CN111045651B

CN111045651B - 一种基于开放式架构的通用化任务规划系统设计方法

Info

Publication number: CN111045651B
Application number: CN201911278596.0A
Authority: CN
Inventors: 张斯哲; 蒋丰亦; 宋少雷; 魏春燕; 金古烃; 李光耀; 骆斌
Original assignee: China Aeronautical Radio Electronics Research Institute
Current assignee: China Aeronautical Radio Electronics Research Institute
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2023-03-24
Anticipated expiration: 2039-12-10
Also published as: CN111045651A

Abstract

本发明提供一种基于开放式架构的通用化任务规划系统设计方法，基于无人机系统开放式架构，采用面向服务架构和模型驱动架构的设计方法，实现对无人机任务规划系统的系统设计和软件开发，能够满足多型无人机系统软件功能复用需求，促进任务规划系统的体系化发展，提升无人机系统的整体作战效能；同时可提高无人机任务规划系统的研发效率、加强无人机地面站系统间的互操作性，降低研发、使用成本，提升经济效益。

Description

一种基于开放式架构的通用化任务规划系统设计方法

技术领域

本发明涉及无人机系统技术领域，尤其涉及一种基于开放式架构的通用化任务规划系统设计方法。

背景技术

目前我国的无人机任务规划系统设计方法多为以平台为中心，多型无人机独立设计的模式，随着体系化作战需求和系统互操作需求的不断更新，亟需发展一种通用化任务规划系统设计方法，以提升无人机任务规划系统软件研发效率，缩短开发周期，提高组件复用率，降低研发成本。

为解决该问题，需提出一种通用化任务规划系统设计方法，针对无人机任务规划场景进行聚类分析，使其具备组件复用的能力，可通过重构满足任务规划系统的所有需求。

目前无人机任务规划系统的设计方法存在诸多缺陷：

1、任务规划功能与无人机平台紧密相关，任务规划系统及相应软件仅适配特定无人机平台，平台间通用性差；

2、任务规划系统围绕特定型号无人机需求进行独立设计，不具备可移植性，造成功能的重复设计或遗漏，开发效率较低；

3、各无人机平台间消息机制、数据格式不统一，互操作性极差，难以适应未来作战需求。

发明内容

本发明实施例提供一种基于开放式架构的通用化任务规划系统设计方法，以解决目前无人机任务规划系统设计开发过程中通用化程度低、互操作性差的技术问题。

本发明实施例提供一种基于开放式架构的通用化任务规划系统设计方法，包括：

步骤一、依据任务规划系统的规划需求，建立任务规划系统需求模型，所述任务规划系统需求模型包括信息模型；

步骤二、将所述任务规划系统需求模型细化为用例模型，对所述用例模型进行功能聚类分析，获取域参与者模型；所述用例模型包括用例图与序列图，所述用例图用于描述需求与参与者的关系，所述序列图用于描述各域参与者之间的交联关系，所述序列图由单个或多个域参与者模型组成；

步骤三、根据所述任务规划系统所在的开放式架构的属性，将所述信息模型和域参与者模型转换为开放式架构相关模型；

步骤四、将所述开放式架构相关模型转换为代码框架，对所述代码框架进行填充，得到基于开放式架构的通用化任务规划系统。

可选的，所述域参与者模型包括如下中的至少一个模型：任务规划管理、任务信息管理、路径规划、载荷规划、通信规划、效用规划。

可选的，所述信息模型包括：概念数据模型、逻辑数据模型、接口控制文件模型。

可选的，所述用例模型采用UML语言描述。

可选的，所述域参与者模型为UML、SOAML语言描述的服务模型。

可选的，所述根据所述任务规划系统所在的开放式架构的属性，将所述信息模型和域参与者模型转换为开放式架构相关模型，包括：

将所述信息模型和域参与者模型依照模型驱动架构过程，向C/C++、Java构型UML模型描述的开放式架构相关模型转换。

可选的，所述将所述开放式架构相关模型转换为代码框架，包括：

将所述开放式架构相关模型依照模型驱动架构过程，向C/C++、Java代码框架转换。

可选的，所述用例图包括多层级；一级用例图包括：飞行前任务规划、飞行中任务规划、管理规划数据、规划多机任务。

其中，所述任务规划系统所在的开放式架构的属性，可以为任务规划系统所在的开放式架构的开发语言。

本发明的有益效果包括：

1、从作战应用的角度，本发明使无人机任务规划系统具备多平台适配的能力。依据本发明设计的任务规划系统可应用于固定式、机动式、便携式无人机地面站，具有灵活配置的特点。本发明亦使无人机任务规划系统满足全系统互操作性要求，可用于直接接入指挥控制网络或信息节点，可提高信息融合效率，提升作战效能。

