DARPA“进攻性蜂群使能战术（OFFSET）”项目发展情况

　　导 读

　　2017年1月27日，DARPA发布了“进攻性蜂群使能战术”（OFFSET）项目的跨部门公告（BAA）初稿，2月15日发布正式稿，目的是开发和验证适用100种以上的无人空中和/或地面机器人组成的蜂群战术，同时开发小型空中无人机和地面机器人，能够以250个或更多数量进行蜂群行动，帮助人类部队在复杂的城市环境中完成各种各样的任务。DARPA希望利用Unity 3D、Unreal等游戏开发平台软件来创建虚拟但真实的蜂群作战场景；并建立类似游戏世界的社群交互，鼓励用户提交高质量的蜂群战术。OFFSET项目为期42个月，包含6个一年两次的能力实验。项目第一阶段为期18个月，第二、第三阶段分别为期12个月。

　　“进攻性蜂群战术”项目内容和目标度量

　　项目概况

　　美军部队当前缺乏管理无人蜂群并与之交互的技术，也缺乏快速形成并共享各种蜂群战术以适应不同城市环境的方法。为克服这些挑战，提高小规模部队在城市环境中的作战效力，DARPA启动了OFFSET项目，以提升部队的防御、火力、精确打击效果及“情报、监视与侦察”（ISR）能力。

　　蜂群技术关键使能领域主要包括蜂群自主性、人-蜂群编队、蜂群感知、蜂群组网和蜂群后勤。其中，蜂群自主性涵盖实现智能移动、决策以及与环境交互的各种自适应、复杂的集体行为；人-蜂群编队强调的是蜂群系统行为交互、相互影响和推断的需求和能力；蜂群感知包含信息的大规模、分布式和分散感知、融合与提炼；蜂群组网是对分发信息的自适应、弹性、碎片式共享和存储；蜂群后勤解决的是硬件和软件的使用、支持以及大规模系统的维护。

　　蜂群战术利用蜂群系统的独特属性来实现战术优势。OFFSET项目的基本前提是蜂群系统的潜力尚未被充分开发和实现。充分利用蜂群系统潜力的蜂群战术将带来颠覆性的蜂群能力优势。将“蜂群战术”作为OFFSET的关注重点是为更清晰及直观地抓住指挥官的意图，并降低认知性阻抗失配。

　　项目的重点放在蜂群自主性和人-蜂群编队这两个领域，并强调蜂群能力发展基础要素——“蜂群战术”。下图是以蜂群战术为中心的框架，传统的自下而上的方法在作战人员需求与所开发的蜂群战术之间存在缺口，而关注蜂群战术的自上而下的方法把作战人员需求作为蜂群能力进步的驱动力。

　　传统的自下而上的方法（左）以群策略为重点的自上而下的方法（右）

　　作战人员需求直接受蜂群任务支配；蜂群算法奠定了蜂群简单功能（或称“技能”）的基础；这些功能组合起来形成蜂群基本行为（swarm primitive）（或称“集体行为”）；蜂群战术作为OFFSET的核心，通过按顺序或同步编排这些蜂群基本行为，催生出作战相关、可实现战术目标的蜂群系统能力。虽然蜂群系统非常有助于实施现有的战术，比如隔离与肃清建筑物内之敌，火力压制，确保侧翼安全等，但OFFSET倾向于形成创新的蜂群战术，为未来蜂群能力运用创造新机遇。

　　项目内容

　　OFFSET的目标是群体系统的设计，开发和演示架构–在逼真的基于游戏的环境中进行编码，并体现在物理集群中自主平台-推进新型群体的创新、互动和整合策略。如果成功的话，OFFSET将产生：一个先进的蜂群系统，包含一个经过验证的能够实现群策略的蜂群软件架构和高级群接口；一个用于大量实验的物理蜂群系统试验台；以及强大的开发人员和用户社区，以持续参与蜂群系统功能的提升工作。

　　“进攻性蜂群使能战术”蜂群系统框架以三个互相协同且彼此交叉的要素为核心：从蜂群使用中发现新蜂群战术（创新）；创建新方法使蜂群操作员获得丰富且直观的感受（交互）；将蜂群能力快速集成到蜂群系统中（集成）。

