临近海面空间内多智能体协同任务优化 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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崔亚妮 著

图书标签:

• 多智能体系统
• 协同控制
• 任务分配
• 优化算法
• 临近海面空间
• 无人系统
• 路径规划
• 资源调度
• 分布式系统
• 海洋工程

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121329920

版次：1

商品编码：12288372

包装：平装

丛书名： 高端科技专著丛书

开本：16开

出版时间：2017-11-01

用纸：胶版纸

页数：164

字数：192000

正文语种：中文

内容简介

形成海洋区域信息化、精细化、立体化管理，提高我国海洋安全保障、应急处置、环境监测和海上智能化作业能力，是实现海上丝绸之路经济繁荣稳定的重要保障，是我国建设成为海洋强国，提升负责任大国形象的强大助力。本书是编者在多年从事多智能体协同控制和海洋通信技术研究基础上整理而成，重点介绍了临近海面空间内多智能体通信组网优化方法以及临近海面空间内多智能体协同任务规划方法，为相关领域研究者提供理论指导。

作者简介

任佳简介：男 汉族 34岁，中共党员。海南大学副教授，博士生导师。长期在电子与通信工程领域从事教学和科研工作。主要研究方向包括人工智能技术和海洋通信技术。研究成果获得海南省科技进步二等奖1次，发表论文25篇，SCI/EI索引16篇，出版专著2部，申报国家发明专利10项，软件著作权4项。目前承担国家科技合作专项1项、国家自然科学基金2项。

目录

目 录
目 录 I
图目录 I
表目录 I
第1章 临近海面空间多智能体协同技术 1
1．1 海洋智能装备应用前景 1
1．2 多智能体协同技术研究进展 3
1．2．1 海洋智能装备 3
1．2．2 多智能体协同任务规划 6
1．2．3 多智能体通信组网优化 12
1．3 临近海面空间内多智能体协同关键问题 13
1．4 本书主要内容 16
1．4．1 海上多智能体编队编成 16
1．4．2 海上多智能体通信网络拓扑优化控制 16
1．4．3 基于时间窗口机制的集中式任务规划 17
1．4．4 基于任务一致性的分布式任务规划 17
1．5 本书组织结构 18
第2章 无人水面艇技术 20
2．1 引言 20
2．2 早期USV的应用 20
2．3 现代USV的原型-猫头鹰系列 23
2．4 现代USV技术发展 25
2．4．1 军用USV技术发展 25
2．4．2 民用USV技术发展 37
2．5 本章小结 42
第3章 海上多智能体编队编成 43
3．1 引言 43
3．2 编队编成问题描述 43
3．2．1 编队编成基本原则 43
3．2．2 编队编成问题描述 44
3．3 海上多智能体编队编成模型 44
3．3．1 编队任务执行效能 44
3．3．2 编队编成模型 47
3．4 基于DNBPSO的海上多智能体编队编成算法 48
3．4．1 粒子群优化算法描述 48
3．4．2 DNBPSO算法描述 51
3．4．3 基于DNBPSO的海上多智能体编队编成算法描述 53
3．4．4 基于DNBPSO的海上多智能体编队编成算法实现 55
3．5 仿真实验与分析 56
3．5．1 实验环境与条件假设 56
3．5．2 仿真实验与结果分析 58
3．6 本章小结 60
第4章 海上多智能体通信网络拓扑优化控制 61
4．1 引言 61
4．2 海上无线电波传播模型 61
4．2．1 海上无线电波传播环境 62
4．2．2 海上无线电波传播损耗预测模型 62
4．3 网络拓扑优化控制模型 65
4．3．1 链路通信质量模型 66
4．3．2 网络连接收益模型 66
4．3．3 网络连接成本模型 67
4．4 基于DPSO的海上多智能体通信网络拓扑优化控制算法 68
4．4．1 基于DPSO的海上多智能体通信网络拓扑优化控制算法描述 68
4．4．2 基于DPSO的海上多智能体通信网络拓扑优化控制算法实现 70
4．5 基于EM-DPSO的海上多智能体通信网络拓扑优化控制算法 72
4．5．1 基于EM-DPSO的海上多智能体通信网络拓扑优化控制算法描述 72
4．5．2 基于EM-DPSO的海上多智能体通信网络拓扑优化控制算法实现 74
4．5．3 基于EM-DPSO的海上多智能体通信网络拓扑优化控制算法复杂度分析 76
4．6 仿真实验与分析 77
4．6．1 实验环境与条件假设 77
4．6．2 仿真实验与结果分析 78
4．7 本章小结 81
第5章 海上多智能体协同打击时敏目标集中式任务规划 82
5．1 引言 82
5．2 协同打击时敏目标问题描述 82
5．3 协同打击时敏目标集中式任务规划算法 83
5．3．1 集中式任务分配 83
5．3．2 在线路径规划 87
5．3．3 集中式任务规划算法实现 89
5．4 仿真实验与分析 91
5．4．1 实验环境与条件假设 91
5．4．2 仿真与分析 92
5．5 本章小结 97
第6章 海上多智能体协同目标跟踪分布式任务规划 98
6．1 引言 98
6．2 协同目标跟踪问题描述 99
6．2．1 通信决策 99
6．2．2 动态任务分配 100
6．2．3 跟踪路径规划 100
6．3 通信决策机制 100
6．4 协同目标跟踪分布式任务规划算法 101
6．4．1 分布式动态任务分配 101
6．4．2 跟踪路径在线规划 104
6．4．3 分布式任务规划算法实现 105
6．5 仿真实验与分析 107
6．5．1 实验环境与条件假设 107
6．5．2 仿真与分析 107
6．6 本章小结 115
参考文献 117

