CN116029129B - 一种搜救体系建模方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种搜救体系建模方法及装置，该方法包括：利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行搜救体系设计，得到搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果；根据所述搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，基于DoDAF建立搜救体系架构；利用复合建模方法，对所述搜救体系架构进行建模，得到搜救体系模型。本发明利用混合现实设备的全息演示功能以及具备的允许用户与虚拟对象以及真实对象进行交互的优势，辅助指挥官更好地了解虚拟和真实战场环境并做出相应决策。本发明对人员搜救体系的顶层设计、对系统设计的质量保证和风险控制具有一定的指导意义和借鉴价值。
Description
技术领域
本发明涉及遇险搜救技术领域，尤其涉及一种搜救体系建模方法及装置。
背景技术
人员搜救(Search and Rescue,SAR)是作战行动的重要组成部分，是确保战斗力的关键支撑之一，成功实施搜救行动对提高联合部队的作战能力具有重要的意义。遇险人员搜救自身的复杂性、多层级联合的特征，使得对其的分析设计需要关注以下几个方面：一是装备平台的单个能力指标的高精尖已不再是最高要求，而整体体系所显示出来的综合能力的协同涌现更加关键；二是威胁环境下的人员搜救是一个行动规模大、行动任务复杂的需多装备协同、多层次的联合体系，因而需要从体系工程的角度，以能力为牵引，自上而下通过统一结构框架进行人员搜救体系的结构建模；三是人员搜救体系具有自主适应性、不确定性和层次涌现性，选择何种建模仿真方法从多维度、多视角对该体系进行建模和分析，以及如何将仿真和虚拟现实技术相结合以发挥辅助决策的作用，从而有效提高搜救能力。
建模工具用于实现模型概念的传递，常见的体系结构建模工具有统一建模语言UML(Unified Modeling Language)、系统建模语言SysML(Systems Modeling Language)、集成计算机辅助制造IDEF(Integrated computer aided manufacturing Definition)以及各类建模仿真系统等。
建模方法论主要解决建模阶段、任务、工具、方法技巧等问题，是以解决问题为目标的理论体系或系统，典型建模方法包括结构化分析建模、面向对象建模、基于Agent的建模、基于网络的建模以及基于Petri网的建模方法等。对体系的建模是一项复杂的工作，国内外的学者对此也做了相关的探索工作。
以上建模方法分别从不同的角度对系统进行分析，宏观或微观，自上而下或自下而上，每种建模方法都有自己的优点和缺点，有各自的适用范围，因此，有的学者开始将不同建模方法结合进行复合建模。例如基于系统动力学和离散多Agent建模的优势和劣势，提出了二者融合式的建模方法。结合离散事件与动态Agent的仿真框架，用以解决分系统运行中的结构变化问题。基于Agent的建模与仿真和离散事件仿真的集成与应用。将复杂网络和Agent建模理论结合起来，对作战系统进行建模，采用Agent仿真作战实元，利用复杂网络的理论分析各Agent间的各种信息的传输，从而达到为作战系统建模的目的。在复杂体系的“两层四级”结构层级概念模型的研究基础上，为了实现各独立系统协同运作目标，提出了双向复合建模方法。系统研究了复合建模方法中的层次聚合建模方法和任务映射建模方法，通过引入“涌现级虚拟系统”的概念，实现了两种建模方法的有效结合。
但这些复合建模方法大部分是针对具体问题提出可以将不同建模方法结合起来实现复合建模，在如何选取建模方法，如何针对体系的不同组成元素进行针对性的建模上，缺乏系统性的研究，这部分的建模策略需要更多的量化参考。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种搜救体系建模方法及装置，能够利用基于EMCE环的体系设计方法，从环境分析、任务分析、能力空间规划、体系要素分析四个方面对人员搜救体系进行设计；基于DoDAF对人员搜救体系结构进行建模，对搜救体系的作战概念、作战节点与信息交换、作战活动、状态转移与事件时序进行详细设计；针对战场搜救体系层次涌现性、仿真运行时序性，利用Multi-Agent(多智能体)建模方法和DEVS建模方法的功能互补，提出了适应战场搜救体系仿真的复合建模方法；利用MR(混合现实)设备的全息演示功能以及具备的允许用户与虚拟对象以及真实对象进行交互的优势，辅助指挥官更好地了解虚拟和真实战场环境并做出相应决策。
为了解决上述技术问题，本发明实施例第一方面公开了一种搜救体系建模方法，所述方法包括：
S1，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行搜救体系设计，得到搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果；
S2，根据所述搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，基于DoDAF建立搜救体系架构；
S3，利用复合建模方法，对所述搜救体系架构进行建模，得到搜救体系模型。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行搜救体系设计，得到搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，包括：
S11，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行环境分析，得到搜救体系边界；
S12，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行任务分析，得到搜救任务分析结果；
