摘  要： 基于Agent的應(yīng)急響應(yīng)建模仿真具有優(yōu)越性和現(xiàn)實(shí)性，通過分析應(yīng)急響應(yīng)體系中Agent主體所應(yīng)具有的特征——反應(yīng)性,、推理性,、互動(dòng)性和能動(dòng)性，構(gòu)建了基于BDI模型的反應(yīng)＋思考＋通信的混合型Agent結(jié)構(gòu),，并在NetLogo仿真平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。為今后進(jìn)一步研究基于Agent的應(yīng)急管理建模仿真奠定研究基礎(chǔ),，同時(shí)也為在NetLogo平臺(tái)下開發(fā)基于BDI模型的Agent結(jié)構(gòu)提供范式和標(biāo)準(zhǔn),。
關(guān)鍵詞： 應(yīng)急響應(yīng)；BDI模型,；Agent結(jié)構(gòu),；NetLogo平臺(tái)

　由于公共事件的突發(fā)及發(fā)展具有不可逆性和不可實(shí)驗(yàn)性，建模仿真成為研究各類突發(fā)公共事件應(yīng)急管理的重要實(shí)驗(yàn)手段之一,。Agent作為分布式人工智能概念模型,，具備自己行為、目標(biāo)和知識(shí),，是在一定環(huán)境下能自主運(yùn)行的實(shí)體,，具有主動(dòng)性、獨(dú)立性,、智能性,、反應(yīng)性、交互性等特點(diǎn),，并具有良好的決策分析的能力,，能夠適應(yīng)應(yīng)急響應(yīng)過程建模的需要。因此,，基于Agent的應(yīng)急響應(yīng)建模仿真具有優(yōu)越性和現(xiàn)實(shí)性,。
　本文通過研究和構(gòu)建應(yīng)急響應(yīng)環(huán)境下基于BDI模型的Agent結(jié)構(gòu),，并在NetLogo平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)，為今后進(jìn)一步研究基于Agent的應(yīng)急管理建模仿真奠定研究基礎(chǔ),；同時(shí)也為在NetLogo平臺(tái)下的程序開發(fā)工作,，提供一定的Agent結(jié)構(gòu)的范式和標(biāo)準(zhǔn)。
1 BDI模型
　BDI(Belief-Desire-Intention)模型是近年來(lái)學(xué)術(shù)界廣泛研究的一種基于思考型的Agent結(jié)構(gòu),，其哲學(xué)觀點(diǎn)源自Bratman[1]在IRMA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中明確表示了信念,、愿望和意圖，并將意圖看作部分行為計(jì)劃,，這些計(jì)劃是Agent承諾執(zhí)行,、完成其目標(biāo)的計(jì)劃，從而使Agent能夠根據(jù)資源的變化情況有效實(shí)現(xiàn)手段目的推理,。
BDI模型的結(jié)構(gòu)可以表示為[2]：
　Agent：：=<Aid,，P，B,，D,，I，A,，see,，brf，options,，filter,，execute>.