　　OFFSET Swarm系统架构的三个关键方面，统一了群体策略在创新、交互和集成方面的协同作用

　　定义OFFSET蜂群系统架构蜂群系统架构包含两个底层架构：个体架构与群体架构。个体架构应定义一种可扩展的软件框架，让单个无人系统可利用局部感知、计算和驱动资源来理解、决定及行动。群体架构体现个体与个体之间的能力，以及蜂群与指挥方面的交互。OFFSET蜂群生态系统社群的创立与建设将是成功的关键。OFFSET蜂群生态系统参与方包括：蜂群系统集成商、第三方开发商或/和用户、政府团队。OFFSET项目衡量标准OFFSET重点关注蜂群战术及其在推进蜂群自主性、人与蜂群编队等蜂群使能能力方面发挥的作用。

　　空中和地面自主蜂群系统的目标能力

　　项目发展动态

　　“进攻性蜂群使能战术”项目包含五个核心“蜂群冲刺”，每6个月进行一次，主要聚焦以下5个领域：蜂群战术、蜂群自主性、人-蜂群编队、虚拟环境以及物理测试平台。

　　（1）2017年10月，美国防高级研究计划局启动首个“蜂群冲刺”活动，目标是开发蜂群战术，支持由50个异构无人系统在两个街区、15～30分钟内封锁一个目标。涉及的蜂群战术包括：侦察作战区域、绘制作战区域地图、识别作战区域的出入口、识别/定位/追踪目标、维持侧翼和后方安全、定位/识别/对抗敌方火力、实施伪装或诱骗、与己方机动力量保持通信、部署传感器网络、标定进入和退出点等。2018年2月，作为项目第一阶段主要承包商，诺格公司推出第一个开放架构式蜂群战术试验台，来设计、开发和部署一种基于游戏环境和物理试验台的开放式架构的蜂群系统。2018年3月，承包商雷神公司研发：视觉界面，通过“拖-放”方式产生和处理蜂群战术；可以评估无人蜂群战术的基于游戏的模拟器；无人蜂群物理测试平台。

　　（2）2018年3月，“蜂群冲刺”2启动，主题是蜂群自主，开发和集成系统使能要素，以实现增强型蜂群自主，包括软硬及相关的蜂群战术、蜂群基元和蜂群算法。

　　（3）2018年10月，“蜂群冲刺”3启动，包含两个研究领域。一是人-蜂群编队的革新，设计、开发并演示新的编队模式，以增加人与自主蜂群的交互方式（如控制器、手势或语音），使蜂群系统更加了解人类指挥员进行城市作战时的认知、生理与情境需求。二是蜂群战术库的扩充，研究新的蜂群战术，以扩充蜂群战术库，利用异构空中和地面机器人的多样化蜂群。

　　（4）2019年3月，“蜂群冲刺”4启动，包括两个主题：一是在虚拟环境中开发综合技术，如分布式“透明墙”传感器、被动蜂群通信或增强传感器/计算阵列。这些技术可以是已有原型的近期进展，也可以是概念性的、但具有物理基础的远期想法。二是在增强虚拟环境中应用人工智能框架来发现、学习和强化新型蜂群战术。

　　（5）2019年9月，“蜂群冲刺”5启动，主要研究两个主题：一是支持城市任务的作战蜂群战术，二是创新技术的原型设计以及与物理蜂群系统试验床的集成。主要侧重物理测试床的改进，集成到蜂群系统试验台的潜在新技术包括但不限于：蜂群传感器、蜂群应用技术、蜂群通信方法、模块化平台和蜂群操纵机制。

　　2020年1月，DARPA宣布“进攻性群发战术”（OFFSET）计划进行了第三次野外实验。场地试验中，团队部署了无人机与无人车，以演示验证OFFSET在城市地区的突袭战术。在试验的交互式城市突袭场景中，蜂群系统集成供应商团队将其设备部署在空中和地面，按照DARPA设计的任务要求，在Shelby联合部队训练中心的联合兵种集体训练设施建筑物中寻找多个感兴趣的模拟物品。

　　OFFSET项目蜂群任务的初始阶段是收集有关城市作战区域的情报。在场地试验场景中，AprilTags（机器人学中常用的一种二维条码）被放置在建筑物上和整个城市环境中，以表示需要进一步调查或危险从而避免或确保安全的感兴趣项目。当蜂群转发从标签中获取的信息时，人类蜂群战术专家自适应地使用他们的团队开发的各种蜂群战术来隔离和保护包含已识别物品的建筑物。同时，独立的次级蜂群也经常被指派维持态势感知和继续观察周围环境。本次试验设置的复杂场景旨在激励和激发大规模异构机器人团队执行这些不同的任务。

