戰(zhàn)時軍隊物資保障中無人機配送的應(yīng)用

劉正元，王清華

（陸軍勤務(wù)學(xué)院，重慶 401331）

1 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭作戰(zhàn)任務(wù)樣式多變，軍隊后勤保障能否及時將對作戰(zhàn)進程產(chǎn)生重要影響。當前戰(zhàn)時軍隊的物資保障，具有保障對象分散、保障節(jié)奏加快、保障物資增多、戰(zhàn)略支援加重、戰(zhàn)場形態(tài)全維一體的特點，圍繞打贏目標，緊扣物資保障特點，要將創(chuàng)新理念作為后勤戰(zhàn)時物資保障轉(zhuǎn)型的強勁引擎。隨著大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新技術(shù)應(yīng)用，無人機偵察、作戰(zhàn)在軍事中已廣泛運用，而無人機配送也已在軍隊開始嘗試。2019年，國防大學(xué)聯(lián)合勤務(wù)學(xué)院采取大型無人機中遠程大載荷運輸?shù)难菥?，首次實現(xiàn)了載重大于500kg，飛行距離超過500km的“雙500”新突破以及智能化傘降空投。而目前國內(nèi)小型無人機（下文簡稱無人機）最典型的是多旋翼無人機，其中最常用的是四旋翼和六旋翼無人機，這兩種無人機配送的飛行速度都可達到50km/h，有效載荷可達到20kg，可用于戰(zhàn)時血液、彈藥等急需物資的應(yīng)急保障。

然而，目前軍隊關(guān)于無人機配送的研究理論較少，開展無人機配送研究對于戰(zhàn)時軍隊物資保障具有一定的意義?；谛滦蝿菹萝婈牶笄诰幹企w制改革的特點和戰(zhàn)時前線對后勤物資保障的新要求，本文提出用無人機配送物資以解決當下戰(zhàn)時軍隊物資保障面臨的挑戰(zhàn)，并總結(jié)了應(yīng)用無人機配送的優(yōu)勢和基本原則，提出了無人機配送的基本構(gòu)想和配套措施。

2 戰(zhàn)時軍隊物資保障無人機配送的優(yōu)勢

2.1 無人機配送能夠快速響應(yīng)戰(zhàn)場需求，能實現(xiàn)精確高效保障

戰(zhàn)時環(huán)境瞬息萬變，要求用時間換空間以取得戰(zhàn)場優(yōu)勢，需要物資保障配送的精確高效。無人機配送受智能算法控制，能避開威脅因素并及時從后方倉庫取最短路徑按時按需送達需求點。而且無人機配送能低空飛行、垂直起降，可以直達諸如火力班、醫(yī)療隊等最前線需求基本單元，實現(xiàn)物資基地到“散兵坑”的定點保障。當?shù)匦蔚孛箔h(huán)境復(fù)雜時，無人機配送能夠跨越各類障礙，甚至當前方道路被敵方炸毀時，仍能將物資送達前線作戰(zhàn)部隊。

2.2 無人機配送成本低，應(yīng)急能力強，能實現(xiàn)不間斷作業(yè)

如今，有人機80%的全壽命周期消耗于飛行員的訓(xùn)練和試飛上，而幾十架無人機只需要兩個操縱員通過適合的算法和監(jiān)控就能實現(xiàn)應(yīng)用。四旋翼小型無人機由機架、動力系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)和輔助設(shè)備系統(tǒng)組成，系統(tǒng)簡單，耗用資金不多，而且當技術(shù)廣泛使用后，無人機的制造可以批量生產(chǎn)，其成本將會進一步削減。當批量生產(chǎn)后，無人機可以大量存儲，即使遇到大幅物資需求，其數(shù)量也能通過不間斷作業(yè)滿足需求，而且配送過程可以依據(jù)原有的優(yōu)化算法和流程實施，不需要集合大量人員進行物資保障。

