南航专家详解“蜂群”无人机的协同飞行

12月8日上午，世界智能制造大会分论坛之“2017全球无人机峰会”在南京青年国际会议中心举行。

在会上，南京航空航天大学无人机研究院副总工程师黄大庆深入探讨了“蜂群”无人机的技术分解以及当前国内外研究现状。他把“蜂群”无人机技术简化到四个方面，第一控制，第二规划、第三感知、第四通讯。

南京航空航天大学无人机研究院副总工程师黄大庆/图 来源宇辰网

以下是宇辰网整理的演讲全文：

今天我讲的内容是现在比较时髦，无人机界每年都会推出各式各样新技术，目前这两年推出了一个新技术：“蜂群”无人机的协同飞行。

先介绍一下，我来自南京航空航天大学无人机研究院，我们无人机研究院是国内最早研究无人机单位，我们当年在核实验取样无人机，钻到蘑菇云当中把碎片取出来，就是用的我们的无人机，这是第一个。第二个我们有工信部重点实验室，目前无人机在全国没有国家实验室，也没有国家重点实验室，我们这个实验室是目前国家级的，国内的最高等级的实验室，很多无人机学术问题在里面讨论，无人机检测、技术上面的一些探讨，都可以在这做。

今天讲三个方面，国内外研究情况、“蜂群”无人机技术怎么样分解、我们当前研究现状。

首先是国外研究情况，仅以美国为例，为什么仅以美国为例，其他国家也没有，美国五角大楼的战略能力办公室与行军航空系统司令部共同发布了。2017年1月，用F18，就是大黄蜂撒了一批无人机，做了一个实验;在去年10月份，在中国湖，这是美国一个湖，他们也做了“蜂群”的无人机实验，要达到的目的就是，如果有人机带无人机协同飞行(不带大型无人机，而是带小型无人机)，飞到当地上空释放下来，比如说一千架，每个无人机寻自己目标攻击、侦查、对抗，这是一种新战术，即“蜂群”战术。

第二，美国国防部高级研究计划局，就是DARPA，美国军用新技术都从这里出来，在惠灵顿正在做一个小精灵计划和一个攻击“蜂群”战术的项目，这两个项目是美国DARPA做的，内容也跟前面一样。

第三，美国海军研究办公室，跟刚才讲的海军不是一家，做一个“蝗虫计划”，也是多架无人机一起飞行，一起执行任务，各个价值很低小型无人机共同来实现一个大目标，你打我一架不值钱，还要消耗很多导弹，拼消耗你也拼不过我，我还很多，我第二批又来了，这是一个新的发展方向。现在美国的无人机路线图中间，群还没有加进去，美国很愿意搞路线图，非常愿意做计划类工作，还没做先把计划做好，先把发展方向做好。而且美国无人机路线图经常换，一换就是20年。我国军方在军改之前，无人机专业组和空8所一起编了国家军用无人机路线图。今年中国航空学会下面有无人机分会，我们也参与编写了民用无人机路线图，今年整个无人机的学术会议就在南航主办，这些活动都是为了要发展新技术。

由此可见，仅仅美国五角大楼至少已经有三个组织在搞“蜂群”类，或者无人机群类的研究了。小的无人机用群实现，下面是他提出这段话，“蜂群”无人机几乎有无限能力，科技突破敌人防御，形成安全的、能自我恢复的通信网络，如果被打掉几个，还会重新组合，通讯网络组合起来提供网络侦查、搜索和救援模式识别，可以用复杂计算，把他们与其他信息源融合起来。

这是国外的情况。国内什么情况?我自豪地告诉大家，我国目前进入新时代了，十九大以后，我们国内一点都不比国外差，现在十三五军方预演，陆军直接公布我们在搞多机协同无人机，我所在的这个科技组就中了这个标，现在装发(装备发展部)、海军、军科也有多个类似项目，我们也在积极参与。

民口，中国的民口是科技部管，现在叫国家重点研发计划，也有很多这样的项目，今年上半年我们报了，但是很遗憾没中标，2018年指南我已经看到了也有很多类似项目，警用反恐的一个项目这个月就能出结果，实飞方面，电科院有119架固定翼。亚运会也会有1000多架飞机，今年上半年我们重点实验室有20架，批量还比较小。

