戰(zhàn)時軍隊物資保障中無人機配送的應用

劉正元，王清華

（陸軍勤務學院，重慶 401331）

1 引言

現代戰(zhàn)爭作戰(zhàn)任務樣式多變，軍隊后勤保障能否及時將對作戰(zhàn)進程產生重要影響。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)時物資保障轉型的強勁引擎。隨著大數據、云計算、人工智能等新技術應用，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，國防大學聯合勤務學院采取大型無人機中遠程大載荷運輸的演練，首次實現了載重大于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急保障。

然而，目前軍隊關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。基于新形勢下軍隊后勤編制體制改革的特點和戰(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)，并總結了應用無人機配送的優(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戰(zhàn)場需求，能實現精確高效保障

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，實現物資基地到“散兵坑”的定點保障。當地形地貌環(huán)境復雜時，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，應急能力強，能實現不間斷作業(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)控就能實現應用。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)和輔助設備系統(tǒng)組成，系統(tǒng)簡單，耗用資金不多，而且當技術廣泛使用后，無人機的制造可以批量生產，其成本將會進一步削減。當批量生產后，無人機可以大量存儲，即使遇到大幅物資需求，其數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，適應高難任務，能實現零傷亡率

無人機配送起降簡單，不需要專門的跑道，現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用。而且無人機配送沒有飛行員限制，可進行倒飛、急轉彎、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。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，遭敵打擊和干擾的可能性是非常大的，無人機配送的應用能實現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。現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，這就導致后勤保障力量一旦被發(fā)現，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彈，增強了配送過程的抗毀性。

3 戰(zhàn)時無人機配送應用的基本原則

3.1 配送精細，密切協同

新時期“保障需求實時感知、保障資源實時可視、保障任務智能規(guī)劃和保障行動全程可控”將是實現物資配送精確化的核心工作[1]。配送精細化的實質是為作戰(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同，要根據戰(zhàn)場環(huán)境和作戰(zhàn)要求選擇相對應的協同配送方式。

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，從現有的無人機配送數量和保障能力出發(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)時應用無人機配送進行物資保障爭取主動權的基礎，也是提高無人機配送進行應急保障的根本保證。

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、基于大數據知識庫的自主決策能力、高動態(tài)的戰(zhàn)場自適應能力的特征[2]，根據戰(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期。在提高時效的要求下，無人機配送的應用要考慮任務分配、航跡規(guī)劃和編隊設計三部分內容。然而，要想這三部分效益都各自達到最優(yōu)是很難實現的，即在增加某一部分的效益時，會導致另一部分甚至另兩部分的效益減小，導致整體效益變得更小，故要將三部分效益結合為整體效益看待，以得到整體效益最大化。

4 戰(zhàn)時無人機配送應用的基本構想

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、任務規(guī)劃域、初始任務控制域、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功能，通過系統(tǒng)架構和運作流程兩方面來闡述戰(zhàn)時無人機配送應用的基本構想。

4.1 系統(tǒng)架構

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

配送云平臺采用相同的協議，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限的人才能進行操作，調度無人機配送和物資，其由無人機設備控制管理模塊、運單管理模塊和系統(tǒng)管理模塊構成。無人機設備控制管理模塊主要負責無人機設備管理、無人機設備分配和無人機設備充電；運單管理模塊主要負責基礎管理和物資管理；系統(tǒng)管理模塊負責需求點管理、角色管理和數據字典[3]。

任務決策系統(tǒng)負責生成和監(jiān)督所有任務計劃，為了實現這一目標，需要航跡規(guī)劃和任務管理模塊。航跡規(guī)劃模塊負責創(chuàng)建飛行路線策略，提供最優(yōu)方案的選擇；任務管理模塊主要負責任務分配，并結合航跡規(guī)劃模塊預估最終任務實現效果。

圖1 無人機配送的系統(tǒng)架構

地面控制系統(tǒng)負責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入，然后通過數據鏈對無人機配送進行控制，最終可通過運行管理模塊實現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)和多目標捕捉數據處理系統(tǒng)構成，靜

態(tài)信息收集系統(tǒng)通過前線設備和衛(wèi)星等定點技術來獲取配送任務完成情況和戰(zhàn)場環(huán)境信息，多目標捕捉數據處理系統(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)是將收集而來的數據存入數據庫，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)劃后將配送任務分配給各倉庫，若某倉庫的無人機配送數量不滿足物資保障時，則需要配送云平臺調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，則重復任務決策過程，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，并將信息傳輸到信息收集系統(tǒng)中的多目標捕捉數據處理系統(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后，無人機將根據配送云平臺的指令返回指定倉庫，再根據指定倉庫內的任務決策系統(tǒng)和地面控制系統(tǒng)進行下一個配送任務，其整個運作流程如圖2所示。

5 戰(zhàn)時應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量不足和閑置，要合理編配必備數量的無人機，當戰(zhàn)時情況變化過大而導致本級倉庫編配的無人機數量不足以應付配送任務時，可向上級申請加大保障或向同級申請調撥。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，都需要嚴格遵守無人機配送維修標準。

5.2 加強無人機配送基礎設施建設

首先要進一步加強機場建設。戰(zhàn)時物資需求量極大，增加的大型無人機配送數量很多，導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。其次在協同運輸工具中安裝與無人機配送相對應的固定裝置。無人機配送裝載貨物后與協同運輸工具前往目的地時，它處于待機狀態(tài)，為避免協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，根據前線作戰(zhàn)部隊的作戰(zhàn)任務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，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，加強對地方相關人員的思想指導，增強保密意識，落實保密制度，制定嚴密的無人機協同配送計劃和方案，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)行配送任務提供專業(yè)化人員。

5.4 靈活運用不同無人機配送協同配送方式

一種是無人機配送根據遂行任務的不同，其協同配送方式不同。前線部隊若執(zhí)行的是特殊作戰(zhàn)任務，其所需要的物資數量少而種類多，就需要異構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，其所需要的一般是體積大而質量重的導彈類型物資，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所含無人機種類的不同，其編隊設計不同。相同類型的無人機進行配送任務時，可根據物資需求點的先后順序進行編隊設計；異構無人機進行配送任務時，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；配送無人機和預警機協同配送時，一般把預警機放在最前端，以便于防敵打擊；配送無人機和電子對抗機協同配送時，電子對抗機一般編設在無人機配送群外側，以防止敵方的電子干擾；配送無人機和控制機協同配送時，無人機配送應圍繞在控制機周圍并取平均路徑最短的編隊設計。

6 結語

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。無人機配送未來的實際應用必須突破許多技術瓶頸，構造與之功能需求相符的人工智能，形成以信息網絡為基礎的規(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。