S13，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行能力空间规划，得到能力空间规划结果；
所述能力空间规划结果包括体系的能力目标、体系运行规则和体系运行状态；
S14，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行体系要素分析，得到体系要素分析结果；
所述体系要素分析结果包括体系组织视图、体系利益相关方视图、资源关系视图、需求视图、体系开发与组成开发关系视图和体系结构。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行任务分析，得到搜救任务分析结果，包括：
S121，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行任务目标、任务执行需要资源、任务执行环境、任务执行对象分析，得到任务空间模型；
S122，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行不确定性因素分析、不确定性因素影响分析和不确定性应对措施分析，得到任务不确定性分析结果；
所述搜救任务分析结果包括所述任务空间模型和所述任务不确定性分析结果。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述根据所述搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，基于DoDAF建立搜救体系架构，包括：
S21，根据所述搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，基于DoDAF构建搜救体系视图；
所述搜救体系视图包括搜救概念图、搜救节点连接图、组织关系图、搜救活动分解树、搜救活动模型、搜救状态迁移描述图、搜救事件跟踪描述图和能力分类图；
S22，利用所述搜救概念图，进行搜救概念高层描述，得到搜救节点的连接关系和搜救任务信息；
S23，根据所述搜救节点的连接关系和搜救任务信息，利用所述搜救节点连接图、组织关系图、搜救活动分解树、搜救活动模型、搜救状态迁移描述图、搜救事件跟踪描述图和能力分类图，进行搜救体系建模分析，得到搜救体系架构。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述根据所述搜救节点的连接关系和搜救任务信息，利用所述搜救节点连接图、组织关系图、搜救活动分解树、搜救活动模型、搜救状态迁移描述图、搜救事件跟踪描述图和能力分类图，进行搜救体系建模分析，得到搜救体系架构，包括：
S231，根据所述搜救节点的连接关系和搜救任务信息，利用所述搜救节点连接图，对搜救节点进行分析，得到搜救节点的信息交互关系；
S232，利用所述组织关系图,对组织层次之间、内部组织与外部组织之间的关系进行描述，得到组织关系；
S233，利用所述搜救活动分解树，对搜救活动及其执行者进行描述，得到搜救活动分解关系；
S234，利用所述搜救活动模型，对搜救任务对应的主要搜救活动、活动间的输入输出流、架构之外活动的输入输出流进行描述，得到搜救活动关系；
S235，利用所述搜救状态迁移描述图，对每个搜救节点的状态建模，得到搜救节点的运行机制；
S236，利用所述搜救事件跟踪描述图，对各搜救节点在搜救任务的各个搜救阶段信息动态的时序逻辑进行分析，得到搜救事件跟踪描述关系；
S237，利用所述能力分类图，对搜救任务进行分析，得到能力分层信息；
所述搜救节点的信息交互关系、组织关系、搜救活动分解关系、搜救活动关系、搜救节点的运行机制、搜救事件跟踪描述关系和能力分层信息构成搜救体系架构。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述利用复合建模方法，对所述搜救体系架构进行建模，得到搜救体系模型，包括：
S31，利用多智能体对所述搜救体系架构中的实体进行建模，得到搜救装备、待救目标、敌方火力的智能体模型；
S32，利用离散事件建模方法，对搜救任务过程中的各个事件进行离散化描述，得到事件-活动-事件模型；
所述智能体模型和所述事件-活动-事件模型构成搜救体系模型。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述方法包括利用计算机软件将建立的所述搜救体系模型转变为计算机仿真模型；
所述方法还包括利用增强现实技术，采用HoloLens混合现实头戴式显示器，实现用户与虚拟对象以及真实对象之间的交互。
本发明实施例第二方面公开了一种搜救体系建模装置，所述装置包括：
搜救体系设计模块，用于利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行搜救体系设计，得到搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果；
搜救体系架构构建模块，用于根据所述搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，基于DoDAF建立搜救体系架构；
搜救体系建模模块，用于利用复合建模方法，对所述搜救体系架构进行建模，得到搜救体系模型。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行搜救体系设计，得到搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，包括：
S11，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行环境分析，得到搜救体系边界；
S12，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行任务分析，得到搜救任务分析结果；
