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人工蜂群算法在警用無人機戰(zhàn)術(shù)需求中的應(yīng)用淺析
張志學(xué)1 吳少榮2 2017/10/3 5:11:25
摘 要： 隨著無人機在警務(wù)工作中越來越廣泛的應(yīng)用，以及適應(yīng)新形勢下警務(wù)實戰(zhàn)化改革需求的無人機聯(lián)合信息傳導(dǎo)概念的不斷發(fā)展，如何發(fā)揮無人機集群智能成為了當(dāng)前警用無人機需解決的問題。立足于生物科技，將人工蜂群算法與警用無人機控制應(yīng)用技術(shù)結(jié)合，探索能夠有效優(yōu)化無人機集群智能的應(yīng)用方法。
關(guān)鍵詞：人工蜂群算法；集群智能；無人機；最優(yōu)值；
當(dāng)前國內(nèi)外對無人機戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃的研究成果比較多,但主要集中在無人機的航行移動上。雖然無人機戰(zhàn)術(shù)功能研究近年來受到了廣泛的重視,也取得了較大的進展,但相對于無人機的航行移動仍處于遠遠滯后的狀態(tài)。航行移動和戰(zhàn)術(shù)功能是無人機戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃中密不可分的兩個重要步驟,只有保證兩者協(xié)調(diào)發(fā)展,才能對無人機執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)提供全面支持，從而使無人機能夠滿足更多任務(wù)需求。通過對無人機集群智能問題進行層次分析,將無人機集群智能問題劃分為航行移動問題和戰(zhàn)術(shù)功能問題分別進行分析,再進行有機結(jié)合，有效地降低原問題的復(fù)雜性。
一、從航行移動上發(fā)揮警用無人機集群智能優(yōu)勢
在傳統(tǒng)的警用無人機應(yīng)用中，首先要解決無人機在飛行過程中的供能問題，既無人機本身的載荷能力考量。一般小型無人機動力不足以支持長時間的作戰(zhàn)任務(wù)需求。為此，從提高任務(wù)執(zhí)行效能上考慮，要優(yōu)化執(zhí)行任務(wù)中的航行移動問題。針對此類問題,我們要將地形學(xué)和ABC算法相結(jié)合,通過地形學(xué)對航行移動路線的拓展,以降低航行移動路線的復(fù)雜程度,再通過ABC算法對相關(guān)任務(wù)地形進行快速的路線搜索,針對航行移動問題的實際要求,將集群智能機制引入ABC算法的信息更新機制中,顯著的提高了最優(yōu)值的搜索效率。同時，分析警用無人機在實際過程中情報搜集問題的特殊性與復(fù)雜性,從最大程度滿足用戶需求出發(fā),給出了需求滿足最優(yōu)值的戰(zhàn)術(shù)處理路徑和行動路線。利用ABC算法協(xié)同性強、搜索行為靈活等優(yōu)點,在算法的基礎(chǔ)上,利用蜂群采蜜行為的分工協(xié)同能力,引入蜂群當(dāng)前循環(huán)中的生物天性,調(diào)整了多無人機現(xiàn)實戰(zhàn)術(shù)計劃,從而提高了搜索效率。
二、從戰(zhàn)術(shù)功能上發(fā)揮警用無人機集群智能優(yōu)勢
愈來愈加特殊化和復(fù)雜化的任務(wù)和戰(zhàn)術(shù)環(huán)境，使得警務(wù)無人機在應(yīng)用方面更趨向于多元化。在過去的研究中，無人機任務(wù)類型及能力制約是指對單架無人機,其機上攜帶的任務(wù)載荷和功能配備是有限的,所能完成的任務(wù)類型及數(shù)量受其的任務(wù)載荷限制。為此，在無人機協(xié)同多任務(wù)分配問題中,由于單架無人機所能完成的任務(wù)類型和數(shù)量有限,故特定的無人機只能執(zhí)行與自身能力相符合的任務(wù),且其任務(wù)過程不能超過自身最大任務(wù)數(shù)量限制和飛行載荷限制,超出自身能力范圍的任務(wù)就必須交由其它無人機執(zhí)行。為此，在當(dāng)前警用無人機的技術(shù)水平上，依靠單一的無人機還遠遠滿足不了戰(zhàn)術(shù)要求。針對任務(wù)分配問題,在通用人工蜂群模型的基礎(chǔ)上進行擴展,建立了協(xié)同多任務(wù)分配問題模型,并在此基礎(chǔ)上根據(jù)問題自身特點,提出了基于分工機制的ABC算法,實現(xiàn)了對協(xié)同任務(wù)分配問題最優(yōu)值求解。從實際方面來說，單一的無人機無論是執(zhí)行區(qū)域搜索還是重點對象偵察還是地形勘測，或者是對目標(biāo)的打擊和損毀評估任務(wù)，都可以從ABC算法的集群智能思想出發(fā)，立足于滿足各種制約條件的基礎(chǔ),將待完成任務(wù)集合中的任務(wù)合理地分配給各無人機,并確定各無人機執(zhí)行任務(wù)類型以及優(yōu)先關(guān)系,實現(xiàn)多機之間的任務(wù)協(xié)同關(guān)系,提高任務(wù)執(zhí)行的效能,在任務(wù)評價指標(biāo)下達到最優(yōu)或較優(yōu)。
三、在實際作戰(zhàn)中發(fā)揮警用無人機集群智能優(yōu)勢
由于作戰(zhàn)任務(wù)的復(fù)雜性和多重性,依靠一架無人機單獨執(zhí)行和完成任務(wù)的可能性越來越小,往往需要出動多架甚至大規(guī)模無人機組成作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò),通過時間和空間的配合協(xié)同作戰(zhàn)。首先要明確，在實際作戰(zhàn)中航行移動的最優(yōu)值不僅僅是尋找到目標(biāo)距離最短的路徑。對于復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下的無人機航行移動,考慮環(huán)境氣候、敵方破壞等情況,使得構(gòu)成無人機路線的過程上除了航行代價之外,還存在著威脅代價。從整體任務(wù)執(zhí)行計劃來看，讓單一的無人機配備相對應(yīng)目標(biāo)設(shè)備（不妨假設(shè)集群中的無人機載荷能力相同），通過整個無人機集群的任務(wù)協(xié)同和集群功能，可同時進行多項目標(biāo)的完成。如在對危險區(qū)域進行偵察時，集群無人機進行不同分工，在相同的單位時間內(nèi)完成對目標(biāo)的偵測、實施打擊、信息干擾等一系列任務(wù)，充分發(fā)揮無人機協(xié)同任務(wù)和我集群功能規(guī)劃優(yōu)勢，大大減少任務(wù)時間消耗。
在反恐形勢如此嚴(yán)峻的當(dāng)今，警用無人機面臨充滿對抗的作戰(zhàn)環(huán)境。無人機集群智能作用的充分發(fā)揮不僅僅取決于己方的任務(wù)計劃,而是由敵我雙方對抗的作戰(zhàn)行為共同決定。現(xiàn)階段關(guān)于無人機集群智能所建立的問題模型,通常能有效反映戰(zhàn)場環(huán)境中相對確定的任務(wù)因素在任務(wù)中的作用。但難以避免敵方對抗行為對無人機協(xié)同多任務(wù)規(guī)劃過程的隨機性影響。因此,下一步警用無人機研究方向，應(yīng)該更趨向于建立能夠充分評測（未完，下一頁）
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