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深度解析【智能集群控制技术】到底多硬核?
作者: 佚名 时间:2019-3-11文章来源:搜狐访问量:1137

深度解析【智能集群控制技术】到底多硬核?

2019-03-11 14:47来源:一飞智控//

原标题:深度解析【智能集群控制技术】到底多硬核?

无人机智能集群,又是无人机行业的一个技术风口。

从成群迁移的角马、集体飞行的鸽子、结队巡游的鱼类,到觅食的蚂蚁、采蜜的蜜蜂,乃至细菌等微生物、细胞和蛋白质,不同尺度的生命体集群行为普遍存在于自然生物界。它们都有同样的特点:单体都很弱小,也没什么智能,有着非常强大的群体协作能力。每一个蚁穴或者蜂巢都是一个完整的群体,分工明确,个体之间存在着丰富有趣的信息交流语言,曰本成人五月婷婷开心 中文字幕黄色视频网站一级a做爰视频行为丰富。

无人机集群概念正是起源于生物集群行为,逐渐吸引了大批学者的关注,从而掀起了研究高潮,并逐渐涌现了诸多智能集群算法,如蚁群算法和粒子群优化算法。所以,在对蜂群、蚂蚁的集群智能行为的模拟之上,研究出了现在的无人机智能集群技术,以单个无人机间通过彼此的感知交互、信息传递、协同工作在险恶的环境下可以低成本完成多样性的复杂任务。

进入21世纪,随着科学技术的进步,开发无人机智能集群系统已成为无人机的一个重要发展方向。通过紧密的协作,无人机集群体系可以体现出比传统人工系统更卓越的协调性、智能性和自主能力。因此,从应用样式来看,无人机的应用样式逐步从单平台向多平台“集群”方向发展。从技术角度来看,无人机的研发热点逐步从单机飞行控制向多机协同,编队组网方向发展。

-集群无人机优势-

俗话说:双拳难敌四手,好汉架不住群狼。一系列理论研究表明:无人机集群作战能够实现对单元作战能力更大胜率。近年流行的两个科幻电影《星际迷航》《独立日》等,细心的观众可能都发现了,电影里不仅出现了无人机,更展示了无人机集群作战概念和作战优势。

那么,在未来信息化、网络化、体系对抗作战环境下,无人机集群相对单无人机系统,具体具备哪些优势?

低生产成本,高使用效率

无人机集群系统一般由不同的平台实现高低混搭。集群中使用大量分散的低成本系统形成功能互补。针对不同的任务目标,可通过调整搭配的各型无人机的数量快速适应,免去了开发专用复杂系统设备的成本。在军事领域中,相比于传统武器系统,无人机集群的寿命周期费用低。例如一枚“鱼叉”导弹120万美元的成本可以购买80架“郊狼”无人机,且不须要长时间服役的维修保养费用。无人机集群一方面流程化生产成本低,组装速度快,另一方面可以快速消耗敌方防空导弹,高效摧毁敌方雷达等高价值装备,具有非对称的成本优势。

分布式集群智慧

集群中大量的终端平台可实现分布式投票以解决问题,集群作业中每一个终端得到的信息各不相同,做出的决策可能五花八门。在这种情况下,将集群中的决策进行汇总和投票,可以显著提高结果的正确性,避免随机误差。

分布式探测

无人机集群具有分散度高,局部感知能力强而全局感知能力弱的特点。但是如果能把集群中的每一个终端的探测信息汇总融合,可以实现全局信息的高效获取。

更高的可靠性

无人机集群的分布式特性决定了当集群中的部分设备故障后,其他无人机可以迅速重新规划任务,填补空缺,从而完成预定的全部目标或大部分目标。避免传统大型复杂专用系统的低冗余缺陷。能够极大地提高行动的成功率。

-无人机集群控制关键技术-

与蜂蚁不同,无人机是通过人工智能技术等达到“智能”的感知,因此,无人机集群技术并不是简单的把一堆无人机放到一起,然后再安排一大堆操控手,一对一操作。无人机集群协作的实现,需要通过自组机制引入无人机平台,真正实现复杂、动态、不确定环境下的集群无人机的智能协同,面临着很高的技术壁垒。

无人机集群自主编队控制。

编队飞行是无人机集群执行任务的基础和基本形式。编队控制是指无人机集群在执行任务过程中,控制无人机形成并保持一定的几何构型,以适应平台性能、战场环境、战术任务等需求的技术。编队控制主要解决两方面的问题:一是编队的生成和保持,包括面向空间、时间和通信拓扑的构型优化,不同几何形态间的队形切换,队形不变条件下的编队收缩、扩张和旋转等;二是编队构型的动态调整和重构,如遇到障碍物时编队的分离与重新融合,编队成员增加或减少时的队形调整,以及作战目标改变、威胁环境变化等其他突发情况下的编队重构。