“蜂群”无人机技术分解。“蜂群”这件事情，动物首先有先天性、原始性，原始性有的动物协调性好，有的协同性差，差别就是后天学习，和社会形态的学习。它要有四个方面的技术，下面会讲到，现在研究蚁群已经有很多成果了，大学里有蚁群算法，老师带学生做，鸟群算法，鱼群算法，这两个是有特点的，你在海滩上放一个鞭炮，所有的鱼往一个方向飞，不碰撞，鱼在一起游，有碰撞，但是鱼鳞比较滑也不会出大问题，但是蜜蜂不一样，到处飞都不碰撞，而且能把一个协调的任务完成好。

所以“蜂群”目前是比较时髦，要研究研究，我们仅以“蜂群”为例，我们专门请教了农业大学的动物专家，我们得到了几条的结果。

第一，弱中心自主飞行，每一个蜜蜂是自主飞行，蜂王不太指挥的，每个个体都是同等级个体;第二，工蜂就是做工的蜜蜂，飞行前就知道目的，他要采蜜，行进期间他是经常变化的，变化飞行轨迹和飞行目的性，第三，它有几种感知传感器并存，但是有没有定量测试?不知道。我们人没有，我看你就能知道远近，就定性，你离我近一点，这个物体大一点，但是没有定量，我们俩到底是两米、三米还是五米，那么通讯是有的，“蜂群”啊，但是估计大家都能通讯，我们人自主网络通讯，人相互之间都科技同群，这种通讯方式叫自主网络同群，接下来的6G就是自主网络通讯，要达到的目的，1+1+1⋯⋯要大大的大于N，如果加起来等于N就没有意义。可是“蜂群”，我们研究下来，它大于N，但大得不多，真正大得多的是狼群，这是什么概念?如果黑社会的组织打架，没有什么太好的组织，一帮人跟一帮人打不行，打到最后基本上跟个体打架加起来差不多，可是有高级指挥员指挥的军队打仗，以少胜多战例很多，指挥组织能力体会出来，你一定要像狼群一样有极好组织能力，获胜可能性更大，我们后来发现“蜂群”，美国人叫的“蜂群”不好，他是用会飞的动物形容这个事件，如果有飞狼肯定比他还好。

我们把它简化讲四个方面，第一控制，第二规划、第三感知、第四通讯。第一个方面，每个个体行为自主控制并与群体控制协调一致;第二分解技术，事先的行为分配，任务分配与事中重新分配;第三个体相互之间与环境之间的感知与测量，感知规避与导航技术;第四个体之间能交换信息和中转信息，就是自主组织网络信息技术。

下面汇报一下我们目前在做的情况，跟美国也不差多少。

第一个技术就是协同控制，很多架无人机在天上协同控制是什么情况。首先是中心控制，地面一个点控制天上很多飞机;第二个是长掺控制方式，可以由有人机带无人机;第三个规避，内部不能碰撞，一群飞机碰到一起就麻烦了，专门有控制算法，这两个飞机一旦靠近了，自动分开。这就是算法保障;第四是一字长蛇，这种方式在丛林作战，山林作战，或者城市作战很需要，我只要控制一个长机钻进去，所有的飞机都跟着它轨迹一起钻进去。能看见后面的飞机跟着前面的飞机走。

第二个技术是规划技术，四架飞机有八个目标，怎么样把航线规划出来，现在我们已经做到100个飞机100个目标怎么规划，各种规划方式，最大的效率、模式，一架飞机都不损失把任务执行完，最快的模式，我情愿损失飞机，也要把敌人的点攻下来。

第三个感知与规避，目前我们做的是视觉算法，两个点不同，测距、尽量做到定量视觉算法

第四个自主网络，每个点相互之间都传数据，这个自主网络设备我们装上去做实验，然后又弄了20架小的旋翼机，我们要实现两架固定翼在空中指挥20架旋翼机。

目前我们在国内外首次做到这两点，第一点，实现了两种个性无人机混合编队规划与控制，初步实现了子机跟随母机的飞行模式，这是军用很需要的。第二实现了多无人机之间的通讯与感知，而不是通过WIFI方式，是通过自主网络的方式实现的。

本次峰会除了丰富的演讲内容外，峰会现场设置了无人机展示区。来自中云图、乐乐飞、奇蛙科技、江苏启飞、模幻天空等多家江苏本土企业展示了自主研发、代理经营的多种无人机，涵盖了工业巡检、农业植保、消费体验等多领域、多用途的无人机先进产品和相关配件。

此次2017全球无人机峰会的成功举办，不仅为2017世界智能制造大会注入了活力，同时也为江苏省的无人机产业发展提供了良好的交流平台。

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