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文檔簡介
多域協(xié)同無人系統(tǒng)應(yīng)用與標準體系構(gòu)建1.文檔簡述 21.1研究背景與意義 21.2研究目標與內(nèi)容 21.3研究方法與技術(shù)路線 52.多域協(xié)同無人系統(tǒng)概述 62.1多域協(xié)同的定義與特點 62.2多域協(xié)同無人系統(tǒng)的類型與分類 92.3多域協(xié)同無人系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 3.多域協(xié)同無人系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析 3.1感知與定位技術(shù) 3.2通信與數(shù)據(jù)鏈路技術(shù) 3.3控制與決策技術(shù) 3.4自主導(dǎo)航與路徑規(guī)劃技術(shù) 4.多域協(xié)同無人系統(tǒng)標準體系構(gòu)建 224.1標準體系框架設(shè)計 4.2關(guān)鍵技術(shù)標準制定 4.3應(yīng)用標準開發(fā)與推廣 4.4標準體系優(yōu)化與更新 在此趨勢下,構(gòu)建一套科學(xué)、系統(tǒng)、全面的多域協(xié)同無人系統(tǒng)應(yīng)用與標準體系,對于提升無人系統(tǒng)的整體效能、保障信息安全、促進產(chǎn)業(yè)文明、規(guī)范市場行為具有重要的現(xiàn)實1.2研究目標與內(nèi)容本章節(jié)旨在明確“多域協(xié)同無人系統(tǒng)應(yīng)用與標準體系構(gòu)建”的核心研究目的,并對具體的研宄內(nèi)容加以闡述。通過系統(tǒng)化分析與應(yīng)用場景的深入挖掘,期望能夠形成一套完整的、可操作的多域協(xié)同無人系統(tǒng)應(yīng)用標準和規(guī)范,為推動我國無人系統(tǒng)領(lǐng)域的健康發(fā)展提供有力支撐。(1)研究目標本研究致力于實現(xiàn)以下四大目標:●目標一:全面梳理和分析多域協(xié)同無人系統(tǒng)的應(yīng)用需求,為構(gòu)建科學(xué)合理的標準體系奠定基礎(chǔ)?!つ繕硕荷钊胩骄慷嘤騾f(xié)同無人系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸,推動相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)·目標三:研究提出一套涵蓋多領(lǐng)域、多層次、全方位的多域協(xié)同無人系統(tǒng)標準體●目標四:制定一批關(guān)鍵領(lǐng)域的標準規(guī)范,并推動其在實際應(yīng)用中的落地實施。(2)研究內(nèi)容為實現(xiàn)上述研究目標,本研究將圍繞以下五個方面展開深入探討:研究方向具體研究內(nèi)容應(yīng)用需求1.不同應(yīng)用場景下多域協(xié)同無人系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能需求。2.多域協(xié)同無人研究方向具體研究內(nèi)容分析系統(tǒng)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用潛力與市場需求。3.各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Χ嘤騾f(xié)同無人系統(tǒng)的安全性和可靠性要求。關(guān)鍵技術(shù)瓶頸研究1.多域協(xié)同態(tài)勢感知與信息融合技術(shù)。2.多域協(xié)同決策與控制技術(shù)。3.多域協(xié)同通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。4.多域協(xié)同任務(wù)規(guī)劃與優(yōu)化技術(shù)。標準體系1.多域協(xié)同無人系統(tǒng)標準體系框架的頂層設(shè)計。2.各層級標準的分布與銜接關(guān)系。3.標準體系與現(xiàn)有國家、行業(yè)標準的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。