S13，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行能力空间规划，得到能力空间规划结果；
所述能力空间规划结果包括体系的能力目标、体系运行规则和体系运行状态；
S14，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行体系要素分析，得到体系要素分析结果；
所述体系要素分析结果包括体系组织视图、体系利益相关方视图、资源关系视图、需求视图、体系开发与组成开发关系视图和体系结构。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行任务分析，得到搜救任务分析结果，包括：
S121，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行任务目标、任务执行需要资源、任务执行环境、任务执行对象分析，得到任务空间模型；
S122，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行不确定性因素分析、不确定性因素影响分析和不确定性应对措施分析，得到任务不确定性分析结果；
所述搜救任务分析结果包括所述任务空间模型和所述任务不确定性分析结果。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述根据所述搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，基于DoDAF建立搜救体系架构，包括：
S21，根据所述搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，基于DoDAF构建搜救体系视图；
所述搜救体系视图包括搜救概念图、搜救节点连接图、组织关系图、搜救活动分解树、搜救活动模型、搜救状态迁移描述图、搜救事件跟踪描述图和能力分类图；
S22，利用所述搜救概念图，进行搜救概念高层描述，得到搜救节点的连接关系和搜救任务信息；
S23，根据所述搜救节点的连接关系和搜救任务信息，利用所述搜救节点连接图、组织关系图、搜救活动分解树、搜救活动模型、搜救状态迁移描述图、搜救事件跟踪描述图和能力分类图，进行搜救体系建模分析，得到搜救体系架构。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述根据所述搜救节点的连接关系和搜救任务信息，利用所述搜救节点连接图、组织关系图、搜救活动分解树、搜救活动模型、搜救状态迁移描述图、搜救事件跟踪描述图和能力分类图，进行搜救体系建模分析，得到搜救体系架构，包括：
S231，根据所述搜救节点的连接关系和搜救任务信息，利用所述搜救节点连接图，对搜救节点进行分析，得到搜救节点的信息交互关系；
S232，利用所述组织关系图,对组织层次之间、内部组织与外部组织之间的关系进行描述，得到组织关系；
S233，利用所述搜救活动分解树，对搜救活动及其执行者进行描述，得到搜救活动分解关系；
S234，利用所述搜救活动模型，对搜救任务对应的主要搜救活动、活动间的输入输出流、架构之外活动的输入输出流进行描述，得到搜救活动关系；
S235，利用所述搜救状态迁移描述图，对每个搜救节点的状态建模，得到搜救节点的运行机制；
S236，利用所述搜救事件跟踪描述图，对各搜救节点在搜救任务的各个搜救阶段信息动态的时序逻辑进行分析，得到搜救事件跟踪描述关系；
S237，利用所述能力分类图，对搜救任务进行分析，得到能力分层信息；
所述搜救节点的信息交互关系、组织关系、搜救活动分解关系、搜救活动关系、搜救节点的运行机制、搜救事件跟踪描述关系和能力分层信息构成搜救体系架构。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述利用复合建模方法，对所述搜救体系架构进行建模，得到搜救体系模型，包括：
S31，利用多智能体对所述搜救体系架构中的实体进行建模，得到搜救装备、待救目标、敌方火力的智能体模型；
S32，利用离散事件建模方法，对搜救任务过程中的各个事件进行离散化描述，得到事件-活动-事件模型；
所述智能体模型和所述事件-活动-事件模型构成搜救体系模型。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述方法包括利用计算机软件将建立的所述搜救体系模型转变为计算机仿真模型；
所述方法还包括利用增强现实技术，采用HoloLens混合现实头戴式显示器，实现用户与虚拟对象以及真实对象之间的交互。
本发明第三方面公开了另一种搜救体系建模装置，所述装置包括：
存储有可执行程序代码的存储器；
与所述存储器耦合的处理器；
所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行本发明实施例第一方面公开的搜救体系建模方法中的部分或全部步骤。
本发明第四方面公开了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行本发明实施例第一方面公开的搜救体系建模方法中的部分或全部步骤。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
(1)发明提出了基于EMCE环的体系设计方法，从环境分析、任务分析、能力空间规划、体系要素分析四个方面对人员搜救体系进行设计，为体系架构建模和仿真建模提供理论依据。
(2)本发明基于DoDAF架构框架，重点完成了搜救体系视图的分析与设计，明确了搜救系统的组织角色、搜救节点组成、搜救活动，形成了基于时序的任务描述、基于任务的搜救节点交互关系和状态变化情况，并通过时序模型的动态运行验证了模型的逻辑正确性。结果表明通过该方法建立的搜救体系架构合理可行，并可在方案设计阶段即对系统顶层设计的合理性和可行性加以验证，对系统设计的质量保证和风险控制具有一定的指导意义和借鉴价值，可促进人员搜救体系的顶层设计。
