人工智慧分支——多智能體

多智能體系統是多個智能體組成的集合，它的目標是將大而複雜的系統建設成小的、彼此相互通信和協調的，易於管理的系統。

它的研究涉及智能體的知識、目標、技能、規劃以及如何使智能體採取協調行動解決問題。研究者主要研究智能體之間的交互通信、協調合作、衝突消解等方面，強調多個智能體之間的緊密群體合作，而非個體能力的自治和發揮，主要說明如何分析、設計和集成多個智能體構成相互協作的系統。

同時，人們也意識到，人類智能的本質是一種社會性智能，人類絕大部分活動都涉及多個構成社會團體，大型複雜問題的求解需要多個專業人員或組織協調完成。對社會性的智能進行研究，構成社會的基本構建物—人的對應物—智能體理所當然成為人工智慧研究的基本對象，而社會的對應物—多智能體系統，也成為人工智慧研究的基本對象，從而促進了對多智能體系統的行為理論、體系結構和通信語言的深入研究，這極大的繁榮了智能體技術的研究與開發。

1989年舉行的第一屆國際多智能體歐洲學術會議，標誌著該技術受到了研究者的廣泛重視。1993年首次召開了智能體形式化模型國際會議，1994年由召開了第一屆智能體理論、體系結構和語言國際會議，表明多智能體技術日益獲得了重視。

多智能體系統在表達實際系統時，通過各智能體間通訊、合作、互解、協調、調度、管理及控制來表達系統的機構、功能及行為特性。

多智能體系統具有自主性、分不性、協調性，並具有自組織能力、學習能力和推理能力。採用多智能體系統解決實際應用問題，具有很強的魯棒性和可靠性，並具有較高的問題求解效率。

多智能體系統是智能體技術應用及研究上的一個質的飛躍，不同行業的專家學者對之進行了深入的研究並從多個角度闡述了多智能體系統用於解決實際問題的優勢，歸納起來，主要有以下幾點：

（1） 在多智能體系統中，每個智能體具有獨立性和自主性，能夠解決給定的子問題，自主地推理和規劃並選擇適當的策略，並以特定的方式影響環境；

（2） 多智能體系統支持分布式應用，所以具有良好的模塊性、易於擴展性和設計靈活簡單，客服了建設一個龐大的系統所造成的管理和擴展的困難，能有效降低系統的總成本；

（3） 在多智能體系統的實現過程中，不追求單個龐大的複雜體系，而是按面向對象的方法構成多層次，多元化的智能體，其結果降低了系統的複雜性，也降低了各個智能體問題求解的複雜性；

（4） 多智能體系統是一個講究協調的系統，各智能體通過互相協調去解決大規模的複雜問題；多智能體系統也是一個集成系統，它採用信息集成技術，將各子系統的信息集成在一起，完成複雜系統集成。

（5） 在多智能體系統中，各智能體之間相互通信，彼此協調，並行地求解問題，因此能有效地提高問題的求解能力；

（6） 多智能體技術打破了人工智慧領域僅僅使用一個專家系統的限制，在MAS環境下，各領域的不同專家可能協作求解某一個專家無法很好解決的問題，提高了系統解決問題的能力；

（7） 智能體是異質的和分布的。它們可以是不同個人和組織，採用不同的設計方法和計算機語言開發而成，因而可能是完全異質的和分布的。

（8） 處理是異步的。由於各智能體是自治的，每個智能體都有自己的進程，按照自己的運行方式異步地進行。

目前多智能體系統已在飛行器的編隊、傳感器網絡、數據融合、多機械臂協同裝備、並行計算、多機器人合作控制、交通車輛控制、網絡的資源分配等領域廣泛應用。

一致性問題。多智能體的協同控制的基本問題包括一致性性控制、會和控制、聚結控制和編隊控智能。其中後三者可視為一致性控制的推廣與特例。多智能體系統達到一致是實現協同控制的首要條件。

智能體一致性的基本要素有三個，分別是具有動力學特徵的智能個體、智能體之間用於信號傳輸的通信拓撲、智能體對輸入信號的響應，即一致性協議。

多智能體一致性問題研究歷程，可分為三個階段：

（1） 第一階段是群集現象模擬階段。這一時期，學者們通過觀察自然界中生物群體的現象，對這種群體行為進行模擬，挖掘多個系統背後的機理模型，其中兩個最鐘鳴的模型是Boid模型和Vicsek模型。

