[논문]ABMS와 유전학적 알고리즘을 이용한 한국군 경계시스템에 관한 연구

오경택; 이재영

doi:10.9709/jkss.2013.22.2.033

ABMS와 유전학적 알고리즘을 이용한 한국군 경계시스템에 관한 연구
Exploration of Border Security Systems of the ROK Army Using ABMS and GA Algorithm 원문보기

한국시뮬레이션학회논문지 = Journal of the Korea Society for Simulation, v.22 no.2, 2013년, pp.33 - 40

오경택 (육군사관학교 운영분석학과) , 이재영 (국방대학교 운영분석학과)

초록
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본 논문은 에이전트 기반 모델링 및 시뮬레이션을 바탕으로 한 한국군 GOP 경계시스템에 관한 연구이다. 에이전트 기반 모델링 및 시뮬레이션 기반 소프트웨어인 MANA를 이용하여 다양한 시나리오를 모델링하고 유전학적 알고리즘을 통해 침투 양상이 변화하는 적에 대해 분석하였다. 우리는 유전학적 알고리즘을 이용하여 침투하는 적의 최적화된 행동에 근사하는 값을 구하기 위해 최적화 모델을 구성하였다. 그 결과는 GOP 경계시스템에서 침투하는 적의 행동에 대한 최적화가 경계시스템의 효과성에 현저한 차이를 가져온다는 점과 침투하는 적의 아군 자산에 대한 회피 정도는 각각의 자산의 중요성을 반영한다는 점에서 두 가지 중요한 통찰력을 제공한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper explores a border security system based on agent-based modeling and simulation (ABMS). The ABMS software platform, map aware non-uniform automata, is used to model various scenarios and evaluate the border security system given a set of infiltrators who have evolutionary behavior governed by genetic algorithm (GA). we formulated an optimization model and approximately solved it using a GA in order to capture near optimal behavior of an infiltrating force. The results presented give two significant insights for our border security system in that optimizing the infiltrator's behavior can make a significant difference and the quantitative results regarding the infiltrator's avoidance of each asset can be viewed as capturing their relative importance.

주제어

AI 본문요약
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가설 설정

∙ Adaptation: Both infiltrators and the border security assets are continuously sense the environment and change their behavior.
∙ what is the near optimal behavior of the infiltrator given the maximum border security system?

제안 방법

Our model can help battalion commanders to adjust the configuration and appropriate intensity of the security level while considering constraints including available assets and expected MOEs. Based on this study, the ROK Army can evaluate ongoing project, GOP unmanned border security system which substitute human resources to the cameras and sensors. Given the number of equipment, the ROK Army would reduce the human resources along with the GOP line instead of stationed security guards.
with the parameters revealed in his paper, we obtain comparable results to his work. Compare to his model, our model captures more detailed with respect to modeling the infiltrator, combined a human resource model and equipment model, which is separately implemented in his work, and takes less time to obtain the predicted detection rate and additional MOEs (measure of effectiveness). The results in Section 3.
For this study, we use the GA tool kit in MANA based on the GOP border security model which we described earlier. The genes in the GA correspond to the decision variables of the model specified in Section 3.
In this study, part of the border security system in the DMZ is modeled in MANA (Map Aware Non-uniform Automata)^[1] software for agent-based modeling, to explore the effects of the current security systems. Past detection rates of the enemy using human resources and Thermal Observation Devices (TODs) via probabilistic methods and heuristic algorithms^[2].
In this study, we formulated an optimization model and approximately solved it using a GA in order to capture near optimal behavior of an infiltrating force. In our experiments the GA obtains its best solution within 30 iterations.
Scenario 2 is identical to scenario 1 up to the point at which the infiltrators contact the security guard. The objective of the infiltrator is to successfully pass through the DMZ and reach a pre-decided waypoint that is located south of the southern GOP line.
This study develops and analyzes a model of the ROK Army’s border security system, which aims to prevent infiltration of the enemy in the DMZ.

대상 데이터

The analysis uses a 10×7km section of the DMZ, representing the area of responsibility of a battalion in the 5th infantry division.
Some countries have serious potential for direct armed conflict, which can expand from small-sized engagements to regular war, as exemplified by South and North Korea, Israel and its neighbors and the Kashmir province between India and Pakistan. This study focuses on the border between South and North Korea, the so-called the Demilitarized Zone(DMZ).

성능/효과

A previous study Sung^[2] suggests that the role of the MGP is minor compare to other assets because the range of the surveillance is short. But, the results of our simulation reveal the MGPs plays an important role to interdict the infiltrator since the MGP is capable of detecting and killing infiltrators who try to pass through gaps between the FGP and the reinforcements. Specifically in table 2, the values of x₄ are not minor compared to that of x₂ and x₃.
Second, the quantitative results regarding the infiltrator’s avoidance of each asset in our security system can be viewed as capturing their relative importance to our border security system.

참고문헌 (9)

Galligan, D. P., Anderson, M. A., Lauren, M. K., & McIntosh, C. G. (2007). MANA version 4 user manual. DTA.
Sung, C. (2005). Exploration of Matehmatical Modeling of the Border Security. Korea Advanced Institute of Technology (KAIST).
Reynolds, W. C. (1987). Flocks, Herds, and Schools: A Distributed Behavioral Model. Computer Graphics, 21(4): 25-34.

상세보기
SEED Center for Data Farming. (n.d.). Retrieved 04 03, 2010, from http://harvest.nps.edu
Ilachinski, A. (2004). Artificial War: Multiagent-Based Simulation of Combat. World Scientific Publishing Co.
Lanchester, F. W. (1916). Aircraft in Warfare, the Dawn of the Fourth Arm. London.
McIntosh, C. G., & Lauren, K. M. (2006). Genetic Algorithms Approach to Course-Of-Action Development Using the MANA Agent-Based Model. Journal of Battlefiled Technology, 19(3).
Security, FM 32-1 (Vols. FM 2-11). (2003). ROK Army Headquarter.
Sprague, B. K., & Dobias, P. (2008). Modeling the Complexity of Combat in the Context of C2. The International C2 Journal, 2(2).

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