飞行密集区域的协调管控。

以当下的研究热点无人机物流技术为例,如何让未来漫天的快递无人机像人类快递小哥一样高效而有序的完成工作,同时能够在繁忙密集的飞行区域准确的避开同类障碍,就需要相互协作和协调管控。这些任务本质上相当于运作一个集群系统,单一的无人机显然无法做到,需要整个集群自行分解,调度,协调和管控。

动态自组织网络。

无人机集群协同工作时将进行信息的交换和管理,需要数据链支持,因此,构建自适应的宽带无线数据链网络是实现无人机集群作战的关键环节之一。在自适应网络中,由于无人机的随机移动,开机关机以及地形干扰等问题,无人机间的网络拓扑结构随时可能发生变化,所以高效的动态自组织网络也是集群的关键技术。

集群协同态势感知和共享。

多无人机协同态势感知是无人机集群控制和决策的基础。在无人机集群中,多架无人机可配备不同的传感器,通过相互协同工作,获得更大的范围、更高的精度及更强的鲁棒性。要实现态势的协同感知,需要进行协同目标探测、目标识别和融合估计、协同态势理解和共享,以获取完整、清晰、准确的信息,为决策提供支持。在集群信息共享的过程中,如何将感知到的目标、平台状态信息传递到其他个体,使得整个系统既能满足可用带宽限制以减小被侦测到的概率,又能满足协同控制和决策的需要,是非常重要的问题。

无人机集群协同智能决策。

无人机集群协同决策是实现无人机集群优势的核心。无人机协同决策的目标,就是针对高对抗的战场环境,提高系统的整体生存能力,在可能损失部分无人机的条件下,加强整个系统的生存能力,确保任务的完成率。无人机集群协同决策的内容包括威胁的判断、目标优先权的排序及目标分配等任务的动态分配与调度,需要重点考虑多机之间的任务分配的冲突消解,消除多机之间的任务耦合,应对动态、不确定的外部环境,实现基于任务和无人机能力的协同决策,制定高效合理的任务计划,使得无人机在执行任务的生存概率和作战效能达到最佳。针对高对抗、强不确定及时间敏感的环境中随时可能出现的包括任务目标改变、威胁和环境变化、集群成员损伤等突发情况,需要无人机集群具备实时任务调整和重规划的能力,快速响应外界环境的变化,提高任务效率和使用灵活性。

-民用无人机集群,下一个市场热点?-

正如无人机的诞生源于战场上的军事需求,无人机集群的概念也是从国防领域率先开始理论研究和实践证明。随着无人机智能化技术的更新、迭代,这种无人机“打群架”优势也在广泛运用到民用领域,尤其是行业应用无人机领域,当下火爆的无人机物流快递就涉及到集群的应用。作为最早专攻于三级电影无人系统技术与应用领域的团队,一飞,研发的无人机集群控制技术已经在智慧农业、智能物流、智能编队等多个商用无人机领域开展了大规模的推广应用:

物流快递

互联网热潮带来电子商务的繁荣,消费升级背后也正驱动着无人系统技术的发展。就在前不久,一飞发布的三款无人机物流产品,引起了行业内注意。三款产品覆盖支线到末端应用场景,未来将与无人车、无人仓等地面无人系统接驳,形成一个全自主物流无人网络系统。

未来,随着无人机技术在物流快递的大规模商业落地,必然会带来复杂的管理问题,大规模订单的并发,不同无人机之间的协作流畅,都需要集群技术调配支撑。

农业植保

众所周知,无人机在农业应用的广泛展开,业界目光已经从单纯的无人机喷洒逐渐扩展到无人机农业信息采集、农业光谱数据分析等领域,精准农业趋势下,单纯的单机作业缺陷逐渐将暴露出来,这就需要无人机之间能够作为一个整体协调工作,以便有效地覆盖大面积区域并进行信息交互与协同作业。一飞目前拥有国际领先的大数据平台,结合植保无人机飞控系统以及厘米级rtk精准定位等软件系统,提出了从硬件到软件生态系统的精准农业解决方案,包括群体智能技术。

智能编队

编队表演,应该是大众对无人机集群控制技术应用最熟悉的领域。通过将这项技术与艺术结合,代替传统的烟花表演,让冰冷的机械科技变得有温度。而其独有的环保安全、可定制化、可塑性且自带传播话题性等特点,让无人机集群演出的市场前景十分被看好。

400架无人机编队创越天津之眼

以上视频是一飞无人机集群表演的一个案例。让智慧点亮天空,让科技更有温度。近年来,一飞在自主集群控制技术领域加大了研发力度,目前已攻克核心技术瓶颈,不仅希望将集群“舞台”搬到更运的地方,更盼望,将该项技术更大范围、更快的应用到民生经济,推动智能产业化革新。

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