關(guān)鍵標準規(guī)范制定1.多域協(xié)同無人系統(tǒng)通用技術(shù)標準。2.多域協(xié)同無人系統(tǒng)集成與互操作性標準。3.多域協(xié)同無人系統(tǒng)安全保障標準。4.典型應(yīng)用場景的專項標準。標準實施與應(yīng)用推廣1.標準宣貫與培訓(xùn)體系建設(shè)。2.標準實施效果評估與反饋機制。3.標準推廣應(yīng)用策略與措施。通過對上述研究內(nèi)容的系統(tǒng)攻關(guān),將形成一套完善的“多系統(tǒng)的關(guān)鍵需求和使用場景,同時制定系統(tǒng)性能與功能性指標的基準,確立研究的對比與評價基礎(chǔ)。2.技術(shù)路徑比較與優(yōu)化:對現(xiàn)有的多域協(xié)同無人系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)路徑進行文獻回顧與案例分析,識別技術(shù)優(yōu)勢與局限。采用多要素評估法,如技術(shù)成熟度、成本效益、適用性等,對各類技術(shù)路徑進行優(yōu)劣對比與資源優(yōu)化配置討論。3.標準體系構(gòu)建與場景標準化:參考國際標準以及行業(yè)最佳實踐,搭建集成的標準體系框架。針對多域協(xié)同帶來的復(fù)雜性,設(shè)計多維度的標準模型,涵蓋規(guī)范體系、安全標準、性能評價標準等,確保標準的全面性與適用性。4.試驗驗證與用戶反饋:通過仿真環(huán)境搭建多域協(xié)同無人系統(tǒng)的模擬平臺,以模擬真實條件下的應(yīng)用場景。通過實驗驗證新標準指導(dǎo)下的多域協(xié)同效能,同時收集用戶反饋意見,優(yōu)化標準內(nèi)容與應(yīng)用方法。5.政策引導(dǎo)與產(chǎn)業(yè)推動:將研究成果向相關(guān)政策制定機構(gòu)提供參考,為政策引導(dǎo)與行業(yè)推進提供科學(xué)依據(jù)。同時增強政府與企業(yè)間的深度合作,鼓勵產(chǎn)業(yè)界采納推薦標準,并促進多域協(xié)同無人系統(tǒng)的生態(tài)協(xié)同發(fā)展。6.國際合作與行業(yè)交流:加強與國際同行的學(xué)術(shù)與技術(shù)交流,參與國際相關(guān)標準的編制與修訂工作,促進研究成果的國際推廣與應(yīng)用。同時定期組織行業(yè)研討會與技術(shù)峰會,強化行業(yè)內(nèi)的開放合作與知識共享。多域協(xié)同無人系統(tǒng)是指由多個不同作戰(zhàn)域(如陸、海、空、天、網(wǎng)、電磁等)的無人系統(tǒng),通過先進的信息、通信、控制等技術(shù),實現(xiàn)跨域信息共享、任務(wù)協(xié)同、資源整合與行動統(tǒng)一的復(fù)雜a。其核心在于打破傳統(tǒng)作戰(zhàn)域的界限,形成跨域融合、反應(yīng)靈敏、適應(yīng)力強的整體作戰(zhàn)能力。具體而言,多域協(xié)同無人系統(tǒng)應(yīng)用與標準體系構(gòu)建可以從以下幾個方面進行理解:1.跨域融合:多域協(xié)同強調(diào)不同作戰(zhàn)域的無人系統(tǒng)在信息、平臺、作戰(zhàn)模式等方面的融合,形成一體化作戰(zhàn)能力。2.信息共享:不同域的無人系統(tǒng)通過統(tǒng)一的信息共享平臺,實現(xiàn)實時信息的交互與共享,為協(xié)同決策提供支撐。3.任務(wù)協(xié)同:多域協(xié)同無人系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)需求,動態(tài)分配和調(diào)整各域無人系統(tǒng)的任務(wù),實現(xiàn)跨域任務(wù)的有機銜接。數(shù)學(xué)上,多域協(xié)同無人系統(tǒng)可以表示為:示第(i)個作戰(zhàn)域與第(j)個作戰(zhàn)域之間的信息共享關(guān)系。(2)特點多域協(xié)同無人系統(tǒng)具有以下顯著特點:特點描述跨越傳統(tǒng)作戰(zhàn)域界限,實現(xiàn)不同域的無人系統(tǒng)之間的協(xié)同作戰(zhàn)。通過統(tǒng)一的信息平臺,實現(xiàn)跨域信息的實時共享與處理。