支持任务规划是本体的首要功能需求。首先,任务规划本体应能够描述某个作战任务中包含的确切行动,行动的前提条件和效果等;其次,能够描述底层的任务分配、航迹规划的任务信息,便于无人系统之间进行知识和共享,实现任务协同。此外,本体还应能够对子任务和作战行动之间的协同配合关系,不同无人系统之间的协同关系进行描述。图7展示了任务本体各主要域之间的关系。

图7 无人作战系统任务本体

Fig.7 Mission ontology of unmanned system task

(2) 本体应对无人系统的类别及其属性能力进行清晰的定义。无人系统的属性和能力是任务规划的约束条件之一,无人系统在进行高层任务指令的解析中,需要在本体中查询自身的属性和能力是否满足任务执行的条件。当使用基于能力的任务规划方法时,也需要查询自身能力以实现行动序列的生成。

(3) 本体应能够支持战场环境建模。战场环境信息是无人系统进行重规划和智能决策,正确执行任务的重要保证,无人系统任务本体应能够良好地定义和表示战场环境信息,如高程、电磁辐射、风速、气象、威胁、目标等。水下无人系统还应对水下作战环境信息进行表示,如盐度、温度、洋流等。另外,本体应包含传感器模型,并能够利用传感器信息进行环境空间的信息表示。

(4) 本体应能够支持不确定信息的表示和推理。战场环境是一个动态环境,其中包含着大量的不确定性。任务本体应能够对这些不确定性信息进行标注并支持无人系统根据上下文数据进行知识推理。基于本体的知识推理过程如图8所示。

图8 知识推理过程示意图

Fig.8 Diagram of knowledge inference process

    5 无人系统任务规划本体关键能力指标

(1) 知识表示能力。知识表示能力是任务本体最重要的属性,任务本体需要能够表示两种知识:一类是因果知识,如子任务之间的协调配合关系、不同无人系统之间的协调配合关系、规则化的军事人员的作战经验知识等;一类是关于战场环境的世界知识,如目标区域的位置,可能存在的威胁的位置、属性和适用武器装备等信息。此外,现实世界中充斥着不确定性,战场环境中无人系统将面临更加复杂的不确定性,能够对这些不确定性信息进行合理的表示是任务本体适应复杂场景的重要基础。

(2) 知识的快速检索和分发能力。任务本体的基本功能之一是实现无人系统之间的信息共享。随着任务本体的扩展和无人系统规模的扩大,其快速检索问题将会逐渐突显出来,对于较大规模的任务本体,需要设计合理的检索算法和数据存储结构,支持信息的快速检索和分发。

(3) 推理能力。任务规划过程中的作战行动序列生成,故障应对,任务重规划等都需要根据存储的知识进行推理。可采用已有的推理机完成知识推理,或者根据应用领域设计适用性更好的推理机。在设计和构建本体时也需要对知识元素的属性进行合理的定义,以更好地支持推理。

     6 结 论

本文对任务规划问题进行了系统梳理,分析了无人系统任务规划的发展趋势,回顾了本体技术在机器人、无人系统、军事任务规划等领域的应用情况,剖析了知识本体在提高无人系统任务自主性中的作用,提出了基于本体的任务规划概念,对本体构建原则和关键能力指标进行了系统阐释。知识能够支持无人系统的任务规划和决策制定,是无人系统自主能力提升的重要基础。构建无人系统任务规划本体是无人系统适应复杂战场环境,提高自主性,减少人为干预的有效途径。当前,本体技术在知识推理和共享、简单任务规划、智能决策方面得到了应用,但是对于非结构化和开放环境下的知识表示、群体无人系统协同等方面还期待更多的研究成果。此外,战场环境的不确定性带来的不确定知识表示,融合和推理问题也是需要重点关注的领域。综上所述,将本体引入无人系统任务规划领域,围绕着知识的获取、表示和运用构建智能化的任务规划框架,对于提高无人系统自主化能力具有重要的作用。