臨近海麵空間內多智能體協同任務優化 9787121329920 電子工業齣版社 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
• 優化算法
• 臨近海麵空間
• 無人係統
• 任務規劃
• 電子工業齣版社
• 9787121329920
• 海洋工程
• 人工智能

店鋪： 花晨月夕圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121329920

商品編碼：29635557906

包裝：平裝

齣版時間：2017-11-01

基本信息

書名：臨近海麵空間內多智能體協同任務優化

定價：48.00元

作者：崔亞妮

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2017-11-01

ISBN：9787121329920

字數：

頁碼：164

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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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。

目錄

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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

作者介紹

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任佳簡介：男 漢族 34歲，中員。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。

文摘

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序言

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《海上傳奇：浪濤之上，協作緻勝》 序麯：海天之間，無盡的挑戰與機遇 遼闊無垠的大海，自古以來便是人類探索、徵服與協作的舞颱。從遠古的航海探險到現代的海上軍事部署，再到如今蓬勃發展的海洋經濟，無一不展現著人類智慧在浩瀚藍色疆域上的閃耀。然而，海洋環境的復雜多變、資源的日益珍貴以及國傢安全的戰略需求，使得在海麵及近海區域執行各類任務變得愈發艱巨。無論是搜救遇險船隻、監測非法捕撈、保護海洋環境，還是進行水下勘探、建設海上設施，單打獨鬥往往難以應對瞬息萬變的局麵，效率低下且風險倍增。 正是在這樣的背景下，一種全新的解決方案應運而生——多智能體的協同。想象一下，一群裝備精良、各具特長、又彼此默契的無人機、無人艇、水下機器人，如何在復雜的海況下，協同作戰，高效完成一項項看似不可能的任務。它們不是孤軍奮戰的個體，而是組成瞭一個智慧的整體，如同交響樂團中的樂手，精準配閤，奏響勝利的樂章。 第一章：為何需要協同？——黎明前的曙光，智慧的集閤 傳統的海洋任務執行模式，往往依賴於少數大型、昂貴的平颱，或者大量獨立運作的艦船。這種模式存在著明顯的弊端： 資源限製與成本高昂： 部署和維護大型海洋平颱成本極高，且一次性部署的能力有限，難以覆蓋廣闊的海域。 單點故障風險： 關鍵任務若依賴於單一平颱，一旦發生故障，可能導緻任務失敗，甚至引發嚴重後果。 響應速度慢： 麵對突發事件，傳統平颱的調動和部署需要較長時間，錯失最佳的乾預時機。 環境適應性差： 復雜多變的海況、惡劣天氣等因素，極大地限製瞭單一平颱的作業能力。 信息孤島與協同睏難： 各平颱獨立運作，信息共享不暢，難以形成全局態勢感知和有效的協同指揮。 多智能體協同的齣現，正是為瞭剋服這些挑戰。它通過引入多個具有一定自主性、通信能力和協同邏輯的智能體，例如： 空中無人機（UAVs）： 具備廣域偵察、快速響應、目標識彆、信息中繼等能力，能夠提供全景視野。 水麵無人艇（USVs）： 能夠執行搜尋、監測、通信節點、采樣等任務，是海上作業的靈活平颱。 水下機器人（AUVs/ROVs）： 適用於水下探測、勘測、作業，能夠深入人類難以觸及的海底世界。 傳感器節點： 部署在海麵或水下，用於實時監測環境參數、收集數據。 這些不同類型的智能體，通過網絡互聯，共享信息，分配任務，形成一個高效、魯棒、智能的作戰或作業體係。它們能夠： 擴大覆蓋範圍與提高作業效率： 多個智能體可以同時作業，協同執行搜索、監測、巡邏等任務，大大提升瞭效率和覆蓋範圍。 增強魯棒性與容錯性： 即使部分智能體失效，其餘智能體仍能繼續執行任務，保證瞭任務的連續性和成功率。 降低作戰/作業成本： 相較於大型有人平颱，無人智能體的部署和運行成本更低。 實現更精細化的任務執行： 不同類型的智能體可以發揮各自優勢，協同完成復雜精細的任務，例如，無人機進行初步偵察，無人艇進行近距離確認，水下機器人進行精細勘測。 提升態勢感知能力： 通過信息融閤，能夠建立更全麵、更準確的海域態勢感知，為決策提供有力支持。 第二章：協同的奧秘——算法的編織，智能的脈絡 多智能體協同並非簡單的“人多力量大”，其核心在於“協同”二字。要實現高效的協同，離不開精密的算法設計與先進的智能技術。這其中涉及一係列關鍵問題： 任務分配（Task Allocation）： 如何將一個復雜的大任務，閤理地分配給不同的智能體，使其能夠在各自的能力範圍內，高效完成分配到的子任務？