（2） 第二階段是理論體系建立階段。Jadbabaie等對Vicsek模型線性化後進行分析，得出其一致性條件。隨後Olfati-Saber和Murray建立了一致性的基本框架。並將圖論、矩陣論、非線性理論等相關知識引入到多智能體系統一致性的研究當中，打下了堅實的理論基礎。

（3） 第三階段是理論完善和實際應用階段。這一時期，一部分學者針對已有實物構建模型，並對其一致性進行理論研究。靈一部分學者著手於構建新型的智能體協同系統並將之用於實際生活中。

多智能體（機器人）控制系統

多智能體協同控制系統是在多無人車、無人機運動中，各個無人車及無人機之間能夠保持一定的相對距離，並在速度及位置上按照預設路線或命令進行運動的過程。基於MATLAB/Simulink進行硬體在環控制算法開發和驗證，可通過MATLAB/Simulink軟體直接獲取高精度的姿態數據和圖像數據，並提供多無人車、無人機協同控制的OEMO程序。

多智能體協同控制系統主要做以下三個方面的研究：

1、編隊隊形的設計：多個無人車及無人機在指令下運行至指定的位置，並最終實現既定的編隊形態，除了需要考慮無人機氣動力影響外之外，還要考慮任務要求及無人車、無人機間信息交換的冗餘度，同時保證無人車及無人機之間不會發生碰撞；

2、編隊隊形的保持,在無人車及無人機執行指令過程中能克服來自系統內部或外在環境幹擾，進而保持整個隊形不變；

3、編隊隊形的變換：在無人車及無人機行進過程中能夠適應來自系統內部或外在環境幹擾而對編隊做出適當且合理的改變。

多智能體協同控制系統需要通過對無人車、無人機的定位，獲取其在空間中的位姿，這種位置位姿信息主要是六自由度姿態數據，進行多智能體之間通訊的建立，最後通過控制決策系統根據智能體空間內的位姿完成系統控制。

定位無人車、無人機的空間位姿，是多智能體協同控制系統研究、實驗最為重要的部分，只有獲取準確穩定的定位信息，才能良好的控制無人車、無人機。作為定位的傳統方法，慣性測量單元（IMU）和慣導模塊（INS）存在陀螺儀零點漂移嚴重，導致獲取的姿態、速度等數據精度不夠，存在誤差累計，很難長時間獨立工作。

多智能體協同控制系統採用光學動捕技術（定位精度可達亞毫米級別），並通過WiFi網絡實現多機間的通信，能夠將MATLAB/Simulink開發的無人車及無人機編隊仿真算法直接生成代碼下載到無人車及無人機中，在室內環境下進行多車、多機分布式編隊算法的驗證。

空地聯動多智能體控制系統可以看做是「狼群」、「蜂群」。

「狼群」、「蜂群」作戰自古有之，最早在十三世紀蒙古人遠徵中就可以看到這一戰術的影子。只是今年隨著無人機、無人車、人工智慧、自主系統、大數據等前言技術的發展與應用，無人車「狼群」、無人機「蜂群」空地一體作戰又重回人們的視野。技術決定戰術，顛覆性技術將顛覆原有的作戰方式，給各層指揮員更多的戰略戰術選擇。空地一體作戰，即通過模擬聚生物的協作行為與信息交互方式，以自主化和智能化的整體協同方式完成作戰任務。

「狼蜂」智能體空地一體聯動作戰系統中無人車、無人機的自主能力在其執行作戰或協同任務時顯得尤為重要。無人車、無人機面臨的作戰任務複雜、態勢變化快、不確定因素多，無人車、無人機必須自主完成對目標的探測、識別，制定諸如目標分配、戰術規劃和機動決策等攻擊決策，無人機、無人車的指揮控制系統應是具有駐留性、反應性、社會性，因此要求其能在快速全面感知環境的基礎上實時做出決策。

