国偷自产一区二区免费视频,美女免费视频一区,九九热线视频只有这里最精品,欧美日韩一区成人

3 無人系統(tǒng)群體智能的主要特征體現(xiàn)

本文重點關(guān)注的是無人系統(tǒng)群體智能，此類群體智能在具有明顯的自組織、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和自涌現(xiàn)等特征體現(xiàn).

(1)自組織. 無人系統(tǒng)群體智能體現(xiàn)出來的自組織是指其內(nèi)部眾多無人單體基于實時狀態(tài)與動態(tài)環(huán)境交互及認(rèn)知，形成時空、邏輯等群體自主協(xié)作，完成復(fù)雜任務(wù)的特性，體現(xiàn)的是群體從無序到有序的演化過程，是群體自身固有而并非外部影響施加給群體的一種性質(zhì)。自組織意味著無人群體智能系統(tǒng)中沒有一個中心控制模塊，也不存在一部分控制另一部分的情況. 自然界的生物群體均是通過其自組織來解決問題，理解了大自然如何使生物系統(tǒng)自組織，就可以模仿這種策略使人工的無人群體智能系統(tǒng)自組織。自組織是無人系統(tǒng)群體智能的重要特征體現(xiàn)，該特性可極大地提高無人群體智能系統(tǒng)在完成任務(wù)過程中的適應(yīng)性與健壯性.

(2)自適應(yīng). 無人系統(tǒng)群體智能體現(xiàn)出來的自適應(yīng)是指其不僅能夠動態(tài)適應(yīng)外界環(huán)境動態(tài)變化與使命任務(wù)人為更新，而且能夠從群體內(nèi)部狀態(tài)與行為突變(如局部個體故障)中盡快恢復(fù)原有行為的特性，即外界環(huán)境變化以及單個個體異常狀態(tài)均不會對整個群體執(zhí)行任務(wù)成效產(chǎn)生較大影響。因此，無人系統(tǒng)群體智能所體現(xiàn)的自適應(yīng)特征更具體體現(xiàn)在群體自重構(gòu)和群體自恢復(fù)上. 自重構(gòu)是指群體為了適應(yīng)諸如陰雨或晴天、城市或山區(qū)等環(huán)境動態(tài)變化，搜索或跟蹤、運輸或救援等不同任務(wù)更新，而對其群體構(gòu)型(如編隊)自主變更的能力；而自恢復(fù)是指群體能夠自動發(fā)現(xiàn)群體內(nèi)個體故障、局部異常等，并據(jù)之自主調(diào)整群體行為，而不影響群體完成目標(biāo)任務(wù)的能力.

(3)自學(xué)習(xí). 無人系統(tǒng)群體智能體現(xiàn)出來的自學(xué)習(xí)是指在整體群體層面根據(jù)來自任務(wù)環(huán)境的性能反饋而修正并歸納其自身行為的特性. 學(xué)習(xí)的目的在于適應(yīng)與優(yōu)化，適應(yīng)是為了生存，而優(yōu)化是為了更好地發(fā)展. 自學(xué)習(xí)是無人系統(tǒng)群體智能重要的特征之一，同時又有其獨特之處. 通過自學(xué)習(xí)，群體將不再局限于預(yù)定行為，從而能夠適應(yīng)動態(tài)變化的環(huán)境和新的任務(wù)要求。強化學(xué)習(xí)、合作式學(xué)習(xí)和進化學(xué)習(xí)普遍存在于生物群體系統(tǒng)中，是實現(xiàn)無人群體智能系統(tǒng)自學(xué)習(xí)的可借鑒方式. 其中，進化學(xué)習(xí)是群體智能一種特別的學(xué)習(xí)方法，它先以其數(shù)量占據(jù)優(yōu)勢，然后隨著環(huán)境變化，淘汰不能適應(yīng)的個體，在這一過程中，每一個體并沒有發(fā)生任何學(xué)習(xí)行為，但其群體具有更強的適應(yīng)能力[8]。通過自主且持續(xù)學(xué)習(xí)，使得無人群體智能系統(tǒng)具備了成長性，不僅能夠適應(yīng)環(huán)境的動態(tài)變化以及任務(wù)的需求變更，而且群體行為能夠自主演化，功能與性能得以持續(xù)提升.

