战时军队物资保障中无人机配送的应用

刘正元，王清华

（陆军勤务学院，重庆 401331）

1 引言

现代战争作战任务样式多变，军队后勤保障能否及时将对作战进程产生重要影响。当前战时军队的物资保障，具有保障对象分散、保障节奏加快、保障物资增多、战略支援加重、战场形态全维一体的特点，围绕打赢目标，紧扣物资保障特点，要将创新理念作为后勤战时物资保障转型的强劲引擎。随着大数据、云计算、人工智能等新技术应用，无人机侦察、作战在军事中已广泛运用，而无人机配送也已在军队开始尝试。2019年，国防大学联合勤务学院采取大型无人机中远程大载荷运输的演练，首次实现了载重大于500kg，飞行距离超过500km的“双500”新突破以及智能化伞降空投。而目前国内小型无人机（下文简称无人机）最典型的是多旋翼无人机，其中最常用的是四旋翼和六旋翼无人机，这两种无人机配送的飞行速度都可达到50km/h，有效载荷可达到20kg，可用于战时血液、弹药等急需物资的应急保障。

然而，目前军队关于无人机配送的研究理论较少，开展无人机配送研究对于战时军队物资保障具有一定的意义。基于新形势下军队后勤编制体制改革的特点和战时前线对后勤物资保障的新要求，本文提出用无人机配送物资以解决当下战时军队物资保障面临的挑战，并总结了应用无人机配送的优势和基本原则，提出了无人机配送的基本构想和配套措施。

2 战时军队物资保障无人机配送的优势

2.1 无人机配送能够快速响应战场需求，能实现精确高效保障

战时环境瞬息万变，要求用时间换空间以取得战场优势，需要物资保障配送的精确高效。无人机配送受智能算法控制，能避开威胁因素并及时从后方仓库取最短路径按时按需送达需求点。而且无人机配送能低空飞行、垂直起降，可以直达诸如火力班、医疗队等最前线需求基本单元，实现物资基地到“散兵坑”的定点保障。当地形地貌环境复杂时，无人机配送能够跨越各类障碍，甚至当前方道路被敌方炸毁时，仍能将物资送达前线作战部队。

2.2 无人机配送成本低，应急能力强，能实现不间断作业

如今，有人机80%的全寿命周期消耗于飞行员的训练和试飞上，而几十架无人机只需要两个操纵员通过适合的算法和监控就能实现应用。四旋翼小型无人机由机架、动力系统、飞控系统、遥控系统和辅助设备系统组成，系统简单，耗用资金不多，而且当技术广泛使用后，无人机的制造可以批量生产，其成本将会进一步削减。当批量生产后，无人机可以大量存储，即使遇到大幅物资需求，其数量也能通过不间断作业满足需求，而且配送过程可以依据原有的优化算法和流程实施，不需要集合大量人员进行物资保障。

2.3 无人机配送约束条件少，适应高难任务，能实现零伤亡率

无人机配送起降简单，不需要专门的跑道，现有的起飞方式有垂直起飞、弹射起飞，配备降落伞的自由落体起飞等，基本上能满足各种情况下的应用。而且无人机配送没有飞行员限制，可进行倒飞、急转弯、超加速升降等大机动，即使当温度降至零下10℃甚至零下20℃时也能不受影响完成任务。战时配送一个重要的约束问题就是安全问题，在距离前线作战部队几十公里内，遭敌打击和干扰的可能性是非常大的，无人机配送的应用能实现后勤保障人员在配送途中的零伤亡率。

2.4 无人机配送能增强末端“最后一公里”配送的抗毁性和鲁棒性

战时环境高度透明，面临多种威胁，传统保障力量战场生存难。现代军队都具有较强的侦察能力和远程打击能力，可实施全域多层次的立体侦察；而且战时前线地区植被稀少，隐蔽伪装困难，加之后勤保障力量很少有防卫能力，这就导致后勤保障力量一旦被发现，就很可能被攻击摧毁。传统货车配送方式需要通畅的道路，战时一旦唯一道路被炸毁，在其抢修没有完成前，传统配送方式将无法供应物资。无人机配送的使用可避免物资保障受限于道路，极大地提高了配送的鲁棒性。而且无人机配送还可以装载侦察等感应器模块，在配送的实施过程中时刻观测敌方的火力打击，并能以一定几率躲避来袭导弹，增强了配送过程的抗毁性。

3 战时无人机配送应用的基本原则

3.1 配送精细，密切协同

新时期“保障需求实时感知、保障资源实时可视、保障任务智能规划和保障行动全程可控”将是实现物资配送精确化的核心工作[1]。配送精细化的实质是为作战部队提供适时、适量、适地的通专物资配送保障。无论是物资拣选、物资与无人机配送模块化搭配的前期工作，还是无人机配送过程中的指挥调度和路径优化，都需要精细化作为支撑。因此，物资从前进保障基地配送到前线作战单位时，无人机配送要注重密切协同，要根据战场环境和作战要求选择相对应的协同配送方式。

