《无人系统技术与应用书系 无人系统军事运筹学》（美）杰弗里·R.凯尔斯，约翰·Q.小迪克曼编；屈耀红，邢小军，赵金红译|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《无人系统技术与应用书系 无人系统军事运筹学》

【作　者】（美）杰弗里·R.凯尔斯，约翰·Q.小迪克曼编；屈耀红，邢小军，赵金红译

【丛书名】无人系统技术与应用书系

【页 数】 262

【出版社】 北京：机械工业出版社 , 2021.03

【ISBN号】978-7-111-64802-4

【价 格】139.00

【分 类】无人值守-军事运筹学

【参考文献】 （美）杰弗里·R.凯尔斯，约翰·Q.小迪克曼编；屈耀红，邢小军，赵金红译. 无人系统技术与应用书系 无人系统军事运筹学. 北京：机械工业出版社, 2021.03.

图书封面：

图书目录：

《无人系统技术与应用书系 无人系统军事运筹学》内容提要：

本书阐述了无人航行器（包括无人地面车辆、无人水下航行器、无人飞机等）在执行军事任务时的规划与决策系统知识，是目前少有的无人系统与军事运筹理论相结合的专业书籍。由于无人航行器的发展涉及多个学科领域，书目结构安排也自然有多个方案。编者选择了这样一条结构布局思路：从单航行器问题到多航行器问题，再到无人系统的组织问题，最后到指挥与控制的概括性理论问题。本书采用了专题章节分类的结构，共分15章。除第1章引言外，每章内容都是一个独立完整的主题。这种结构安排方便读者选择，无需阅读前文即可快速学习所感兴趣的主题。

《无人系统技术与应用书系 无人系统军事运筹学》内容试读

第1章

引

言

1.1概述

近几年无人系统越来越受到关注，而相关主题的书籍却仍未见出版，这似乎令人难以置信。即使是关于此类主题最粗略的互联网搜索，出现的也仅仅是专业期刊文章、行业专题会议或技术工程文本，而这些资料都对无人系统表示出了广泛的兴趣，同时也进行了大量的研究。然而，在互联网或图书馆则几乎搜索不到“运筹学”与“无人系统”相结合的主题。因此，可以说本书是目前该领域的第一本专业书籍。

事实上，军事史学家对此不会感到惊讶，因为他们明确指出了应用往往滞后于发明这种趋势。这种对工程和生产的过度关注完全可以理解，其效果通常是：延迟了解运营商如何以新的方式使用新硬件。正如第二次世界大战时著名的科学家

P.M.S.Blackett所观察到的他那个时代的创新一样，“迄今为止，在新设备的制造上花费了相当多的努力，而在正确应用我们所拥有的设备方面却做得太少[]。”更具讽刺意味的是，针对应用的研究是了解如何开发和改进新技术的最佳方法之一，但在创新研究的早期，工程化却最先受到关注。

众所周知，针对应用的研究不是工程师的职责。Blackett在大西洋的同行

Morse和Kimball指出：“工程涉及设备的建造和生产，而运筹学则涉及其应用。工程师是制造者、设备生产商的顾问，而运筹学研究者则是设备使用者的顾问[2]。”工程告诉你如何生产，而运筹学告诉你应该如何应用。然而，在开发新的军事硬件时，相对于运筹学研究，工程几乎总是处于领先地位。

在无人系统的开发早期，工程同样也被过度关注。而阻碍相关书籍的出版有以下三种原因。首先，大多数工程师尚未认识到无人系统可能不仅仅是没有人员的系统。这种以我们自己形象创造的拟人化是工程师的第一个沃土，这种方法的早期成功使得无人操作的概念与运筹学研究人员数十年的研究没有任何不同。

第二个原因，由于工程师设计的是实物，而不是运筹学研究，工程师改进运营的方法是改进实物。在现有的无人驾驶规划中已经可以观察到这种以工程为中心的解决方案，其增加了车辆的复杂性与成本，但没有考虑修改运营方案这种可能提高运营效能的更好方法。

