2021-11-23-中国电子技术标准化研究院-智能无人集群系统发展白皮书_77页_29mb

智能无人集群系统发展白皮书（2021版）总结

核心内容

智能无人集群系统是由多个无人系统组成的整体系统，能够根据任务分工协同完成复杂任务。其具备高效率、高容错性和高智能性等优势，可应用于农业、制造业、交通、军事、灾害救援等多个领域。随着物联网、人工智能、5G等技术的发展，智能无人集群系统正在经历快速发展阶段，但目前仍面临标准化、互操作性、成本控制和快速测试等关键挑战。

主要观点

1. 群体智能：智能无人集群系统通过个体间的协同作用，实现群体智能，提高整体任务执行能力。
2. 人机共融：由于当前智能无人集群系统在复杂环境下的自主能力有限，需结合有人装备，实现人机共融集群。
3. 互操作性：为实现不同平台间的高效协同，需要设计统一的通信协议、软件模块和硬件组件，提升系统的互操作性。
4. 低成本与小型化：集群系统通过规模优势降低成本，但需研发满足协同需求的低成本、小型化平台和载荷。
5. 快速测试能力：通过平行仿真构建虚实结合的测试环境，提升集群系统的测试效率和任务验证能力。
6. 5G技术应用：5G网络具备高带宽、低时延、高可靠等特性，为智能无人集群提供更优的通信支持。

关键信息

国内外发展现状

• 国外：

  • 美国国防部及DARPA主导多项智能无人集群技术研究，如LOCUST、Perdix、CICADA、Gremlins、CODE、SoSITE等项目。
  • 美国已实现大规模无人机集群的协同飞行、自主编队、任务执行等能力，处于技术领先地位。
  • 其他国家如俄罗斯、欧盟、印度、土耳其等也积极推动智能无人集群技术发展。

• 国内：

  • 智能无人集群系统研究起步较晚，但发展迅速，已实现多种无人机、无人车、无人船的协同飞行和任务执行。
  • 国内已开展“跨越险阻”无人系统挑战赛，推动技术验证与应用实践。
  • 一些科研机构和企业已取得相关技术突破，如“五站四机”协同飞行、“彩虹4”无人机等。

技术体系

智能无人集群系统技术体系主要包括以下五个方面：

1. 系统架构：分为集中式、分布式和混合式架构，每种架构各有优劣。
2. 无人平台：包括无人机、无人地面设备、无人水面设备和无人水下设备等，每种平台都有其独特的技术要求。
3. 通信组网：采用多种通信方式（有线、无线、5G、卫星等），并发展动态组网技术以适应复杂环境。
4. 智能协同：涵盖协同感知、导航定位、任务规划、载荷接口、协同控制等关键技术。
5. 效能评估：通过定性和定量方式对智能无人集群系统的任务完成情况进行综合评价。

应用场景

• 矿区智能无人集群：用于环境监测、资源勘探等任务。
• 铁路行业：用于巡检、维护等任务。
• 三维河道建模：用于水文监测、生态评估等。
• 军用领域：用于侦察、打击、反侦探等任务。
• 民用领域：用于快递物流、道路建设、海洋监测等。

标准化与未来愿景

• 标准化需求：目前智能无人集群系统缺乏统一的技术标准体系，标准化是推动产业发展的关键。
• 未来发展方向：
  • 实现“能力倍增、功能分布、对等网络、鲁棒自愈、成本优势、群智涌现”等特性。
  • 建立全自主智能无人集群系统，摆脱“人（主）-机（辅）、机（主）-机（辅）”等传统控制模式。
  • 推动跨域协同，实现陆、海、空、天多域协同作战或作业，提高整体效能。

技术标准体系

智能无人集群系统标准体系包括以下几部分：

1. 基础标准：涵盖系统定义、性能指标、安全规范等。
2. 评估标准：用于衡量系统在特定任务中的效能表现。
3. 技术标准：包括通信、导航、控制、协同等关键技术标准。
4. 应用标准：针对不同行业应用，制定相应的技术规范。

跨域协同应用场景

• 协同控制架构设计：需综合考虑集中式、分布式和混合式架构，以适应多域协同需求。
• 环境态势感知：利用多源信息融合，实现对环境的精准感知和任务执行。
• 跨域协同通信：实现多域无人系统间的高效通信与数据交换，提高任务响应速度和系统稳定性。

总结

智能无人集群系统作为新一代技术的重要组成部分，具有广泛的应用前景和强大的技术潜力。其发展需要在系统架构、通信组网、智能协同、效能评估等方面持续突破，并推动标准化体系建设。未来，智能无人集群系统将向全自主、高可靠、低成本、跨域协同的方向发展，为多个领域带来深远影响。