基于Agent的雷达管制自主教学模拟系统的设计

摘要:为了实现教学智能化,该文研究了传统雷达管制教学模拟系统的工作模式,使用Agent技术设计雷达管制自主教学模拟系统,介绍了系统的体系结构,详细介绍了系统各个Agent的功能以及重要Agent的构成。介绍了系统工作时,各个Agent之间的协调过程。

关键词:Agent;雷达管制;智能化教学;模拟系统

中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)07-1635-02

Design of Agent-based Self-driven Teaching Simulation System

MU Yang

(91065 Unit, Huludao 125001, China)

Abstract: To make the teaching more intellectualized, firstly, the traditional mode of the radar control teaching simulation system is reached and the Agent-based Self-driven Teaching Simulation System is designed. Secondly, the function of the agent in the system and constitution of the important agent is described. Finally,the cooperation process of agents of the system in the runtime is introduced.

Key words: Agent; radar control; intellectualized teaching; simulation system

一般认为,Agent是能够感知环境并且对环境进行自主行为的可计算实体[1]。Agent具有性、自治性、主动性、反应性、社会性、智能性等特性,多Agent系统能进行问题求解,能随环境改变而修改自己的行为并能与其他Agent进行通信、交互、协作、协同完成求解同一问题[2-3]。

雷达管制工作是保证飞行安全的重要环节。能否准确熟练地进行操作,是培养合格管制员的重要标准[4]。因此,在雷达管制教学中,雷达管制模拟系统综合演练是雷达管制教学的重要环节,但是目前该环节教学要求教员跟班操作和指导,工作量大,对于20名管制学员的班次,至少需要进行两个月、每天6课时的演练才能保证培训质量;一方面教学时间长,不能保证系统质量和效率,另一方面对于科研教学任务重的教员来说,影响其他工作的进行。本文使用Agent技术对雷达管制教学自主模拟系统进行设计,对于保证教学质量和实现教学顺利开展有着重要的意义。

1 基于agent的自主教学模拟系统的体系结构

一般来说,雷达管制教学模拟系统由两个部分组成,一是学员在管制席位根据雷达显示屏显示的实时飞行动态,进行操作和指令;另一部分是由教员根据学员的演练进程来控制模拟系统的运行。根据教员在传统系统中的角色和Agent具有的特点设计本系统的Agent的体系结构。如图1所示:包括系统运行控制Agent,用户管理Agent,数据处理Agent,系统信息显示Agent,航空器Agent,语音处理Agent。

2 系统中各类Agent的功能和设计

2.1 系统运行控制Agent

系统运行控制Agent是用户与系统进行交互的接口,在平台系统中充当人机交互界面的角色。在系统中,它的功能是:从用户管理Agent得到认证信息,学员演练信息处理模块根据学员的演练情况选择管制模拟演练的方案(如雷达引导方法中的航向引导方法),初始化数据处理Agent,系统信息显示Agent,航空器Agent,语音处理Agent;通信模块为各Agent之间的通信总节点,便于记录演练过程中的数据;同步系统运行数据,将演练过程中得到的Agent信息分发给相应的Agent。其结构如图2所示。

2.2 用户管理Agent

用户管理Agent提供用户(学员、教员)的管理服务。如:创建用户、删除用户、更改用户密码、更改用户权限等用户管理模块提供用户登录管理、用户信息管理、用户权限管理3种功能。

2.3 数据处理Agent

从系统运行控制Agent得到学员演练过程中数据,分析用户的操作,判定操作的准确度并且给出改进建议;

2.4 航空器Agent

本Agent的作用是是系统中的核心部件,用于模拟航空器的实际飞行状况,因此航空器Agent是一种智能Agent[5];在接受由系统运行控制Agent处理的学员的管制指令时,能够根据自身的知识进行判定和动作;当没有指令时,能够进行自主飞行。其结构如图3所示。

航空器信念库:记录航空器的飞行状态参数(高度、速度、位置、油量等)和航空器标识信息(雷达数据,航班号等);回应飞行情况通报。

通信模块:和系统运行控制Agent进行相互通信;和信念库交互飞行状态信息;得到的飞行航迹调整发送给系统运行控制Agent。

飞行行为规划模块:包括飞行动作规划器、环境知识库、飞行规则库、飞行性能知识库。

飞行动作规划器:通过和环境知识库、飞行规则库,飞行性能知识库的交互得到相应的知识,通过合乎知识的规则分析得到飞行动作。

环境知识库:包括航行过程中的气象条件(风速、风向、场压等),航路信息(障碍物高度,报告点位置,走廊口入口高度等),机场状况等。

飞行规则库:采用条件判断的方式来表示规则,能够快速地进行判断,得到动作。包括等待盘旋、复飞、避让、自主飞行等等。

飞行性能知识库:记录巡航速度,巡航高度;转弯半径;上升、下降率等等。

飞行轨迹调整器:通过动作计算航空器的下一个模拟时钟的时间内的位置、高度和速度。

2.5 系统信息显示Agent

将航空器活动等信息及时地在系统的显示屏上显示。

2.6 语音处理Agent

将用户的语音处理为计算机能够识别的命令,将航空器Agent回应的命令转换为语音。由于管制中的陆空通话是程序性的,可以使用“树”来存储通话语句,适合语句的查找和搜索[6]。

3 Agent之间的交互协作

3.1 系统初始时刻各Agent之间的交互协作

如图4所示,将系统初始时刻各Agent之间的交互过程详细说明如下:

1:系统运行控制Agent初始化用户管理Agent;

2:用户管理Agent返回用户信息,系统运行控制Agent进行用户演练信息的处理,得到Agent相关的初始信息;

3-6:系统运行控制Agent初始化数据处理Agent,系统信息显示Agent,航空器Agent,语音处理Agent。

3.2 系统运行过程的Agent之间的交互协作

如图5所示,将系统运行过程中各Agent之间的交互过程详细说明如下:

1:语音处理Agent将处理的命令交给系统运行控制Agent;

2:将命令交给航空器Agent进行处理;

3:航空器得到下一步航迹和动作,交给系统运行控制Agent;

4:系统运行控制Agent对数据进行同步,然后交给语音处理Agent和系统信息显示Agent进行处理和显示;

5:系统运行控制Agent将演练数据交给数据处理Agent进行分析处理;

6:将分析结果返回给系统运行控制Agent;

7:显示结果。

5 结论

通过分析传统雷达管制教学模拟系统的工作方式,结合Agent的技术特点,将Agent技术用于自主教学模拟系统的设计中,能够满足教学要求,提高教学效率。提出了基于Agent的自主模拟系统的体系结构,设计了系统中各Agent的功能和主要Agent的结构,给出了系统工作时Agent之间交互协作过程。

参考文献:

[1] 黄柯棣,刘宝宏,黄健,等.作战仿真技术综述[J].系统仿真学报,2004,16(9):1887-1895.

[2] 王昊,杨文姬.基于Agent的交通信息监控平台的设计[J].计算机与现代化,2009(9):56-59.

[3] 廖守亿.复杂系统基于Agent的建模与仿真方法研究及应用[D].长沙:国防科技大学,2005.

[4] 李勉宏.浅谈雷达管制员的特定能力及技能培训[J].空中交通管理,2006(7):41-44.

[5] 张均翔,胡明华.基于多Agent的多机场终端区空中交通智能仿真系统设计[J].交通运输工程与信息学报,2009,7(2):91-98.

[6] 蔡妍,陈苗苗.语告识别和语音合成在航管雷达模拟系仿中的应用[J].中国民航飞行学院学报,2007,18(3):53-56.