第三个原因，因为人是现代军事系统中最昂贵的“总拥有成本(total cost ofownership,TOC)”,国防工业中一直倾向于依靠“避免人力成本”作为无人系统的

2无人系统军事运筹学

首要价值主导。就目前而言，无人驾驶系统仅凭成本出售，项目经理没有理由回答尚未提出的有关运营价值的问题。工程师目前的任务是在一定的性能水平下保持开发与生产成本低于同等的人工系统，而不是探索绩效-成本交易空间。

军事史学家很快意识到，应用发明主要集中在成熟的初始阶段。预先占用生产的工程师和项目经理确实非常成功。在无人驾驶车辆还在开发的情况下，第二代和第三代升级型已经取代了车队、战场和航线中的原型或初始生产模型。主要的采购计划（如全球鹰和掠食者系统）已经过了全盛期。现在，精心设计的平台被广泛应用，越来越多的运筹学分析师需要回答操作的问题，即应用的问题。

虽然上面提到的三个原因是迄今为止阻碍无人系统与运筹学出版的原因，但它们也构成了运筹学的初步主题。我们称之为“无人系统的军事运筹学”，即：

·无人化的优势：虽然从平台上移除人类的挑战仍然是多方面的，并且值得我们研究，但运筹学研究人员现在正在寻找低成本的无人系统，例如对人类的风险较小、更长的续航时间以及更高的G-foce耐受度，为无人系统开发全新的操作并识别测量有效性的新方法。

·改善行动：将大量无人驾驶车辆引入传统的战斗序列可能会以深刻的方式改变战争。一些研究者创造了“机器人时代”这个术语来指代这种转变，但从分析的角度来看，这个术语（又如“网络中心战”及其他类似的术语）仍然比运筹概念更具有规则性。虽然对这样一个新时代的全面了解可能仍然难以实现，但运筹学研究人员正在接近这项研究。通过对规模较小的车队进行仔细研究和实验，这些分析师开始为增加回报建立条件，并说明为什么以及如何获得。

·无人系统的真实成本：当今无人系统中唯一的“无人”部分是运载体，人类已被转移到系统中的其他位置。平台可以节省生命周期成本，但整体系统更便宜吗？在一些系统中，集中式人工控制和认知可能是一种成本更高的方法，需要更多的技术投资、更多的人员配备以及比传统的有人系统具有更高容量的网络。这是运筹学研究的一个新领域。

1.2研究背景与范围

20世纪90年代末，无人驾驶平台仍然被视为是对世界领先的国防机构传统防御投资的威胁。除了最简单的军事任务之外，他们对战士价值最基本的认可也遭到了嘲笑、怀疑和抵抗。与此同时，更为基础的军队及其本土产业，不受长期采购策略而长期存在的需要，开始开发第一代无人驾驶平台和能力，而这些平台和能力已不再被更大的同行拒绝。

随着独立、安全的分布式网络和高速计算设备的创新，先进无人系统的两个最基本的构建模块，开始取得商业成功，使得军用无人驾驶平台作为车队中传统平台的补充看起来更可行。但是，虽然反恐作战的重点是使用监视无人机和爆炸处置机

4无人系统军事运筹学

“无人地面车警戒巡逻的目标覆盖问题”。人们可能很希望知道为什么空军研究人员需要关注无人驾驶地面车辆，答案很简单：美国空军在全球多个基地都有一项重要的部队保护任务。因为人力成本很高，而无人哨兵可以以更低的成本替代人类。本章讨论了如何有效解决无人地面车警戒巡逻的目标覆盖问题，换句话说，机器人哨兵“巡逻”的最佳方式是什么。这项研究在边境巡逻和民用安全方面同样有广泛的应用前景。

