3.4 無(wú)人機(jī)集群移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

 

       Ad Hoc網(wǎng)是一種多跳的、無(wú)中心的、自組織無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，又稱為多跳網(wǎng)（Multi-Hop Network）、自組織網(wǎng)（Self-Organizing Network）。網(wǎng)絡(luò)中沒有固定的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是活動(dòng)的，并且隨機(jī)地與其他節(jié)點(diǎn)保持聯(lián)系。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)又能作為一個(gè)路由器，能發(fā)現(xiàn)、連接、維持其他節(jié)點(diǎn)路由的功能。

 

       國(guó)外無(wú)人機(jī)集群Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)研究處于初級(jí)階段，國(guó)內(nèi)的研究較少，目前無(wú)人機(jī)集群通信網(wǎng)主要是采用基站或無(wú)人機(jī)集群地面站對(duì)無(wú)人機(jī)實(shí)施控制。未來(lái)無(wú)人機(jī)集群網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)是移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，它能夠根據(jù)無(wú)人機(jī)集群的實(shí)際需要快速擴(kuò)大和縮小，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有高的靈活性、擴(kuò)展性和抗毀性。

 

       4 無(wú)人機(jī)集群技術(shù)研究現(xiàn)狀

 

       隨著人工智能的發(fā)展，特別是智能化無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)集群系統(tǒng)將越來(lái)越復(fù)雜但也越來(lái)越智能。在數(shù)量上，無(wú)人機(jī)集群已從簡(jiǎn)單的多機(jī)協(xié)同發(fā)展到成百上千架無(wú)人機(jī)協(xié)同。軍事上，無(wú)人機(jī)集群系統(tǒng)從簡(jiǎn)單的執(zhí)行偵察任務(wù)到完成復(fù)雜情況下的察打一體任務(wù)。在集群無(wú)人機(jī)編隊(duì)情況看，無(wú)人機(jī)集群已從簡(jiǎn)單的長(zhǎng)機(jī)、僚機(jī)的交互協(xié)同模式，發(fā)展到根據(jù)任務(wù)發(fā)展變化自組織編隊(duì)的自主協(xié)同。在人機(jī)交互方面，無(wú)人機(jī)集群正向人機(jī)智能交互發(fā)展。

       4.1 人工智能推動(dòng)仿生智能無(wú)人機(jī)集群

 

       在國(guó)發(fā)[2017]35號(hào)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中指出開展群體智能基礎(chǔ)理論研究，研究群體智能結(jié)構(gòu)理論與組織方法、群體智能激勵(lì)機(jī)制與涌現(xiàn)機(jī)理、群體智能學(xué)習(xí)理論與方法、群體智能通用計(jì)算范式與模型。2017年12月，在我國(guó)工業(yè)和信息化部發(fā)布的《促進(jìn)新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2018-2020）》中指出積極培育人工智能創(chuàng)新產(chǎn)品，促進(jìn)人工智能技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，將無(wú)人機(jī)列為八大重點(diǎn)培育產(chǎn)品，并開展無(wú)人機(jī)智能飛控系統(tǒng)等研制�；�于人工智能設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)集群分布式控制框架，使得系統(tǒng)中的無(wú)人機(jī)僅在局部感知能力下，通過集群數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，同其他無(wú)人機(jī)組建自組織智能交互網(wǎng)絡(luò)，并在外界環(huán)境觸發(fā)作用下，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的行為模式，具備學(xué)習(xí)能力，在群體層面涌現(xiàn)出智能。

 

       通過對(duì)自然界中的螞蟻、鳥類、狼群等群居性生物研究，發(fā)現(xiàn)其具有高度集中協(xié)調(diào)一致的特點(diǎn)，表現(xiàn)為集群智能。目前對(duì)群集生物中的自組織性、自修復(fù)等的群體智能研究還在理論研究階段，未來(lái)將生物的群集智能特性應(yīng)用于無(wú)人機(jī)集群控制當(dāng)中，將會(huì)使集群無(wú)人機(jī)具備仿生智能。

 

       4.2 有人機(jī)與無(wú)人機(jī)共融集群

 

       由于現(xiàn)階段無(wú)人機(jī)的感知系統(tǒng)、運(yùn)算處理系統(tǒng)、決策系統(tǒng)智能化程度不高，不能在復(fù)雜的環(huán)境下自主完成各種任務(wù)。因此，采用有人機(jī)與無(wú)人機(jī)組成共融無(wú)人機(jī)集群完成任務(wù)，既能很好發(fā)揮有人機(jī)運(yùn)算能力和人的決策處理突發(fā)事件能力，又能充分發(fā)揮無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，隱身性好的優(yōu)勢(shì)，共融無(wú)人機(jī)集群將成為無(wú)人機(jī)集群的發(fā)展趨勢(shì)。2016年，美國(guó)空軍發(fā)布《小型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)飛行規(guī)劃2016-2036》，其強(qiáng)調(diào)了有人機(jī)與無(wú)人機(jī)的集群共融作戰(zhàn)，并針對(duì)“忠誠(chéng)僚機(jī)”集群作戰(zhàn)進(jìn)行了說(shuō)明，就是發(fā)展有人機(jī)與無(wú)人機(jī)集群編隊(duì)作戰(zhàn)。在《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中也多次提到“人機(jī)協(xié)同”，并把人機(jī)共融協(xié)同作為發(fā)展新一代人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)體系的重點(diǎn)任務(wù)之一。中國(guó)工程院院士王天然提出“下一代機(jī)器人將實(shí)現(xiàn)人機(jī)共融”。由此可見，未來(lái)無(wú)人機(jī)集群的發(fā)展方向之一將是有人機(jī)與無(wú)人機(jī)的共融集群。