動態(tài)協(xié)同根據(jù)任務(wù)需求,動態(tài)調(diào)整各域無人系統(tǒng)的任務(wù)分配與行智能化依賴人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù),實現(xiàn)智能化的決策與控高靈活能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的作戰(zhàn)環(huán)境,靈活調(diào)整作戰(zhàn)策略。2.1跨域性跨域性是多域協(xié)同無人系統(tǒng)的核心特征,它打破了傳統(tǒng)作戰(zhàn)域的防護壁壘,使不同域的無人系統(tǒng)能夠在統(tǒng)一的指揮體系下進行協(xié)同作戰(zhàn)。這種跨域性不僅體現(xiàn)在物理空間上,還體現(xiàn)在信息空間、認知空間等多個維度上。2.2信息融合信息融合是多域協(xié)同無人系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高效協(xié)同的關(guān)鍵,通過建立統(tǒng)一的信息共享平臺,不同域的無人系統(tǒng)可以實時共享態(tài)勢信息、任務(wù)指令、環(huán)境數(shù)據(jù)等,從而實現(xiàn)全息化的態(tài)勢感知和智能化的決策支持。2.3動態(tài)協(xié)同動態(tài)協(xié)同是多域協(xié)同無人系統(tǒng)靈活應(yīng)對戰(zhàn)場環(huán)境變化的重要保障。根據(jù)任務(wù)需求和戰(zhàn)場態(tài)勢的變化,指揮系統(tǒng)可以動態(tài)調(diào)整各域無人系統(tǒng)的任務(wù)分配和行動策略,實現(xiàn)靈活高效的協(xié)同作戰(zhàn)。智能化是多域協(xié)同無人系統(tǒng)的核心驅(qū)動力,依賴人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù),多域協(xié)同無人系統(tǒng)可以實現(xiàn)智能化的態(tài)勢感知、目標識別、路徑規(guī)劃、決策支持等功能,從而提高作戰(zhàn)效率和作戰(zhàn)能力。2.5高靈活高靈活是多域協(xié)同無人系統(tǒng)的重要特征,它能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的作戰(zhàn)環(huán)境,靈活調(diào)整作戰(zhàn)策略和行動模式,從而在復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境中保持作戰(zhàn)優(yōu)勢。多域協(xié)同無人系統(tǒng)具有跨域性、信息融合、動態(tài)協(xié)同、智能化和高靈活等特點,這些特點使得多域協(xié)同無人系統(tǒng)成為未來戰(zhàn)爭中不可或缺的重要力量。2.2多域協(xié)同無人系統(tǒng)的類型與分類隨著技術(shù)的不斷進步,無人系統(tǒng)已從單一領(lǐng)域向多領(lǐng)域協(xié)同應(yīng)用發(fā)展,形成了一系列不同類型的多域協(xié)同無人系統(tǒng)。這些系統(tǒng)根據(jù)不同的應(yīng)用場景、任務(wù)需求和技術(shù)特點,可以劃分為多種類型。下面將對多域協(xié)同無人系統(tǒng)的類型與分類進行詳細闡述。(1)類型1.偵察與打擊協(xié)同無人系統(tǒng):此類系統(tǒng)集偵察、情報收集、目標定位與打擊功能于一體,廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)場偵察、反恐維穩(wěn)等領(lǐng)域。2.運輸與物流協(xié)同無人系統(tǒng):主要用于物資運輸、快遞配送等物流領(lǐng)域,通過無人機、無人車等實現(xiàn)高效、智能的物流運輸。3.環(huán)境監(jiān)測與保護協(xié)同無人系統(tǒng):應(yīng)用于環(huán)境保護、災(zāi)害監(jiān)測、氣象觀測等領(lǐng)域,通過無人系統(tǒng)對環(huán)境進行實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。4.