　　项目特点分析

　　（1）“进攻性蜂群使能战术”项目可有效提升地面部队在复杂城市环境中的作战效率

　　项目以“蜂群战术”研究为核心，发展蜂群自主性和人-蜂群编队技术来支撑战术的实施。其中，蜂群自主技术将支撑无人系统的智能移动、决策和与环境互动的适应能力，人-蜂群编队技术则增强人与蜂群系统的交互协同能力，可以及时控制和推断蜂群系统的行为表现。同时，项目强调发展分布式、功能分散的无人蜂群，不像目前大多数美国陆军部队常见的一些昂贵的无人机，蜂群完全可以由低成本无人机构成，成百架的无人机中损失许多个体，对完成任务的能力几乎没有影响。目前蜂群更多的是执行情报、监视和侦察、建立通信网络等任务，它的使用将极大提升地面部队城市作战的效率和人类生存力，同时推动无人蜂群作战概念的发展和作战样式多样化。

　　（2）“进攻性蜂群使能战术”项目有可能支撑“马赛克战”情报监视侦察和通信能力

　　“马赛克战”概念希望构建快速、可扩展和自适应杀伤网，形成海、陆、空、天、网络的跨域协同、分布式、动态的作战体系，而稳定的网络通信和信息共享是关键。该项目发展的高度自主的蜂群系统很有可通过装备各种传感器或者信息系统，分别用于地面城市等复杂环境的情报、监视和侦察任务或者作为通信节点，保证态势信息的实时共享和各平台之间的正常通信，以支撑“马赛克战”的地面与空中作战部队。

　　（3）“进攻性蜂群使能战术”项目结束后很可能过渡到陆军，支撑陆军蜂群技术发展

　　美陆军未来司令部战斗能力发展司令部指挥、控制、通信、计算机、网络、情报监视侦察（C5ISR）中心正在探索使用无人空中和地面蜂群作战，以增强陆军小型部队的任务指挥能力。在陆军的这个项目中，自主蜂群的目标是对人类能力进行补充，而不是彻底取代人类能力。美陆军希望利用蜂群技术将多个自主系统组成可以相互协调的作战单元，使小型单位能够快速实施有人-无人平台编队（MUM-T），帮助地面部队执行耗时或危险的任务，并指出利用蜂群技术将无人机和无人地面车辆组合起来，将非常适合城市、森林或洞穴等难以机动的环境。传统的军队编队无法在快速机动的同时向几千米外作战单位发送数据，但蜂群可以在快速机动的同时跟踪特定的目标。陆军与“进攻性蜂群使能战术”项目的目标非常符合，后者阶段性成果很有可能支撑美陆军蜂群技术研究。

　　项目总结

　　OFFSET项目的目标聚焦蜂群战术创新、交互和集成。在基于游戏的环境中，利用基于工业标准、开放源代码游戏引擎实现的可扩展软件架构，为城市作战的无人蜂群系统生成、评估和集成蜂群战术，提升城市无人作战蜂群系统的任务完成能力。这种环境提供一种虚拟现实世界，在这样的世界中，可广泛利用和扩展城市作战场景。

　　OFFSET蜂群系统架构包含个体架构与群体架构。个体架构应定义一种可扩展的软件框架，让单个无人系统可利用局部感知、计算和驱动资源进行理解并实施决策和行动。群体架构体现个体与个体之间的能力，以及蜂群与指挥方面的交互。

　　DARPA开展“进攻性蜂群使能战术”项目，重点研究蜂群自主性和人-蜂群编队技术，以支撑和丰富蜂群能力发展基础要素——“蜂群战术”。“进攻性蜂群使能战术”项目一旦实现，将大幅提升地面部队在城市等复杂环境中作战的效率，不断推动蜂群作战概念的发展。

　　主要参考资料

　　[1].“进攻性蜂群战术”项目内容和目标

　　[2].OFFensive Swarm-Enabled Tactics(OFFSET)

　　[3].OFFensive Swarm Enabled Tactics(OFFSET)BAA

　　[4].DARPA启动OFFSET项目开启创新无人蜂群战术

　　[5].DARPA“进攻蜂群使能战术”目授予第二轮“冲刺”合同，同时寻求第三轮“冲刺”建议书

　　[6].DARPA开展“进攻性蜂群使能战术”项目第三轮外场试验

　　[7].“进攻性蜂群使能战术”项目推进无人蜂群能力发展分析