　其中，Aid為某一具體Agent的標(biāo)識(shí),；P為Agent的視覺狀態(tài)集,，即Agent所感知的外部事物；B為Agent的信念,，即對(duì)P進(jìn)行的理解和認(rèn)知,；D為Agent的愿望，即對(duì)B所形成所要達(dá)到目標(biāo)的偏好和情感,；I為Agent的意圖,，即對(duì)達(dá)成D中的一項(xiàng)或多項(xiàng)愿望進(jìn)行行動(dòng)承諾；A為Agent根據(jù)I所做出的行動(dòng)集,；see,、brf、options,、filter,、execute五個(gè)具體行為則用于刻畫出Agent的感知過程、意念修正過程,、思維過程,、愿望篩選過程和行為決策過程[2],。所以，整個(gè)結(jié)構(gòu)可以理解為當(dāng)Agent接受或感知到一個(gè)事件時(shí),，它根據(jù)當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)信息而構(gòu)成的信念庫(kù),，進(jìn)行信念修正，并完善信念庫(kù),；然后根據(jù)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)及意圖確定愿望,，形成愿望庫(kù)；經(jīng)規(guī)則推理及篩選函數(shù),，基于當(dāng)前信念,、愿望及意圖的基礎(chǔ)上形成新的意圖庫(kù)，最后Agent由該意圖驅(qū)使進(jìn)行行為選擇,，并執(zhí)行活動(dòng),。
　本文所構(gòu)建的Agent結(jié)構(gòu)采取BDI模型，這是因?yàn)锳gent決策的制定過程依賴于表達(dá)Agent的信念,、愿望和意圖的行為操作來(lái)實(shí)現(xiàn),，所以BDI結(jié)構(gòu)更接近人類的思維方式，更能夠在應(yīng)急響應(yīng)過程中,，解釋各個(gè)主體的行為過程,。
2 應(yīng)急響應(yīng)環(huán)境下基于BDI模型的Agent基本結(jié)構(gòu)
　應(yīng)急響應(yīng)環(huán)境下的Agent結(jié)構(gòu)建模是一個(gè)非常復(fù)雜的構(gòu)建過程。(1)突發(fā)公共事件的場(chǎng)景是一個(gè)動(dòng)態(tài)的,、不斷發(fā)生變化的場(chǎng)景,，構(gòu)建的Agent必須能夠?qū)ν饨绛h(huán)境的改變做出及時(shí)的隨機(jī)應(yīng)變，需要不斷地做出滾動(dòng)決策和決策更新,，這一要求符合反應(yīng)型Agent的特征。(2)突發(fā)公共事件的應(yīng)急響應(yīng)過程是一個(gè)緊急,、錯(cuò)綜復(fù)雜,、處理不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致巨大損失的過程，需要做好事先的預(yù)案和演習(xí)工作,，要求Agent能夠按照事先的規(guī)劃進(jìn)行及時(shí),、有序的操作，這是思考型Agent的典型特征,。(3)突發(fā)公共事件的應(yīng)急響應(yīng)需要在指揮部的協(xié)調(diào)下,，各個(gè)職能部門協(xié)調(diào)溝通、協(xié)同工作,，要求Agent之間能夠及時(shí)通信和消息共享,，有完善的協(xié)調(diào)商議機(jī)制。
　基于上述要求,，為應(yīng)急響應(yīng)所構(gòu)建的Agent結(jié)構(gòu)必須是一個(gè)具有信息感知,、匹配處理,、篩選決策、執(zhí)行和與其他Agent通信能力的“反應(yīng)＋思考＋通信”混合結(jié)構(gòu),。因此,，本文提出基于BDI的Agent基本結(jié)構(gòu)可定義為一個(gè)九元組(主體標(biāo)識(shí)、目標(biāo),、感知器,、信念、匹配器,、篩選器,、意圖、執(zhí)行器,、通信器),，即：
　<AGENT>：：=<主體標(biāo)識(shí)><目標(biāo)><感知器><信念><匹配器><篩選器><意圖><執(zhí)行器><通信器>
　<主體標(biāo)識(shí)>：：=<主體名><主體的相關(guān)屬性>