農(nóng)業(yè)無人系統(tǒng):用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的無人系統(tǒng),包括無人機植保、智能灌溉等,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。(2)分類根據(jù)技術(shù)特點和系統(tǒng)組成,多域協(xié)同無人系統(tǒng)可以進一步細分為以下類別:分類維度類別舉例描述系統(tǒng)規(guī)模小型無人系統(tǒng)(如消費級無人機)、大型無人系統(tǒng)(如無人直升機、無人機群)根據(jù)無人系統(tǒng)的尺寸、載荷和飛行能力等進行分類。應(yīng)軍事無人系統(tǒng)、民用無人系統(tǒng)分類維度類別舉例描述用領(lǐng)域系統(tǒng)主要用于軍事偵察、打擊等任務(wù),民用無人系統(tǒng)則廣泛應(yīng)用于物流、環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。協(xié)同方式單機作業(yè)無人系統(tǒng)、多機協(xié)同無人系統(tǒng)作業(yè)無人系統(tǒng)獨立完成任務(wù),多機協(xié)同無人系統(tǒng)通過多機協(xié)同完成復(fù)雜任務(wù)。控制系統(tǒng)自主式無人系統(tǒng)、遙控式無人系統(tǒng)、半自主半遙控式無人系統(tǒng)根據(jù)無人系統(tǒng)的控制方式分類,自主式無人系統(tǒng)具有自主決策能力,遙控式無人系統(tǒng)通過地面控制站進行遠程控制,半自主半遙控式無人系統(tǒng)則結(jié)合了前兩者的特點。形成了復(fù)雜而完善的無人系統(tǒng)體系。在實際應(yīng)用中,需要根據(jù)任務(wù)需求、環(huán)境條件和資源限制等因素,選擇適合的無人系統(tǒng)類型與類別。在多域協(xié)同無人系統(tǒng)中,不同領(lǐng)域的專家和研究人員可以共同合作,以解決復(fù)雜問題。這些應(yīng)用領(lǐng)域包括但不限于:域描述交通管理利用多傳感器信息(如攝像頭、雷達等)來檢測車輛行為,并基于此進行智能醫(yī)療健康通過遠程醫(yī)療技術(shù),將醫(yī)生的知識和經(jīng)驗擴展到偏遠醫(yī)療服務(wù)的人群。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)利用無人機進行精準農(nóng)業(yè),通過精確施肥、噴灑農(nóng)藥等方式,減少浪費,提高護通過遙感技術(shù)監(jiān)測環(huán)境變化情況,預(yù)測自然災(zāi)害并制據(jù)用于科學(xué)研究。3.多域協(xié)同無人系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析3.1感知與定位技術(shù)(1)感知技術(shù)概述(2)傳感器技術(shù)傳感器類型優(yōu)勢應(yīng)用場景光學(xué)傳感器高分辨率、非接觸式測量視覺導(dǎo)航、目標識別紅外傳感器無需光照、抗干擾能力強熱成像導(dǎo)航、生命體征監(jiān)測雷達傳感器全天候、全天波段工作路徑規(guī)劃、避障高精度距離測量、三維信息獲取(3)信號處理技術(shù)(4)數(shù)據(jù)融合技術(shù)(2)定位技術(shù)概述術(shù)主要包括基于全球定位系統(tǒng)(GPS)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)以及地磁場定慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)是一種通過測量慣性測量單元(IMU)的加速度和角速度數(shù)據(jù),(5)地磁場定位技術(shù)(4)多源感知與定位融合技術(shù)3.2通信與數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)(1)技術(shù)概述戰(zhàn),因此通信與數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)必須具備高可靠性、抗干擾性、低延遲和高帶寬等特性。