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动态环境下多智能体自主编组与任务协同技术

王琛 朱承 雷洪涛

王琛, 朱承, 雷洪涛. 动态环境下多智能体自主编组与任务协同技术[J]. 电子与信息学报, 2025, 47(8): 2883-2894. doi: 10.11999/JEIT250079
引用本文: 王琛, 朱承, 雷洪涛. 动态环境下多智能体自主编组与任务协同技术[J]. 电子与信息学报, 2025, 47(8): 2883-2894. doi: 10.11999/JEIT250079
WANG Chen, ZHU Cheng, LEI Hongtao. Autonomous Teaming and Task Collaboration for Multi-Agent Systems in Dynamic Environments[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2025, 47(8): 2883-2894. doi: 10.11999/JEIT250079
Citation: WANG Chen, ZHU Cheng, LEI Hongtao. Autonomous Teaming and Task Collaboration for Multi-Agent Systems in Dynamic Environments[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2025, 47(8): 2883-2894. doi: 10.11999/JEIT250079

动态环境下多智能体自主编组与任务协同技术

doi: 10.11999/JEIT250079 cstr: 32379.14.JEIT250079
详细信息
    作者简介:

    王琛:男,博士生,研究方向为边缘作战与智能指挥控制、无人机集群技术

    朱承:男,研究员,博士,主要研究方向为边缘作战与智能指挥控制、智能决策技术

    雷洪涛:男,博士,研究员,主要研究方向为边缘作战与智能指挥控制、运筹优化与管理

    通讯作者:

    朱承 zhucheng@nudt.edu.cn

  • 中图分类号: TN911.7; TP391

Autonomous Teaming and Task Collaboration for Multi-Agent Systems in Dynamic Environments

  • 摘要: 在作战单元可能毁伤的作战环境下,作战单元面对复杂战场环境需临机合成合适数量的多个战术作战单元作战群,并自动划分作战单元作战群归属。该文提出一种自适应聚类合同网算法,通过聚类指标的2阶相对变化率确定作战群数,并根据该作战群数通过聚类实现作战单元的作战群划分;同时,通过基于多层合同网方法的作战群投标、作战群内作战单元投标,实现多个复杂分散战术作战任务的预分配。通过任务重分配与任务交换流程,以实现战术作战任务的最终更优分配。本研究综合考虑作战单元的属性以及任务信息,实现多作战单元的作战群自适应划分以及作战任务的优化分配。
  • 图  1  作战单元聚合与战术任务规划

    图  2  作战群级别任务协商与作战单元群内协商流程

    图  3  任务重分配与任务交换

    图  4  30个作战单元初始时刻分布位置信息图

    图  5  不同聚类数量下聚类效果指标图

    图  6  12个作战单元自适应分组情况示意图

    图  7  12个作战单元分配20个作战任务情况示意图

    图  8  30个作战单元初始时刻分布位置信息图

    图  9  30个作战单元自适应分组情况示意图

    图  10  30个作战单元分配60个作战任务情况示意图

    1  作战单元自适应K-Means聚类

     输入:作战单元位置、作战群取值集合。
     输出:作战单元适宜聚合的作战群数以及作战单元作战群归属。
     (1) 对作战单元位置数据进行$ \min {\text{-}} \max $标准化。
     (2) 从设定的作战群数$ K = \left\{ {{K_1},{K_2}, \cdots ,{K_n}} \right\} $中轮流取值,计算
     并记录K-Means模型的$ {{\mathrm{SSE}}} ({K_j}) $。
     (3) 由式(2)计算$ {{\mathrm{SSE}}} $指标的一阶相对变化率$ {{\mathrm{SSE}}} '({K_j}) $。
     (4) 由式(3)计算$ {{\mathrm{SSE}}} $指标的2阶相对变化率$ {{\mathrm{SSE}}} ''({K_j}) $。
     (5) 选取最优$ K $值令$ {{\mathrm{SSE}}} ''({K_j}){\text{ = }}\max ({{\mathrm{SSE}}} '') $,作为连级作战
     群数量。
     (6) 初始化聚类中心。
     (7) 对于每个作战单元计算其与各个作战群中心的距离,并将其
     分配到距离值最小的作战群中。
     (8) 根据新划分的作战群得到新的作战群中心。
     (9) 重复步骤(7)和步骤(8),直到作战群中心不再变化。
     (10) 输出最优划分作战群数以及各作战单元的作战群归属。
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    表  1  作战单元属性

    编号初始位置价值攻击防御抗毁伤
    1(27.0, 32.0)80905510
    2(69.5, 66.0)65805535
    3(55.5, 47.0)40572646
    4(34.0, 13.0)82606850
    5(72.0, 52.5)40957070
    6(25.0, 28.0)30908015
    7(32 0, 36.0)50728520
    8(60.0, 26.0)50932860
    9(75.0, 31.5)25301560
    10(36.0, 26.0)95903021
    11(56.0, 26.0)95254830
    12(90.0, 23.0)5018760
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    表  2  任务属性

    编号时间消耗初始位置价值攻击防御优先级
    135.0(80.0, 80.0)80707010
    230.0(46.5, 40.1)7075409
    323.0(8.0, 21.5)4745306
    430.0(13.0, 74.5)4542275
    535.3(29.0, 59.5)4038325
    615.0(31.6, 21.5)3535244
    732.4(90.0, 32.5)7570359
    815.0(88.0, 20.5)1515192
    942.0(75.0, 68.0)95908010
    1023.5(68.0, 45.2)6065308
    1126.0(19.0, 92.5)6258347
    1220.9(25.0, 87.7)5980457
    1318.7(2.0, 18.0)5350206
    145.0(48.0, 33.7)2930204
    158.0(52.0, 42.5)2525173
    1612.0(38.0, 66.0)1820203
    1728.2(61.0, 13.6)6867258
    189.7(57.6, 51.5)1821162
    197.5(55.0, 7.5)268101
    203.0(28.0, 6.5)5541
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    表  3  连级作战单位中各个作战单元任务匹配情况

    作战单位作战单元任务序列优先级列表任务收益净收益值
    连级作战单位1210,88,2156,9165
    315,193,125, –916
    51,710,9109,183292
    连级作战单位213,136,6128,168296
    46,174,840,90130
    62,149,4244,42286
    74,115,733,94127
    105,95,1039,131170
    连级作战单位3816,123,7188,485673
    9201–15–15
    11182–6–6
    12////
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    表  4  3种方法下6次实验的任务效能

    实验序号123456
    随机任务分配64392–76–57158–81
    单层合同网163214081587171419811847
    本研究方法213420612335192427301916
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    表  5  3种方法下6次实验的任务效能

    实验序号123456
    随机任务分配2259593927433503130611046
    单层合同网857974586948871063006319
    本研究方法144591294912203142701036714538
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-02-12
  • 修回日期:  2025-06-28
  • 网络出版日期:  2025-07-07
  • 刊出日期:  2025-08-27

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