基于HTN的应急物资调运任务规划系统关键技术研究

摘要

近年来，随着国内外各类突发事件的频繁发生，应急响应决策越来越受到各国政府和研究机构的广泛重视。应急物资调运因其关乎应急救援工作的顺利进行和灾区人民的生命安全保障，是突发事件应急响应决策过程中的必须加以考虑的重要环节。由于突发事件应急物资调运问题的突发性、时间紧迫性非常规性、复杂性和不确定性，传统的数学建模和优化方法难以满足其决策要求。层次任务网络(Hierarchical Task Network，HTN)规划是一种被广泛应用的智能规划方法，按照任务递归分解的方式进行规划推理，能够有效利用应急领域知识和应急态势信息快速生成合理的规划方案，对突发事件应急物资调运任务规划有很强的适用性。
　　本文首先在研究HTN规划方法的基础上，结合应急物资调运问题的特点，设计了根据应急态势信息的结构化存储并自动生成HTN规划器规划问题文件的方法。针对应急领域知识难以结构化表达的问题，设计了规范化描述和储存应急领域知识的编码方法，并研究了将其转换成规划领域知识并生成HTN规划领域知识文件的方法。基于此，实现了HTN规划器动态编译加载规划问题文件与规划领域知识文件，自动规划生成应急物资调运方案。第二，针对应急物资调运问题中的应急路网状态的不确定性，设计了对这种不确定性的数学表示方法，并提出了一种基于行驶时间与完成概率的不确定条件下应急路径的选择方法，来改进应急物资调运任务规划。同时，针对应急响应过程中由于应急态势的动态变化使得方案执行过程发生异常的情况，设计了面向HTN规划器的基于执行监测的自动调整规划方案方法。第三，设计并实现了应急物资调运任务规划系统，并与清华大学开发的城市区域紧急疏散仿真系统完成了集成。
　　本文围绕应急物资调运任务规划的具体特征和HTN规划的优势与不足，展开对基于HTN的物资调运任务规划系统的研究。其根本目的在于利用HTN规划方法实现了计算机自动根据应急态势信息与应急领域知识规划生成科学合理的应急行动方案，是HTN规划方法实际运用的新尝试，为解决急物资调运任务规划问题提供了新思路，提高了HTN规划方法在应急领域的适用性。

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1 绪论

1.1 研究背景、目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容及论文结构

2 HTN规划方法

2.1 HTN规划的基本理论

2.2 SHOP2规划器特征

2.3 HTN规划方法的适用性

3 面向HTN的规划文件构建与加载方法

3.1 问题提出

3.2 应急态势信息的结构化表达与转换

3.3 应急领域知识结构化表达与转换

3.4 面向HTN规划的领域文件动态编译与加载

4 不确定条件下应急物资调运任务规划

4.1 问题提出

4.2 不确定条件下的应急物资调运任务规划方法

4.3 动态执行环境下的方案调整

5 应急物资调运任务规划系统设计与实现

5.1 系统开发背景

5.2 系统框架

5.3 系统功能

5.4 业务流程

5.5 系统实现

6 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间参与科研项目

附录2 生成规划问题与领域知识Java文件代码实现

附录3 编译加载规划问题与领域知识Class文件代码实现

附录4 Call扩展函数实现正态分布概率计算代码实现