　<目標(biāo)>：：=<角色分配>
　<感知器>：：=<激活條件><信息流>
　<信念>：：=<任務(wù)表><知識(shí)庫(kù)>
　<匹配器>：：=<任務(wù)分解規(guī)則>
　<篩選器>：：=<策略配置機(jī)制>
　<意圖>：：=<事物名><事物處理描述>
　<執(zhí)行器>：：=<意圖的執(zhí)行者>
　<通信器>：：=<發(fā)送者><接收者><通信原語(yǔ)><通信內(nèi)容>
　基于BDI的應(yīng)急響應(yīng)Agent基本結(jié)構(gòu)與BDI模型相比，增加了基于角色分配的Agent目標(biāo),、感知器,、匹配器、篩選器,、通信器等內(nèi)容,，同時(shí)進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)基于團(tuán)隊(duì)目標(biāo)和個(gè)人目標(biāo)的深層次思考，決策過程中策略設(shè)置和求解,，外界環(huán)境和資源的變化,，以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作、信息共享對(duì)于Agent結(jié)構(gòu)的影響,，以此來(lái)提高Agent的反應(yīng)性,、互動(dòng)性和能動(dòng)性。
3 應(yīng)急響應(yīng)環(huán)境下基于BDI模型的Agent結(jié)構(gòu)框架
　在基于BDI的Agent基本結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,，考慮環(huán)境,、資源、目標(biāo),、組織給Agent帶來(lái)的影響,，進(jìn)一步細(xì)化、深化,、模塊化,、多維地、系統(tǒng)地來(lái)搭建Agent結(jié)構(gòu)框架體系,，構(gòu)建出應(yīng)急響應(yīng)環(huán)境下基于BDI模型的Agent結(jié)構(gòu)框架,，并進(jìn)行具體闡述。
　應(yīng)急響應(yīng)環(huán)境下基于BDI模型的Agent結(jié)構(gòu)框架如圖1所示，由感知模塊,、決策模塊,、執(zhí)行模塊、通信模塊四大模塊組成,，實(shí)現(xiàn)一個(gè)智能主體的整個(gè)活動(dòng)過程,。

　其中，感知模塊,、決策模塊,、執(zhí)行模塊三層順序結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了Agent的自主思考性；通信模塊對(duì)于感知模塊,、決策模塊的影響展現(xiàn)了Agent的社交性,；感知模塊對(duì)于環(huán)境和資源的充分感知，根據(jù)環(huán)境的變化所進(jìn)行的動(dòng)態(tài)裝載執(zhí)行模塊都說明了Agent具有良好的反應(yīng)性,；Agent在角色分配之后獲得角色責(zé)任和權(quán)限,，即明確了自身的子目標(biāo)和組織的總體目標(biāo)，整個(gè)結(jié)構(gòu)框架體現(xiàn)了Agent是在目標(biāo)的引導(dǎo)下開展思考,、決策和行為,，符合Agent的預(yù)動(dòng)性要求。
　四大模塊中分別包含感知器,、信念,、匹配器、篩選器,、意圖,、執(zhí)行器、通信器七大功能件,，其中由于意圖的產(chǎn)生和執(zhí)行分屬于決策模塊和執(zhí)行模塊兩大模塊,，所以意圖為跨模塊功能件。同時(shí),，Agent結(jié)構(gòu)中還包括任務(wù)分解,、策略配置、動(dòng)態(tài)裝載,、通信標(biāo)準(zhǔn)等協(xié)議和規(guī)則,，確保Agent結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確,、動(dòng)態(tài),、協(xié)作性的運(yùn)作的實(shí)現(xiàn)。
各模塊中的功能件的作用分別為(以應(yīng)急響應(yīng)過程中消防員Agent的行為為例)：
　(1)感知模塊
