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无人集群系统了解篇

我超爱Debug 2023-04-22 原文

一、无人集群系统概述

智能无人集群是指:由一定数量的同类或者异构无人系统/装备、控制系统及人机界面组成，利用信息交互与反馈、激励与响应，实现相互间行为协同，适应动态环境，共同完成特定任务的智能联合系统。

无人系统目前按照搭载平台分为:无人机、无人车、无人船/艇、无人潜航器等。无人集群系统可以是同构类型的智能无人集群系统，如:智能无人机集群系统；也可以是异构智能无人集群系统，如由空域、地域和水域无人系统组成的智能无人集群系统。

二、发展需求、趋势和未来愿景

发展需求:

  1. 提升无人集群系统的群体智能能力
  2. 发展人机共融集群
  3. 提升无人集群系统的互操作性
  4. 降低无人集群的成本优势
  5. 提升无人集群系统的快速测试能力
  6. 引入5G技术助推智能无人集群发展

发展趋势:

  1. 推动军事、民用领域产业新变革
  2. 全球竞争加剧产业格局调整
  3. 国家重大战略实施对智能无人集群展业发展提出新要求

未来愿景:

具有"能力倍增、功能分布、对等网络、鲁棒自愈、成本优势、群智涌现"特点的智能无人集群系统

逐步跨越

"人(主)-机(辅)、机(主)-机(辅)、机(主)-人(辅)"的交互控制形式

三、关键技术

1.协同感知:

智能无人集群系统协同感知:

通过感知汇聚和协同分析处理不同感知单元的数据，实现对智能无人集群系统所处环境的精准和系统认识。

根据协同感知的智能无人装备之间的实行特点，可以分为:

1.同构智能无人集群协同感知

2.异构智能无人机群协同感知

感知手段:

  1. 视觉
  2. 雷达
  3. 超声波
  4. 激光

感知过程:

  1. 感知数据采集
  2. 感知数据融合
  3. 感知数据分析

感知任务:

  1. 协同目标搜索
  2. 协同目标识别
  3. 协同目标定位

目前的挑战:

  1. 传感器类型不足，缺少了异构信息融合方法
  2. 环境适应性不足，缺少架构统一标准
  3. 结构灵活性不足，缺少了最优拓扑手段

2.协同控制:

无人集群系统协同控制:

一组拥有一定自主能力的无人平台利用信息交互与共享，通过设计合适的局部控制策略使智能无人集群以合理的方式协同行动，共同完成特定任务。

根据控制方式，可将协同控制分为:

  1. 一致性控制
  2. 蜂拥控制
  3. 会合控制
  4. 编队控制

根据控制架构分为:

  1. 集中式集群控制
  2. 分布式集群控制
  3. 混合式集群控制

目前的挑战:

  1. 受到复杂外部环境的干扰，房前控制协议的鲁棒性较差，可扩展性较差
  2. 智能算法与传统控制理论的融合性较差
  3. 当前以实验室等理论环境为主，缺乏针对实际应用场景的验证

3.协同决策:

目前的挑战:

  1. 多源扰动下系统鲁棒性不足，大规模信息传输带来通信时延
  2. 一体化决策规划结构尚未建立，单一性结构降低了自主决策
  3. 决策系统的自学习能力有待加强，传统的决策规划逻辑一旦成型无法改变

四、应用方向

1.智能物流:

中国《无人配送车的身份与上路安全》报告指出，无人配送市场空间可达到7500亿元，预计2030年无人配送市场可达到万亿级。

近年，全球各大电商和物流巨头正投入大量人力、物力发展无人机物流。以无人仓、无人车、无人机为代表的各项无人技术迅猛发展，加快了智慧物流发展的步伐。美国网络电商公司亚马逊，将大数据、人工智能和云计算等技术运用于仓储和物流管理，开创了一整套以高科技为支撑的电商仓储物流模式。国内京东、顺丰、菜鸟等物流公司近些年也在进行无人机物流研发，并取得了一些显著的成果，无人集群进行协同货物的转运与配送更能提供物流工作效率。

2.安全巡逻:

无人 机作为一种在近年不断发展与成熟的空中传感平台，目前已被广泛用于 道路巡逻、事故勘察等任务。然而，由于无人机的续航能力、安全控制 距离以及道路巡逻特殊性等限制因素，使得巡逻车辆与无人机协同巡逻 成为一种更为有效的解决方案。

3.灾难救援

在灾难搜索救援场景中，采用高空侦察机、无人机群体、无人车群体等跨域异构机器人协同搜救可以有效规避危险，并提高搜救效率。高空侦察机具有快速机动、视野广阔、不受地形限制特点，可以利用其优势对受灾区域快速侦察，获取受损建筑物位置信息，传递给无人机搜索群体;无人机群体具有廉价、小型、便于大规模运输和部署的特点，可在其.上安装红外、声呐、雷达等生命探测装置，派送到各个受损建筑物地点，做进一步的受灾人员检测，形成总体受灾人员密度分布图，传递给后方无人车救援群体;无人车具有体型较大、运载能力强的特点，可根据获取到的受灾人员密度分布信息实施救援。通过对空中无人机与地面无人车的协同任务规划，实现高效的搜索救援。

4.海洋监管

以无人船作为综合载体平台，搭载无人机和水下无人潜水器等无人装备， 搭建空中、海面和水下的跨域无人系统，可最大限度地发挥各种无人装备的优势。

5.地空无人平台协同作战应用

在地空无人平台协同作战应用中，以无人机、无人车、无人船为代表的智能化装备成为未来战场的主角。无人作战平台是未来战争中武装侦察、目标探测、阵地防护、武装打击、执行特殊任务，且实现零伤亡、多重复工作任务的重要手段。无人机、无人车、无人船与无人潜艇等无人作战集群，会在未来的战争中共同构筑一个完整的无人化战场。

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