前言/序言

前 言

形成海洋区域信息化、精细化、立体化管理，提高我国海洋安全保障、应急处置、环境监测和海上智能化作业能力，是实现海上丝绸之路经济繁荣稳定的重要保障，是我国建设成为海洋强国，提升负责任大国形象的强大助力。

海洋新技术、新装备的应用与突破是建设海洋强国的重要途径和组成部分。为此，我国在2014年、2015年国家863计划中连续部署了“深远海海洋动力环境监测关键技术与系统集成”和“未来一体化网络关键技术和示范”重大专项。2016年发布了“海洋环境安全保障”国家重点研发计划。从上述研究计划布局可以看出，我国正在逐步建设以星基通信/观测为基础，空中平台为延伸，水面和水下自主航行器为触手的立体化海洋信息系统。

相对于“空-天-海-地”大尺度空间，海平面以上3000米至海平面以下200米的贴海区域是人类在海洋发生社会活动、经济行为和军事斗争主要区域，该区域可称作临近海面空间。目前，世界各海洋军事强国都在积极开展临近海面空间内的多类型智能体协同技术研究，期望形成多类型智能体协同指挥、协同控制、协同侦察和协同打击的新型海洋无人作战体系。根据这一发展趋势，本书将围绕临近海面空间内多智能体的编队编成、组网优化和协同任务规划等应用背景，构建多智能体编队编成算法、网络拓扑优化控制算法和集中式/分布式动态任务规划算法，并在无人机与无人船的协同作战任务背景下进行应用。

本书内容共分三个部分。第一本分主要是全书相关内容的背景介绍，包括第1章和第2章。第1章主要介绍了国内外相关领域的研究动态和发展趋势，回顾了多智能体协同任务规划和多智能体通信组网优化领域涉及的主要研究方法，围绕临近海面空间阐述了多智能体的编队编成、组网优化和协同任务规划的任务背景及关键科学问题，并以此为基础引申出本书相关内容。第2章主要介绍一新兴海洋智能装备——无人水面艇技术的演进过程以及发展现状，并重点对其在各领域的应用前景进行阐述与分析。

第二部分主要介绍临近海面空间内多智能体通信组网优化方法，包括第3章和第4章。第3章围绕海上多智能体的编队编成问题，介绍了一种基于改进二进制粒子群优化的编队编成算法，并以南海无人岛礁防卫为任务背景，阐述了海上多智能体的编队编成问题以及BPSO算法在该问题中的应用。第4章针对海上多智能体通信网络拓扑优化与控制问题，结合海上无线电波的传播环境，构建了海上无线电波传播模型，并将该海上无线电波传播模型与DPSO算法结合，在海上智能体网络拓扑优化控制中的进行应用。

第三部分主要介绍临近海面空间内多智能体协同任务规划方法，包括第5章和第6章。第5章介绍了海上多智能体协同打击时敏目标集中式任务规划方法。针对海上任务持续时间不确定问题，介绍了一种基于时间窗口机制的集中式动态任务规划算法。该方法主要是保证智能体在有效的时间窗口内到达打击点，完成全部时敏目标的打击任务，并均衡地分配打击任务，发挥多智能体协同作战能力。第6章介绍了海上多智能体协同目标跟踪分布式任务规划方法。对分布式控制方式下，多智能体协同跟踪多个移动目标的过程进行了详细描述，将其分解为通信决策、任务分配和路径规划三个子问题，给出了相应的解决方案和仿真实例。