2.3 無人機配送約束條件少，適應(yīng)高難任務(wù)，能實現(xiàn)零傷亡率

無人機配送起降簡單，不需要專門的跑道，現(xiàn)有的起飛方式有垂直起飛、彈射起飛，配備降落傘的自由落體起飛等，基本上能滿足各種情況下的應(yīng)用。而且無人機配送沒有飛行員限制，可進行倒飛、急轉(zhuǎn)彎、超加速升降等大機動，即使當溫度降至零下10℃甚至零下20℃時也能不受影響完成任務(wù)。戰(zhàn)時配送一個重要的約束問題就是安全問題，在距離前線作戰(zhàn)部隊幾十公里內(nèi)，遭敵打擊和干擾的可能性是非常大的，無人機配送的應(yīng)用能實現(xiàn)后勤保障人員在配送途中的零傷亡率。

2.4 無人機配送能增強末端“最后一公里”配送的抗毀性和魯棒性

戰(zhàn)時環(huán)境高度透明，面臨多種威脅，傳統(tǒng)保障力量戰(zhàn)場生存難?，F(xiàn)代軍隊都具有較強的偵察能力和遠程打擊能力，可實施全域多層次的立體偵察；而且戰(zhàn)時前線地區(qū)植被稀少，隱蔽偽裝困難，加之后勤保障力量很少有防衛(wèi)能力，這就導(dǎo)致后勤保障力量一旦被發(fā)現(xiàn)，就很可能被攻擊摧毀。傳統(tǒng)貨車配送方式需要通暢的道路，戰(zhàn)時一旦唯一道路被炸毀，在其搶修沒有完成前，傳統(tǒng)配送方式將無法供應(yīng)物資。無人機配送的使用可避免物資保障受限于道路，極大地提高了配送的魯棒性。而且無人機配送還可以裝載偵察等感應(yīng)器模塊，在配送的實施過程中時刻觀測敵方的火力打擊，并能以一定幾率躲避來襲導(dǎo)彈，增強了配送過程的抗毀性。

3 戰(zhàn)時無人機配送應(yīng)用的基本原則

3.1 配送精細，密切協(xié)同

新時期“保障需求實時感知、保障資源實時可視、保障任務(wù)智能規(guī)劃和保障行動全程可控”將是實現(xiàn)物資配送精確化的核心工作[1]。配送精細化的實質(zhì)是為作戰(zhàn)部隊提供適時、適量、適地的通專物資配送保障。無論是物資揀選、物資與無人機配送模塊化搭配的前期工作，還是無人機配送過程中的指揮調(diào)度和路徑優(yōu)化，都需要精細化作為支撐。因此，物資從前進保障基地配送到前線作戰(zhàn)單位時，無人機配送要注重密切協(xié)同，要根據(jù)戰(zhàn)場環(huán)境和作戰(zhàn)要求選擇相對應(yīng)的協(xié)同配送方式。

3.2 周密計劃，充分準備

主動了解戰(zhàn)場環(huán)境變化，明確物資保障重點，從現(xiàn)有的無人機配送數(shù)量和保障能力出發(fā)擬制計劃，使計劃建立在切實可行的基礎(chǔ)上。充分準備就是要做好組織和物資準備。組織準備就是要建立健全無人機配送保障組織，規(guī)范好無人機配送前的各項流程，配置好無人機配送保障的人力和財力。物資準備是要根據(jù)戰(zhàn)時物資需要，搞好物資儲備，將物資進行模塊化處理，方便與無人機配送進行快速搭載。周密計劃和充分準備是戰(zhàn)時應(yīng)用無人機配送進行物資保障爭取主動權(quán)的基礎(chǔ)，也是提高無人機配送進行應(yīng)急保障的根本保證。

3.3 保障重點，兼顧一般

無人機配送智能化將具備全信息域的戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力、基于大數(shù)據(jù)知識庫的自主決策能力、高動態(tài)的戰(zhàn)場自適應(yīng)能力的特征[2]，根據(jù)戰(zhàn)斗進程和發(fā)展，分清主次和輕重緩急，充分發(fā)揮有限的保障力量。應(yīng)急狀態(tài)下物資需求量大，由于資源等方面的原因，無人機配送要想滿足各方面的需求是難以做到的。因此，在組織保障過程中，要縱觀全局，統(tǒng)籌安排，優(yōu)先保障重點，適當兼顧一般，使無人機配送將有限的資源用到最需要的地方。