「狼蜂」智能體空地一體聯動作戰系統目的是將一組不同位置、不同價值、不同威脅程度的目標合理地分配給類型、價值和戰鬥力都不同的無人車、無人機，以達到整體作戰效能最大、代價最小的目的。空地一體協同作戰的前提條件是無人機、無人車平臺間的通信和信息共享，無人機、無人車平臺之間信息是高度分布的，無人機、無人車平臺的運動以及通信拓撲的變化，以最小信息流為基礎的多平臺分散協調控制系統結構。

「狼蜂」智能體空地一體聯動作戰系統解決了有6個重要問題：一是去中心化，即沒有一個個體處於主導地位，其中任何一個個體消失或喪失動能，都不影響群體功能。二是自主控制，即所有個體只控制個體行動，並觀察臨近個體位置，實時自主協同。三是集群復原，即集群受外力改變群體結構、位置時，新的集群機構會快速自動形成並保持穩定。四是功能放大，即集群能夠克服個體能力的不足，通過協同實現整體能力放大，即1+1>2的效果。五是空地一體聯動作戰全區域覆蓋，察打一體形成作戰互補形態。六是零傷亡化，這使得「狼蜂」智能體空地一體聯動作戰運用具有較低決策門檻和政治風險的優勢。

「狼群」、「蜂群」協同搜索也是多無人車、無人機協同控制的一個重要研究內容，「狼群」、「蜂群」空地一體同時對一個不確定區域進行搜索，目的在於更快速、全面地獲取搜索趨於的信息，降低環境的未知性。協同工作時考慮不同無人車、無人機運動和探測傳感器的約束，在不確定環境中採用協同自主控制的方法，從而達到整體任務效能的優化。

軍事前景：

1、滲透偵察。公開資料顯示，美國發展無人機「蜂群」作戰技術基本都是小型無人機（除「忠誠僚機」中改裝的無人戰鬥機外），均具有很強的隱蔽性，能夠輕易突破敵方防控體系，可以運用攜帶的各型模塊化偵察探測設備，悄悄潛入敵方防護嚴密的區域進行低近偵察，並通過「蜂群」間的數據鏈，將情報接力傳回，為作戰提供可靠的情報保障。

2、誘騙幹擾。由於敵方對空中地面防護嚴密，隱身轟炸機、戰鬥機或裝甲車進入可能會造成重大損失，此時，可用成本極低的小型無人機、無人車充當誘餌或幹擾機，引誘敵方探測設備開機工作，暴露陣位；或者吸引火力，消耗防禦武器。另外，無人車「狼群」、無人機「蜂群」還可以攜帶電子幹擾設備，組成前言電子站編隊，對敵方預警雷達、制導武器進行電子幹擾、壓制、欺騙等，為後續作戰力量開闢安全走廊，為空中突擊提供可靠的掩護。

3、察打一體。「狼群」、「蜂群」可根據任務需要，在「狼群」、「蜂群」內靈活配置偵察探測、信息處理、飛彈火力等模塊，形成一個偵察、打擊編隊；或由若干個無人機「狼群」、「蜂群」分別配置偵察、火力模塊，再組成一個大型突擊空地一體編隊，深入敵後縱深，對關鍵目標或高危目標進行實時的偵察打擊，以達到戰略性的作戰目的。

4、協同作戰。為了降低作戰風險和成本，可運用大量的低成本無人機、無人車攜帶更多的、各種類型的傳感器以及飛彈，組成前言作戰編隊，而有人駕駛飛機、車輛則從後方對「狼群」、「蜂群」進行指揮控制，使其對複雜、高風險區域的目標進行打擊；或者根據作戰需要，與有人駕駛機組成編隊，由有人駕駛控制「狼群」、「蜂群」空地一體作戰，並掩護有人駕駛機安全。

5、空地一體集群攻擊。充分運用「複眼」戰術（即：在無人機、無人車平臺上加掛小型雷達和光電偵測設備，相互以數據鏈和微信信道通信，一次部署7組以上行程空地一體集群），是大量無人機、無人車攜帶不同類型設備和各種彈藥，同時對敵實時電磁壓制、火力突防、偵察跟蹤、火力打擊等行動，進行全方位、多角度的飽和攻擊，使敵難以應對，從而突破敵防線，以較小的代價實現作戰目的。