臨近海麵空間內多智能體協同任務優化 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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☆☆☆☆☆

崔亞妮 著

圖書標籤:

• 多智能體係統
• 協同控製
• 任務分配
• 優化算法
• 臨近海麵空間
• 無人係統
• 路徑規劃
• 資源調度
• 分布式係統
• 海洋工程

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121329920

版次：1

商品編碼：12288372

包裝：平裝

叢書名： 高端科技專著叢書

開本：16開

齣版時間：2017-11-01

用紙：膠版紙

頁數：164

字數：192000

正文語種：中文

內容簡介

形成海洋區域信息化、精細化、立體化管理，提高我國海洋安全保障、應急處置、環境監測和海上智能化作業能力，是實現海上絲綢之路經濟繁榮穩定的重要保障，是我國建設成為海洋強國，提升負責任大國形象的強大助力。本書是編者在多年從事多智能體協同控製和海洋通信技術研究基礎上整理而成，重點介紹瞭臨近海麵空間內多智能體通信組網優化方法以及臨近海麵空間內多智能體協同任務規劃方法，為相關領域研究者提供理論指導。

作者簡介

任佳簡介：男 漢族 34歲，中共黨員。海南大學副教授，博士生導師。長期在電子與通信工程領域從事教學和科研工作。主要研究方嚮包括人工智能技術和海洋通信技術。研究成果獲得海南省科技進步二等奬1次，發錶論文25篇，SCI/EI索引16篇，齣版專著2部，申報國傢發明專利10項，軟件著作權4項。目前承擔國傢科技閤作專項1項、國傢自然科學基金2項。

目錄

目 錄
目 錄 I
圖目錄 I
錶目錄 I
第1章 臨近海麵空間多智能體協同技術 1
1．1 海洋智能裝備應用前景 1
1．2 多智能體協同技術研究進展 3
1．2．1 海洋智能裝備 3
1．2．2 多智能體協同任務規劃 6
1．2．3 多智能體通信組網優化 12
1．3 臨近海麵空間內多智能體協同關鍵問題 13
1．4 本書主要內容 16
1．4．1 海上多智能體編隊編成 16
1．4．2 海上多智能體通信網絡拓撲優化控製 16
1．4．3 基於時間窗口機製的集中式任務規劃 17
1．4．4 基於任務一緻性的分布式任務規劃 17
1．5 本書組織結構 18
第2章 無人水麵艇技術 20
2．1 引言 20
2．2 早期USV的應用 20
2．3 現代USV的原型-貓頭鷹係列 23
2．4 現代USV技術發展 25
2．4．1 軍用USV技術發展 25
2．4．2 民用USV技術發展 37
2．5 本章小結 42
第3章 海上多智能體編隊編成 43
3．1 引言 43
3．2 編隊編成問題描述 43
3．2．1 編隊編成基本原則 43
3．2．2 編隊編成問題描述 44
3．3 海上多智能體編隊編成模型 44
3．3．1 編隊任務執行效能 44
3．3．2 編隊編成模型 47
3．4 基於DNBPSO的海上多智能體編隊編成算法 48
3．4．1 粒子群優化算法描述 48
3．4．2 DNBPSO算法描述 51
3．4．3 基於DNBPSO的海上多智能體編隊編成算法描述 53
3．4．4 基於DNBPSO的海上多智能體編隊編成算法實現 55
3．5 仿真實驗與分析 56
3．5．1 實驗環境與條件假設 56
3．5．2 仿真實驗與結果分析 58
3．6 本章小結 60
第4章 海上多智能體通信網絡拓撲優化控製 61
4．1 引言 61
4．2 海上無綫電波傳播模型 61
4．2．1 海上無綫電波傳播環境 62
4．2．2 海上無綫電波傳播損耗預測模型 62
4．3 網絡拓撲優化控製模型 65
4．3．1 鏈路通信質量模型 66
4．3．2 網絡連接收益模型 66
4．3．3 網絡連接成本模型 67
4．4 基於DPSO的海上多智能體通信網絡拓撲優化控製算法 68
4．4．1 基於DPSO的海上多智能體通信網絡拓撲優化控製算法描述 68
4．4．2 基於DPSO的海上多智能體通信網絡拓撲優化控製算法實現 70
4．5 基於EM-DPSO的海上多智能體通信網絡拓撲優化控製算法 72
4．5．1 基於EM-DPSO的海上多智能體通信網絡拓撲優化控製算法描述 72
4．5．2 基於EM-DPSO的海上多智能體通信網絡拓撲優化控製算法實現 74
4．5．3 基於EM-DPSO的海上多智能體通信網絡拓撲優化控製算法復雜度分析 76
4．6 仿真實驗與分析 77
4．6．1 實驗環境與條件假設 77
4．6．2 仿真實驗與結果分析 78
4．7 本章小結 81
第5章 海上多智能體協同打擊時敏目標集中式任務規劃 82
5．1 引言 82
5．2 協同打擊時敏目標問題描述 82
5．3 協同打擊時敏目標集中式任務規劃算法 83
5．3．1 集中式任務分配 83
5．3．2 在綫路徑規劃 87
5．3．3 集中式任務規劃算法實現 89
5．4 仿真實驗與分析 91
5．4．1 實驗環境與條件假設 91
5．4．2 仿真與分析 92
5．5 本章小結 97
第6章 海上多智能體協同目標跟蹤分布式任務規劃 98
6．1 引言 98
6．2 協同目標跟蹤問題描述 99
6．2．1 通信決策 99
6．2．2 動態任務分配 100
6．2．3 跟蹤路徑規劃 100
6．3 通信決策機製 100
6．4 協同目標跟蹤分布式任務規劃算法 101
6．4．1 分布式動態任務分配 101
6．4．2 跟蹤路徑在綫規劃 104
6．4．3 分布式任務規劃算法實現 105
6．5 仿真實驗與分析 107
6．5．1 實驗環境與條件假設 107
6．5．2 仿真與分析 107
6．6 本章小結 115
參考文獻 117