本節(jié)將重點探討適用于多域協(xié)同無人系統(tǒng)的通信與數(shù)據(jù)鏈路關(guān)鍵技術(shù),包括通信體制、數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議、抗干擾技術(shù)等。(2)通信體制通信體制是指數(shù)據(jù)在通信系統(tǒng)中傳輸?shù)姆绞?,主要包括調(diào)制方式、編碼方式和多址接入方式。對于多域協(xié)同無人系統(tǒng),選擇合適的通信體制對于提高通信效率和系統(tǒng)性能至關(guān)重要。2.1調(diào)制方式調(diào)制方式?jīng)Q定了信號在信道中的傳輸效率和解調(diào)性能,常用的調(diào)制方式包括幅度調(diào)制(AM)、頻率調(diào)制(FM)和相位調(diào)制(PM),以及更先進的正交幅度調(diào)制(QAM)和相移鍵控(PSK)。在多域協(xié)同無人系統(tǒng)中,通常采用QAM和PSK調(diào)制方式,因為它們具有較高的頻譜效率和抗干擾能力。調(diào)制方式符號速率(bps/Hz)抗干擾能力應(yīng)用場景1高遠距離通信2較高中距離通信4中近距離通信6低高數(shù)據(jù)率應(yīng)用2.2編碼方式編碼方式用于提高信號的抗干擾能力和糾錯能力,常用的編碼方式包括前向糾錯 (FEC)編碼和自適應(yīng)編碼調(diào)制(ACM)技術(shù)。FEC編碼通過在數(shù)據(jù)中此處省略冗余信息,使得接收端能夠在一定程度的噪聲干擾下恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。ACM技術(shù)則根據(jù)信道質(zhì)量動態(tài)調(diào)整調(diào)制方式和編碼率,以實現(xiàn)最佳的通信性能。2.3多址接入方式多址接入方式包括頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)和正交頻分(3)數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議802.11系列(Wi-Fi)、LTE和衛(wèi)星通信等。在多域協(xié)同無人系統(tǒng)中,通常采用衛(wèi)星通信3.2數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議包括幀結(jié)構(gòu)、流量控制和錯誤檢測HDLC、PPP和LTE的MAC層協(xié)議(4)抗干擾技術(shù)4.1自適應(yīng)調(diào)零擾能力。頻率捷變的時間間隔和頻率范圍需要根據(jù)具體的作力和安全性。常用的擴頻技術(shù)包括直接序列擴頻(DSSS)和跳頻擴頻(FHSS)等。(5)總結(jié)3.3控制與決策技術(shù)(1)系統(tǒng)感知與信息處理(2)決策與規(guī)劃(3)控制與執(zhí)行·力/力矩控制:針對執(zhí)行器(如電機、液壓缸等),實現(xiàn)精確的力/力矩控制。(4)通信與協(xié)同(1)自主導(dǎo)航技術(shù)點完成。目前主流的自主導(dǎo)航技術(shù)有慣性導(dǎo)航技術(shù)、視覺導(dǎo)航技術(shù)、雷達導(dǎo)航技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航技術(shù)。1.1慣性導(dǎo)航技術(shù)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS,InertialNavigationSystem)是一種自主式導(dǎo)航,完全依靠自身攜帶的傳感器而無需其他外來信息的配合,即可以自行完成導(dǎo)航定位的整套工作。由于INS完全以自身能夠感知物體運動狀態(tài)的機械設(shè)備進行運作,不受外界影響,具有極大的自主性和獨立性。同時INS長期觀測的運動數(shù)據(jù)能夠累積,從中獲得精確的位置、速度和姿態(tài)信息。當使用全球定位系統(tǒng)(GPS,GlobalPositioningSystem)失效時,基于陀螺儀、加速度計和計算機等器件構(gòu)成的INS將成為唯一能夠保持導(dǎo)航精度的手段。比較理想的導(dǎo)航設(shè)備是三軸陀螺+三軸加速度計+電子羅盤+二維碼航跡約束系統(tǒng)+GPS組合而成的捷聯(lián)式INS技術(shù)。