面向HTN规划的空间站飞控任务领域知识建模与转换方法技术

本发明专利技术公开了一种面向HTN规划的空间站飞控任务领域知识建模与转换方法，构建了面向HTN规划的空间站飞控任务领域知识图谱的知识概念模型，并将其与HTN规划领域知识模型间进行了转换，以生成HTN规划需要的Domain文件和Problem文件；该方法能够降低规划领域模型构建难度，提高模型构建效率和有效性，为智能规划的开展和执行提供有效的领域知识模型支持，为HTN规划器提供必要的Domain文件和Problem文件输入。由于领域知识图谱的构建结合了飞控领域专家的规划经验和实际的飞控任务规划过程，可以不断地进行更新和管理，能够为领域知识的质量、完备性和有效性提供保障。完备性和有效性提供保障。完备性和有效性提供保障。

【技术实现步骤摘要】
面向HTN规划的空间站飞控任务领域知识建模与转换方法


[0001]本专利技术属于空间站任务规划领域，更具体地，涉及一种面向HTN规划的空间站飞控任务领域知识建模与转换方法。

技术介绍

[0002]空间站由在轨建造阶段转入长期运行阶段之后，任务规划具有任务结构复杂、约束条件复杂、运行环境高度动态、人机协同等复杂性特征，迫切需要研究智能规划方法，提高空间站运行效率，保障空间站日常安全运行。智能规划的核心在于领域知识的表示、规划领域模型的构建和规划领域文件的编写。领域知识是智能任务规划算法必不可少的输入，是规划器任务分解、方法设置和约束处理的重要依据。领域知识表示的能力、完备性和有效性很大程度上会影响规划求解的效率。HTN规划作为一种广泛应用的智能任务规划方法，图1展示了其概念模型，规划器规划求解过程是将领域知识表示建模为规划领域知识Domain文件和规划领域问题Problem文件作为输入，并以行动方案作为输出。其中，Domain文件是特定领域内用于规划问题的“处方”和工具，通常包含具体的分解规则和执行规则，表示为分解方法集合和操作符集合；Problem文件包含系统状态和任务网络，描述的是当前环境的实时状态信息以及待实现的任务目标；行动方案描述了完成任务目标可直接执行的动作序列，通常由一系列具有逻辑关系的实例化的操作符组成。领域知识表示与建模是支持智能规划技术实际应用的关键。当前的智能规划问题研究中，大多数的研究是基于完备的领域知识，由智能规划专家通过PDDL等规划领域建模语言人工构建规划领域知识模型，从而构建Domain文件和Problem文件。
[0003]然而，由于现实问题的复杂性与不确定性等特征，规划专家通常缺乏相关领域完备的领域知识，即使他们具备规划问题的能力，也无法针对复杂的实际问题构建出完备的高质量的规划领域知识模型。领域专家虽然对领域知识有深入的了解，但他们通常缺乏智能规划相关的专业知识和技术，很难将领域知识表示为智能规划所需要的规划领域知识模型。
[0004]目前针对航天器任务规划问题的研究中，大部分的研究默认具有完备的领域知识，多采用PDDL等规划领域建模语言直接构建领域知识模型，这种方法常用于卫星任务规划和深空探测器任务规划中。对于空间站任务规划而言，国外主要集中在软件系统的描述，缺乏对建模过程的详细介绍；国内主要从运营任务规划角度提出了相应的建模方法、启发式规划策略、优化算法等。国际空间站采用了分层规划、分布式协同、集中式管理的运营管理方式，美国等国家和组织已经开发了多种任务规划系统，比如核心规划系统：约翰逊中心的ISP集成规划系统和马歇尔中心的PPS载荷任务规划系统等，能够对复杂约束条件进行处理，对多项资源进行编排，满足在轨活动和地面需求，然而，大部分的研究集中于软件系统的功能描述，缺乏具体的规划模型与建模方法介绍。
[0005]同时，现有研究并未完整考虑空间站飞控任务规划过程的层次分解关系和复杂约束条件，具有较强的局限性。由于空间站飞控任务规划具有多部门协同、多任务需求、多约
束耦合等复杂特征，空间站飞控任务规划领域知识类型多、数量大、关系复杂、不确定性强，地面操控人员很难获取到完备的领域知识，并采用如PDDL等规划领域建模语言人工构建出规划领域模型；现有基于本体的空间站知识建模方法研究是针对约束可满足理论和时间轴理论而构建的问题模型，对在轨任务规划领域概念和约束进行了简化，没有考虑飞控任务间的层次分解关系，缺乏如测控网体系和领域规则等领域知识的描述和表示，缺乏从智能规划的角度出发，结合智能规划的模型需求，来构建面向HTN规划的空间站飞控任务领域知识模型。
[0006]领域知识模型转换方法是将如本体之类的知识建模技术与智能规划技术结合应用的关键要素，目的是自动生成智能规划所需的规划领域模型，解决规划领域模型人工构建极其困难且不易修改的问题。现有的知识模型转换方法多针对于具体应用领域，如机器人领域和应急领域等，将应用领域的领域知识和规划知识结合构建知识概念模型，根据知识概念模型与规划领域模型之间的映射关系，设计特定领域相关的转换方法。目前，针对空间站飞控任务规划问题，缺乏飞控任务领域知识概念模型和HTN规划领域知识模型之间的映射关系，缺乏相应的领域知识模型转换算法，来自动生成面向HTN的空间站飞控任务规划所需的领域知识文件(Domain文件)和领域问题文件(Problem文件)。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种面向HTN规划的空间站飞控任务领域知识建模与转换方法，由此解决使用传统的如PDDL等规划领域建模语言难以直接构建空间站飞控任务规划领域知识模型的技术问题，能够为地面操控人员提供友好便捷的建模方式，对飞控任务领域知识进行表示、建模、共享与有效管理，实现领域知识的自动读取和自动转换，为后续智能规划方法研究提供领域知识模型支持。