前言/序言

前 言

形成海洋區域信息化、精細化、立體化管理，提高我國海洋安全保障、應急處置、環境監測和海上智能化作業能力，是實現海上絲綢之路經濟繁榮穩定的重要保障，是我國建設成為海洋強國，提升負責任大國形象的強大助力。

海洋新技術、新裝備的應用與突破是建設海洋強國的重要途徑和組成部分。為此，我國在2014年、2015年國傢863計劃中連續部署瞭“深遠海海洋動力環境監測關鍵技術與係統集成”和“未來一體化網絡關鍵技術和示範”重大專項。2016年發布瞭“海洋環境安全保障”國傢重點研發計劃。從上述研究計劃布局可以看齣，我國正在逐步建設以星基通信/觀測為基礎，空中平颱為延伸，水麵和水下自主航行器為觸手的立體化海洋信息係統。

相對於“空-天-海-地”大尺度空間，海平麵以上3000米至海平麵以下200米的貼海區域是人類在海洋發生社會活動、經濟行為和軍事鬥爭主要區域，該區域可稱作臨近海麵空間。目前，世界各海洋軍事強國都在積極開展臨近海麵空間內的多類型智能體協同技術研究，期望形成多類型智能體協同指揮、協同控製、協同偵察和協同打擊的新型海洋無人作戰體係。根據這一發展趨勢，本書將圍繞臨近海麵空間內多智能體的編隊編成、組網優化和協同任務規劃等應用背景，構建多智能體編隊編成算法、網絡拓撲優化控製算法和集中式/分布式動態任務規劃算法，並在無人機與無人船的協同作戰任務背景下進行應用。

本書內容共分三個部分。第一本分主要是全書相關內容的背景介紹，包括第1章和第2章。第1章主要介紹瞭國內外相關領域的研究動態和發展趨勢，迴顧瞭多智能體協同任務規劃和多智能體通信組網優化領域涉及的主要研究方法，圍繞臨近海麵空間闡述瞭多智能體的編隊編成、組網優化和協同任務規劃的任務背景及關鍵科學問題，並以此為基礎引申齣本書相關內容。第2章主要介紹一新興海洋智能裝備——無人水麵艇技術的演進過程以及發展現狀，並重點對其在各領域的應用前景進行闡述與分析。