2、从生产研发的角度，本发明使无人机任务规划系统具备通用性和可移植性，功能复用性强，显著降低系统生产、研发工作量，缩短任务规划系统设计、调试时间，充分提高全系统的生产研发效率。

3、从使用维护的角度，本发明使无人机任务规划系统的维护、升级更加便捷，由于采用基于面向服务架构的方法设计，对单一功能的修改、维护、升级不影响任务规划系统整体运行，提高系统稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的基于开放式架构的通用化任务规划系统设计方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例提供的通用化任务规划系统设计方法示意图；

图3为本发明一实施例提供的用例图示意图；

图4为本发明另一实施例提供的用例图示意图；

图5为本发明又一实施例提供的用例图示意图；

图6为本发明再一实施例提供的用例图示意图；

图7为本发明再一实施例提供的用例图示意图；

图8为本发明再一实施例提供的用例图示意图；

图9为本发明再一实施例提供的用例图示意图；

图10为本发明再一实施例提供的用例图示意图；

图11为本发明再一实施例提供的用例图示意图；

图12为本发明再一实施例提供的用例图示意图；

图13为本发明再一实施例提供的用例图示意图；

图14为本发明再一实施例提供的用例图示意图；

图15为本发明再一实施例提供的用例图示意图；

图16为本发明再一实施例提供的用例图示意图。

具体实施方式

图1为本发明一实施例提供的基于开放式架构的通用化任务规划系统设计方法的流程示意图，图2为本发明一实施例提供的通用化任务规划系统设计方法示意图，如图1和2所示，基于开放式架构的通用化任务规划系统设计方法，包括：

1)依据任务规划需求，建立任务规划需求模型；

2)依据用例模型设计方法，将任务规划需求模型细化为用例模型；依据参与者模型设计方法，进行功能聚类分析，设计参与者模型；依据信息模型设计方法，进行通信消息格式建模，设计信息模型；经过以上三步模型设计方法，形成包含用例模型、参与者模型、信息模型的平台无关模型；

3)依据模型转换方法，将平台无关模型转换为平台相关模型；

4)依据代码生成方法，将平台相关模型转换为代码框架，对代码框架进行填充。

经本发明产生的代码框架，满足无人机系统通用化和互操作性要求，可用于进一步形成任务规划软件。本发明采用基于面向服务架构的设计方法和基于模型驱动架构的开发方法，以使得设计的任务规划系统可用于各型号无人机系统，实现通用化，保证互操作性。

所述的通用化任务规划系统设计方法包括：模型设计方法、软件开发方法；所述的模型设计方法由用例模型设计方法、参与者模型设计方法、信息模型设计方法组成；所述的软件开发方法由模型转换方法和代码生成方法组成。

示例性的，通过用例模型分级，可对任务规划需求进行梳理分解，有效定义需求重要度、依赖关系与层级关系。用例模型包含用例图与序列图，用例图用于描述特定需求与参与者的关系，序列图用于描述各域参与者模型之间的交联关系。域参与者是一种具备对外端口的服务，其自身具备多个请求方法与响应方法。各域参与者之间通过“提供接口”与“请求接口”，使用消息机制进行通信，消息机制所使用的消息模型属于信息模型。用例模型的序列图由单个或多个域参与者组成，通过不同的组合方式形成用例，以满足需求。

图3为本发明一实施例提供的用例图示意图，图4为本发明另一实施例提供的用例图示意图，图5为本发明又一实施例提供的用例图示意图，图6为本发明再一实施例提供的用例图示意图，图7为本发明再一实施例提供的用例图示意图；图8为本发明再一实施例提供的用例图示意图；图9为本发明再一实施例提供的用例图示意图；图10为本发明再一实施例提供的用例图示意图；图11为本发明再一实施例提供的用例图示意图；图12为本发明再一实施例提供的用例图示意图；图13为本发明再一实施例提供的用例图示意图；图14为本发明再一实施例提供的用例图示意图；图15为本发明再一实施例提供的用例图示意图；图16为本发明再一实施例提供的用例图示意图,可选的，用例模型依照层级关系分为3个用例层级，分别为1级用例(L1)、2级用例(L2)、3级用例(L3)。用例模型如图3-16所示，其将任务规划用例按照层级分为3级，各级之间存在从属关系，由UML语言描述。

示例性的，1级用例图包括飞行前任务规划、飞行中任务规划、管理规划数据、规划多机任务。

可选的，参与者模型依照功能分为任务规划管理、任务信息管理、路径规划、载荷规划、通信规划、效用规划共6个功能域。

参与者模型设计方法将任务规划功能划分为任务规划管理、任务信息管理、路径规划、载荷规划、通信规划、效用规划共6个功能域。功能域的划分通过功能聚类分析产生，各功能域包含多个参与者，参与者为UML、SOAML语言描述的服务模型，其为任务规划功能的基本组成部分。