[0008]为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种面向HTN规划的空间站飞控任务领域知识建模与转换方法，包括：
[0009]S1，根据空间站飞控任务规划领域知识的核心概念、对象属性和数据属性，创建领域知识图谱的模型本体，对空间站飞控任务规划数据进行知识处理得到所述领域知识图谱的基本要素并将其填充至所述模型本体得到目标模型；其中，所述模型包括基础领域知识模型和规划领域知识模型；
[0010]S2，分别建立所述规划领域知识模型与HTN规划领域模型的Domain文件、基础领域知识模型与HTN规划领域模型的Problem文件之间的映射关系；
[0011]S3，读取所述规划领域知识模型中的飞控动作实例及其属性、与其它实例的关系，根据所述映射关系，将所述飞控动作实例转换为操作符；读取规划领域知识模型中的飞控片段实例及其属性、与其它实例的关系，根据所述映射关系，将所述飞控片段实例转换为方法；将得到操作符集和方法集添加至Domain文件，得到目标Domain文件；
[0012]S4，分别读取所述基础领域知识模型中的各实例及其属性，并根据所述映射关系将其转换为状态；读取所述基础领域知识模型中的月事件实例及其属性，并根据所述映射关系将其转换为任务；将得到的状态集和任务集添加至Problem文件，得到目标Problem文件。
[0013]按照本专利技术的第二方面，提供了一种基于HTN规划的空间站飞控任务规划方法，将
采用如第一方面所述的方法得到的目标Domain文件及目标Problem文件输入至HTN规划器，得到空间站飞控任务规划方案。
[0014]按照本专利技术的第三方面，提供了一种空间站飞控任务规划领域知识建模与转换系统，其特征在于，包括：计算机可读存储介质和处理器；
[0015]所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
[0016]所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行如第一方面所述的方法。
[0017]按照本专利技术的第四方面，提供了一种基于HTN规划的空间站飞控任务规划系统，包括：计算机可读存储介质和处理器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向HTN规划的空间站飞控任务领域知识建模与转换方法，其特征在于，包括：S1，根据空间站飞控任务规划领域知识的核心概念、对象属性和数据属性，创建领域知识图谱的模型本体，对空间站飞控任务规划数据进行知识处理得到所述领域知识图谱的基本要素并将其填充至所述模型本体得到目标模型；其中，所述模型包括基础领域知识模型和规划领域知识模型；S2，分别建立所述规划领域知识模型与HTN规划领域模型的Domain文件、基础领域知识模型与HTN规划领域模型的Problem文件之间的映射关系；S3，读取所述规划领域知识模型中的飞控动作实例及其属性、与其它实例的关系，根据所述映射关系，将所述飞控动作实例转换为操作符；读取规划领域知识模型中的飞控片段实例及其属性、与其它实例的关系，根据所述映射关系，将所述飞控片段实例转换为方法；将得到操作符集和方法集添加至Domain文件，得到目标Domain文件；S4，分别读取所述基础领域知识模型中的各实例及其属性，并根据所述映射关系将其转换为状态；读取所述基础领域知识模型中的月事件实例及其属性，并根据所述映射关系将其转换为任务；将得到的状态集和任务集添加至Problem文件，得到目标Problem文件。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基础领域知识模型包括月事件、飞控事件、飞控指令序列和资源；所述资源包括测控资源、光照资源、航天员资源、电功率资源、机械臂资源；所述测控资源类包括测控模式和测控实体。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述规划领域知识模型包括飞控任务、飞控片段、领域规则、飞控动作、状态、前提条件、组合任务集；所述飞控任务包括飞控复合任务和飞控原子任务；所述飞控复合任务包括月事件任务、飞控事件任务、发送指令序列任务和选择发令时段任务；所述飞控原子任务包括合并测控模式需求、选择发令测站、判断资源满足情况和占用测控发令片段。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述规划领域知识模型与HTN规划领域模型的Domain文件之间的映射关系为：所述飞控复合任务和飞控原子任务分别对应HTN规划领域模型中的复合任务和原子任务；所述前提条件和组合任务集分别对应HTN规划领...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁超，王红卫，张佳，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：