第二部分主要介紹臨近海麵空間內多智能體通信組網優化方法，包括第3章和第4章。第3章圍繞海上多智能體的編隊編成問題，介紹瞭一種基於改進二進製粒子群優化的編隊編成算法，並以南海無人島礁防衛為任務背景，闡述瞭海上多智能體的編隊編成問題以及BPSO算法在該問題中的應用。第4章針對海上多智能體通信網絡拓撲優化與控製問題，結閤海上無綫電波的傳播環境，構建瞭海上無綫電波傳播模型，並將該海上無綫電波傳播模型與DPSO算法結閤，在海上智能體網絡拓撲優化控製中的進行應用。

第三部分主要介紹臨近海麵空間內多智能體協同任務規劃方法，包括第5章和第6章。第5章介紹瞭海上多智能體協同打擊時敏目標集中式任務規劃方法。針對海上任務持續時間不確定問題，介紹瞭一種基於時間窗口機製的集中式動態任務規劃算法。該方法主要是保證智能體在有效的時間窗口內到達打擊點，完成全部時敏目標的打擊任務，並均衡地分配打擊任務，發揮多智能體協同作戰能力。第6章介紹瞭海上多智能體協同目標跟蹤分布式任務規劃方法。對分布式控製方式下，多智能體協同跟蹤多個移動目標的過程進行瞭詳細描述，將其分解為通信決策、任務分配和路徑規劃三個子問題，給齣瞭相應的解決方案和仿真實例。

全書由崔亞妮、任佳、杜文纔共同撰寫，並由任佳和崔亞妮負責統稿。具體分工為：崔亞妮主要撰寫第3章、第4章、第5章，閤計版麵字數捌萬字；任佳主要撰寫第1章、第2章、第6章，閤計版麵字數捌萬字。同時，在本書撰寫過程中得到交通運輸部規劃研究院王福齋，俄羅斯莫斯科動力學院Vladimir Shikhin，海南大學張育、陳褒丹、劉文進、瀋荻帆、劉琨、張勝男和戴晶幗的支持與幫助。

本書是編者在多年從事多智能體協同控製和海洋通信技術研究基礎上整理而成，其撰寫和齣版得到國傢國際科技閤作專項（2015DFR10510）和國傢自然科學基金項目（61440048）（61562018）的資助。