其中IMU采集數(shù)據(jù)(如內(nèi)容所示)方式有三種,即零位置方式、陀螺固定方式和加速度固定方式。img3-9慣性導(dǎo)航技術(shù)數(shù)據(jù)采集方法示意內(nèi)容位置導(dǎo)航誤差主要來源于IMU平臺和傾角儀的誤差。目前,慣性導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合其他導(dǎo)航系統(tǒng)多種傳感器融合技術(shù),將傳統(tǒng)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航與差分全球定位系統(tǒng)(DGPS,DifferentialGPS)結(jié)合組成慣性全球定位導(dǎo)航(IGPS,IntegratedGPSbyInertia)1.2無線導(dǎo)航技術(shù)在大型作戰(zhàn)機器人領(lǐng)域,還有視覺導(dǎo)航和雷達導(dǎo)航2種方式。后者包括紅外雷達、微波雷達和激光雷達。另外機器人項目較有前景的是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行導(dǎo)航,計算機網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航由無線由定位基站和航跡規(guī)劃控制綜合而成。無線定位基站是網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航探測信息的傳感器,部署在機器人工作的空間中,為同一工作區(qū)域的復(fù)合無人系統(tǒng)提供共同跳板。(2)路徑規(guī)劃技術(shù)自主航行器采取基于環(huán)境送餐任務(wù)的路徑規(guī)劃技術(shù)(如內(nèi)容所示),主要包括行動表調(diào)度算法、局部規(guī)律避障算法和社會力模型。img3-10自主航行器的路徑規(guī)劃技術(shù)在行動表基礎(chǔ)調(diào)度算法中,采取基于行動表任務(wù)的自主清理文章的路徑規(guī)劃策略,該策略能夠依據(jù)自主清理或保存文章的進程調(diào)度工作列表和相鄰工作之間的工作時間等,實現(xiàn)自主清理或文章路徑的實時控制。在局部規(guī)律避障算法中,在自主清理或這篇文章的任務(wù)任務(wù)中主動避開障礙點。對于忿到這些障礙點時自主旋轉(zhuǎn)和行進以避開,確保自主清理工作不中斷。通過社交力模型,觀眾的自主清理與巡視文章之間通過社會力交互,此時自主清理工作停止并自動逼近其他管理人員巡視文章。概而言之,基于自主清理或保留文章的路徑規(guī)劃算法,結(jié)合知識本體模型和行為推理算法,使得智能機器人能夠具備環(huán)境下智能行為規(guī)劃和協(xié)同工作的能力,在周圍協(xié)同管理人員的指導(dǎo)下,自主地完成清理任務(wù)。(3)協(xié)同感知與通信3.1通信技術(shù)作為一種精確高效的作戰(zhàn)指揮自動化技術(shù),通信技術(shù)是現(xiàn)代作戰(zhàn)體系中一個重要的磁場力。建立高效可靠的網(wǎng)絡(luò)通信指揮系統(tǒng),強化信息獲取、傳遞、顯示、決策和指揮,是提高戰(zhàn)術(shù)反應(yīng)速度和作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵。1.密集星型組網(wǎng)模式:是由一個連接網(wǎng)關(guān)集中控制聯(lián)網(wǎng)無人機,星型網(wǎng)絡(luò)進行組網(wǎng),通信延時較小。由于星型網(wǎng)絡(luò)不能直接控制距離更遠的無人機,無人機需要按順序進行,調(diào)度方式單一。2.邊緣上一個節(jié)點命令模式:是由集中于中心,通信網(wǎng)絡(luò)分布在邊緣。前衛(wèi)和玩伴類作戰(zhàn)無人系統(tǒng)采用的通信網(wǎng)絡(luò)方案,即屬于這種組網(wǎng)模式。3.邊緣多個節(jié)點命令模式:在這一組網(wǎng)模式下,網(wǎng)絡(luò)中心和網(wǎng)絡(luò)邊緣存在多個節(jié)點,其形式既可以是混雜式也可以是組基于完全平等的組網(wǎng)方式。