Agent-based Modeling and Analysis of Tactical Reconnaissance Behavior with Manned and Unmanned Vehicles

에이전트 기반 유·무인 수색정찰 전술행위 모델링 및 분석

Abstract

Today's unmanned technology, which is being used in various industries, is expected to be able to make autonomous judgements as autonomous technology matures, in the long run aspects. In order to improve the usability of unmanned system in the military field, it is necessary to develop a technique for systematically and quantitatively analyzing the efficiency and effectiveness of the unmanned system by means of a substitute for the tasks performed by humans. In this paper, we propose the method of representing rule-based tactical behavior and modeling manned and unmanned reconnaissance agents that can effectively analyze the path alternatives which is required for the future armored cavalry to establish a reconnaissance mission plan. First, we model the unmanned ground vehicle, small tactical vehicle, and combatant as an agent concept. Next, we implement the proposed agent behavior rules, e.g., maneuver, detection, route determination, and combatant's dismount point selection, by NetLogo. Considering the conditions of maneuver, enemy threat elements, reconnaissance assets, appropriate routes are automatically selected on the operation area. It is expected that it will be useful in analyzing unmanned ground system effects by calculating reconnaissance conducted area, time, and combat contribution ratio on the route.

오늘날 여러 산업분야에서 활용되고 있는 무인화기술은 자율기술이 성숙함에 따라 장기적으로는 인공지능차원의 자율판단이 가능한 수준으로까지 발전할 것으로 예상된다. 군사 분야에 있어 무인체계의 활용성을 높이기 위해서는 사람이 수행하던 임무를 무인체계가 대신함에 따른 효율성 및 효과의 정도를 체계적 정량적으로 분석하기 위한 기법 개발이 요구된다. 이에 본 논문에서는 유 무인체계가 혼합 편성된 미래 기갑수색부대가 수색정찰 임무계획 수립 시 대두되는 수색경로 대안을 효과적으로 분석할 수 있도록 전술행위를 규칙기반(rule-based)으로 표현하고, 유 무인 수색정찰 에이전트를 모델링하는 방법을 제안한다. 먼저, 기갑수색부대의 무인차량, 소형전술차량, 전투원 등 전투개체를 에이전트 개념으로 모델링하고, 각각의 기동, 탐색, 전투원 하차지점 선정, 경로선정 등을 행동규칙화 하여 NetLogo를 이용해 구현한다. 제안한 모델은 작전지역 내 기동로 여건, 적 위협 요소, 정찰자산 등을 고려하여 적정 경로를 선정하고, 경로상의 정찰면적, 정찰소요시간, 작전효과(기여도) 등의 산출이 가능하여, 향후 지상무인체계 효과 분석 시 다양한 목적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Fig. 1. Interaction relationship between agents

Fig. 5. Behavior rule for maneuver

Fig. 6. Behavior rule for detection

Fig. 7. Detection range within forest environment

Fig. 8. Behavior rule for dismount

Fig. 9. Example of path-network

Fig. 10. Behavior rule for route determination

Fig. 11. Data processing procedure for environment model

Fig. 12. Input data and the result of environment model

Fig. 13. The result of implementing simulation model

Fig. 14. The example of detection range(left) and path-network(right)

Fig. 15. Simulation result of reconnaissance task with implemented agent models

Fig. 2. Modeling unmanned ground vehicle agent

Fig. 3. Modeling ground vehicle agent

Fig. 4. Modeling individual combatant agent

Table 1. Initial parameters and values of environment model

Table 2. State variables of environment model

Table 3. Initial parameters and values of agent model

Table 4. State variables of agent model

Table 5. Roughness level based on slope and forest density

Table 6. Influence factor of maneuver and detection

Table 7. Terrain case of operation area

Table 8. Measure of Effectiveness

Table 9. Simulation Result