出.
4)层次性.首先,任务分配具有层次性,任务可以分解成子任务直至原子任务,最终形成任务树.再次,规划产品由概要计划至详细计划也具有层次性.
1.3 任务规划系统协同过程建模
借鉴美军联合作战计划制定流程[10],提出任务规划协同过程模型.任务规划系统的协同规划用于设计各力量间协同方法,细化得到平台、武器/传感器/通信/电子战使用的时间、空间要求,支持各分队以任务协同需求为基础,综合考虑任务执行时间、态势、气象条件等因素,进行概要规划和详细计划,从时间、空间等方面确定协同关系及要求.
2.2.2 规划单元
任务分解阶段,将出动兵力划分为多个分队,并确定主攻击分队和协同任务分队.
协同需求分析阶段,以主攻击分队为核心,向其他协同分队提出协同需求,包括武器使用需求等,并对需求进行量化,最后,把需求分析成具体的指标参数.
协同约束检查阶段,是在各协同任务分队完成单分队协同需求约束检查并提交检查结果后,统一检查分队之间是否存在时间和空间的冲突,若有冲突则返回协同需求分析阶段,否则进入概要计划制定阶段,生成概要计划并输出.
计划合成阶段,根据概要计划完成详细计划制定后,对详细计划进行合成.
图1 协同过程模型
1.4 协同规划智能性需求
面向任务规划的协同需要按照环境和资源的变化智能地分配调整任务实体的任务,从而更好地完成整个任务.协同工作涉及大量的协同计算、协同行为、人员管理和知识构建工作,需要提供基于知识层的联合智能协同规划架构,为智能协同规划提供基础和前提.
因此,需要对基于知识的智能协同规划架构进行研究,为智能协同规划提供知识支撑,提供任务规划的知识图谱[11],针对任务规划决策知识匮乏等制约任务协同水平的问题,利用全域数据、广泛关联、深度融合的知识图谱思维,充分挖掘大数据潜能,实现任务协同规划知识自动获取和智能检索能力的提升.
2 面向任务规划的协同模型
在这里,作者提出了一种基于任务空间的任务规划系统的协同模型.基于任务空间的协同模型一般具有如下的场景:各方面的作战资源或力量作为任务规划单元组织在同一任务规划空间内,可以在同一任务规划空间中,进行信息的共享和交互.任务规划空间中的人们应能够通过消息交互以及文档共享等方式进行任务分解、需求分析、约束检查、计划生成、计划合成等活动.
通过以上描述,可以提取以下若干的元素:任务规划空间、规划单元、规划执行体、产品对象以及信息仓库.这5个元素构成了基于任务空间的任务规划协同模型的基本元素.
2.1 基本元素的定义
任务规划空间是协同规划的环境,它是规划执行体、单元、数据以及信息仓库的集合.规划单元是协同规划的参与者,引起了空间中事件的发生.这里需要指出的是规划单元不仅仅是人,还包括了软件.规划执行体指单元与单元之间进行交互的共享会话,例如,白板也属于规划执行体的范畴.信息仓库是信息存储的容器,它是可递归的,也就是说它可以是普通的文档,也可以是一系列文档的容器.
就新闻传播的方向来说，专业记者应该在保持自身的真实性、专业性的基础上认真吸收公民记者的精神内涵，增加其新闻的受众关注度，通过各种手法增加受众的参与度。因此，传统媒体下的记者型主持人要不断地掌握和利用新技术，运用更加丰富的新闻语言、新闻形式、新闻技巧完成一档优秀的电视节目，同时，还可以利用自身的专业性优势，运用大数据计算适应分众化的趋势。
2.2 协同工作模型的描述
采用军事信息系统需求工程方法[12−15]和UML的描述模型[16],提出协同规划系统模型如图2所示,主要包括规划空间、规划单元、规划执行体、规划产品对象和信息仓库.
五等爵制的中心思想可以概括为“普天之下莫非王土，率土之滨莫非王臣。”周天子根据诸侯不同的品级，授予其一定的领土和人口，诸侯乃是代天子牧民。
任务规划空间是协同工作活动的环境.它是规划单元(unit)、规划执行体(execution)、产品对象以及信息仓库(warehouse)的集合.空间中会有一个信息仓库,它用来存储规划单元的数据.规划空间还会有空间的拥有者.空间也会存有规划单元的列表.