全书由崔亚妮、任佳、杜文才共同撰写，并由任佳和崔亚妮负责统稿。具体分工为：崔亚妮主要撰写第3章、第4章、第5章，合计版面字数捌万字；任佳主要撰写第1章、第2章、第6章，合计版面字数捌万字。同时，在本书撰写过程中得到交通运输部规划研究院王福斋，俄罗斯莫斯科动力学院Vladimir Shikhin，海南大学张育、陈褒丹、刘文进、沈荻帆、刘琨、张胜男和戴晶帼的支持与帮助。

本书是编者在多年从事多智能体协同控制和海洋通信技术研究基础上整理而成，其撰写和出版得到国家国际科技合作专项（2015DFR10510）和国家自然科学基金项目（61440048）（61562018）的资助。

由于我们水平有限，书中难免疏漏和错误，请读者不吝指正。

《海天交界：舰船编队与无人系统协同防御策略研究》 内容简介： 本书深入探讨了在复杂多变的海天交界区域，如何有效整合舰船编队与无人作战系统，实现协同防御任务的最优化。研究的核心聚焦于提升体系作战效能，应对来自空中、水面及水下等多维度的潜在威胁。全书分为十一章，逻辑严谨，内容详实，力求为读者呈现一个系统、前沿的协同防御理论与实践框架。 第一章：海天交界区域的作战环境分析 本章首先梳理了海天交界区域独特的作战环境特征。这包括但不限于：复杂的海洋动力学环境（如风浪流、海雾、大气折射效应等）对传感器探测和平台机动的影响；高层大气和电离层对通信和雷达信号传播的干扰；以及水下环境的隐蔽性和探测难度。在此基础上，详细分析了该区域内可能出现的各类威胁，包括但不限于：敌方舰艇的超视距攻击、低空高速飞行器（如无人机、巡航导弹）的突防、潜艇的水下袭扰，以及水雷等非对称威胁。章节最后，强调了传统单一平台作战的局限性，为后续研究多智能体协同的必要性奠定基础。 第二章：舰船编队与无人系统作战能力剖析 本章分别对舰船编队和各类无人作战系统（包括无人机、无人水面艇、无人潜航器）的作战能力进行了细致的分析。对于舰船编队，重点阐述了其在侦察预警、指挥控制、火力打击、电子对抗以及防御支援等方面的核心能力，并探讨了编队协同作战的模式和优势。对于无人系统，则着重分析了其在灵活性、隐蔽性、续航能力、目标探测、精确打击以及信息传递等方面的独特优势。章节通过对比分析，揭示了不同类型平台各自的长处与短板，为后续的优势互补和资源优化配置提供依据。 第三章：多智能体协同理论基础 本章系统介绍了多智能体协同领域的核心理论。首先，回顾了分布式决策、信息融合、任务分配、路径规划等关键技术。其次，深入探讨了用于协调多个智能体行为的算法，如博弈论在对抗环境下的应用、强化学习在自适应策略优化中的作用、以及模糊逻辑和神经网络在不确定性决策中的价值。特别地，本章将重点关注“共同目标”和“信息共享”原则在实现高效协同中的重要性，以及如何通过建立有效的通信网络和协议来确保信息的实时、准确传递。 第四章：协同防御任务需求分析 本章是本书的核心理论基础之一，着重于分析海天交界区域内协同防御任务的具体需求。这包括对不同类型威胁的响应优先级、目标交接的流程、态势感知的精度要求、火力协同的有效范围、以及信息共享的最小延迟等。本章将从作战指挥的视角出发，详细分解诸如“区域监控与预警”、“反导拦截”、“反潜侦搜与打击”、“反水面舰艇作战”以及“复杂环境下的联合反恐”等典型协同防御任务场景。通过对这些场景需求的深入剖析，为后续的协同策略设计和优化提供明确的目标导向。 第五章：态势感知与信息融合 本章聚焦于构建海天交界区域内统一、实时的态势感知能力。在传感器多样化、信息来源复杂的背景下，本章提出了一系列先进的信息融合技术，包括多源异构数据的高效整合、环境背景抑制、目标特征提取与识别、以及不确定性量化等。重点介绍了基于贝叶斯网络、卡尔曼滤波以及深度学习的融合方法，旨在生成高置信度的态势图，为指挥员和自主决策系统提供可靠依据。本章还将探讨如何通过无人系统对传统舰载传感器的补充，扩大侦察范围，提升探测盲区，从而实现对整个海天交界区域的全域覆盖。 