3.2推理與決策協(xié)同推進是無人系統(tǒng)進行作戰(zhàn)的基本行動模式,也是組織性和技術(shù)性都非常高的主卻模式。它不僅需要依托于精準的到方定位和打擊能力,更需要在戰(zhàn)場上依靠ownboard,通過人工智能計算大綱對敵合成。而在distributedAI(DAI,DistributedArtificialIntelligence)理念下,如何針對各平臺之間的傳播信息,生成對作出戰(zhàn)斗決策非常重要的因素,一直是橫向查詢領(lǐng)域的重要研究方向。隨著橫向制內(nèi)容的語言和知識化表示的逼真度、完備度、完備度和表現(xiàn)力逐漸提高,DAI的質(zhì)量,將直接關(guān)系縱向作戰(zhàn)實施的能力。在不同的操控半徑下,許多基于信息集中或產(chǎn)邊設(shè)計的人和大小的無人系統(tǒng)。這些設(shè)備常常通過多模態(tài)傳感器融合實現(xiàn)目標的識別、定位、跟蹤和監(jiān)視?;诙嗉议L的集中控制,無人系統(tǒng)可以發(fā)送非常靈活和可擴展的命令,使地面操作員能夠創(chuàng)建各種行為委托人機器。例如,在整個人群體中的自動避障或組織策略的協(xié)作。然而由于位移和運動條件的限制,地面操控人員和無人系統(tǒng)的協(xié)同仍面臨諸多挑戰(zhàn),使用戶在操作和策略調(diào)整時難以詮釋子集的角色扮演立體感,以及對整個群體的整體績效作出遠景的整體性視野,丟失了各種喙,導(dǎo)致了認知過載。多家庭的研究已經(jīng)跨越了單一通道或單一傳感器數(shù)據(jù)的淡淡的莊子建模,以應(yīng)對一些場的觀點內(nèi)容。通過分布式系統(tǒng)結(jié)合通信技術(shù)重新獲得一些具有群體智能能力的解決方案,使其具有統(tǒng)一的群體感知,指揮當局可以積極地梳理群生物的人類行為從一個全新的視角分配給每個機器劑分發(fā)和明確的指令來追求一個或另一個一個絕對目標。同時由于無人鯨與人群之間的協(xié)同通信網(wǎng)絡(luò)依舊以單向鏈路和點對點通信模式為主,信息總量和任務(wù)協(xié)調(diào)也是領(lǐng)導(dǎo)指揮人員層面重點研究的方向。4.多域協(xié)同無人系統(tǒng)標準體系構(gòu)建多域協(xié)同無人系統(tǒng)標準體系框架設(shè)計應(yīng)遵循系統(tǒng)性、層次性、協(xié)調(diào)性和前瞻性原則,旨在構(gòu)建一個結(jié)構(gòu)清晰、內(nèi)容完善、操作性強的標準體系。該體系框架主要由基礎(chǔ)設(shè)施層、功能層和應(yīng)用層三個維度構(gòu)成,并通過跨層、跨域的標準化接口實現(xiàn)互聯(lián)互通與協(xié)同工作。(1)三維框架結(jié)構(gòu)標準體系框架采用三維金字塔式結(jié)構(gòu),具體構(gòu)成如下表所示:維度定義核心內(nèi)容層提供標準化基礎(chǔ)環(huán)境,包括通用技術(shù)、數(shù)據(jù)、安全等基礎(chǔ)支撐要素理位置信息(OGC)、基礎(chǔ)接口規(guī)范層定義各功能模塊的標準化接口、交互規(guī)范和操作流程任務(wù)規(guī)劃與調(diào)度、協(xié)同控制、目標識別與感知、態(tài)勢融合、自主決策層準和實施細則(2)框架數(shù)學(xué)模型框架的數(shù)學(xué)表達可用以下公式表示:Fext域為各單域標準子集(如空域、海域、空天地)(3)標準接口規(guī)范層間及跨域接口采用統(tǒng)一接口規(guī)范(ISOXXXX)進行定義,關(guān)鍵接口示例表如下:接口類型標準編號數(shù)據(jù)模型任務(wù)指令下發(fā)接口態(tài)勢感知信息上報接口協(xié)同優(yōu)化調(diào)度接口3.1跨層通信協(xié)議跨層通信采用分層通信框架(SCC)實現(xiàn)數(shù)據(jù)解耦與增強,其協(xié)議鏈路表示如下:Li和L;為不同層級V通信媒體語義模型Pij跨層接口協(xié)議3.2跨域協(xié)同機制跨域標準采用”核心一致化×特色差異化”的框架設(shè)計,其協(xié)同決策公式為:該體系通過以下兩種機制實現(xiàn)協(xié)同:1.語義協(xié)同:本體模型對齊(ISOXXXX)2.