3.2 周密计划，充分准备

主动了解战场环境变化，明确物资保障重点，从现有的无人机配送数量和保障能力出发拟制计划，使计划建立在切实可行的基础上。充分准备就是要做好组织和物资准备。组织准备就是要建立健全无人机配送保障组织，规范好无人机配送前的各项流程，配置好无人机配送保障的人力和财力。物资准备是要根据战时物资需要，搞好物资储备，将物资进行模块化处理，方便与无人机配送进行快速搭载。周密计划和充分准备是战时应用无人机配送进行物资保障争取主动权的基础，也是提高无人机配送进行应急保障的根本保证。

3.3 保障重点，兼顾一般

无人机配送智能化将具备全信息域的战场态势感知能力、基于大数据知识库的自主决策能力、高动态的战场自适应能力的特征[2]，根据战斗进程和发展，分清主次和轻重缓急，充分发挥有限的保障力量。应急状态下物资需求量大，由于资源等方面的原因，无人机配送要想满足各方面的需求是难以做到的。因此，在组织保障过程中，要纵观全局，统筹安排，优先保障重点，适当兼顾一般，使无人机配送将有限的资源用到最需要的地方。

3.4 提高时效，注重整体

提高时效要求运用先进的指挥手段，加速信息传递和反馈，简化保障层次，选择最佳的保障路线和时机，以提高战时物资的时效性和配送周转期。在提高时效的要求下，无人机配送的应用要考虑任务分配、航迹规划和编队设计三部分内容。然而，要想这三部分效益都各自达到最优是很难实现的，即在增加某一部分的效益时，会导致另一部分甚至另两部分的效益减小，导致整体效益变得更小，故要将三部分效益结合为整体效益看待，以得到整体效益最大化。

4 战时无人机配送应用的基本构想

采用域概念将无人机系统分成了空间动态域、外部信息与通信域、任务规划域、初始任务控制域、传感器信息域和系统支持域6个域[2]。本文基于其域中所涉及的相关功能，通过系统架构和运作流程两方面来阐述战时无人机配送应用的基本构想。

4.1 系统架构

无人机配送系统架构由一个配送云平台进行统一任务分配，并由各仓库内的信息收集系统、任务决策系统和地面控制系统分别实现信息收集、任务规划和引导控制的功能，其系统架构如图1所示。

配送云平台采用相同的协议，使其能被各仓库和各需求点共同使用,其主要功能是作为人机操作界面使具有管理权限的人才能进行操作，调度无人机配送和物资，其由无人机设备控制管理模块、运单管理模块和系统管理模块构成。无人机设备控制管理模块主要负责无人机设备管理、无人机设备分配和无人机设备充电；运单管理模块主要负责基础管理和物资管理；系统管理模块负责需求点管理、角色管理和数据字典[3]。

任务决策系统负责生成和监督所有任务计划，为了实现这一目标，需要航迹规划和任务管理模块。航迹规划模块负责创建飞行路线策略，提供最优方案的选择；任务管理模块主要负责任务分配，并结合航迹规划模块预估最终任务实现效果。

图1 无人机配送的系统架构

地面控制系统负责控制无人机配送的航迹，并能实时改变无人机配送的航程。地面控制系统是整个无人机系统的核心，起着连接配送云平台和无人机控制系统的作用，其通过交换机将有效信息导入，然后通过数据链对无人机配送进行控制，最终可通过运行管理模块实现配送管理和线路管理。

信息收集系统主要由静态信息收集系统和多目标捕捉数据处理系统构成，静

态信息收集系统通过前线设备和卫星等定点技术来获取配送任务完成情况和战场环境信息，多目标捕捉数据处理系统通过安装在无人机配送上的传感器来获取实时信息。信息收集系统是将收集而来的数据存入数据库，为无人机配送提供有效信息。

4.2 运作流程

通过“接受指令-调拨对接-规划路径-编队起飞-编队飞行-目标确认-卸载物资-编队返回”8个环节，完成一次战术保障行动[4]。

需求点通过系统管理模块将需求信息传输给配送云平台，配送云平台统一规划后将配送任务分配给各仓库，若某仓库的无人机配送数量不满足物资保障时，则需要配送云平台调度其他仓库的无人机配送进行加大保障。各仓库得到配送云平台的指令后，将通过任务决策系统对无人机配送做出初始规划，请示并等待上级批准，若上级没批准，则重复任务决策过程，得到新的初始规划。上级批准后，各仓库将通过地面控制系统控制无人机配送进行出库准备，无人机配送出库时要与物资做好对接。在配送过程中，无人机还要通过传感器进行信息收集，并将信息传输到信息收集系统中的多目标捕捉数据处理系统。当前线战场情况发生变化时，决策者要根据实际情况在配送云平台中做出改变，并通过地面控制系统改变无人机的配送过程。若信息收集系统中配送任务没有确认完成，要将信息返回地面控制系统，确认无人机配送的当前位置。当无人机完成配送任务后，无人机将根据配送云平台的指令返回指定仓库，再根据指定仓库内的任务决策系统和地面控制系统进行下一个配送任务，其整个运作流程如图2所示。