3.4 提高時效，注重整體

提高時效要求運用先進的指揮手段，加速信息傳遞和反饋，簡化保障層次，選擇最佳的保障路線和時機，以提高戰(zhàn)時物資的時效性和配送周轉(zhuǎn)期。在提高時效的要求下，無人機配送的應(yīng)用要考慮任務(wù)分配、航跡規(guī)劃和編隊設(shè)計三部分內(nèi)容。然而，要想這三部分效益都各自達到最優(yōu)是很難實現(xiàn)的，即在增加某一部分的效益時，會導(dǎo)致另一部分甚至另兩部分的效益減小，導(dǎo)致整體效益變得更小，故要將三部分效益結(jié)合為整體效益看待，以得到整體效益最大化。

4 戰(zhàn)時無人機配送應(yīng)用的基本構(gòu)想

采用域概念將無人機系統(tǒng)分成了空間動態(tài)域、外部信息與通信域、任務(wù)規(guī)劃域、初始任務(wù)控制域、傳感器信息域和系統(tǒng)支持域6個域[2]。本文基于其域中所涉及的相關(guān)功能，通過系統(tǒng)架構(gòu)和運作流程兩方面來闡述戰(zhàn)時無人機配送應(yīng)用的基本構(gòu)想。

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

無人機配送系統(tǒng)架構(gòu)由一個配送云平臺進行統(tǒng)一任務(wù)分配，并由各倉庫內(nèi)的信息收集系統(tǒng)、任務(wù)決策系統(tǒng)和地面控制系統(tǒng)分別實現(xiàn)信息收集、任務(wù)規(guī)劃和引導(dǎo)控制的功能，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

配送云平臺采用相同的協(xié)議，使其能被各倉庫和各需求點共同使用,其主要功能是作為人機操作界面使具有管理權(quán)限的人才能進行操作，調(diào)度無人機配送和物資，其由無人機設(shè)備控制管理模塊、運單管理模塊和系統(tǒng)管理模塊構(gòu)成。無人機設(shè)備控制管理模塊主要負責(zé)無人機設(shè)備管理、無人機設(shè)備分配和無人機設(shè)備充電；運單管理模塊主要負責(zé)基礎(chǔ)管理和物資管理；系統(tǒng)管理模塊負責(zé)需求點管理、角色管理和數(shù)據(jù)字典[3]。

任務(wù)決策系統(tǒng)負責(zé)生成和監(jiān)督所有任務(wù)計劃，為了實現(xiàn)這一目標，需要航跡規(guī)劃和任務(wù)管理模塊。航跡規(guī)劃模塊負責(zé)創(chuàng)建飛行路線策略，提供最優(yōu)方案的選擇；任務(wù)管理模塊主要負責(zé)任務(wù)分配，并結(jié)合航跡規(guī)劃模塊預(yù)估最終任務(wù)實現(xiàn)效果。

圖1 無人機配送的系統(tǒng)架構(gòu)

地面控制系統(tǒng)負責(zé)控制無人機配送的航跡，并能實時改變無人機配送的航程。地面控制系統(tǒng)是整個無人機系統(tǒng)的核心，起著連接配送云平臺和無人機控制系統(tǒng)的作用，其通過交換機將有效信息導(dǎo)入，然后通過數(shù)據(jù)鏈對無人機配送進行控制，最終可通過運行管理模塊實現(xiàn)配送管理和線路管理。

信息收集系統(tǒng)主要由靜態(tài)信息收集系統(tǒng)和多目標捕捉數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)成，靜

態(tài)信息收集系統(tǒng)通過前線設(shè)備和衛(wèi)星等定點技術(shù)來獲取配送任務(wù)完成情況和戰(zhàn)場環(huán)境信息，多目標捕捉數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過安裝在無人機配送上的傳感器來獲取實時信息。信息收集系統(tǒng)是將收集而來的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，為無人機配送提供有效信息。