　感知器是Agent獲得外部環(huán)境信息以及從Agent自身屬性獲取信息的部分,，感知內(nèi)容形成Agent自身的信念,。應(yīng)急響應(yīng)過程中，感知器幫助消防員Agent從應(yīng)急場(chǎng)景中了解到著火區(qū)域位置信息、需要救援市民的信息以及救援過程中所需要的其他相關(guān)信息等,。
信念為描述Agent對(duì)當(dāng)前環(huán)境的認(rèn)知和自身可能采取行為的估計(jì),，形成任務(wù)集和知識(shí)庫(kù)。消防員Agent將所需要進(jìn)行救援的人員和位置信息作為此時(shí)自身的信念,，并加入所要完成的任務(wù)集中,。
任務(wù)集與知識(shí)庫(kù)是用來(lái)儲(chǔ)存任務(wù)信念和知識(shí)信念的存儲(chǔ)器，通過感知器和信念更新進(jìn)行不斷修正,。任務(wù)集中包括Agent所要完成的各項(xiàng)任務(wù),。任務(wù)可以來(lái)源于自身感知現(xiàn)場(chǎng)的發(fā)現(xiàn)，也可能來(lái)自上一級(jí)的命令,。知識(shí)庫(kù)中可包括Agent的能力屬性及感知外界產(chǎn)生的知識(shí),，如消防員Agent自身的滅火能力、行進(jìn)能力,、救援能力,，以及消防員Agent根據(jù)演習(xí)結(jié)果或其他歷史經(jīng)驗(yàn)確定到達(dá)救援現(xiàn)場(chǎng)的最短路徑等。
　(2)決策模塊
　匹配器的作用是根據(jù)信念產(chǎn)生的行為估計(jì),，進(jìn)行任務(wù)分解,，匹配選擇多個(gè)可行的行動(dòng)。任務(wù)分解是指根據(jù)有限的元規(guī)則庫(kù),，形成一定的任務(wù)集,。匹配器根據(jù)條件得出下一步能夠進(jìn)行的行為。行為中包括為達(dá)成目標(biāo)所采取的各種類型(如消防員Agent的機(jī)動(dòng)行為,、任務(wù)行為和通信行為),，機(jī)動(dòng)行為包括尋找路線、尋找目標(biāo),、接近目標(biāo),；任務(wù)行為包括滅火、救人,、挖掘,、疏散、修路等,；通信行為包括下達(dá)命令,、接受命令、請(qǐng)求協(xié)助,、同意協(xié)助和拒絕協(xié)助等類型,。符合匹配條件的行為被匹配器輸入篩選器進(jìn)行下一步精確過濾。
篩選器的作用是在匹配后,，根據(jù)一定的規(guī)則進(jìn)一步選出一個(gè)最優(yōu)愿望,，形成意圖進(jìn)行實(shí)施,。篩選最優(yōu)愿望就是對(duì)這些行為進(jìn)行評(píng)估，找到最優(yōu)行為,。策略配置是根據(jù)一定規(guī)則策略的選擇和調(diào)整,，從眾多候選行為中選擇出一個(gè)最先執(zhí)行的行為形成意圖。策略配置受到外界環(huán)境(如社會(huì))和資源限制的影響,，如消防員Agent在救援過程中,，策略配置可以分為確定救援目標(biāo)(最短距離目標(biāo)、最危險(xiǎn)形勢(shì)目標(biāo)),，確定救援優(yōu)先性(以人為本,、以發(fā)現(xiàn)順序?yàn)楸?，確定協(xié)作方案(有內(nèi)部協(xié)作,、無(wú)內(nèi)部協(xié)作),，確定救援順序(多目標(biāo)記憶救援、單目標(biāo)順序救援)等,。
由于匹配器和篩選器的聯(lián)合作用,，已經(jīng)完整呈現(xiàn)出了BDI模型中愿望形成的整個(gè)過程，所以,，在本模型結(jié)構(gòu)中,，愿望以虛線框形式表現(xiàn)，并非某個(gè)真實(shí)存在的功能件,。
　(3)執(zhí)行模塊
　意圖用來(lái)描述Agent為達(dá)到某個(gè)具體目標(biāo)所做出的承諾,，是Agent下一步立刻執(zhí)行的行動(dòng)。意圖的執(zhí)行是通過裝載n個(gè)不同的意圖子模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的,。動(dòng)態(tài)裝載是指根據(jù)團(tuán)隊(duì)協(xié)作的需要,、環(huán)境資源發(fā)生的變化以及篩選器的規(guī)則過濾，動(dòng)態(tài)添加,、改變執(zhí)行順序或者刪除某個(gè)意圖子模塊,，來(lái)實(shí)現(xiàn)Agent具有良好的即時(shí)反應(yīng)能力。消防員Agent擁有救人子意圖,、滅火子意圖,、搜尋子意圖，以及根據(jù)救援現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況變化,，對(duì)于這些基本子意圖的動(dòng)態(tài)組合或動(dòng)態(tài)更新,。
