南航專家詳解「蜂群」無人機的協同飛行

12月8日上午，世界智能製造大會分論壇之「2017全球無人機峰會」在南京青年國際會議中心舉行。

在會上，南京航空航天大學無人機研究院副總工程師黃大慶深入探討了「蜂群」無人機的技術分解以及當前國內外研究現狀。他把「蜂群」無人機技術簡化到四個方面，第一控制，第二規劃、第三感知、第四通訊。

南京航空航天大學無人機研究院副總工程師黃大慶/圖 來源宇辰網

以下是宇辰網整理的演講全文：

今天我講的內容是現在比較時髦，無人機界每年都會推出各式各樣新技術，目前這兩年推出了一個新技術：「蜂群」無人機的協同飛行。

先介紹一下，我來自南京航空航天大學無人機研究院，我們無人機研究院是國內最早研究無人機單位，我們當年在核實驗取樣無人機，鑽到蘑菇雲當中把碎片取出來，就是用的我們的無人機，這是第一個。第二個我們有工信部重點實驗室，目前無人機在全國沒有國家實驗室，也沒有國家重點實驗室，我們這個實驗室是目前國家級的，國內的最高等級的實驗室，很多無人機學術問題在裡面討論，無人機檢測、技術上面的一些探討，都可以在這做。

今天講三個方面，國內外研究情況、「蜂群」無人機技術怎麼樣分解、我們當前研究現狀。

首先是國外研究情況，僅以美國為例，為什麼僅以美國為例，其他國家也沒有，美國五角大樓的戰略能力辦公室與行軍航空系統司令部共同發布了。2017年1月，用F18，就是大黃蜂撒了一批無人機，做了一個實驗;在去年10月份，在中國湖，這是美國一個湖，他們也做了「蜂群」的無人機實驗，要達到的目的就是，如果有人機帶無人機協同飛行(不帶大型無人機，而是帶小型無人機)，飛到當地上空釋放下來，比如說一千架，每個無人機尋自己目標攻擊、偵查、對抗，這是一種新戰術，即「蜂群」戰術。

第二，美國國防部高級研究計劃局，就是DARPA，美國軍用新技術都從這裡出來，在惠靈頓正在做一個小精靈計劃和一個攻擊「蜂群」戰術的項目，這兩個項目是美國DARPA做的，內容也跟前面一樣。

第三，美國海軍研究辦公室，跟剛才講的海軍不是一家，做一個「蝗蟲計劃」，也是多架無人機一起飛行，一起執行任務，各個價值很低小型無人機共同來實現一個大目標，你打我一架不值錢，還要消耗很多導彈，拼消耗你也拼不過我，我還很多，我第二批又來了，這是一個新的發展方向。現在美國的無人機路線圖中間，群還沒有加進去，美國很願意搞路線圖，非常願意做計劃類工作，還沒做先把計劃做好，先把發展方向做好。而且美國無人機路線圖經常換，一換就是20年。我國軍方在軍改之前，無人機專業組和空8所一起編了國家軍用無人機路線圖。今年中國航空學會下面有無人機分會，我們也參與編寫了民用無人機路線圖，今年整個無人機的學術會議就在南航主辦，這些活動都是為了要發展新技術。

由此可見，僅僅美國五角大樓至少已經有三個組織在搞「蜂群」類，或者無人機群類的研究了。小的無人機用群實現，下面是他提出這段話，「蜂群」無人機幾乎有無限能力，科技突破敵人防禦，形成安全的、能自我恢復的通信網路，如果被打掉幾個，還會重新組合，通訊網路組合起來提供網路偵查、搜索和救援模式識別，可以用複雜計算，把他們與其他信息源融合起來。

這是國外的情況。國內什麼情況?我自豪地告訴大家，我國目前進入新時代了，十九大以後，我們國內一點都不比國外差，現在十三五軍方預演，陸軍直接公布我們在搞多機協同無人機，我所在的這個科技組就中了這個標，現在裝發(裝備發展部)、海軍、軍科也有多個類似項目，我們也在積极參与。

民口，中國的民口是科技部管，現在叫國家重點研發計劃，也有很多這樣的項目，今年上半年我們報了，但是很遺憾沒中標，2018年指南我已經看到了也有很多類似項目，警用反恐的一個項目這個月就能出結果，實飛方面，電科院有119架固定翼。亞運會也會有1000多架飛機，今年上半年我們重點實驗室有20架，批量還比較小。