(3)针对战场搜救体系层次涌现性、仿真运行时序性，本发明通过多智能体方法和DEVS方法的功能互补，提出了适应战场搜救体系的基于多智能体和离散事件的复合建模方法，对于复杂体系的分析和测度具有重要的参考意义。
(4)本发明方法不仅应用于普通PC设备，还能运行在HoloLens混合现实头戴式显示器上，为后续开展相关研究提供有益的借鉴，为增强现实技术在人员搜救系统方面的应用提供思路参考，也为更多的科研人员和应用场景提供了可能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例公开的一种搜救体系建模方法的流程示意图；
图2是本发明实施例公开的EMCE环示意图；
图3是本发明实施例公开的搜救概念图；
图4是本发明实施例公开的搜救场景示意图；
图5是本发明实施例公开的模型逻辑自洽性验证示意图；
图6是本发明实施例公开的面向战场人员遇险的搜救与反搜救对抗仿真基于HoloLens增强现实的应用示意图；
图7是本发明实施例公开的一种搜救体系建模装置的结构示意图；
图8是本发明实施例公开的另一种搜救体系建模装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本发明公开了一种搜救体系建模方法及装置，能够通过利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行搜救体系设计，得到搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果；根据所述搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，基于DoDAF建立搜救体系架构；利用复合建模方法，对所述搜救体系架构进行建模，得到搜救体系模型。本发明利用混合现实设备的全息演示功能以及具备的允许用户与虚拟对象以及真实对象进行交互的优势，辅助指挥官更好地了解虚拟和真实战场环境并做出相应决策。本发明对人员搜救体系的顶层设计、对系统设计的质量保证和风险控制具有一定的指导意义和借鉴价值。以下分别进行详细说明。
实施例一
请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种搜救体系建模方法的流程示意图。其中，图1所描述的搜救体系建模方法应用于遇险搜救技术领域，如战场人员遇险的搜救、飞行员陆地搜救等，本发明实施例不做限定。如图1所示，该出搜救体系建模方法可以包括以下操作：
S1，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行搜救体系设计，得到搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果；
S2，根据所述搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，基于DoDAF建立搜救体系架构；
S3，利用复合建模方法，对所述搜救体系架构进行建模，得到搜救体系模型。
图2是本发明实施例公开的EMCE环示意图；利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行搜救体系设计，得到搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，包括：
S11，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行环境分析，得到搜救体系边界；
S12，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行任务分析，得到搜救任务分析结果；
S13，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行能力空间规划，得到能力空间规划结果；
所述能力空间规划结果包括体系的能力目标、体系运行规则和体系运行状态；
S14，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行体系要素分析，得到体系要素分析结果；
所述体系要素分析结果包括体系组织视图、体系利益相关方视图、资源关系视图、需求视图、体系开发与组成开发关系视图、体系结构。
可选的，环境主要包括自然环境、战场环境和社会环境，本发明主要从自然环境和战场环境对搜救体系的环境进行分析。自然环境主要包括地理条件(山脉、平原、高原、盆地、丘陵、海洋、河流、湖泊等)、气象条件(能见度、风、云、雨、雾等)和水文条件(如流场、风场、海浪、昼、夜等)；战场环境模型包括可能的敌方威胁等要素，如电磁、雷达、地空导弹、防空火炮、空中战机、海面舰船等。
可选的，任务分析主要从任务本身和任务不确定性两个方面进行。对任务本身的分析需要对其四个要素即任务目标、任务执行需要资源、任务执行环境、任务执行对象进行分析，在此基础上对任务空间进行建模，任务空间表示为：
MisSpa＝(Mcom,Mint,Mcap,Menv,Mcon)
其中，Mcom,Mint,Mcap,Menv,Mcon分别表示任务分类组成、任务外部接口、任务能力需求、任务执行环境、任务执行约束Interface。任务不确定性分析主要包括不确定性因素(如环境、执行对象、敌方力量部署等)分析、不确定性因素影响(如对执行效果的影响、对执行过程的影响)分析及不确定性应对措施(如采用何种方法减小不确定性因素的影响)分析。
可选的，能力空间具有两个特点：一是多个能力指标组合构成了描述体系能力的多维空间，同时对确定性的系统而言，其能力取值也是确定的，该系统所具备的能力量化后对应于多维能力空间中的一个点。二是由于体系的不确定性，其能力也随着环境、自身状态、演化过程等的影响而动态变化，且体系各项能力的度量值是一个变化的区间，因此体系整体能力对应于多维能力空间中的一个子空间。
进行能力空间规划确保体系能力在一定的范围内波动，一是要在体系规划阶段明确体系的能力目标，为体系演进指明方向；二是依据仿真和实际运行数据生成体系运行规则，驱动体系演化；三是监控体系运行状态，分析体系变化情况，并对其进行约束控制。