 

       4.3 5G網(wǎng)聯(lián)無(wú)人機(jī)集群

 

       據(jù)無(wú)人機(jī)行業(yè)有關(guān)預(yù)測(cè)，未來(lái)5年全球無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的價(jià)值空間在705億美元，涵蓋世界各國(guó)和各個(gè)運(yùn)用領(lǐng)域。但是無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展存在空域、數(shù)據(jù)鏈等痛點(diǎn)，無(wú)人機(jī)飛行的空域可以通過政府出臺(tái)相關(guān)政策予以解決。無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)鏈痛點(diǎn)同樣也是無(wú)人機(jī)集群發(fā)展的壁壘。隨著5G技術(shù)的發(fā)展與成熟，未來(lái)5G網(wǎng)聯(lián)無(wú)人機(jī)能夠利用5G網(wǎng)絡(luò)地面、低空立體覆蓋、傳輸速度快，數(shù)據(jù)低延遲等優(yōu)點(diǎn)解決數(shù)據(jù)鏈痛點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)任何一架無(wú)人機(jī)的運(yùn)行狀況。5G網(wǎng)聯(lián)無(wú)人機(jī)集群勢(shì)必使無(wú)人機(jī)集群的編隊(duì)與編隊(duì)重構(gòu)、任務(wù)協(xié)同、異構(gòu)無(wú)人機(jī)的協(xié)同、人機(jī)協(xié)同等無(wú)人機(jī)集群的優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮到極致。5G網(wǎng)聯(lián)無(wú)人機(jī)將助推無(wú)人機(jī)集群技術(shù)的發(fā)展。

 

       4.4 基于視覺的無(wú)人機(jī)集群

 

       自然界中的生物感知外界物體的大小、形狀、明暗、顏色、空間位置、距離等重要信息，80%以上的信息是通過視覺功能獲取的�；�于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的視覺感知在機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等智能體上的應(yīng)用已非常廣泛且日趨成熟，特別是基于視覺的導(dǎo)航與避障技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)在沒有GPS或GPS信號(hào)弱的情況下實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航和避障。隨著單無(wú)人機(jī)通過視覺控制技術(shù)的成熟，使無(wú)人機(jī)集群能夠利用立體視覺技術(shù)進(jìn)行信息獲取與交互、集群任務(wù)協(xié)同、集群編隊(duì)與隊(duì)形變換，完成復(fù)雜條件下目標(biāo)識(shí)別判斷與精準(zhǔn)任務(wù)成為可能。

 

       4.5 未來(lái)無(wú)人機(jī)集群應(yīng)用

 

       隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用以及軍民融合戰(zhàn)略，未來(lái)我國(guó)無(wú)人機(jī)集群的應(yīng)用將更加廣泛。

 

       在農(nóng)業(yè)植保上，無(wú)人機(jī)噴灑農(nóng)藥是人工噴灑效率的30倍，并且具有安全、防治效果好、成本低，并且不受地理環(huán)境限制等優(yōu)勢(shì)。我國(guó)有將近20億畝耕地，現(xiàn)階段95%以上耕地的植保還是人工加手動(dòng)、電動(dòng)機(jī)械噴霧機(jī)的方式進(jìn)行植保作業(yè)。據(jù)有關(guān)預(yù)測(cè)顯示，假如有20%的耕地采用無(wú)人機(jī)集群進(jìn)行植保，需求量在20萬(wàn)架，其市場(chǎng)規(guī)模在100億以上。隨著無(wú)人機(jī)自主化水平的提高，以及植保無(wú)人機(jī)飛行算法的優(yōu)化、服務(wù)質(zhì)量的提高，未來(lái)在植保領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)集群應(yīng)用市場(chǎng)將大有可為。

 

       在航空測(cè)繪方面，采用無(wú)人機(jī)集群進(jìn)行測(cè)繪作業(yè)能從多角度同時(shí)完成測(cè)繪，加上智能算法，就可以清晰地得到被測(cè)繪區(qū)域的三維圖像，并生成相應(yīng)的三維模型，比采用單機(jī)測(cè)繪作業(yè)的效果更好。與傳統(tǒng)衛(wèi)星測(cè)繪相比較，測(cè)繪的分辨率更高，加之無(wú)人機(jī)操作靈活，不受場(chǎng)地限制，測(cè)繪作業(yè)的局限性更小、通用性更強(qiáng)，可以完成全天候測(cè)繪任務(wù)。

 

       在警用反恐、執(zhí)法等領(lǐng)域，警用集群無(wú)人機(jī)將成為公安機(jī)關(guān)的必備工具。如在處理突發(fā)事件時(shí)，使用警用無(wú)人機(jī)集群可快速收集突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并將現(xiàn)場(chǎng)的視頻、音頻信息傳送到警察指揮中心，同時(shí)能夠跟蹤事件的發(fā)展態(tài)勢(shì)，利用深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行判斷、決策、處置。

 

       在搶險(xiǎn)救災(zāi)方面，尤其在�；�品救援現(xiàn)場(chǎng)，滅火救援消防人員不能靠的太近，消防無(wú)人機(jī)集群攜帶針對(duì)性專用滅火劑可代替人進(jìn)行�；�品的滅火救援；攜帶環(huán)境感知器對(duì)火源火勢(shì)、周邊環(huán)境易燃易爆物等進(jìn)行分析，還可攜帶通信裝備在任務(wù)區(qū)作為通信中繼，實(shí)時(shí)回傳災(zāi)情數(shù)據(jù)。