　執(zhí)行器是用于執(zhí)行意圖的效應(yīng)器。它能根據(jù)消防員Agent知識(shí)庫(kù)中的能力屬性,，如視距,、視角、聽覺,、滅火距離,、速度、方位等性能指標(biāo),，實(shí)現(xiàn)諸如機(jī)動(dòng)或救人任務(wù),、滅火任務(wù)等意圖。意圖在執(zhí)行過程中,，受到外界資源的限制,，同時(shí)對(duì)外界環(huán)境產(chǎn)生影響。
　(4)通信模塊
　通信器用于與其他Agent進(jìn)行聯(lián)系,，如傳達(dá)命令,、協(xié)同配合等。通信器主要由消息發(fā)送,、消息接收,、消息處理等子模塊構(gòu)成。得到的有用信息被反饋到感知器,，以不斷更新信念和任務(wù)集等動(dòng)態(tài)因素,，使以后的判斷和行動(dòng)更加正確有效。消防員Agent在救援過程中,，可以和其他消防員Agent,、等待救援的市民Agent、指揮Agent等進(jìn)行即時(shí)通信,，以完成高效,、及時(shí)的救援工作。
4 應(yīng)急響應(yīng)環(huán)境下基于BDI模型的Agent結(jié)構(gòu)的仿真實(shí)現(xiàn)
　Netlogo是一個(gè)由美國(guó)西北大學(xué)Center for Connected Learning研發(fā)的模擬自然和社會(huì)現(xiàn)象多實(shí)體編程語(yǔ)言和仿真平臺(tái)[3],，尤其適合復(fù)雜性系統(tǒng)的開發(fā),。開發(fā)者可對(duì)成百上千個(gè)相互依賴且并行運(yùn)行的Agent發(fā)實(shí)時(shí)指令，與突發(fā)公共事件應(yīng)急響應(yīng)的環(huán)境要求十分相似,，故本文采用Netlogo對(duì)應(yīng)急響應(yīng)過程進(jìn)行建模仿真研究,，并實(shí)現(xiàn)應(yīng)急響應(yīng)環(huán)境下基于BDI模型的Agent結(jié)構(gòu)。
　在研究過程中,，通過不斷地改進(jìn)和修正,，在NetLogo開發(fā)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了本文所提出的應(yīng)急響應(yīng)環(huán)境下基于BDI模型的Agent結(jié)構(gòu)。在仿真過程中,，消防員Agent結(jié)構(gòu)包括四個(gè)模塊：感知模塊,、決策模塊、執(zhí)行模塊,、通信模塊,。決策模塊和通信模塊是整個(gè)仿真程序的核心部分。
　(1)決策模塊
　根據(jù)本文所提出的Agent結(jié)構(gòu)模型,，決策模塊由匹配器和感知器組成,，對(duì)產(chǎn)生的信念進(jìn)行任務(wù)匹配和策略配置,，形成可執(zhí)行的意圖，對(duì)于仿真程序來(lái)說,，即是一組基于if-then的元規(guī)則庫(kù),。
　(2)通信模塊
　本文所提出的Agent結(jié)構(gòu)模型的通信模塊，采取的通信標(biāo)準(zhǔn)為FIPA-ACL通信標(biāo)準(zhǔn)[4-5],，包含消息發(fā)送方,、消息接收方、消息類型,、消息內(nèi)容等四大基本內(nèi)容,。在NetLogo平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)過程中，可調(diào)用平臺(tái)所提供的communication.nls庫(kù)[6-7],，簡(jiǎn)化,、減少程序的開發(fā)量。
　(3)感知模塊和執(zhí)行模塊
　感知模塊和執(zhí)行模塊是仿真程序的重要組成部分,，模塊中的過程和方法供決策模塊和通信模塊調(diào)用執(zhí)行,。其中，為了有效實(shí)現(xiàn)BDI模型結(jié)構(gòu)和減少程序的開發(fā)量,，這兩個(gè)模塊中均調(diào)用了Netlogo平臺(tái)所提供較為成熟和穩(wěn)定的bdi.nls庫(kù)[6-7],。
