无人机蜂群中群体智能的涌现机理分析研究.pdfVIP

摘要

随着信息技术和军事科技的快速发展，自主协同的无人机蜂群作战将是未来

战争的重要形态。无人机蜂群的整体性能取决于个体之间的协同效率，通过无人

机个体的交互协同涌现出“整体大于部分之和”的群体智能。无人机蜂群协同作战

对当前的作战理论和体系提出了新的挑战，无人机蜂群中涌现出的群体智能，如

果不能明晰其涌现机理并加以控制，可能导致蜂群作战朝着不确定、不可控的方

向发展，增加无人机蜂群作战的风险。在此背景下，深入分析无人机蜂群中群体

智能的涌现机理，进而为无人机蜂群的协同作战提供决策支持变得极为重要。然

而，现有的研究局限于定性地描述群体智能涌现现象的形成逻辑及影响因素，对

无人机蜂群中群体智能的涌现机理解释能力不足。因此，如何系统地、定量地分

析无人机蜂群中群体智能的涌现机理并进行模拟推演是亟待解决的关键技术问

题。针对上述问题，本文主要开展了以下工作：

（1）针对无人机蜂群中群体智能的涌现机理难以解释的问题，本文提出了

一种基于演化博弈的群体智能涌现分析方法，对系统的微观个体层、中观结构层

和宏观网络层三个层面展开分析，自底向上地量化分析了系统动态演化过程，揭

示系统从微观到宏观、从局部到全局的内在机理以及系统演变中的一些问题，系

统地解释了无人机蜂群中群体智能的涌现机理。

（2）针对无人机蜂群难以开展精准可控的物理实验的问题，本文引入计算

实验方法，构建了基于演化博弈的无人机蜂群的计算实验模型。根据无人机蜂群

作战的关键特征，在模型中引入公共物品演化博弈机制，将蜂群作战体系抽象为

一种动态演化的多Agent系统。在该蜂群模型中，无人机通过局部之间的交互博

弈，自适应调整其行为，从而具备了能够在全局层面涌现出群体智能的基本条件。

（3）为了进一步验证本文提出的群体智能涌现分析方法的有效性，本文通

过计算实验进行模拟推演，从无人机蜂群的微观个体、中观结构和宏观网络着重

分析在不同条件下蜂群自主合作行为的涌现规律，实验中注重不同参数下的对比

实验，从而探索无人机蜂群中群体智能的涌现机理并为蜂群作战提供决策支持。

结果表明，本文提出的基于演化博弈的涌现分析方法为研究无人机蜂群中群

体智能的涌现机理提供了一种可行的方式。

关键词：群体智能，复杂系统，计算实验，涌现分析，多Agent系统

ABSTRACT

Withtherapiddevelopmentofinformationtechnologyandmilitarytechnology,

autonomousandcooperativeunmannedaerialvehicle(UAV)swarmsoperationswill

beoneoftheimportantformsoffutureoperations.TheoverallperformanceofUAV

swarmsdependsontheautonomouscollaborationbetweencombatunitsandemerges

theswarmintelligencethatthewholeisgreaterthanthesumofitsparts.UAVswarms

poseanewchallengetocurrentcombattheoriesandsystems.Iftheemergenceof

swarmintelligenceisnotclarifiedandcontrolled,itmayresultinuncertainand

uncontrollabledevelopmentofswarmoperationsandincreasetheriskofUAVswarms

operations.Inthiscontext,itisextremelyimportanttoanalyzetheemergence

mechanismofswarmintelligenceinUAVswarmsanddesignsuitablecontrolmetho