体系要素一般包括体系组织视图、体系利益相关方视图、资源关系视图、需求视图、体系开发与组成开发关系视图、体系结构。体系要素的设计方法通常有层次分解法、矩阵关联法。体系结构旨在对体系各组成部分或体系要素的组织安排，根据要素、根据关系有两种不同的分类方式。
可选的，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行任务分析，得到搜救任务分析结果，包括：
S121，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行任务目标、任务执行需要资源、任务执行环境、任务执行对象分析，得到任务空间模型；
S122，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行不确定性因素分析、不确定性因素影响分析和不确定性应对措施分析，得到任务不确定性分析结果；
所述任务空间模型和所述任务不确定性分析结果构成搜救任务分析结果。
可选的，根据所述搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，基于DoDAF建立搜救体系架构，包括：
S21，根据所述搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，基于DoDAF构建搜救体系视图；
所述搜救体系视图包括搜救概念图、搜救节点连接图、组织关系图、搜救活动分解树、搜救活动模型、搜救状态迁移描述图、搜救事件跟踪描述图和能力分类图；
S22，利用所述搜救概念图，进行搜救概念高层描述，得到搜救节点的连接关系和搜救任务信息；
S23，根据所述搜救节点的连接关系和搜救任务信息，利用所述搜救节点连接图、组织关系图、搜救活动分解树、搜救活动模型、搜救状态迁移描述图、搜救事件跟踪描述图和能力分类图，进行搜救体系建模分析，得到搜救体系架构。
可选的，根据所述搜救节点的连接关系和搜救任务信息，利用所述搜救节点连接图、组织关系图、搜救活动分解树、搜救活动模型、搜救状态迁移描述图、搜救事件跟踪描述图和能力分类图，进行搜救体系建模分析，得到搜救体系架构，包括：
S231，根据所述搜救节点的连接关系和搜救任务信息，利用所述搜救节点连接图，对搜救节点进行分析，得到搜救节点的信息交互关系；
S232，利用所述组织关系图,对组织层次之间、内部组织与外部组织之间的关系进行描述，得到组织关系；
S233，利用所述搜救活动分解树，对搜救活动及其执行者进行描述，得到搜救活动分解关系；
S234，利用所述搜救活动模型，对搜救任务对应的主要搜救活动、活动间的输入输出流、架构之外活动的输入输出流进行描述，得到搜救活动关系；
S235，利用所述搜救状态迁移描述图，对每个搜救节点的状态建模，得到搜救节点的运行机制；
S236，利用所述搜救事件跟踪描述图，对各搜救节点在搜救任务的各个搜救阶段信息动态的时序逻辑进行分析，得到搜救事件跟踪描述关系；
S237，利用所述能力分类图，对搜救任务进行分析，得到能力分层信息；
所述搜救节点的信息交互关系、组织关系、搜救活动分解关系、搜救活动关系、搜救节点的运行机制、搜救事件跟踪描述关系和能力分层信息构成搜救体系架构。
可选的，利用复合建模方法，对所述搜救体系架构进行建模，得到搜救体系模型，包括：
S31，利用多智能体对所述搜救体系架构中的实体进行建模，得到搜救装备、待救目标、敌方火力的智能体模型；
S32，利用离散事件建模方法，对搜救任务过程中的各个事件进行离散化描述，得到事件-活动-事件模型；
所述智能体模型和所述事件-活动-事件模型构成搜救体系模型。
所述复合建模方法，包括利用多智能体(Multi-agent)对所述搜救体系架构中的实体进行建模，得到搜救装备、待救目标、敌方火力的智能体模型；包括利用离散事件建模方法(DEVS)，对搜救任务过程中的各个事件进行离散化描述，得到事件-活动-事件模型。
可选的，所述方法包括利用计算机软件将建立的所述搜救体系模型转变为计算机仿真模型；
所述方法还包括利用增强现实技术，采用HoloLens混合现实头戴式显示器，实现用户与虚拟对象以及真实对象之间的交互。
实施例二
以遇险飞行员陆地搜救为研究对象，从搜救视角出发构建搜救体系架构，包括完成陆地搜救的行动、搜救节点、以及节点间的信息交互，主要作战视图如表1所示。
表1构建的视图模型及作用
1、搜救概念高层描述
搜救概念高层描述，通过构建OV-1搜救概念图实现，如图3所示。以直观的图形的形式描绘搜救节点的连接关系和搜救任务，便于决策者对搜救概念的全局把控。
遇险飞行员陆地搜救流程是：战争中一战机被敌击中，飞行员跳伞并发送求救信号，搜救指挥中心接到遇险告警并向引导掩护机、救援空中战斗巡逻机、救援护航机和救援直升机发送出动指令。引导掩护机出发并充当现场指挥，救援空中战斗巡逻机出动以对敌方实施打击，救援护航机接到出动指令后从基地出发前往目标空域，救援直升机接到出动指令后也从基地出发前往目标空域。引导掩护机观察到救援直升机到达目标空域后，联系遇险飞行员开启闪光灯，遇险飞行员接收到指令并开启闪光灯。引导掩护机观测到闪光灯，指挥救援直升机进行救援，救援直升机接收到指令，开始降落并进行救援。救援护航机观察到救援直升机开始下降时缓慢前进并进行掩护。最后，遇险飞行员被救起，引导掩护机和救援空中战斗巡逻机返回基地，救援直升机将遇险飞行员送往后方医院，期间救援护航机执行伴飞护航。
2、搜救体系建模分析
(1)组织关系图OV-4
组织关系图用于描述体系结构中涉及到的组织层次之间、内部组织与外部组织之间存在的各种关系。遇险飞行员陆地搜救的角色有：通信卫星、定位系统、搜救指挥中心、引导掩护机、救援空中战斗巡逻机、救援护航机和救援直升机，其中搜救指挥中心是搜救活动的任务发布者和组织者，其他组织角色由该平台指挥。
(2)搜救活动分解树OV-5a
搜救活动分解树主要描述完成搜救任务需要执行的搜救活动及其相应的执行者。如遇险飞行员陆地搜救任务中，主要执行者有监视节点、定位节点、指挥节点、交互节点、攻击节点、护航节点和搜救节点。