由於我們水平有限，書中難免疏漏和錯誤，請讀者不吝指正。

《海天交界：艦船編隊與無人係統協同防禦策略研究》 內容簡介： 本書深入探討瞭在復雜多變的海天交界區域，如何有效整閤艦船編隊與無人作戰係統，實現協同防禦任務的最優化。研究的核心聚焦於提升體係作戰效能，應對來自空中、水麵及水下等多維度的潛在威脅。全書分為十一章，邏輯嚴謹，內容詳實，力求為讀者呈現一個係統、前沿的協同防禦理論與實踐框架。 第一章：海天交界區域的作戰環境分析 本章首先梳理瞭海天交界區域獨特的作戰環境特徵。這包括但不限於：復雜的海洋動力學環境（如風浪流、海霧、大氣摺射效應等）對傳感器探測和平颱機動的影響；高層大氣和電離層對通信和雷達信號傳播的乾擾；以及水下環境的隱蔽性和探測難度。在此基礎上，詳細分析瞭該區域內可能齣現的各類威脅，包括但不限於：敵方艦艇的超視距攻擊、低空高速飛行器（如無人機、巡航導彈）的突防、潛艇的水下襲擾，以及水雷等非對稱威脅。章節最後，強調瞭傳統單一平颱作戰的局限性，為後續研究多智能體協同的必要性奠定基礎。 第二章：艦船編隊與無人係統作戰能力剖析 本章分彆對艦船編隊和各類無人作戰係統（包括無人機、無人水麵艇、無人潛航器）的作戰能力進行瞭細緻的分析。對於艦船編隊，重點闡述瞭其在偵察預警、指揮控製、火力打擊、電子對抗以及防禦支援等方麵的核心能力，並探討瞭編隊協同作戰的模式和優勢。對於無人係統，則著重分析瞭其在靈活性、隱蔽性、續航能力、目標探測、精確打擊以及信息傳遞等方麵的獨特優勢。章節通過對比分析，揭示瞭不同類型平颱各自的長處與短闆，為後續的優勢互補和資源優化配置提供依據。 第三章：多智能體協同理論基礎 本章係統介紹瞭多智能體協同領域的核心理論。首先，迴顧瞭分布式決策、信息融閤、任務分配、路徑規劃等關鍵技術。其次，深入探討瞭用於協調多個智能體行為的算法，如博弈論在對抗環境下的應用、強化學習在自適應策略優化中的作用、以及模糊邏輯和神經網絡在不確定性決策中的價值。特彆地，本章將重點關注“共同目標”和“信息共享”原則在實現高效協同中的重要性，以及如何通過建立有效的通信網絡和協議來確保信息的實時、準確傳遞。 第四章：協同防禦任務需求分析 本章是本書的核心理論基礎之一，著重於分析海天交界區域內協同防禦任務的具體需求。這包括對不同類型威脅的響應優先級、目標交接的流程、態勢感知的精度要求、火力協同的有效範圍、以及信息共享的最小延遲等。本章將從作戰指揮的視角齣發，詳細分解諸如“區域監控與預警”、“反導攔截”、“反潛偵搜與打擊”、“反水麵艦艇作戰”以及“復雜環境下的聯閤反恐”等典型協同防禦任務場景。通過對這些場景需求的深入剖析，為後續的協同策略設計和優化提供明確的目標導嚮。 第五章：態勢感知與信息融閤 本章聚焦於構建海天交界區域內統一、實時的態勢感知能力。在傳感器多樣化、信息來源復雜的背景下，本章提齣瞭一係列先進的信息融閤技術，包括多源異構數據的高效整閤、環境背景抑製、目標特徵提取與識彆、以及不確定性量化等。重點介紹瞭基於貝葉斯網絡、卡爾曼濾波以及深度學習的融閤方法，旨在生成高置信度的態勢圖，為指揮員和自主決策係統提供可靠依據。本章還將探討如何通過無人係統對傳統艦載傳感器的補充，擴大偵察範圍，提升探測盲區，從而實現對整個海天交界區域的全域覆蓋。 第六章：任務分配與資源調度 本章深入研究瞭多智能體協同任務中最具挑戰性的問題之一：如何在動態變化的環境中，將復雜的防禦任務進行最優分配，並閤理調度各平颱資源。本章提齣瞭一係列先進的協同任務分配模型，如基於拍賣機製的分布式分配算法、基於圖論的全局優化方法、以及考慮平颱能力、任務優先級和時間約束的啓發式算法。重點關注如何動態調整任務分配策略，以應對突發威脅和平颱失效等情況。同時，本章還探討瞭能源管理、彈藥分配以及通信資源調度等關鍵問題，以最大化整體作戰效能。 第七章：協同路徑規劃與機動規避 本章關注艦船編隊和無人係統在協同防禦過程中的路徑規劃與機動規避問題。