4.2 運作流程

通過“接受指令-調(diào)撥對接-規(guī)劃路徑-編隊起飛-編隊飛行-目標確認-卸載物資-編隊返回”8個環(huán)節(jié)，完成一次戰(zhàn)術(shù)保障行動[4]。

需求點通過系統(tǒng)管理模塊將需求信息傳輸給配送云平臺，配送云平臺統(tǒng)一規(guī)劃后將配送任務(wù)分配給各倉庫，若某倉庫的無人機配送數(shù)量不滿足物資保障時，則需要配送云平臺調(diào)度其他倉庫的無人機配送進行加大保障。各倉庫得到配送云平臺的指令后，將通過任務(wù)決策系統(tǒng)對無人機配送做出初始規(guī)劃，請示并等待上級批準，若上級沒批準，則重復(fù)任務(wù)決策過程，得到新的初始規(guī)劃。上級批準后，各倉庫將通過地面控制系統(tǒng)控制無人機配送進行出庫準備，無人機配送出庫時要與物資做好對接。在配送過程中，無人機還要通過傳感器進行信息收集，并將信息傳輸?shù)叫畔⑹占到y(tǒng)中的多目標捕捉數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。當前線戰(zhàn)場情況發(fā)生變化時，決策者要根據(jù)實際情況在配送云平臺中做出改變，并通過地面控制系統(tǒng)改變無人機的配送過程。若信息收集系統(tǒng)中配送任務(wù)沒有確認完成，要將信息返回地面控制系統(tǒng)，確認無人機配送的當前位置。當無人機完成配送任務(wù)后，無人機將根據(jù)配送云平臺的指令返回指定倉庫，再根據(jù)指定倉庫內(nèi)的任務(wù)決策系統(tǒng)和地面控制系統(tǒng)進行下一個配送任務(wù)，其整個運作流程如圖2所示。

5 戰(zhàn)時應(yīng)用無人機配送的配套措施

5.1 嚴密制定統(tǒng)一的無人機配送保障標準

無人機配送保障標準主要用于解決四個主要問題：一是要統(tǒng)一編配編組標準。不同類型、不同規(guī)模倉庫的吞吐能力不同，為了避免無人機配送數(shù)量不足和閑置，要合理編配必備數(shù)量的無人機，當戰(zhàn)時情況變化過大而導(dǎo)致本級倉庫編配的無人機數(shù)量不足以應(yīng)付配送任務(wù)時，可向上級申請加大保障或向同級申請調(diào)撥。二是要統(tǒng)一流程標準，以確保無人機配送何時集合物資、何時起飛和何時維修等流程順序。三是要統(tǒng)一接口標準，這是為了統(tǒng)一無人機群之間的對接、無人機與物資之間的對接、無人機與其他載體之間的對接而制定的標準，避免因細小的不當而導(dǎo)致整群無人機配送起飛失敗。四是要統(tǒng)一維修標準，為保障無人機之后能順利實施配送任務(wù)而制定的標準。不同類型無人機的核心機件不同，需要專業(yè)的無人機維修人員進行協(xié)同維修；而相同類型無人機的共性問題可使用無人系統(tǒng)通過流水作業(yè)的形式進行維修，以節(jié)省大量的時間和人力。不論哪種維修方式，都需要嚴格遵守?zé)o人機配送維修標準。