(3)搜救活动模型OV-5b
搜救活动模型主要描述搜救任务对应的主要搜救活动、活动间的输入/输出流、来自架构描述之外活动的输入/输出流，以及流向架构描述之外流出架构的活动输入/输出流。
(4)搜救节点连接图OV-2
搜救节点连接描述以图形方式描述说明在搜救体系结构中发挥重要作用的各组成搜救节点、完成的搜救活动、与其他搜救节点存在的信息交互关系，通过一系列相互作用的搜救节点以及这些搜救节点之间交换的信息来描述信息交互需求。它不仅涵盖了与正向搜救相关的节点如遇险飞行员、监视节点、定位节点、指挥节点、交互节点、攻击节点、护航节点和搜救节点，还包含阻止搜救的反向节点，如敌方地面部队和敌方火力。
(5)搜救事件跟踪描述图OV-6c
搜救事件跟踪描述主要用于追溯搜救场景中的动作或事件顺序，定义搜救节点间引起信息交互行动的关键时刻的时间顺序特征，描述各搜救节点在整个搜救任务中的各个搜救阶段信息动态的时序逻辑，本发明给出了遇险飞行员陆地搜救的搜救事件跟踪描述图，它详细定义了各搜救节点间的信息活动的任务事件序列。
(6)搜救状态迁移描述OV-6b
搜救状态迁移描述通过状态图描述各搜救节点如何通过改变其状态来响应各种事件，当相关事件发生后，发生状态迁移，下一个状态取决于当前状态、事件(触发器)和规则。通过对每个搜救节点的状态建模，可清晰地体现以搜救任务为时序的各搜救节点的运行机制。
(7)能力分类图CV-2
CV-2用以描述能力的层次结构，将CV-1中的能力根据遇险飞行员陆地搜救场景架构设计内容进一步细分展开得到能力分层结果。
实施例三
本发明采用多智能体和离散事件相结合的复合建模方法，通过多Agent间的交互可获得体系的涌现能力，通过DEVS建模实现仿真运行的时序逻辑，通过这种功能互补(Multi-Agent建模不能给出仿真运行的时序逻辑，DEVS建模通过事件改变系统状态，支持物质流和能量流的运动，但对信息流的运动过程的表示能力有限)，从而能够从“自底向上”和“自顶向下”两个方面对战场搜救体系建模进行综合考虑。
本发明采用多Agent建模对搜救体系中的实体进行建模，建立搜救装备、待救目标、敌方火力的智能体模型，如表2所示。
表2多智能体模型
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威胁环境下的人员搜救十分复杂，不仅包含很多相互独立的任务阶段，还有很多需要进行判断的决策点，很难采取纯数学的方法来分析搜救任务过程。但是，该过程可以表示为一个离散事件系统问题，其模型可简化为“事件-活动-事件”的形式。
其中，X是输入事件集,Y是输出事件集,S是内部状态集,δint是内部状态转移函数,δext是外部状态转移函数,λ是模型输出函数,ta是时间推进函数.
本发明采用离散事件建模对搜救任务过程中的各个事件进行离散化描述，并对系统状态在特定时间节点上发生的变化进行记录。形成如表3所示的事件-活动-事件模型。
表3搜救行动DEVS模型
实施例四
建立搜救仿真试验框架，将需要进行验证的航空装备或其性能加入其中(本发明以航空装备的数量和性能为验证对象)，并通过聚焦试验环快速试验测试得出相关体系性效果，达成支持决策的目的。
聚焦试验环，是试验应用的整个周期，由想定准备环、想定提炼环、仿真试验环、数据分析环四个基本环(本发明将其定义为PRAS环)组成，它们构成了聚焦试验环的一个基本周期。聚焦试验环是从试验整体上逐步逼近结果的过程，研究人员可以根据试验的目标以及每一次试验周期的结果进行判断，决定是否进行下一个周期的试验。通过这种螺旋上升、逐步逼近的方式，实现对问题的深入研究。
基于仿真试验框架和多智能体与离散事件相结合的复合建模方法，构建了如图4所示的搜救场景。并且PC端提供了遇险飞行员陆地搜救仿真的可视化效果,如图4所示。
体系架构完成设计之后，需要对模型进行验证。验证的主要内容包括：体系功能架构设计的逻辑正确性，描述的功能是否按照预期的顺序执行。将DoDAF视图模型中节点、能力、关联关系、活动、时序、状态等作为对象模型，通过仿真模型管理工具加载这些对象模型，并配置仿真节点参数，同时配置参与联合仿真的软件，用户通过仿真模型管理工具中的模型数据交联模块结合具体使用场景配置平台之间的输入、输出端口的数据交互关系。
采用系统事件消息驱动的方式对体系功能架构动态行为逻辑进行验证，该阶段采取人在回路的验证方式，通过用户(参与者)手动生成激励事件，驱动系统节点进行相应的状态转换，通过分析动态执行过程中的事件追踪图，对比动态执行模型与预期逻辑之间不符合之处，完成逻辑自洽性验证的同时对功能架构模型进行设计迭代。经过对模型的仿真，描绘了任务实施过程和体系状态的变化情况(如图5所示)，对体系模型的逻辑自洽性进行了验证。
HoloLens是由Microsoft研制的一款基于混合现实的头戴式显示器。该头戴式显示器通过其半透明的显示屏幕，将虚拟世界和现实世界进行了融合。其算法基于精准的空间定位能力，将虚拟图像锚定真实世界之上，营造了虚实结合的交互体验。其特点是能带给用户场景化的良好的交互体验。更好的交互体验表现在以下两个方面。一是使用HoloLens混合现实头戴式显示器可以支持操作者直接通过触摸或发射射线的方式与虚拟世界进行交互。二是混合显示头戴式显示器融合了虚拟和现实两个维度，操作者可以同时观察虚拟世界和现实世界，拥有更好的视觉效果和现实中的行为参照。
在遇险飞行员陆地搜救仿真中，操作者往往是作战搜救的指挥人员或战略战法的研究人员，上述操作者在进行仿真的过程中往往需要与真实世界中的其他内容进行交互，例如其他研究人员、其他仿真数据等，增强现实的创新应用为这样的场景提供了更优的表现形式。HoloLens支持手移动、手旋转、手抓取、手单击等各种手势操作，以及语音操作，还可以识别眼动以进行选择移动。本项研究中，主要使用了手移动、手单击两项手势操作。通过手移动进行场景的选择，一般选择平坦的且面积足够的地面或桌面生成仿真场景；还可以通过手单击进行确认操作，如确认场景生成位置、确认场景转换、确认退出等。图6展示了面向战场人员遇险的搜救与反搜救对抗仿真基于HoloLens增强现实的应用。在新的运行平台下，战场环境呈现出虚拟沙盘的形式，也更方便了多人研究讨论的实际应用需要。