协同规划过程主要包括任务分解、协同需求分析、协同约束检查、概要和详细计划制定以及计划合成几个阶段.
在5.3节中,SIR使用主轴转速1条件下的49个样本均值进行热误差建模。通过式(9)和式(10)将所有温度数据进行投影,然后将投影数据作为式(13)的输入。建模结果如图9(a)所示,从图9(a)可知,残差在3.1 μm以内,模型决定系数为0.985。
由于畜牧业的发展是一个非常长的周期行业，要是研究它的科研课题就自然需要很长的时间来完成，比如对那些资料的采集、收集、试验、分析、总结等等都需要大量的时间工作，不单预期工作繁多复杂，就是在研究过程中也同样是繁琐的。由此看来，必须要制定一些切实可行的方法策略，更要建立健全相关的畜牧档案管理的一些制度，规定好各个部门和不同层次人员应该履行的责任和义务，要详细地去制定好各个步骤环节，处理好一些纰漏的问题，能够及时地修复破损的文件，使其恢复到原来的历史面貌，只有通过这样才能使畜牧局档案管理有条不紊地进行，也会走向正确的轨道。
规划单元代表空间中的参与者,它包括人和软件代理.它与规划单元参加的空间以及空间中的规划执行体相关联.每个规划单元承担一个或者多个角色.规划单元应包含它所在的缺省的空间以及它初始所要加入的空间.每个规划单元拥有一个信息仓库,用来存储文档和数据.
2.2.3 规划执行体
规划执行体是多规划单元共享的会话.它被规划单元用来在虚拟环境中进行通讯或者进行数据同步共享.
“创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力”，在落实教育教学常规工作的同时，创造性地开展关于“营造创新氛围，提高学生的科技创新意识”的教学试验活动，从疑惑到收获，在不断探索的过程中，逐步建立、健全和完善了管理制度、评价制度，使这项活动在校园里扎根，以促进学生的全面发展。
规划执行体允许多个单元一起工作在共享产品对象上.对于创建规划执行体的单元,必须有可讨论的会议主题.因此,正如会议协调者创建会议一样,规划执行体的创建者被指定作为执行体的发布者.
此时此刻，徐艺正飞快下楼。他突然放慢了脚步，因为他听见楼下有人上来，他熟悉张仲平的脚步声，那不是他。而且，很显然，那也不是一个人，而是两个人。他急忙躲进一个房间，并偷偷地把手机调成震动。
图2 协同模型框架
任务规划系统的协同服务能力用于实现引导参与作战行动的各专业在同一信息仓库上进行交互式规划,以迭代的方式同步推进任务规划过程,满足协同成员在规划分析、计划制定时缺少协同交互、信息共享等工具手段的需要.
规划单元拥有与空间内其他单元共享的产品对象,规划执行体的创建者确定单元引进产品对象的权限.
2.2.4 规划产品对象
规划产品对象类似于会议中共享的文档或文档节点.规划产品对象的所有者保留对产品对象做出更改的权利,也赋予其他单元参与更改的权利.共享产品对象的所有者承担了规划执行体中产品对象发布者的角色,其他单元依据请求获得只读共享产品对象.拥有写入权限的规划单元任意时刻都能添加或移除产品对象.
每一规划执行体包含一个执行会话对象,主要包括如下类型:会话名和描述、所有的单元、所有单元的会话权限、全部产品对象所有者的列表、所有规划单元的对象特权、发布者的特权等.
2.2.5 信息仓库
2.2.1 规划空间
砀山酥梨种质资源与环境保护数字化管理应用与研究…………唐贝贝 丁文浩 桂 越 赵印勇 吴云志 (3-57)
规划空间和规划单元都拥有自己的信息仓库.信息仓库包含文件夹,文件夹有名字、描述等属性.文件夹可以是文档的容器,也可以是普通的文档.规划单元可以在规划空间中交换文件夹.规划空间中的文件夹可以和单元自身的文件夹相互移动.文件夹也可以代表任何类型的信息,例如文本、图形、图像等.