第六章：任务分配与资源调度 本章深入研究了多智能体协同任务中最具挑战性的问题之一：如何在动态变化的环境中，将复杂的防御任务进行最优分配，并合理调度各平台资源。本章提出了一系列先进的协同任务分配模型，如基于拍卖机制的分布式分配算法、基于图论的全局优化方法、以及考虑平台能力、任务优先级和时间约束的启发式算法。重点关注如何动态调整任务分配策略，以应对突发威胁和平台失效等情况。同时，本章还探讨了能源管理、弹药分配以及通信资源调度等关键问题，以最大化整体作战效能。 第七章：协同路径规划与机动规避 本章关注舰船编队和无人系统在协同防御过程中的路径规划与机动规避问题。在面对敌方火力威胁、复杂海况以及通信限制时，如何规划出既能有效执行任务又能规避风险的最优路径，是提升生存能力和作战效率的关键。本章将介绍多种路径规划算法，包括基于A搜索、Dijkstra算法的传统方法，以及结合强化学习和生成对抗网络（GAN）的自适应路径规划技术。特别地，本章将深入研究多平台间的协同规避策略，例如如何利用编队结构进行掩护，以及无人机如何引导舰船进行机动规避。 第八章：协同火力打击与电子对抗 本章探讨了舰船编队与无人系统在协同火力打击和电子对抗中的作用。这包括如何实现多平台火力资源的优化整合，形成“体系杀伤链”，提高对各类目标的打击效率和命中率。本章将分析不同武器系统（如舰载导弹、舰炮、无人机携带的精确制导弹药）之间的协同配合作战模式，以及如何利用无人系统进行目标指示、火力校射以及饱和攻击。在电子对抗方面，本章将研究如何利用无人系统进行电子侦察、干扰以及诱骗，为舰船编队创造有利的作战环境，并提升整体的电磁兼容性。 第九章：鲁棒性与容错控制 鉴于海天交界区域作战环境的复杂性和不确定性，本章将重点研究多智能体协同系统的鲁棒性和容错控制问题。这意味着系统需要能够在传感器故障、通信中断、平台失效或遭遇强对抗等极端情况下，依然能够保持基本作战能力，并尽可能地完成预定任务。本章将介绍基于模型预测控制（MPC）的鲁棒控制方法，以及基于模糊逻辑和神经网络的自适应容错控制技术。同时，本章还将探讨如何通过冗余设计、任务重构和智能备份等手段，提升整个协同系统的韧性。 第十章：仿真验证与案例分析 为了检验理论模型的有效性，本章将介绍先进的多智能体协同仿真平台。通过构建高逼真度的海天交界作战环境，并模拟各类典型的协同防御场景，对本书提出的各项理论与算法进行严格的仿真验证。本章还将结合近年来的一些典型作战案例（例如，公开的军事演习信息、或对历史战役的复盘分析），对多智能体协同在实际作战中的应用进行深入剖析，总结经验教训，为未来实践提供参考。 第十一章：未来发展趋势与挑战 最后，本章将展望海天交界区域多智能体协同防御的未来发展趋势，包括人工智能在更深层次的自主决策中的应用、分布式人工智能的最新进展、以及面向更高维度作战空间的协同模型。同时，本章也将深入探讨当前面临的挑战，如网络安全、伦理法规、以及国际合作等问题，并对未来研究方向提出建议。 本书旨在为军事理论研究者、海军装备研发人员、以及相关领域的工程师提供一个系统、深入的学习平台，共同推动海天交界区域作战体系化、智能化水平的提升。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受是它提供了一个非常宏观且深入的视角来审视“临近海面空间”内的智能化挑战。作者显然在这一领域进行了长期的研究和思考，将多智能体协同的理论与海面环境的独特性巧妙地结合起来。书中对于“协同”的理解，并非简单的个体叠加，而是强调了智能体之间如何通过信息共享、目标一致性以及动态适应来达成整体最优。 我特别关注书中关于“任务优化”部分的论述。它不仅仅是针对单一任务的最优解，更像是对一个包含多个相互关联的任务的整体优化。例如，在海上搜救行动中，如何平衡侦察、搜救、通信中继等多个任务的优先级，并根据实时反馈动态调整智能体的分配和行动，这本书为这些复杂问题提供了理论框架和可能的解决方案。书中对于算法的介绍，从传统的优化方法到新兴的机器学习技术，都进行了较为详尽的阐述，让我对该领域的技术发展有了更全面的认识。