实施例五
请参阅图7，图7是本发明实施例公开的一种搜救体系建模装置的流程示意图。其中，图7所描述的搜救体系建模装置应用于遇险搜救技术领域，如战场人员遇险的搜救、飞行员陆地搜救等，本发明实施例不做限定。如图7所示，该出搜救体系建模装置可以包括以下操作：
S301，搜救体系设计模块，用于利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行搜救体系设计，得到搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果；
S302，搜救体系架构构建模块，用于根据所述搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，基于DoDAF建立搜救体系架构；
S303，搜救体系建模模块，用于利用复合建模方法，对所述搜救体系架构进行建模，得到搜救体系模型。
实施例六
请参阅图8，图8是本发明实施例公开的另一种搜救体系建模装置的流程示意图。其中，图8所描述的搜救体系建模装置应用于遇险搜救技术领域，如战场人员遇险的搜救、飞行员陆地搜救等，本发明实施例不做限定。如图8所示，该出搜救体系建模装置可以包括以下操作：
存储有可执行程序代码的存储器401；
与存储器401耦合的处理器402；
处理器402调用存储器401中存储的可执行程序代码，用于执行实施例一～实施例四所描述的搜救体系建模方法中的步骤。
实施例七
本发明实施例公开了一种计算机读存储介质，其存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，该计算机程序使得计算机执行施例一～实施例四所描述的搜救体系建模方法中的步骤。
以上所描述的装置实施例仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施例的具体描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,存储介质包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-timeProgrammable Read-Only Memory，OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。
最后应说明的是：本发明实施例公开的一种搜救体系建模方法及装置所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种搜救体系建模方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行搜救体系设计，得到搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，包括：
S11，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行环境分析，得到搜救体系边界；
S12，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行任务分析，得到搜救任务分析结果，包括：
S121，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行任务目标、任务执行需要资源、任务执行环境、任务执行对象分析，得到任务空间模型；
S122，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行不确定性因素分析、不确定性因素影响分析和不确定性应对措施分析，得到任务不确定性分析结果；
所述搜救任务分析结果包括所述任务空间模型和所述任务不确定性分析结果；
S13，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行能力空间规划，得到能力空间规划结果；
所述能力空间规划结果包括体系的能力目标、体系运行规则和体系运行状态；
S14，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行体系要素分析，得到体系要素分析结果；
所述体系要素分析结果包括体系组织视图、体系利益相关方视图、资源关系视图、需求视图、体系开发与组成开发关系视图和体系结构；
S2，根据所述搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，基于DoDAF建立搜救体系架构，包括：
S21，根据所述搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，基于DoDAF构建搜救体系视图；
所述搜救体系视图包括搜救概念图、搜救节点连接图、组织关系图、搜救活动分解树、搜救活动模型、搜救状态迁移描述图、搜救事件跟踪描述图和能力分类图；
S22，利用所述搜救概念图，进行搜救概念高层描述，得到搜救节点的连接关系和搜救任务信息；
S23，根据所述搜救节点的连接关系和搜救任务信息，利用所述搜救节点连接图、组织关系图、搜救活动分解树、搜救活动模型、搜救状态迁移描述图、搜救事件跟踪描述图和能力分类图，进行搜救体系建模分析，得到搜救体系架构，包括：
S231，根据所述搜救节点的连接关系和搜救任务信息，利用所述搜救节点连接图，对搜救节点进行分析，得到搜救节点的信息交互关系；
S232，利用所述组织关系图,对组织层次之间、内部组织与外部组织之间的关系进行描述，得到组织关系；
S233，利用所述搜救活动分解树，对搜救活动及其执行者进行描述，得到搜救活动分解关系；
S234，利用所述搜救活动模型，对搜救任务对应的主要搜救活动、活动间的输入输出流、架构之外活动的输入输出流进行描述，得到搜救活动关系；