(4)自涌現(xiàn). 自涌現(xiàn)是群體智能的本質(zhì)特征，其是自下而上自主出現(xiàn)的群智涌現(xiàn)，意為群體可以涌現(xiàn)出個體不具有的新屬性，而這種新屬性正是個體之間綜合作用的結(jié)果，形成群體宏觀有序的系統(tǒng)智能行為的特性。無人系統(tǒng)群體智能體現(xiàn)出來的自涌現(xiàn)也是如此. 群體智能中的涌現(xiàn)現(xiàn)象與系統(tǒng)論和復(fù)雜系統(tǒng)中闡述的涌現(xiàn)本質(zhì)上是相同的，其是基于主體實現(xiàn)的涌現(xiàn)，群體中的個體結(jié)構(gòu)和功能相對簡單，通過在群體活動過程的交互與協(xié)調(diào)，適應(yīng)環(huán)境并學(xué)習(xí)進化，涌現(xiàn)出一些新的整體行為和系統(tǒng)能力，實現(xiàn)了“1+1>2”的境界[9]。人們從自然界群體行為研究中得到啟發(fā)，發(fā)現(xiàn)微觀個體之間相互作用多是復(fù)雜非線性動態(tài)過程的迭代，并呈現(xiàn)出難以預(yù)測和行為有效的涌現(xiàn)特性. 例如，蟻群覓食、大雁遷徙、羊群效應(yīng)的群智涌現(xiàn)對無人系統(tǒng)群體智能優(yōu)化設(shè)計均有參考價值.

4 無人系統(tǒng)群體智能研究現(xiàn)狀

4.1 仿生群體智能機理研究

群體智能起源于生物學(xué)、生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域. 諸如魚、鳥、螞蟻、蜜蜂等群體，其個體是能力有限的生命體，但通過共識的簡單行動規(guī)則，群體合作能夠產(chǎn)生復(fù)雜的群體運動行為，實現(xiàn)超越個性行為的集體智慧. 研究者將各類生物群體智能行為歸納為集體行進、群體聚集、群體避險、協(xié)作筑巢、分工捕食等形態(tài)，深入研究不同形態(tài)集群行為中的群智協(xié)同機理，并探討其應(yīng)用在無人群體智能系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計之中。例如，集體行進是諸如鳥群等大規(guī)模生物個體以某種或多變形式同時行進的一種自然現(xiàn)象. 研究者從大雁群體遷徙過程，由強壯且有經(jīng)驗的頭雁帶隊，其余緊隨其后列隊為“人”字或“一”字整齊飛行的現(xiàn)象中，發(fā)現(xiàn)頭雁后面跟隨者所受升力會大大增加，可有效節(jié)約飛行體力，將其命名為“領(lǐng)航-跟隨模式”[10]。生物群體所呈現(xiàn)出的各種協(xié)調(diào)有序的群體運動模式，啟發(fā)了無人群體智能系統(tǒng)協(xié)同方式設(shè)計. 例如，研究者從鳥類群體行為中總結(jié)出凝聚、分離與對齊等行為規(guī)則，進而從統(tǒng)計力學(xué)角度提出集群中個性運動方向達(dá)成一致的條件，并為個體運動建立了動力學(xué)方程[11-12].