　感知模塊中，根據(jù)組織中不同層級(jí),、不同權(quán)限的Agent,，提供了不同的視圖，視圖范圍通過賦予Agent不同的屬性變量加以實(shí)現(xiàn),。其中,，指揮層級(jí)擁有全局視圖，可根據(jù)整個(gè)城市(或仿真系統(tǒng)邊界內(nèi))的應(yīng)急需求,，通盤統(tǒng)籌考慮資源的調(diào)撥和協(xié)調(diào),；隊(duì)長(zhǎng)層級(jí)擁有區(qū)域視圖，能夠及時(shí)了解某一個(gè)救災(zāi)片區(qū)中消防隊(duì)員的救援情況,，根據(jù)實(shí)際的災(zāi)害情況,，做出指揮和部署。在缺乏所需要的救災(zāi)資源時(shí),，向上級(jí)部門請(qǐng)求調(diào)撥,；隊(duì)員層級(jí)擁有視域視圖，受視力范圍所限,，只能感知到周圍環(huán)境的變化,，并在隊(duì)長(zhǎng)的指揮和隊(duì)友的通信交互過程中，協(xié)作完成救援任務(wù),。
　執(zhí)行模塊則調(diào)用bdi.nls庫(kù)中的intention子過程,，實(shí)現(xiàn)intention模塊中的執(zhí)行程序動(dòng)態(tài)添加,、更新和刪除，確保Agent能夠快速應(yīng)對(duì)環(huán)境和任務(wù)的變化,，準(zhǔn)確執(zhí)行篩選器中選出的最優(yōu)行為,，提高Agent的個(gè)體效率，使整個(gè)多Agent系統(tǒng)達(dá)到全局最優(yōu),。
　本研究使用Netlogo平臺(tái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急響應(yīng)環(huán)境下基于BDI模型的Agent結(jié)構(gòu)的部分仿真程序，實(shí)現(xiàn)了消防員在建筑內(nèi)部滅火救人的基本場(chǎng)景,，如圖2所示,。整個(gè)大矩形代表某個(gè)著火的建筑物；里面的小矩形塊代表著火地塊,，即著火點(diǎn),；圓點(diǎn)代表樓內(nèi)市民；消防員集中在建筑的出入口處,，整裝待命,；外圈部分則是用于市民逃生的道路；右下角的小地塊則代表公共綠地或者逃生人員集中地,；各個(gè)控件是不同策略配置的開關(guān)控件,。本文所提出的模型結(jié)構(gòu)能夠在NetLogo平臺(tái)上順利執(zhí)行實(shí)現(xiàn)，取得了仿真所要達(dá)到的數(shù)據(jù)和效果,，如圖3所示,。應(yīng)急響應(yīng)環(huán)境下基于BDI模型的Agent結(jié)構(gòu)能夠?qū)ν话l(fā)公共事件應(yīng)急管理研究起到較好地支撐作用，同時(shí)也為基于BDI模型的Agent結(jié)構(gòu)在Netlogo環(huán)境下的編程開發(fā)工作提供了范例,，具有一定的通用性,。

　通過NetLogo平臺(tái)的仿真結(jié)果證明，本文所構(gòu)建的應(yīng)急響應(yīng)環(huán)境下基于BDI模型的Agent結(jié)構(gòu)符合應(yīng)急響應(yīng)場(chǎng)景救援工作的需要,，具有一定的通用性,，為進(jìn)一步研究應(yīng)急響應(yīng)過程中的指揮控制、協(xié)同協(xié)作,、信息共享提供了基本場(chǎng)景,，為研究應(yīng)急響應(yīng)過程中各Agent的行為提供了解釋結(jié)構(gòu)，為基于BDI模型的Agent結(jié)構(gòu)在Netlogo環(huán)境下的編程開發(fā)工作提供了范例,。在今后的研究工作中,，將以此Agent結(jié)構(gòu)模型為研究基礎(chǔ)，進(jìn)一步研究應(yīng)急響應(yīng)過程中組織的動(dòng)態(tài)調(diào)整,、協(xié)同計(jì)劃和團(tuán)隊(duì)協(xié)作等內(nèi)容,。
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