评分☆☆☆☆☆

这是一本能够激发读者深刻思考的书。作者以“临近海面空间”这一特定场景为切入点，对“多智能体协同任务优化”这一前沿课题进行了系统性的探讨。我注意到书中对“协同”的定义超越了简单的个体合作，而是强调了智能体之间为了共同目标而进行的复杂交互和策略制定。这种“协同”的理念，在面对海面复杂的环境和多变的条件时，显得尤为重要。 书中对于“任务优化”的论述，不仅体现在对单一任务的效率提升，更在于如何通过多智能体的协同，解决那些单个智能体无法独立完成的复杂任务。例如，如何组织一个无人机群，在有限的电力和通信条件下，最优地完成大面积海域的污染物监测任务。作者在书中对各种优化算法和模型进行了深入的介绍，并结合临近海面空间的特点进行分析，这对于我理解如何将理论转化为实际应用具有极大的启发意义。这本书为我打开了一个新的研究视野。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就足够吸引眼球，深邃的海蓝色背景，几只形态各异的无人机在海面上空盘旋，交织出一种既神秘又充满科技感的画面。当我翻开第一页，就被作者严谨的学术风格和清晰的逻辑所吸引。虽然书名听起来有些晦涩，但读进去之后，我发现它深入探讨的是一个极具前瞻性和实用价值的领域——多智能体协同任务优化，而且是聚焦于“临近海面空间”这一特殊场景。这让我联想到近些年无人机技术、水下机器人技术以及海上搜救、勘探等应用的飞速发展，这本书无疑为这些领域的深入研究提供了理论上的支撑和技术上的启示。 作者在开篇就详细阐述了多智能体协同在现代科技中的重要性，并对临近海面空间这一特定环境的挑战进行了细致的分析，例如海面的复杂气象条件、无线通信的衰减、以及水下与空中平台的联动难题。这些挑战的提出，瞬间就抓住了我的注意力，让我意识到这个问题并非纸上谈兵，而是直面现实世界的复杂性。书中对于“协同任务优化”的定义和目标设定也十分精准，它不仅仅是简单的任务分配，更包含了动态调整、资源共享、信息融合等多个层面的考量。我尤其欣赏作者在阐述理论时，能够穿插一些贴近实际应用的案例，虽然这些案例可能只是点到为止，但却极大地增强了我对书本内容的理解和代入感。

评分☆☆☆☆☆

我是一位对人工智能在复杂环境中应用充满好奇的读者，而这本《临近海面空间内多智能体协同任务优化》恰好满足了我对前沿技术的好奇心。书中对于“临近海面空间”的界定，让我脑海中立刻浮现出各种生动的场景：海上搜救行动中，无人机侦察与搜救艇配合，如何在有限的时间内最有效地覆盖搜索区域；海上风力发电场的维护，无人机与水下检查设备如何协同完成巡检任务；甚至是在军事应用方面，无人机群与潜艇的联合侦察，如何实现信息的无缝对接和最优决策。 作者对于“多智能体协同”的论述，不仅仅停留在理论层面，更是对算法和模型的深入挖掘。我对于书中关于分布式决策、群体智能以及基于博弈论的协同策略的探讨印象深刻。这些概念听起来有些抽象，但作者通过大量的数学推导和仿真实验的展示，将这些复杂的理论变得更加直观易懂。特别是书中对于不同智能体之间信息交互方式、以及如何处理信息不对称情况的分析，让我看到了解决实际问题的可行路径。这本书就像一扇窗，让我得以窥见智能体协同技术在复杂海域环境下的巨大潜力。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对海洋科学和自动化技术交叉领域感兴趣的学生，我一直在寻找能够系统性梳理并深入探讨相关问题的书籍。当我看到《临近海面空间内多智能体协同任务优化》这本书名时，就产生了浓厚的兴趣。这本书在理论深度和应用广度上都达到了一个相当的高度。作者没有仅仅满足于对现有技术的罗列，而是着重于“优化”二字，这表明本书的关注点在于如何通过智能的算法和协同策略，在复杂的临近海面环境中实现任务的最优执行。 书中对于“多智能体”的定义和分类，以及它们之间交互机制的细致描述，为理解复杂系统奠定了坚实的基础。我尤其被其中关于“任务分解”、“资源分配”和“路径规划”等章节所吸引，这些都是协同任务优化的核心要素。作者在解释这些概念时，常常会引用一些经典的算法模型，并结合临近海面空间的特点进行分析，这让我能够理解如何在实际应用中选择和改进这些模型。这本书不仅是理论的探讨，更像是为解决现实世界中的海域智能化应用提供了一套方法论。