這需要考慮智能體的能力、任務的優先級、當前的任務狀態以及可能的資源約束。例如，一個搜救任務，可能需要無人機率先搜索大範圍區域，發現疑似目標後再指派更接近的無人艇前去確認。 路徑規劃（Path Planning）： 如何規劃每個智能體的最優運動軌跡，使其在避開障礙物、遵守交通規則、節省能源、減少衝突的同時，能夠快速、有效地到達目標區域或完成巡邏路綫？對於多智能體係統，還需要考慮智能體之間的路徑避讓與協同，避免“堵車”現象。 編隊控製（Formation Control）： 如何讓多個智能體保持特定的相對位置和姿態，形成穩定的編隊，以實現協同偵察、協同攻擊、協同作業等目的？編隊控製不僅要求個體智能體穩定，更要保證整個編隊在動態環境中的協同一緻。 通信與信息融閤（Communication and Information Fusion）： 智能體之間需要有效的通信機製來交換信息、協調行動。如何設計魯棒的通信協議，保證信息在高損耗、低帶寬的海上環境中可靠傳輸？如何將來自不同智能體、不同傳感器的數據進行有效融閤，形成統一、準確的態勢感知？ 決策與學習（Decision Making and Learning）： 在復雜多變的海洋環境中，智能體需要具備一定的自主決策能力。如何讓智能體根據實時感知到的信息，自主選擇最佳的行動策略？通過機器學習等技術，使智能體能夠從經驗中學習，不斷優化其協同行為，適應新的環境和任務需求。 行為協調（Behavior Coordination）： 如何設計一套規則或算法，來協調多個智能體的行為，確保它們能夠相互配閤，避免乾擾，最大化整體效能？例如，當兩個智能體需要通過狹窄水道時，需要有機製來決定誰先通過，誰後通過。 容錯與重構（Fault Tolerance and Reconfiguration）： 在海洋環境中，智能體可能麵臨失效、通信中斷等問題。如何設計係統，使其在部分智能體失效的情況下，能夠自動進行任務重構，調整協同策略，保證任務的完成？ 這些問題的解決，往往需要藉鑒運籌學、控製理論、人工智能、通信工程等多個學科的知識，構建齣能夠應對復雜海洋環境的多智能體協同係統。 第三章：應用前景——藍色經濟的引擎，安全屏障的守護者 多智能體協同技術在海麵及近海空間的廣泛應用，將為藍色經濟的發展注入新的活力，並成為國傢安全的重要屏障： 海洋資源勘探與開發： 海底地形測繪與地質勘探： 大量水下機器人協同作業，可以快速、高效地完成大範圍的海底地形測繪和地質勘探，為油氣、礦産資源的開發提供精確數據。 海洋生物資源監測： 無人艇搭載傳感器，配閤無人機進行海麵監測，以及水下機器人進行水下攝像，能夠實時監測海洋生物種群數量、分布情況，為漁業管理和可持續發展提供科學依據。 海上風電場及其他能源設施建設： 多智能體係統可以協同完成選址評估、海底地質勘探、平颱安裝、定期維護等一係列復雜任務，降低施工風險，提高效率。 海洋環境監測與保護： 汙染源追蹤與監測： 部署一係列傳感器節點和監測平颱，協同追蹤和監測海上石油泄漏、化學品泄露等汙染事件，及時預警並采取應對措施。 海洋生態環境評估： 協同進行水質、溫度、鹽度、溶解氧等參數的長期監測，評估海洋生態係統的健康狀況，為環境保護政策的製定提供數據支持。 海洋垃圾清理： 利用無人機和無人艇協同識彆和搜集海麵漂浮的海洋垃圾，實現更高效、更環保的海洋垃圾清理。 海上安全與應急響應： 搜救遇險船隻與人員： 在發生海難事故時，多智能體係統可以快速齣動，協同進行大範圍的搜索，無人機提供高空視野，無人艇進行近距離搜索，搜救犬或水下機器人協助定位遇險人員，大大提高搜救效率，挽救更多生命。 海上巡邏與反恐： 協同進行海上邊界巡邏、重點區域監控，識彆和攔截非法活動，例如走私、偷渡、非法捕撈等，提升海上安全管理水平。 應急通信保障： 在自然災害（如颱風、海嘯）導緻通信中斷時，部署無人機和無人艇作為臨時的通信節點，建立臨時通信網絡，保障應急通信的暢通。 海上交通管理與智慧港口： 航道監測與維護： 協同監測航道的深度、水流等信息，及時發現並報告潛在的危險，保障海上交通安全。 港口智能管理： 無人機和無人艇可以協同進行港口區域的巡邏、船舶進齣的引導、危險品檢查等任務，提升港口運營效率和安全性。 尾聲：展望未來，藍色疆域的無限可能 海麵及近海空間，是一個充滿挑戰與機遇的領域。多智能體協同技術，正以前所未有的力量，解鎖著這片藍色疆域的無限可能。它不僅是技術的革新，更是思維模式的轉變——從個體作戰到群體協作，從被動應對到主動智能。隨著技術的不斷成熟和應用場景的持續拓展，我們有理由相信，在不久的將來，由先進的多智能體協同係統構成的“藍色艦隊”，將成為守護海洋安全、驅動藍色經濟發展、拓展人類活動邊界的強大力量。它們將如同智慧的精靈，在浪濤之上，書寫著屬於未來的海洋傳奇。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我對這類偏重於係統優化和控製理論的書籍通常抱持著一絲敬畏，擔心內容過於晦澀。然而，這本書在對復雜數學模型的展示上，采取瞭一種漸進式的講解方式。它不像某些著作那樣，上來就拋齣滿頁的矩陣運算，而是先用直觀的文字描述其物理意義和數學目標，然後再逐步引入符號錶達。這種“先知其意，後解其形”的編排，極大地降低瞭閱讀門檻。我發現自己能夠相對輕鬆地跟上作者的思路，即使在涉及高階隨機微分方程的部分，作者也通過增加大量的腳注來提供必要的背景知識補充。這錶明作者對讀者的學習麯綫考慮得非常周到，體現齣一種高度的教學智慧，使得這本書不僅是研究的參考，更是一部優秀的自學教材。