4.2 典型無人群體智能系統(tǒng)研究實例

無人群體智能系統(tǒng)具體是指以群體智能理論為基礎(chǔ)，以無人智能體為節(jié)點，通過通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)作完成復(fù)雜任務(wù)的一類群體智能系統(tǒng). 在群體智能機理研究的基礎(chǔ)上，國內(nèi)外不少研究機構(gòu)開展了無人群體智能系統(tǒng)的研發(fā).(1)國外典型無人群體智能系統(tǒng)研究實例美國目前在該領(lǐng)域處于國際領(lǐng)先地位，連續(xù)資助了多個代表性的無人機集群項目. “小精靈”(Gremlins)項目的旨在以高效、快速替代的方式搭載情報、監(jiān)視、偵察等任務(wù)載荷，同時在載機平臺中開發(fā)一個可以空中實現(xiàn)無人機集群快速發(fā)射和回收裝置，使得未來作戰(zhàn)飛機可以快速部署廉價、可重復(fù)使用的無人機集群[13]。拒止環(huán)境中協(xié)同作戰(zhàn)項目(CODE)旨在搭建一套包含編隊協(xié)同算法的模塊化軟件，以適應(yīng)帶寬限制和通信干擾等惡劣電磁環(huán)境，降低對地面指揮和操作人員的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，并利用合理方式將各類功能載荷集成在無人機集群編隊中，在單一平臺受損情況下仍可有序執(zhí)行任務(wù)[14]?！盎疑靳嚒?Perdix)驗證了微型無人機空中相互通信、集體決策并自主組成集群編隊能力，可有效躲避防空系統(tǒng)以執(zhí)行偵察任務(wù)[15]. 進攻性蜂群戰(zhàn)術(shù)(OFFSET)項目[16]基于增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)以及手勢、觸碰和觸感裝置等發(fā)展可控蜂群原型系統(tǒng)，其已將無人系統(tǒng)群體智能擴展人機物融合群體智能。低成本無人集群技術(shù)項目(LOCUST)旨在快速發(fā)射大量小型無人機，通過自適應(yīng)組網(wǎng)及自主協(xié)同技術(shù)，攜帶各類偵察和攻擊載荷，在數(shù)量上以絕對壓倒性優(yōu)勢贏得戰(zhàn)爭[17]。這些項目在功能上相互獨立、各有側(cè)重，在體系上互為補充、融合發(fā)展. 除美國外，英國、日本、新加坡等國家也相繼開展了關(guān)于無人集群智能協(xié)同控制相關(guān)領(lǐng)域的研究.(2)國內(nèi)典型無人群體智能系統(tǒng)研發(fā)實例在國內(nèi)，無人群體智能系統(tǒng)研究雖起步較晚，但發(fā)展快速. 北京航空航天大學(xué)借鑒生物集群理論對無人機集群編隊、目標(biāo)分配與跟蹤等集群任務(wù)進行了理論研究與飛行試驗驗證，并取得了豐碩的成果[18-19]。中國電子科技集團公司以固定翼無人機集群為載體研究無人系統(tǒng)群體智能關(guān)鍵技術(shù)，完成119架固定翼無人機集群飛行試驗，演示了密集彈射起飛、空中集結(jié)、多目標(biāo)分組、編隊合圍、集群行動等群體動作，展示了自主飛行、隨機應(yīng)變等能力[20]. 我國在南海萬山群島海域開展大規(guī)模水面無人艇“多艇協(xié)同”技術(shù)測試，56艘無人艇組成的無人艇群進行海上編隊，避“島礁”、穿“橋洞”、快速變換編隊造型，協(xié)同避障[21]。清華大學(xué)提出了一種在實驗室環(huán)境下低成本的人工智能集群控制演示驗證系統(tǒng)，該系統(tǒng)以機動自組織探測集群為驗證對象，對基于人工勢場的自組織控制策略進行了演示驗證[22].從以上無人系統(tǒng)群體智能研究和系統(tǒng)實例可以看出，目前無人系統(tǒng)群體智能研究具有以下特點：(1)仿生群體智能機理研究為基礎(chǔ). 無人系統(tǒng)群體智能研究基于生物群體(包括人類)自然存在的群體智能涌現(xiàn)機理，并可依據(jù)需求，模擬或借鑒生物群體智能行為規(guī)則與模式，優(yōu)化無人系統(tǒng)群體智能設(shè)計與實現(xiàn)，同時，注重與新一代信息技術(shù)融合，是一種有效的創(chuàng)新研究途徑.(2)系統(tǒng)載體與應(yīng)用場景為驅(qū)動. 無論國外還是國內(nèi)，無論何類無人系統(tǒng)群體智能，其群體智能研究均以具體無人集群實體為載體，以特定應(yīng)用場景為驅(qū)動，開展群體智能理論方法、關(guān)鍵技術(shù)研究以及任務(wù)成效驗證，是深化技術(shù)研究、推動成果應(yīng)用的技術(shù).(3)多學(xué)科交叉融合為研發(fā)方式. 無人系統(tǒng)群體智能研究具有鮮明的多學(xué)科交叉與融合特點，其不僅涉及自動控制、嵌入式計算、移動網(wǎng)絡(luò)、人工智能等信息學(xué)科，而且與仿生學(xué)、運動學(xué)、機電一體化、系統(tǒng)工程等學(xué)科或方向密切相關(guān)，因此，多學(xué)科(或方向)融合團隊組建是無人系統(tǒng)群體智能創(chuàng)新研究，并取得成果的重要保障.(4)無人系統(tǒng)群體智能研發(fā)處于初期. 目前國外對軍用無人系統(tǒng)群體智能核心技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計研究，雖多為系統(tǒng)研發(fā)新聞報道，少見技術(shù)研究深層介紹，可以看出處于領(lǐng)先地位，仍在不斷深化之中；我國也組織了多項有關(guān)研究計劃，尚處于初期探索和初步實踐階段；無人系統(tǒng)群體智能研究與實踐，處于初期階段，其是一個不斷深化、逐步提升的無止境過程.