第3章“应用市场法对无人机目标的近优分配”，由Elad Kivelevitch博士、

Kelly Cohen博士和Manish Kumar博士撰写，是对传感-目标配对的“基于市场”的优化应用。这一系列的优化技术受到经济市场的启发，例如本章中无人驾驶车辆充当理性经济主体并使用估值和交易方案竞标目标。同时作者也展示了这种方法在高不确定性条件下获得快速、可靠的优化的好处和局限性。

第4章讨论了海军应用无人水下航行器的内容，“自主水下航行器的水雷搜索战术”，由Bao Nguyen博士、David Hopkin博士和Handson Yip博士撰写，以研究如何评估商用产品(Commercial Off-The-Shelf,C0TS)无人水下航行器搜索水雷的性能。他们提出了有效性的衡量标准，并对比了不同的搜索模式。

第5章“利用无人机对目标的光学搜索：动物监测专题研究”，由Raquel Prie-to Molina等撰写。这是一个非常有趣的章节，可以追溯到第二次世界大战的一些早期运筹学研究工作。例如，熟悉考夫曼“搜索和筛选”[3]的读者会注意到这部分与第二次世界大战期间关于横向距离曲线和逆立方规律的研究之间的强烈相似性。两者都描述了视觉检测的基本理论(Pito等，处理人工视觉检测)，以及它如何影响搜索模式和检测概率。

现代军事行动中存在许多情况，如果计算机中设计了合理的方案或算法，其在真实环境中投入运行时，情况会得到很好的处理。认识到这一点，Matthew.J

Henchey博士、Rajan Batta博士、Mark Karwan博士和Agamemnon Crassidis博士讨论了算法如何补偿环境因素的影响，即第6章“无人机飞行时间近似化建模：航路变化与风干扰因素的估计”。虽然是针对无人机的研究，但其适用于任何遇到延误或阻力的无人驾驶平台的操作（例如海上编队的漂游误差，陆上的通行性降低或对手的影响等)。

对于许多军队和公司而言，目前无人驾驶车辆被列为主要采购计划，因此需要对车辆以及人车混合系统进行替代品分析（Analyses Of Alternatives,AOA)。Fred

D.J.Bowden、Andrew W.Coutts、Richard M.Dexter、Luke Finlay、Ben Pietsch和

Denis R.Shine为“无人地面车在联合武装作战中的作用”这类研究提供了模板。

虽然是针对澳大利亚军方的分析，但本章对于有关部门和企业行政中的其他AOA

也同样适用。

关于人车混合系统，机器实际应该分担多少人力工作，所有高级军官都会坚持

第1章引

言5

人类必须始终处于循环中，但在许多情况下，这只是为了确认在使用武器之前的自动化解决方案。但是人在自动化解决方案中涉及多少，以及机器的“思考”有多可靠，Patrick Chisan Hew撰写的第8章“信息的加工、利用与传输：军事应用中辅助/自动目标识别何时才算好？”为自动认知操作和道德影响的类似问题提供了严谨的数学分析。

同样探索人机交互的David M.Mahalak,撰写了第9章“自主军事车辆编队战术的设计与分析”。本章利用后勤护航行动来展示自动化控制如何在日益智能的车辆编队中取代人的控制。其同样适用于更广泛的实体和操作。

Raymond R.Hill博士（本章与美国空军理工学院的Brian B.Stone合作）的第10章“无人飞行系统分析中的试验设计：为无人飞行系统试验引入统计的严谨性”，继续沿着更高层次的组织问题，无人飞行系统测试的严谨性，解决了无人系统引入带来的新的运行测试和评估问题。

人们一直认为自动化系统比有人系统更便宜。然而，正如第11章所描述的那样，由于考虑无人系统的成本问题，这一点并没有得到很好的研究。Ricardo Valer-di博士和美国陆军Thomas R.Ryan Jr上尉，解决了这一问题并撰写了第l1章“总拥有成本：军用无人系统的成本估计方法”。

任何系统的总拥有成本的一部分都是与后勤和维护相关的。澳大利亚陆军的

Keirin Joyce少校研究后勤运营建模技术，并重点关注当前后勤模型如何支持无人驾驶车辆的管理。在第12章“无人作战系统的后勤保障技术”中，Joyce少校从当前的模型和运营中出发，以解决未来无人系统的后勤支持面临的挑战。

随着越来越多的自动化系统分散在整个战场或商业工作环境中，越来越需要了解集体网络如何有效地运行和控制。在第13章“网络化行动中提升效能的组织方法”中，Sean Deller博士、Ghaith Rabadi博士、Andreas Toll博士和Shannon F.