具有恒励磁极的交流电动机尚有同步电动机和电机本体之别，电机本体源自改革换向器的直流电动机[1]，它与同步电动机同样都包括分别置于定子和转子上的电枢和恒励磁极两大主要部件，但电机本体上必备由刷座(刷握盒)发展而来的磁极检测单元[2]，同步电动机与电机本体的区别就在于同步电动机本无磁极检测单元。广义直流电动机正是凭借电机本体上必备的磁极检测单元，使他控变频器转变为自控变频器，亦即广义直流电动机和直流电动机在运行中皆遵循自控变频运行机制。
3 基于知识的智能协同
基于知识的智能协同主要包括4部分,如图3所示,分别是智能协同规划知识图谱技术、基于知识的协同交互、基于大数据分析的规划协同方案推荐、基于增量学习的协同规划冲突消解.
智能协同规划知识图谱主要包括基于监督学习的任务规划知识抽取技术、基于监督学习和深度学习融合的协同规划时序关系及属性抽取技术、基于监督学习和深度学习融合的协同规划时序关系及属性抽取技术,以理论库、案例库为数据源,构建面向任务规划协同的知识图谱.
图3 基于知识的智能协同架构
基于大数据分析的规划协同方案推荐构建基于意图识别与槽填充的联合训练模型、基于键值对的深度记忆网的方案推荐模型、基于孪生网的问句语义匹配模型、基于Transformer的半生成半复制机器推荐模型,研究基于知识图谱的规划方案生成技术,基于知识图谱和案例推理实现智能推荐规划协同行动.
“一个人的视野决定一个人的事业”，我提倡行业人士去美国和日本考察，从而深度体验他们的汽车维修生活，过几天美国和日本维修企业员工的日子，深刻进入内部，了解我们的“芯片”到底差不差。所谓知己知彼，百战不殆，我们只有去了解那些发达的、底蕴深厚的人与事是什么样子，才能知道自己努力的方向在哪里。
基于知识的协同交互实现人机一体化的思想,采用智能Agent[17−18]充当人与平台的中间体,充分发挥人与协同规划平台各自的特点,以协同最优为目标.借助一个既能理解人的思维和行为,又能理解协同规划行为的中间体,在人与协同规划平台之间建立一种柔性的耦合关系,将具有本质区别的两个事物有机融合.
基于增量学习的协同规划冲突消解技术课题从特征、行动、方案等层次建立分层.
约束网络之间的映射关系,将任务单元分层分级,基于增量学习的协同规划冲突消解技术在时域、空域、频率中检测任务实体内部和之间的运行轨迹和频率之间的冲突,结合知识图谱中生成的作战策略和交战规则,采用增量学习的方法,开展协同规划冲突消解.
4 任务规划协同服务框架设计
4.1 框架结构
面向任务规划的协同服务框架由服务集成框架、信息交互框架以及协同服务组成,为系统中的通用组件和专业组件提供运行支撑环境.任务规划应用组件统一遵循协同服务框架接口,组件间的关系通过描述文件进行描述,该描述文件在组件安装时注册到配置管理中.
4.2 协同规划服务
协作规划服务的4个主要模块是:
2)开放性.在协同规划过程中,不断有新的资源或应用加入或已有应用系统及资源的退出,这种异构系统的动态集成和互操作性要求系统具有良好的开放性.
2)协同控制器.
3)协同会话管理器.
4)会话监视器.
协同控制器是所有会话的控制实体.协同控制器负责读取所有可能会话的核心目录.当任务单元要创建或加入规划执行体时,控制器负责创建一个空白的会话.协作会话管理器是协作规划服务的关键模块.协作会话管理器控制着应用于协同会话的数据.
近年来,随着我国经济持续健康的发展，零件产业也迎来了高速的发展，零件是人们生活需求品的组成，与人们生活息息相关[1]．零件配套生产问题成为了工厂的一大难题.厂商不仅要使得设备的利用率达到最大化，而且还要使得零件配套后的剩余量最少，且让工厂的利益达到最大化，这是一个优化生产问题．
事件管理器是指数据发送和接收队列.协作会话管理器和协作产品对象会与事件管理器通信用于数据发送,当有信息或对象数据到达时,事件管理器会通知协作会话管理器.
会话监控器显示了任务单元和协同会话中其他任务单元之间的会话状态.