「蜂群」無人機技術分解。「蜂群」這件事情，動物首先有先天性、原始性，原始性有的動物協調性好，有的協同性差，差別就是後天學習，和社會形態的學習。它要有四個方面的技術，下面會講到，現在研究蟻群已經有很多成果了，大學里有蟻群演算法，老師帶學生做，鳥群演算法，魚群演算法，這兩個是有特點的，你在海灘上放一個鞭炮，所有的魚往一個方向飛，不碰撞，魚在一起游，有碰撞，但是魚鱗比較滑也不會出大問題，但是蜜蜂不一樣，到處飛都不碰撞，而且能把一個協調的任務完成好。

所以「蜂群」目前是比較時髦，要研究研究，我們僅以「蜂群」為例，我們專門請教了農業大學的動物專家，我們得到了幾條的結果。

第一，弱中心自主飛行，每一個蜜蜂是自主飛行，蜂王不太指揮的，每個個體都是同等級個體;第二，工蜂就是做工的蜜蜂，飛行前就知道目的，他要采蜜，行進期間他是經常變化的，變化飛行軌跡和飛行目的性，第三，它有幾種感知感測器並存，但是有沒有定量測試?不知道。我們人沒有，我看你就能知道遠近，就定性，你離我近一點，這個物體大一點，但是沒有定量，我們倆到底是兩米、三米還是五米，那麼通訊是有的，「蜂群」啊，但是估計大家都能通訊，我們人自主網路通訊，人相互之間都科技同群，這種通訊方式叫自主網路同群，接下來的6G就是自主網路通訊，要達到的目的，1+1+1⋯⋯要大大的大於N，如果加起來等於N就沒有意義。可是「蜂群」，我們研究下來，它大於N，但大得不多，真正大得多的是狼群，這是什麼概念?如果黑社會的組織打架，沒有什麼太好的組織，一幫人跟一幫人打不行，打到最後基本上跟個體打架加起來差不多，可是有高級指揮員指揮的軍隊打仗，以少勝多戰例很多，指揮組織能力體會出來，你一定要像狼群一樣有極好組織能力，獲勝可能性更大，我們後來發現「蜂群」，美國人叫的「蜂群」不好，他是用會飛的動物形容這個事件，如果有飛狼肯定比他還好。

我們把它簡化講四個方面，第一控制，第二規劃、第三感知、第四通訊。第一個方面，每個個體行為自主控制並與群體控制協調一致;第二分解技術，事先的行為分配，任務分配與事中重新分配;第三個體相互之間與環境之間的感知與測量，感知規避與導航技術;第四個體之間能交換信息和中轉信息，就是自主組織網路信息技術。

下面彙報一下我們目前在做的情況，跟美國也不差多少。

第一個技術就是協同控制，很多架無人機在天上協同控制是什麼情況。首先是中心控制，地面一個點控制天上很多飛機;第二個是長摻控制方式，可以由有人機帶無人機;第三個規避，內部不能碰撞，一群飛機碰到一起就麻煩了，專門有控制演算法，這兩個飛機一旦靠近了，自動分開。這就是演算法保障;第四是一字長蛇，這種方式在叢林作戰，山林作戰，或者城市作戰很需要，我只要控制一個長機鑽進去，所有的飛機都跟著它軌跡一起鑽進去。能看見後面的飛機跟著前面的飛機走。

第二個技術是規劃技術，四架飛機有八個目標，怎麼樣把航線規劃出來，現在我們已經做到100個飛機100個目標怎麼規劃，各種規劃方式，最大的效率、模式，一架飛機都不損失把任務執行完，最快的模式，我情願損失飛機，也要把敵人的點攻下來。

第三個感知與規避，目前我們做的是視覺演算法，兩個點不同，測距、盡量做到定量視覺演算法

第四個自主網路，每個點相互之間都傳數據，這個自主網路設備我們裝上去做實驗，然後又弄了20架小的旋翼機，我們要實現兩架固定翼在空中指揮20架旋翼機。

目前我們在國內外首次做到這兩點，第一點，實現了兩種個性無人機混合編隊規劃與控制，初步實現了子機跟隨母機的飛行模式，這是軍用很需要的。第二實現了多無人機之間的通訊與感知，而不是通過WIFI方式，是通過自主網路的方式實現的。

本次峰會除了豐富的演講內容外，峰會現場設置了無人機展示區。來自中雲圖、樂樂飛、奇蛙科技、江蘇啟飛、模幻天空等多家江蘇本土企業展示了自主研發、代理經營的多種無人機，涵蓋了工業巡檢、農業植保、消費體驗等多領域、多用途的無人機先進產品和相關配件。

此次2017全球無人機峰會的成功舉辦，不僅為2017世界智能製造大會注入了活力，同時也為江蘇省的無人機產業發展提供了良好的交流平台。

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