評分☆☆☆☆☆

這本書的理論深度和廣度著實令人印象深刻。我花瞭好幾天時間纔啃完前三章，發現作者在基礎理論的構建上非常紮實，絲毫沒有為瞭追求新穎而犧牲嚴謹性。特彆是它對“分布式優化算法在非閤作環境下的魯棒性分析”那一節的論述，簡直是教科書級彆的。作者不僅清晰地闡述瞭經典算法的局限性，還引入瞭幾種前沿的博弈論模型來剖析多智能體間的動態交互過程，邏輯鏈條環環相扣，推導過程詳略得當。對於我這種偏嚮應用層的研究者來說，這種從底層原理到高級模型的係統梳理，無疑是一座寶庫。它沒有那種為瞭湊字數而堆砌概念的通病，每一段文字似乎都承載著實質性的知識密度，讀完之後感覺思維都被拓寬瞭不少，仿佛打通瞭睏擾我許久的某條技術瓶頸。

評分☆☆☆☆☆

最讓我感到驚喜的是，作者在探討實際應用場景時，展現齣瞭極強的工程思維。書裏討論的幾個案例，比如海上無人船隊的編隊、水下探測器的協同路徑規劃等，都非常貼近當前科研和工業界的熱點需求。書中不僅停留在理論推演，還穿插瞭一些基於仿真環境的性能評估結果，那些關於收斂速度、資源消耗的量化數據，對於評估不同算法的實際效能至關重要。我特彆注意到瞭其中關於通信延遲對協同效率影響的敏感性分析，這在實際的海洋環境中是無法避免的挑戰。作者的處理方式非常務實，沒有迴避復雜性，而是提齣瞭針對性的容錯機製設計思路，這使得這本書的實用價值遠超一般純理論專著的範疇，更像是一本兼具理論深度與工程指導意義的工具書。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格呈現齣一種冷靜而剋製的學術氣質，但同時又蘊含著一種引導讀者深入探索的內在熱情。行文流暢，術語的引入和解釋都恰到好處，避免瞭晦澀難懂的“學術腔”。我尤其欣賞作者在總結章節時所使用的對比手法，他總能用一種清晰的框架將前文復雜的論證脈絡重新梳理一遍，讓人豁然開朗。例如，在對比“集中式控製”與“去中心化協同”的優劣時，那種鞭闢入裏的分析，使讀者能夠迅速把握不同範式的核心差異和適用邊界。對於初次接觸這一領域的新手來說，這本書提供瞭極佳的入門路徑，但對於資深專傢而言，其中提及的某些新穎的優化目標函數和約束條件設定，也足夠引發深入的思考和批判性討論，它成功地在“科普性”和“專業性”之間找到瞭一個絕佳的平衡點。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計確實很吸引人，封麵那一抹深邃的藍色，讓人聯想到廣闊無垠的大海，與書名中的“海麵空間”形成瞭很好的視覺呼應。我是在一個科技書展上偶然翻到的，當時就被它的排版風格吸引瞭。內頁的紙張質量上乘，閱讀起來非常舒適，即使長時間盯著那些復雜的公式和圖錶也不會感到眼睛疲勞。而且，書中的插圖和示意圖繪製得非常精細，那些關於多智能體網絡拓撲結構的圖示，綫條流暢，層次分明，對於理解抽象的協同機製幫助極大。看得齣來，齣版社在細節處理上是下瞭真功夫的，這讓一本偏嚮硬核技術的書籍，在物理觸感上都提升瞭一個檔次。從這個角度來說，它完全可以作為一本精裝的專業參考書來收藏。我尤其欣賞它在章節分隔處留白的藝術處理，那種呼吸感讓閱讀節奏更加自由舒緩。