Bowling博士结合生物化学中的互动模式概念与现代基于代理的建模技术，探索分布式网络系统中的命令和控制的一般模型。

Jeffrey R.Cares对“集团作战效能分配的问题探讨”进行研究，他以职业棒球比赛为例，比较了个人和集体在比赛中的表现。在第14章“战斗力分配：齐射理论在无人作战系统中的应用”中，展示了当使用先进的无人驾驶车辆时，如何修改休斯齐射方程以评估大平台导弹战斗的结果。

参考文献

1.P.M.S.Blackett,originally in Operational Research Section Monograph,"The Work of the Operational Research

Section,"Ch.1,p.4.,quoted from Samuel E.Morison,The Two Ocean War,Little Brown,Boston,1963,p.125.

2.P.Morse &G.Kimball,Methods of Operations Research,John Wiley Sons,Inc.,New York,1951.

3.B.O.Koopman,Pergamon Press,New York,1980.

第2章无人地面车警戒巡逻的目标覆盖问题

2.1概述

美国空军理工学院(the Air Force Institute of Technology,AFIT)已开展的“自主机器人控制的导航系统可视最大化”（The Maximization of Observability in Naviga-tion for Autonomous Robotic Control,.MONARC)项目，其首要目标是开发一个在任何时间、任何地点都具有联网搜索、跟踪、识别、定位和摧毁能力的自主机器人。此项目的一个关键性问题是针对具有潜在入侵威胁的关键设施(Key Installations,KINs),使用自主无人地面车辆（Unmanned Ground Vehicles,UGVs)进行基本的安全保护任务规划。此任务规划不仅需要整合管理各个子系统和所获取的情报，同时也需要集中处理和传输指控(Command and Control,C2)信息。而来自KINs周围各个位置的传感数据被融合到一个公认的地面环境态势图(Recognized Ground Situ-ation Picture,RGSP),并通过不同的情报机构对其进行处理与增强。另外，该项目由

一个集中式指控中心实现实时系统的维护，并对无人地面车辆的准备状态进行管理。最终，由规划人员将安全需求，如关键监视点、潜在入侵点和交战规则(Rsof

Engagement,ROE)等输入地面任务规划系统，为UGV集群提供监控方案。

对诸如空军基地这样大型KN的保护，需要一组UGVs沿着预定的规划路线巡逻，以有效地覆盖多个潜在入侵点。安全防御任务的监控方法可以视为一个组合优化模型，其中多个实体必须在最短路径内巡查多个位置，并且要覆盖指定的潜在入侵点。当UGVs在其路径上感知到威胁时，便是巡逻的目标覆盖问题(Covering

Tour Problem,CTP)[1-3]。CTP是具有集合覆盖问题(Set Covering Problem,SCP)结构的旅行商问题(Traveling Salesman Problem,TSP)。很自然可以拓展到多实体

的情况，这在先前的CTP研究中没有涉及过，但在当前背景下非常适用，即沿着

预设位置之间巡逻车辆的覆盖能力，这种警戒巡逻对当前任务规划很重要。多车辆巡逻覆盖问题(multiple vehicle Covering Tour Problem,mCTP)模型的新变体一警戒巡逻目标覆盖问题(Vigilant Covering Tour Problem,VCTP)被用作基本安全应用

任务规划工具。通常通过评估单一车辆巡逻性能来评估VCTP的可行性。

2.2

研究背景

CTP模型已广泛应用于医疗保健行业，尤其是广泛应用于发展中国家的流动医

···试读结束···