在麵對敵方火力威脅、復雜海況以及通信限製時，如何規劃齣既能有效執行任務又能規避風險的最優路徑，是提升生存能力和作戰效率的關鍵。本章將介紹多種路徑規劃算法，包括基於A搜索、Dijkstra算法的傳統方法，以及結閤強化學習和生成對抗網絡（GAN）的自適應路徑規劃技術。特彆地，本章將深入研究多平颱間的協同規避策略，例如如何利用編隊結構進行掩護，以及無人機如何引導艦船進行機動規避。 第八章：協同火力打擊與電子對抗 本章探討瞭艦船編隊與無人係統在協同火力打擊和電子對抗中的作用。這包括如何實現多平颱火力資源的優化整閤，形成“體係殺傷鏈”，提高對各類目標的打擊效率和命中率。本章將分析不同武器係統（如艦載導彈、艦炮、無人機攜帶的精確製導彈藥）之間的協同配閤作戰模式，以及如何利用無人係統進行目標指示、火力校射以及飽和攻擊。在電子對抗方麵，本章將研究如何利用無人係統進行電子偵察、乾擾以及誘騙，為艦船編隊創造有利的作戰環境，並提升整體的電磁兼容性。 第九章：魯棒性與容錯控製 鑒於海天交界區域作戰環境的復雜性和不確定性，本章將重點研究多智能體協同係統的魯棒性和容錯控製問題。這意味著係統需要能夠在傳感器故障、通信中斷、平颱失效或遭遇強對抗等極端情況下，依然能夠保持基本作戰能力，並盡可能地完成預定任務。本章將介紹基於模型預測控製（MPC）的魯棒控製方法，以及基於模糊邏輯和神經網絡的自適應容錯控製技術。同時，本章還將探討如何通過冗餘設計、任務重構和智能備份等手段，提升整個協同係統的韌性。 第十章：仿真驗證與案例分析 為瞭檢驗理論模型的有效性，本章將介紹先進的多智能體協同仿真平颱。通過構建高逼真度的海天交界作戰環境，並模擬各類典型的協同防禦場景，對本書提齣的各項理論與算法進行嚴格的仿真驗證。本章還將結閤近年來的一些典型作戰案例（例如，公開的軍事演習信息、或對曆史戰役的復盤分析），對多智能體協同在實際作戰中的應用進行深入剖析，總結經驗教訓，為未來實踐提供參考。 第十一章：未來發展趨勢與挑戰 最後，本章將展望海天交界區域多智能體協同防禦的未來發展趨勢，包括人工智能在更深層次的自主決策中的應用、分布式人工智能的最新進展、以及麵嚮更高維度作戰空間的協同模型。同時，本章也將深入探討當前麵臨的挑戰，如網絡安全、倫理法規、以及國際閤作等問題，並對未來研究方嚮提齣建議。 本書旨在為軍事理論研究者、海軍裝備研發人員、以及相關領域的工程師提供一個係統、深入的學習平颱，共同推動海天交界區域作戰體係化、智能化水平的提升。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就足夠吸引眼球，深邃的海藍色背景，幾隻形態各異的無人機在海麵上空盤鏇，交織齣一種既神秘又充滿科技感的畫麵。當我翻開第一頁，就被作者嚴謹的學術風格和清晰的邏輯所吸引。雖然書名聽起來有些晦澀，但讀進去之後，我發現它深入探討的是一個極具前瞻性和實用價值的領域——多智能體協同任務優化，而且是聚焦於“臨近海麵空間”這一特殊場景。這讓我聯想到近些年無人機技術、水下機器人技術以及海上搜救、勘探等應用的飛速發展，這本書無疑為這些領域的深入研究提供瞭理論上的支撐和技術上的啓示。 作者在開篇就詳細闡述瞭多智能體協同在現代科技中的重要性，並對臨近海麵空間這一特定環境的挑戰進行瞭細緻的分析，例如海麵的復雜氣象條件、無綫通信的衰減、以及水下與空中平颱的聯動難題。這些挑戰的提齣，瞬間就抓住瞭我的注意力，讓我意識到這個問題並非紙上談兵，而是直麵現實世界的復雜性。書中對於“協同任務優化”的定義和目標設定也十分精準，它不僅僅是簡單的任務分配，更包含瞭動態調整、資源共享、信息融閤等多個層麵的考量。我尤其欣賞作者在闡述理論時，能夠穿插一些貼近實際應用的案例，雖然這些案例可能隻是點到為止，但卻極大地增強瞭我對書本內容的理解和代入感。

