推荐！【蜂群系统概念】译文《蜂群的定义：开发北约术语的挑战》北约2022最新报告

2022 年 9 月 15 日 专知

1 引言

近年来，"蜂群 "和 "构建蜂群"是无机组系统界最普遍的流行语之一，不仅包括航空器，还包括陆地、海洋、水面以及水下的无人系统。然而，什么是蜂群，或者它需要拥有哪些基本能力，还没有正式定义。北约的无机组飞行器社区最近开始为上述术语制定定义，以最终正式确定各自的术语供官方使用，但由于不同社区对什么是蜂群有不同的解释和观点，很快就陷入了困境。因此，以空中为中心的定义可能不太适合于其他领域。

本文旨在概述挑战，并在讨论未来 "蜂群 "的定义及其在无人飞行器背景下的相关术语提供思考素材。

2 定义的目的

每个术语的定义都需要满足一个目的；否则，它就没有意义，也不需要被定义。例如，遥控飞机（RPA）被定义为 "由经过培训和认证的飞行员控制的无人驾驶飞机[......]，其标准与有人驾驶飞机的飞行员相同。"因此，使用RPA一词表明操作飞机需有一定程度的飞行员资格要求。以同样的方式，需要同意该定义是为哪些条件和目的服务的，即在哪些情况下需要它。

定义 "蜂群 "所面临的挑战是，适用的用途差别很大，一种用途的定义参数可能与另一种用途不相关。为了概述这一挑战，下面介绍了一些例子。

作业用途。使用蜂群来实现军事效果是基于需要解决的军事问题。只有当蜂群功能与其他解决方案相比能带来军事利益时才会被采用。所期望的效果在本质上将符合能力要求的定义，因此，需在采购者的法律框架内。实战化蜂群技术并按照适用的国家和联盟立法、交战规则以及战术、技术和程序进行操作，可能需要一个定义，该定义提供了关于军事能力、远程操作模式、指挥和控制手段以及人类互动程度的说明。

开发者用途。需要充分了解潜在的蜂群功能，以便从开发者的角度确定军事使用的好处。开发蜂群技术和实现蜂群行为的正确执行可能需要复杂的自主性和人工智能应用水平，使人类能够将蜂群作为一个整体进行操作，但不需要（甚至不允许）控制任何单独的蜂群实体。因此，这种用途的定义可能集中在自主性水平、其在硬件和软件中的技术实现以及蜂群功能在其系统中的适应性。

反蜂群用途。在观察和防御蜂群时，自主性水平或指挥和控制手段并不那么重要。从这个角度来看，实体的数量、它们的观察行为以及它们假定的蜂群能力是最相关的问题，因此也是决定性的因素，不管蜂群实体是人工控制还是自主操作。识别一个较大的实体群是否有资格成为蜂群的挑战随着展示的蜂群行为的复杂性而增加。

在其他情况下，"蜂群 "一词的定义可能需要偏离或替代，以达到其目的。为了解决这个难题，有两个选择。首先，为每一种用途制定多个定义，其次，找到一个可以服务于所有（或至少是大多数）用途的共同标准。由于多种定义有可能在不同的用户群体之间造成混淆和误解，因此第二种选择更受欢迎。每个用户群体以后可以将其具体要求作为子类别术语附加到一般定义中，类似于RPA，它是 "非螺旋桨飞机 "这一总体定义下的一个子类别。

3 共同标准

这就给我们带来了一个挑战，即为总体的蜂群定义确定一个共同标准。通过观察蜂群，特别是其行为，可以发现共同点，不管它是由空中、陆地还是海上的无人系统组成，也不管蜂群的行为是实际执行的还是只是被感知的。因此，一个总体的定义应该从蜂群的外部外观和视觉感知开始，而不是关注其内部运作。后者可以用子类术语来涵盖和区分。

4 蜂群行为

在开源研究中，有许多关于蜂群行为的定义，但它们主要描述的是同一个概念，通常将蜂群智能作为一个前提条件。例如:

"蜂群是大量个体组织成协调运动的现象。仅仅利用环境中他们所掌握的信息，他们就能聚集在一起，集体移动或向一个共同的方向迁移"。
"蜂群智能是对分散的、自组织的系统的研究，这些系统能够以协调的方式快速移动"。
"在蜂群机器人学中，多个机器人通过形成类似于在自然系统中观察到的有利结构和行为来集体解决问题，如蜜蜂群、鸟群或鱼群"。
"蜂群智能源于动物的自然蜂群行为，可以定义为相同大小的动物表现出的集体行为，聚集在一起解决对其生存至关重要的问题。蜂群智能可以被定义为简单代理群体的新兴集体智能"。

上述所有定义的共同点是形成蜂群的个体的 "协调运动"。集体智能也被提到是实现这种行为的关键因素；然而，观察者将无法确定蜂群的协调运动是基于集体智能还是通过其他控制手段。因此，在总体定义中，集体智能是一个需要考虑的次要属性，需要由后续术语来涵盖。值得注意的是，未来的技术，包括人工智能和机器学习应用，可能使观察者能够确定一大群实体是否拥有可能造成更大威胁的额外蜂群功能。因此，"集体智能"或类似的可识别的蜂群功能可能被纳入定义中。