5.2 加強無人機配送基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

首先要進一步加強機場建設(shè)。戰(zhàn)時物資需求量極大，增加的大型無人機配送數(shù)量很多，導(dǎo)致原有機場容量不滿足大型無人機配送的起飛。當機場容量與大型無人機配送數(shù)量相差不大時，可增加跑道和擴建機場以滿足需求；當相差很大時，需要選擇合適的位置建立一個專門的無人機配送機場。其次在協(xié)同運輸工具中安裝與無人機配送相對應(yīng)的固定裝置。無人機配送裝載貨物后與協(xié)同運輸工具前往目的地時，它處于待機狀態(tài)，為避免協(xié)同運輸中顛簸等情況而引起無人機配送不必要的損傷，就需要在協(xié)同運輸工具中安裝固定裝置。最后在合適的位置建立適當規(guī)模的臨時無人機配送基地。臨時無人機配送基地不是在每個無人機配送起飛點到前線作戰(zhàn)部隊的直線距離中建立，而是根據(jù)小型無人機配送續(xù)航能力和最短平均路徑等約束條件算出保障多大一個作戰(zhàn)區(qū)域而建立一個臨時無人機配送基地。一般來說，根據(jù)前線作戰(zhàn)部隊的作戰(zhàn)任務(wù)量和物資需求量來建立不同規(guī)模的臨時無人機配送基地。

圖2 無人機執(zhí)行配送任務(wù)的運作流程圖

5.3 加強軍民融合

為解決戰(zhàn)時物資籌措不及時和無人機配送數(shù)量不足的問題，可以利用地方的優(yōu)勢。一是搭配采用地方更為成熟的信息技術(shù)，建立具有低延時、高速率、廣連接等特點的無人平臺。這不僅能拓寬無人機配送的工作范圍、提供更大的算力和更多的存儲空間，還能讓無人機配送更高效低耗。二是需要軍隊統(tǒng)籌規(guī)劃，加強對地方相關(guān)人員的思想指導(dǎo)，增強保密意識，落實保密制度，制定嚴密的無人機協(xié)同配送計劃和方案，必要時可采用懲罰手段以確保戰(zhàn)場物資按時按量到達指定地點。三是為應(yīng)對戰(zhàn)時的時效性問題，要堅持就近就便的原則，發(fā)揮地方支前力量的作用，平時建立健全熱點方向、熱點地區(qū)的民用物資征用。戰(zhàn)時在收到命令后，能立刻利用無人機將地方倉庫儲備的物資運往前線戰(zhàn)場。四是要加強預(yù)備役中無人機配送控制、維修人員的培養(yǎng)，為部隊無人機執(zhí)行配送任務(wù)提供專業(yè)化人員。

5.4 靈活運用不同無人機配送協(xié)同配送方式

一種是無人機配送根據(jù)遂行任務(wù)的不同，其協(xié)同配送方式不同。前線部隊若執(zhí)行的是特殊作戰(zhàn)任務(wù)，其所需要的物資數(shù)量少而種類多，就需要異構(gòu)無人機配送進行模塊化組合保障；前線部隊若執(zhí)行的火力打擊任務(wù)，其所需要的一般是體積大而質(zhì)量重的導(dǎo)彈類型物資，就需要多個相同無人機共同配送一個物資。另一種是無人機配送群根據(jù)所含無人機種類的不同，其編隊設(shè)計不同。相同類型的無人機進行配送任務(wù)時，可根據(jù)物資需求點的先后順序進行編隊設(shè)計；異構(gòu)無人機進行配送任務(wù)時，還要考慮不同無人機配送的重要程度，一般把配送最重要物資的無人機放在最后端，以保證其安全性最高；配送無人機和預(yù)警機協(xié)同配送時，一般把預(yù)警機放在最前端，以便于防敵打擊；配送無人機和電子對抗機協(xié)同配送時，電子對抗機一般編設(shè)在無人機配送群外側(cè)，以防止敵方的電子干擾；配送無人機和控制機協(xié)同配送時，無人機配送應(yīng)圍繞在控制機周圍并取平均路徑最短的編隊設(shè)計。

6 結(jié)語

無人機配送在未來戰(zhàn)時物資保障中將成為必不可少的中堅力量，通過本文論述的無人機配送優(yōu)勢、基本原則、基本構(gòu)想和配套措施，能為在“最后一公里”的軍隊物資保障提供理論指導(dǎo)。無人機配送未來的實際應(yīng)用必須突破許多技術(shù)瓶頸，構(gòu)造與之功能需求相符的人工智能，形成以信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的規(guī)范標準平臺，努力完成能融入整個軍事物流配送體系的后勤保障要求。