可选的，信息模型依照从属关系分为概念数据模型、逻辑数据模型、接口控制文件3个信息模型。

可选的，模型转换方法采用由UML、SOAML语言描述的平台无关模型依照模型驱动架构过程向C/C++、Java构型UML模型描述的平台相关模型转换的方法。

信息模型设计方法依据任务规划系统数据与消息格式划分为概念数据模型、逻辑数据模型、接口控制文件，由UML语言描述。概念数据模型为与对象实体相关的量化属性数据，逻辑数据模型为依照特性经归类整理后的数据，接口控制文件为依据具体需求设置的消息格式文件，使任务规划模型具备互操作性。

信息模型包含以下内容：

概念数据模型：该数据模型与所属系统有关(如无人机、无人车等，当前仅包含通用与飞行器专用两种)，依照数据的类型进行分类，用于管理系统内所需的所有数据。

通用概念数据模型：包含无人系统通用数据，以兼容多型无人系统，例如：经度、纬度、高度、速度等。

飞行器专用概念数据模型：包含飞行器专用数据，例如：光电传感器类型、涡扇发动机推力等。

逻辑数据模型：该数据模型与所属系统无关，依照数据的属性进行分类，该数据模型中的所有数据均来自概念数据模型。

消息模型：消息模型由概念数据模型中的数据组成，用于域参与者之间的通信。

数据映射模型：该模型中包含了概念数据模型向逻辑数据模型的映射关系，表示了两种数据模型间数据的对应关系。

接口控制文件：接口控制文件从另一个视角进行描述，其按照域参与者将消息模型进行分类，用于检查域参与者接口与消息模型的对应关系。

可选的，代码生成方法采用由C/C++、Java构型UML模型描述的平台相关模型依照模型驱动架构过程向C/C++、Java代码框架转换的方法。

在代码框架生成后，进行代码填充。代码填充部分主要包括：

PSM通过模型驱动转换的方式形成代码框架，域参与者模型、信息模型均以类的形式出现，代码框架中仅包含了类的定义，未包含内部逻辑。

在代码填充阶段中，软件编码人员通过编写实现内部逻辑的代码，实现域参与者中各请求方法与响应方法的功能。

例如在代码框架转换阶段完成后为一个空方法，经填充内部逻辑(如向数据库写入数据等代码)，可实现“在数据库中增加任务规划数据”的功能。

域参与者代码框架经填充内部逻辑代码后，具备实际功能。

代码生成方法基于模型驱动架构，经模型设计方法产生的由UML、SOAML语言描述的任务规划系统模型为平台无关模型(简称PIM)，与实际应用平台(C/C++、Java等)相关的模型为平台相关模型(简称PSM)。

本方法设定了二种转换定义，分别为平台转换定义与代码转换定义，其作用分别为将平台无关模型通过平台转换定义转换为平台相关模型，将平台相关模型经代码转换定义转换为代码框架。使用代码生成方法可将任务规划模型转换为实际系统可用的代码框架，使任务规划系统具备可移植性。

采用本发明提供的方法获取的任务规划系统设计方法实现互操作共有以下二种方式：

1、外部系统符合本系统消息格式：

直接通信

2、外部系统不符合本系统消息格式：

a)通过加入不同通信标准的参考模型的方式，由特定的域参与者将外部系统的数据进行解析，并映射至本系统的逻辑数据模型，以实现对外部系统数据的读取。

b)本系统内通过上述已设计好的消息模型进行通信。

c)需要向外部系统传输数据时，由特定的域参与者将本系统的消息模型依照参考模型，转换为符合对应外部系统的通信标准格式，进行数据传输。

通过以上二种方式，本系统设计方法设计的系统可以实现与外部系统的互操作性。

本发明定义了一种基于开放式架构的通用化任务规划系统设计方法，实现对无人机任务规划系统的系统设计和软件开发，能够满足多型无人机系统软件功能复用需求，促进任务规划系统的体系化发展，提升无人机系统的整体作战效能；同时可提高无人机任务规划系统的研发效率、加强无人机地面站系统间的互操作性，降低研发、使用成本，提升经济效益。

Claims

1.一种基于开放式架构的通用化任务规划系统设计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述域参与者模型包括如下中的至少一个模型：任务规划管理、任务信息管理、路径规划、载荷规划、通信规划、效用规划。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信息模型包括：概念数据模型、逻辑数据模型、接口控制文件模型。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用例模型采用UML语言描述。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述域参与者模型为UML、SOAML语言描述的服务模型。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述任务规划系统所在的开放式架构的属性，将所述信息模型和域参与者模型转换为开放式架构相关模型，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述开放式架构相关模型转换为代码框架，包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用例图包括多层级；一级用例图包括：飞行前任务规划、飞行中任务规划、管理规划数据、规划多机任务。