基于BDI模型的空中交通管制员Agent设计方法

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基于BDI模型的空中交通管制员Agent设计方法
申请号	CN201610993721.6	申请日	2016-11-10	公开(公告)号	CN106569875A	公开(公告)日	2017-04-19
申请人	南京航空航天大学; 波音(中国)投资有限公司;			发明人	隋东; 林彬; 蔡舒影;
摘要	本发明公开了基于BDI模型的空中交通管制员Agent设计方法，该方法首先基于决策树设计管制员Agent的常规冲突探测算法和冲突解脱算法，然后根据BDI模型设计管制员Agent的感知行为、推理行为和决策行为，得到管制员Agent模型，接着构建仿真环境和冲突场景，验证基于BDI模型的管制员Agent的冲突探测和解脱算法。本发明基于BDI模型的空中交通管制员Agent设计方法，能够有效地评估新概念新技术的成本与收益，评估空管运行安全水平，为空中交通的规划与管理提供技术支持。
权利要求	1.基于BDI模型的空中交通管制员Agent设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立航空器航路的冲突探测解脱规则库，将冲突探测解脱规则库作为知识库；步骤2，建立管制员Agent的通信模块，通信模块包括航空器Agent状态接收规划体和发送管制指令规划体；航空器Agent状态接收规划体用于接收航空器Agent状态信息，发送管制指令规划体用于将生成的管制指令发送给相应的航空器Agent；步骤3，建立管制员Agent的感知模块，感知模块用于感知航空器Agent状态信息，并生成内部事件；步骤4，建立管制员Agent的决策模块，决策模块包括冲突探测规划体、冲突解脱规划体；冲突探测规划体在内部事件生成后触发，并根据知识库进行冲突探测并确定冲突类型，冲突解脱规划体根据冲突类型对冲突进行解脱，并生成相应的管制指令；步骤5，建立管制员Agent的GUI显示模块，GUI显示模块用于显示探测出的冲突类型以及生成的管制指令。 2.根据权利要求1所述基于BDI模型的空中交通管制员Agent设计方法，其特征在于，步骤1所述冲突探测解脱规则库是基于决策树方法构建。 3.根据权利要求1所述基于BDI模型的空中交通管制员Agent设计方法，其特征在于，步骤2所述通信模块是根据Jadex BDI推理引擎构建。 4.根据权利要求1所述基于BDI模型的空中交通管制员Agent设计方法，其特征在于，步骤3所述感知模块是根据Jadex BDI推理引擎构建。 5.根据权利要求1所述基于BDI模型的空中交通管制员Agent设计方法，其特征在于，步骤4所述决策模块是根据Jadex BDI推理引擎构建。
说明书全文	基于BDI模型的空中交通管制员Agent设计方法技术领域 [0001] 本发明涉及一种空中交通管制员Agent的设计方法，特别是涉及基于BDI模型的空中交通管制员Agent设计方法，属于空中交通智能化技术领域。背景技术 [0002] 空中交通仿真系统属于复杂系统，其中管制员Agent又是整个系统的核心部分。实际管制过程中，管制员需要具有本扇区的常见冲突预判的智能行为，常用的调配行为，以及对不常见冲突的灵活调配行为。在发现航空器之间存在潜在冲突时，管制员根据自身的经验立即进行决策并给航空器发送调配指令。因此，管制员的实际操作可以看作是一种推理过程。管制员自身存在专家系统以用于推理。同时，管制员也具有通信能力，以便于与机组人员进行沟通并下达调配指令。 [0003] 以往的管制员Agent属于反应型Agent，没有体现管制员本身的心智特点，目前还没有基于BDI模型的空中交通管制员Agent设计方法。发明内容 [0004] 本发明所要解决的技术问题是：提供基于BDI模型的空中交通管制员Agent设计方法，有效提高了空管运行安全水平，为空中交通的规划与管理提供技术支持。 [0005] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案： [0006] 基于BDI模型的空中交通管制员Agent设计方法，包括以下步骤： [0007] 步骤1，建立航空器航路的冲突探测解脱规则库，将冲突探测解脱规则库作为知识库； [0008] 步骤2，建立管制员Agent的通信模块，通信模块包括航空器Agent状态接收规划体和发送管制指令规划体；航空器Agent状态接收规划体用于接收航空器Agent状态信息，发送管制指令规划体用于将生成的管制指令发送给相应的航空器Agent； [0009] 步骤3，建立管制员Agent的感知模块，感知模块用于感知航空器Agent状态信息，并生成内部事件； [0010] 步骤4，建立管制员Agent的决策模块，决策模块包括冲突探测规划体、冲突解脱规划体；冲突探测规划体在内部事件生成后触发，并根据知识库进行冲突探测并确定冲突类型，冲突解脱规划体根据冲突类型对冲突进行解脱，并生成相应的管制指令； [0011] 步骤5，建立管制员Agent的GUI显示模块，GUI显示模块用于显示探测出的冲突类型以及生成的管制指令。 [0012] 作为本发明的一种优选方案，步骤1所述冲突探测解脱规则库是基于决策树方法构建。 [0013] 作为本发明的一种优选方案，步骤2所述通信模块是根据Jadex BDI推理引擎构建。 [0014] 作为本发明的一种优选方案，步骤3所述感知模块是根据Jadex BDI推理引擎构建。 [0015] 作为本发明的一种优选方案，步骤4所述决策模块是根据Jadex BDI推理引擎构建。 [0016] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果： [0017] 1、本发明基于BDI模型的空中交通管制员Agent设计方法，能够有效地评估新概念新技术的成本与收益。 [0018] 2、本发明基于BDI模型的空中交通管制员Agent设计方法，可用于评估空管运行安全水平。 [0019] 3、本发明基于BDI模型的空中交通管制员Agent设计方法，为空中交通的规划与管理提供技术支持。附图说明 [0020] 图1是本发明基于BDI模型的空中交通管制员Agent设计方法的整体架构图。 [0021] 图2是本发明基于Jadex BDI推理引擎的管制员Agent内部流程图。 [0022] 图3是本发明基于决策树的同向航迹冲突探测解脱规则示意图。 [0023] 图4是本发明基于决策树的逆向航迹冲突探测解脱规则示意图。 [0024] 图5是本发明基于决策树的交叉航迹冲突探测解脱规则示意图。具体实施方式 [0025] 下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。 [0026] 如图1所示，本发明基于BDI模型的空中交通管制员Agent的设计方法，具体步骤如下： [0027] 步骤1，根据实际调研，建立冲突探测解脱规则库，即知识库。 [0028] 在深入分析区域管制、进近管制、机场管制运行的基础上，通过构造分类树来实现两架航空器之间的冲突探测与解脱。依据之前对两架航空器之间冲突的分类，参考实际航路管制冲突判断的标准，应用实际管制解脱方法，即可生成完整的两机航路冲突探测与解脱决策树。 [0029] 步骤2，建立管制员Agent的通信模块，用于接收和发送数据。 [0030] 通信模块包括航空器Agent状态接收规划体和发送管制指令规划体。由于基于JADE平台的Agent和基于Jadex引擎的Agent均支持FIPA-ACL通信标准，因此管制员Agent的通信模块使用Jadex平台原生支持的ACL通信原语，包括消息的发送方、接收方、消息类型和消息内容。在管制员Agent通信模块中，包括两个部分：一部分是用于接收空管自动化Agent发送过来的航空器Agent状态信息，另一部分用于将生成的管制指令发送给相应的航空器Agent，从而实现三种Agent之间的相互通信。 [0031] 步骤3，建立管制员Agent的感知模块，用于感知接收过来的数据。 [0032] 感知模块用来接收航空器Agent状态信息，并生成内部事件(InternalEvent)，用于触发冲突探测规划体。 [0033] 步骤4：建立管制员Agent的决策模块，将冲突探测和解脱规则库作为知识库，用于进行推理行为和决策行为并产生解脱指令。 [0034] 决策模块是整个管制员Agent的核心部分，主要包括冲突探测规划体和冲突解脱规划体。在感知模块生成内部事件后，决策模块开始执行冲突探测规划体，在冲突探测规划体中运用知识库进行冲突探测并确定冲突类型，将冲突类型存入信念库中，并生成下级目标(SubGoal)。 [0035] 冲突解脱规划体作为被动规划体，包含一个触发器(trigger)，并由目标进行驱动。在下级目标生成后，冲突解脱规划体被触发。冲突解脱规划体从信念库中获取信念，即冲突类型。管制员Agent根据获得的信念运用知识库，进行情景(愿望)匹配，生成新的愿望即冲突解脱指令(多个)，存入愿望库中。选取其中最优的冲突指令，对航空器Agent之间的冲突进行解脱，生成相应的管制指令并借助通信模块将管制指令发送给相应的航空器Agent，同时将最优的冲突指令作为意图，存入意图库中。 [0036] 步骤5，建立管制员Agent的GUI(图形用户界面)，用于显示探测出的冲突类型和下达的管制指令。 [0037] 如图2所示，基于Jadex BDI推理引擎的管制员Agent内部流程图。上述通信模块、感知模块以及决策模块均是根据Jadex BDI推理引擎构建的。 [0038] 如图3、图4、图5所示，本发明以两个航空器之间的航迹冲突探测与解脱为例，分别给出了两机同向、逆向、交叉航迹冲突探测与解脱流程图。图3中，D表示两机距离，ΔH表示两机高度差，H1表示航空器1的高度，H2表示航空器2的高度，t1表示后机减速到前机速度时两机间隔恰好满足安全水平间隔所需时间，t2表示后机减速到前机速度时所需时间，v2表示航空器2的速度。 [0039] 图4中，ROCD1表示航空器1的上升或下降率，ROCD2表示航空器2的上升或下降率；A表示ROCD1为0、B表示ROCD2为0、C表示ROCD1、ROCD2均为0、D表示航空器1、2中其中一个为爬升另一个为下降、E表示航空器1、2都为爬升、F表示表示航空器1、2都为下降。 [0040] 图5中，v1、v2分别表示航空器1、2的速度，l1、l2分别表示航空器1、2距预计发生冲突位置的距离，t表示冲突解脱时间，a表示当前的加速度。 [0041] 以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。