4.3 信息交互服务
信息交互服务为协同规划过程提供可靠的消息交换能力,为协同规划用户提供通知传递功能,支持基于主题的消息通知的模式,通过一个用户给同一议题内的多个用户发送消息.消息交换功能主要包括队列、主题的可靠传输功能.支持基于队列进行可靠传输；支持基于主题进行可靠传输,提供“发布/订阅”语义消息交互模式.提供通知消息丢弃管理功能,支持基于消息有效期和队列覆盖两种丢弃策略.
图4 框架设计
4.4 服务集成框架
1)服务集成容器
服务集成容器采用容器组件架构设计,为服务组件的开发和运行提供支持.服务集成框架向上集成服务组件,服务组件调用核心资源,对外提供能力服务功能.服务集成框架向下集成核心资源,为服务组件的运行提供基础支撑,核心资源包括分布式交互功能、日志记录功能、配置查询功能等.
2)服务目录
服务目录为系统内的服务实例的运行、服务实例的调用提供稳定、可靠、高效的协调功能.主要包括服务实例注册、服务状态查询、服务状态检测等功能.服务实例注册功能主要注册服务地址、服务状态等信息；服务地址解析功能主要通过服务名称向服务目录请求获取服务实例地址信息；服务状态查询功能主要通过服务名称向服务目录请求获取服务实例运行的状态信息；服务状态检测功能主要对服务实例进行状态检测.
黄庭坚(1045-1105)，字鲁直，号山谷道人，晚号涪翁，洪州分宁（今江西修水县）人。宋英宗治平四年（1067）中进士，时年22岁。历官县尉、知县、知州、校书郎、秘书丞、国史馆编修等。与苏轼亦师亦友，以诗与书法闻名。
5 结论
在协同任务规划过程中,各参与规划的资源或系统的数据语义模型存在较大差异,数据互操作等方面较难协同,规划过程具有统一性、开放性、动态性、层次性等特征,分析了任务规划系统的协同需求,提出了一种智能的协同任务规划的应用模型框架,提出了智能协同规划服务框架结构并进行了设计,该服务框架模型具有很好的可扩展性、复用性、智能性和适应性等,实现知识积累,并基于知识辅助,可快速、准确地完成任务协同规划.
在未划分时区之前的农业社会，世界各地采用着各自的计时方式，这种混乱的计时对人们日常生活造成了极大的困扰。1876年，苏格兰裔加拿大工程师Sandford Fleming（史丹佛·佛莱明）在爱尔兰旅行时，因误将上午的车票当成下午，而错过了列车。正是这件事促使他研究世界标准时间，以改善这种混乱计时的状态。
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Research and Design of Collaborative Service Framework for Mission Planning
LIU Guang-Yao1 YANG Hui1 DONG Wen-Li1 GUO Yi1
1.The 15th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation,Beijing 100083,China
Abstract For the lack of collaborative interaction and information sharing in the mission planning,according to the unity,openess,dynamics and hierarchy of collaborative mission planning process,the intelligent model of mission planning oriented collaborative services framework is proposed.Concepts of task-space,work-unit,execution-body and information warehouse are introduced,and the intelligent collaboration based on knowledge is discussed.Then the architecture of a collaborative task planning services framework design is given.The model and design framework have good scalability,reusability and adaptability.
Key words mission planning,collaborative service,service framework
引用格式 刘光耀,杨慧,董文莉,郭弋.面向任务规划的协同服务框架的研究与设计[J].指挥与控制学报,2019,5(3):243−248
DOI 10.3969/j.issn.2096-0204.2019.03.0243
收稿日期 2017-12-08
Manuscript received December 8,2017
1.中国电子科技集团公司第十五研究所北京100083
Citation LIU Guang-Yao,YANG Hui,DONG Wen-Li,GUO Yi.Research and design of collaborative service framework for mission planning[J].Journal of Command and Control,2019,5(3):243−248
刘光耀 (1977−),男,硕士,高工,主要研究方向为指挥与控制.
本文通信作者 .E-mall:maclgy_dashuai@163.com
杨 慧 (1982−),女,硕士,高工,主要研究方向为指挥与控制.
董文莉 (1976−),女,博士,主要研究方向为大数据、指挥与控制技术和体系结构.
郭 弋 (1985−),女,硕士,主要研究方向为指挥与控制技术和体系结构.
标签：任务规划论文; 协同服务论文; 服务框架论文; 中国电子科技集团公司第十五研究所论文;