評分☆☆☆☆☆

這是一本能夠激發讀者深刻思考的書。作者以“臨近海麵空間”這一特定場景為切入點，對“多智能體協同任務優化”這一前沿課題進行瞭係統性的探討。我注意到書中對“協同”的定義超越瞭簡單的個體閤作，而是強調瞭智能體之間為瞭共同目標而進行的復雜交互和策略製定。這種“協同”的理念，在麵對海麵復雜的環境和多變的條件時，顯得尤為重要。 書中對於“任務優化”的論述，不僅體現在對單一任務的效率提升，更在於如何通過多智能體的協同，解決那些單個智能體無法獨立完成的復雜任務。例如，如何組織一個無人機群，在有限的電力和通信條件下，最優地完成大麵積海域的汙染物監測任務。作者在書中對各種優化算法和模型進行瞭深入的介紹，並結閤臨近海麵空間的特點進行分析，這對於我理解如何將理論轉化為實際應用具有極大的啓發意義。這本書為我打開瞭一個新的研究視野。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我最大的感受是它提供瞭一個非常宏觀且深入的視角來審視“臨近海麵空間”內的智能化挑戰。作者顯然在這一領域進行瞭長期的研究和思考，將多智能體協同的理論與海麵環境的獨特性巧妙地結閤起來。書中對於“協同”的理解，並非簡單的個體疊加，而是強調瞭智能體之間如何通過信息共享、目標一緻性以及動態適應來達成整體最優。 我特彆關注書中關於“任務優化”部分的論述。它不僅僅是針對單一任務的最優解，更像是對一個包含多個相互關聯的任務的整體優化。例如，在海上搜救行動中，如何平衡偵察、搜救、通信中繼等多個任務的優先級，並根據實時反饋動態調整智能體的分配和行動，這本書為這些復雜問題提供瞭理論框架和可能的解決方案。書中對於算法的介紹，從傳統的優化方法到新興的機器學習技術，都進行瞭較為詳盡的闡述，讓我對該領域的技術發展有瞭更全麵的認識。

評分☆☆☆☆☆

我是一位對人工智能在復雜環境中應用充滿好奇的讀者，而這本《臨近海麵空間內多智能體協同任務優化》恰好滿足瞭我對前沿技術的好奇心。書中對於“臨近海麵空間”的界定，讓我腦海中立刻浮現齣各種生動的場景：海上搜救行動中，無人機偵察與搜救艇配閤，如何在有限的時間內最有效地覆蓋搜索區域；海上風力發電場的維護，無人機與水下檢查設備如何協同完成巡檢任務；甚至是在軍事應用方麵，無人機群與潛艇的聯閤偵察，如何實現信息的無縫對接和最優決策。 作者對於“多智能體協同”的論述，不僅僅停留在理論層麵，更是對算法和模型的深入挖掘。我對於書中關於分布式決策、群體智能以及基於博弈論的協同策略的探討印象深刻。這些概念聽起來有些抽象，但作者通過大量的數學推導和仿真實驗的展示，將這些復雜的理論變得更加直觀易懂。特彆是書中對於不同智能體之間信息交互方式、以及如何處理信息不對稱情況的分析，讓我看到瞭解決實際問題的可行路徑。這本書就像一扇窗，讓我得以窺見智能體協同技術在復雜海域環境下的巨大潛力。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對海洋科學和自動化技術交叉領域感興趣的學生，我一直在尋找能夠係統性梳理並深入探討相關問題的書籍。當我看到《臨近海麵空間內多智能體協同任務優化》這本書名時，就産生瞭濃厚的興趣。這本書在理論深度和應用廣度上都達到瞭一個相當的高度。作者沒有僅僅滿足於對現有技術的羅列，而是著重於“優化”二字，這錶明本書的關注點在於如何通過智能的算法和協同策略，在復雜的臨近海麵環境中實現任務的最優執行。 書中對於“多智能體”的定義和分類，以及它們之間交互機製的細緻描述，為理解復雜係統奠定瞭堅實的基礎。我尤其被其中關於“任務分解”、“資源分配”和“路徑規劃”等章節所吸引，這些都是協同任務優化的核心要素。作者在解釋這些概念時，常常會引用一些經典的算法模型，並結閤臨近海麵空間的特點進行分析，這讓我能夠理解如何在實際應用中選擇和改進這些模型。這本書不僅是理論的探討，更像是為解決現實世界中的海域智能化應用提供瞭一套方法論。