S235，利用所述搜救状态迁移描述图，对每个搜救节点的状态建模，得到搜救节点的运行机制；
S236，利用所述搜救事件跟踪描述图，对各搜救节点在搜救任务的各个搜救阶段信息动态的时序逻辑进行分析，得到搜救事件跟踪描述关系；
S237，利用所述能力分类图，对搜救任务进行分析，得到能力分层信息；
所述搜救节点的信息交互关系、组织关系、搜救活动分解关系、搜救活动关系、搜救节点的运行机制、搜救事件跟踪描述关系和能力分层信息构成搜救体系架构；
S3，利用复合建模方法，对所述搜救体系架构进行建模，得到搜救体系模型，包括：
S31，利用多智能体对所述搜救体系架构中的实体进行建模，得到搜救装备、待救目标、敌方火力的智能体模型；
S32，利用离散事件建模方法，对搜救任务过程中的各个事件进行离散化描述，得到事件-活动-事件模型；
所述智能体模型和所述事件-活动-事件模型构成搜救体系模型。
2.根据权利要求1所述的搜救体系建模方法，其特征在于，所述方法包括利用计算机软件将建立的所述搜救体系模型转变为计算机仿真模型；
所述方法还包括利用增强现实技术，采用HoloLens混合现实头戴式显示器，实现用户与虚拟对象以及真实对象之间的交互。
3.一种搜救体系建模装置，其特征在于，所述装置包括：
搜救体系设计模块，用于利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行搜救体系设计，得到搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，包括：
S11，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行环境分析，得到搜救体系边界；
S12，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行任务分析，得到搜救任务分析结果，包括：
S121，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行任务目标、任务执行需要资源、任务执行环境、任务执行对象分析，得到任务空间模型；
S122，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行不确定性因素分析、不确定性因素影响分析和不确定性应对措施分析，得到任务不确定性分析结果；
所述搜救任务分析结果包括所述任务空间模型和所述任务不确定性分析结果；
S13，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行能力空间规划，得到能力空间规划结果；
所述能力空间规划结果包括体系的能力目标、体系运行规则和体系运行状态；
S14，利用基于EMCE环的搜救体系设计方法，进行体系要素分析，得到体系要素分析结果；
所述体系要素分析结果包括体系组织视图、体系利益相关方视图、资源关系视图、需求视图、体系开发与组成开发关系视图和体系结构；
搜救体系架构构建模块，用于根据所述搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，基于DoDAF建立搜救体系架构，包括：
S21，根据所述搜救体系边界、搜救任务分析结果、能力空间规划结果和体系要素分析结果，基于DoDAF构建搜救体系视图；
所述搜救体系视图包括搜救概念图、搜救节点连接图、组织关系图、搜救活动分解树、搜救活动模型、搜救状态迁移描述图、搜救事件跟踪描述图和能力分类图；
S22，利用所述搜救概念图，进行搜救概念高层描述，得到搜救节点的连接关系和搜救任务信息；
S23，根据所述搜救节点的连接关系和搜救任务信息，利用所述搜救节点连接图、组织关系图、搜救活动分解树、搜救活动模型、搜救状态迁移描述图、搜救事件跟踪描述图和能力分类图，进行搜救体系建模分析，得到搜救体系架构，包括：
S231，根据所述搜救节点的连接关系和搜救任务信息，利用所述搜救节点连接图，对搜救节点进行分析，得到搜救节点的信息交互关系；
S232，利用所述组织关系图,对组织层次之间、内部组织与外部组织之间的关系进行描述，得到组织关系；
S233，利用所述搜救活动分解树，对搜救活动及其执行者进行描述，得到搜救活动分解关系；
S234，利用所述搜救活动模型，对搜救任务对应的主要搜救活动、活动间的输入输出流、架构之外活动的输入输出流进行描述，得到搜救活动关系；
S235，利用所述搜救状态迁移描述图，对每个搜救节点的状态建模，得到搜救节点的运行机制；
S236，利用所述搜救事件跟踪描述图，对各搜救节点在搜救任务的各个搜救阶段信息动态的时序逻辑进行分析，得到搜救事件跟踪描述关系；
S237，利用所述能力分类图，对搜救任务进行分析，得到能力分层信息；
所述搜救节点的信息交互关系、组织关系、搜救活动分解关系、搜救活动关系、搜救节点的运行机制、搜救事件跟踪描述关系和能力分层信息构成搜救体系架构；
搜救体系建模模块，用于利用复合建模方法，对所述搜救体系架构进行建模，得到搜救体系模型，包括：
S31，利用多智能体对所述搜救体系架构中的实体进行建模，得到搜救装备、待救目标、敌方火力的智能体模型；
S32，利用离散事件建模方法，对搜救任务过程中的各个事件进行离散化描述，得到事件-活动-事件模型；
所述智能体模型和所述事件-活动-事件模型构成搜救体系模型。
4.一种搜救体系建模装置，其特征在于，所述装置包括：
存储有可执行程序代码的存储器；
与所述存储器耦合的处理器；
所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行如权利要求1-2任一项所述的搜救体系建模方法。
5.一种计算机可存储介质，其特征在于，所述计算机可存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于如权利要求1-2任一项所述的搜救体系建模方法。
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