5 战时应用无人机配送的配套措施

5.1 严密制定统一的无人机配送保障标准

无人机配送保障标准主要用于解决四个主要问题：一是要统一编配编组标准。不同类型、不同规模仓库的吞吐能力不同，为了避免无人机配送数量不足和闲置，要合理编配必备数量的无人机，当战时情况变化过大而导致本级仓库编配的无人机数量不足以应付配送任务时，可向上级申请加大保障或向同级申请调拨。二是要统一流程标准，以确保无人机配送何时集合物资、何时起飞和何时维修等流程顺序。三是要统一接口标准，这是为了统一无人机群之间的对接、无人机与物资之间的对接、无人机与其他载体之间的对接而制定的标准，避免因细小的不当而导致整群无人机配送起飞失败。四是要统一维修标准，为保障无人机之后能顺利实施配送任务而制定的标准。不同类型无人机的核心机件不同，需要专业的无人机维修人员进行协同维修；而相同类型无人机的共性问题可使用无人系统通过流水作业的形式进行维修，以节省大量的时间和人力。不论哪种维修方式，都需要严格遵守无人机配送维修标准。

5.2 加强无人机配送基础设施建设

首先要进一步加强机场建设。战时物资需求量极大，增加的大型无人机配送数量很多，导致原有机场容量不满足大型无人机配送的起飞。当机场容量与大型无人机配送数量相差不大时，可增加跑道和扩建机场以满足需求；当相差很大时，需要选择合适的位置建立一个专门的无人机配送机场。其次在协同运输工具中安装与无人机配送相对应的固定装置。无人机配送装载货物后与协同运输工具前往目的地时，它处于待机状态，为避免协同运输中颠簸等情况而引起无人机配送不必要的损伤，就需要在协同运输工具中安装固定装置。最后在合适的位置建立适当规模的临时无人机配送基地。临时无人机配送基地不是在每个无人机配送起飞点到前线作战部队的直线距离中建立，而是根据小型无人机配送续航能力和最短平均路径等约束条件算出保障多大一个作战区域而建立一个临时无人机配送基地。一般来说，根据前线作战部队的作战任务量和物资需求量来建立不同规模的临时无人机配送基地。

图2 无人机执行配送任务的运作流程图

5.3 加强军民融合

为解决战时物资筹措不及时和无人机配送数量不足的问题，可以利用地方的优势。一是搭配采用地方更为成熟的信息技术，建立具有低延时、高速率、广连接等特点的无人平台。这不仅能拓宽无人机配送的工作范围、提供更大的算力和更多的存储空间，还能让无人机配送更高效低耗。二是需要军队统筹规划，加强对地方相关人员的思想指导，增强保密意识，落实保密制度，制定严密的无人机协同配送计划和方案，必要时可采用惩罚手段以确保战场物资按时按量到达指定地点。三是为应对战时的时效性问题，要坚持就近就便的原则，发挥地方支前力量的作用，平时建立健全热点方向、热点地区的民用物资征用。战时在收到命令后，能立刻利用无人机将地方仓库储备的物资运往前线战场。四是要加强预备役中无人机配送控制、维修人员的培养，为部队无人机执行配送任务提供专业化人员。

5.4 灵活运用不同无人机配送协同配送方式

一种是无人机配送根据遂行任务的不同，其协同配送方式不同。前线部队若执行的是特殊作战任务，其所需要的物资数量少而种类多，就需要异构无人机配送进行模块化组合保障；前线部队若执行的火力打击任务，其所需要的一般是体积大而质量重的导弹类型物资，就需要多个相同无人机共同配送一个物资。另一种是无人机配送群根据所含无人机种类的不同，其编队设计不同。相同类型的无人机进行配送任务时，可根据物资需求点的先后顺序进行编队设计；异构无人机进行配送任务时，还要考虑不同无人机配送的重要程度，一般把配送最重要物资的无人机放在最后端，以保证其安全性最高；配送无人机和预警机协同配送时，一般把预警机放在最前端，以便于防敌打击；配送无人机和电子对抗机协同配送时，电子对抗机一般编设在无人机配送群外侧，以防止敌方的电子干扰；配送无人机和控制机协同配送时，无人机配送应围绕在控制机周围并取平均路径最短的编队设计。

6 结语

无人机配送在未来战时物资保障中将成为必不可少的中坚力量，通过本文论述的无人机配送优势、基本原则、基本构想和配套措施，能为在“最后一公里”的军队物资保障提供理论指导。无人机配送未来的实际应用必须突破许多技术瓶颈，构造与之功能需求相符的人工智能，形成以信息网络为基础的规范标准平台，努力完成能融入整个军事物流配送体系的后勤保障要求。