行為協(xié)同:基于時間的邏輯序列(llegaraconcludeelraciocinoapasos)4.2關(guān)鍵技術(shù)標準制定多域協(xié)同無人系統(tǒng)的應(yīng)用與標準體系構(gòu)建中,關(guān)鍵技術(shù)標準的制定是確保系統(tǒng)互操作性、安全性和效能性的核心環(huán)節(jié)。本節(jié)將圍繞通信協(xié)議、數(shù)據(jù)交換格式、任務(wù)協(xié)同機制、安全保障機制及測試評估方法等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域,闡述標準制定的必要性、主要內(nèi)容及實施路徑。(1)通信協(xié)議標準通信協(xié)議是多域協(xié)同無人系統(tǒng)實現(xiàn)信息交互的基礎(chǔ),制定統(tǒng)一的通信協(xié)議標準,能夠有效解決異構(gòu)系統(tǒng)間的互聯(lián)互通問題,提高信息傳遞的效率和可靠性。標準名稱主要內(nèi)容《多域協(xié)同無人系統(tǒng)通信定義統(tǒng)一的通信框架、消息類型、接口規(guī)范等,支持不同類型無人系統(tǒng)的接入和交互?!抖嘤騾f(xié)同無人系統(tǒng)低功針對分布式傳感器節(jié)點,定義低功耗、短距離通信協(xié)議,確保系統(tǒng)在能量受限環(huán)境下的可持續(xù)運行。總傳輸數(shù)據(jù)量。(2)數(shù)據(jù)交換格式標準數(shù)據(jù)交換格式標準規(guī)定了多域協(xié)同無人系統(tǒng)間數(shù)據(jù)表示、傳輸和解析規(guī)則,是實現(xiàn)跨域信息融合與智能決策的關(guān)鍵技術(shù)。主要標準包括:標準名稱主要內(nèi)容《多域協(xié)同無人系統(tǒng)傳感數(shù)定義雷達、紅外、光電等傳感器的數(shù)據(jù)格式,確保多源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一描述和互操作?!抖嘤騾f(xié)同無人系統(tǒng)任務(wù)指定義任務(wù)規(guī)劃、狀態(tài)反饋、應(yīng)急指令等任務(wù)的標準化表示,支持快速任務(wù)協(xié)同。數(shù)據(jù)交換格式的兼容性指標可通過以下公式評為標準規(guī)定的數(shù)據(jù)集,n為參與比較的系統(tǒng)數(shù)量。(3)任務(wù)協(xié)同機制標準任務(wù)協(xié)同機制標準規(guī)定了多域無人系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的任務(wù)分配、協(xié)作控制和動態(tài)調(diào)整規(guī)則。主要內(nèi)容包括:標準名稱主要內(nèi)容《多域協(xié)同無人系統(tǒng)任務(wù)分配協(xié)議》定義基于優(yōu)先級、資源約束和區(qū)域劃分的任務(wù)分配算法,確保系統(tǒng)整體效能最大化。《多域協(xié)同無人系統(tǒng)沖突消解規(guī)范》協(xié)同效率的量化評估可采用以下指標:統(tǒng)運行總時間。(4)安全保障機制標準安全保障標準旨在確保多域協(xié)同無人系統(tǒng)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的抗干擾能力和信息安全。主要包括:標準名稱主要內(nèi)容《多域協(xié)同無人系統(tǒng)信息定義數(shù)據(jù)加密、身份認證、訪問控制和異常告警機制,防范網(wǎng)絡(luò)攻擊和數(shù)據(jù)泄露。規(guī)定電磁頻譜監(jiān)測、干擾識別和自適應(yīng)濾波技術(shù),提升系統(tǒng)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的生存能力。抗干擾能力可通過信干噪比(SNR)和系統(tǒng)可用性進行量化:系統(tǒng)可用性可通過以下公式計算:分別為噪聲和干擾功率。(5)測試評估方法標準測試評估標準為多域協(xié)同無人系統(tǒng)的性能驗證提供科學(xué)依據(jù)和方法論。主要內(nèi)容包標準名稱主要內(nèi)容定義功能測試、性能基準測試和場景模擬等測試方《多域協(xié)同無人系統(tǒng)互操作性測評標準》定義跨平臺、跨域的互操作能力測評流程和指標體驗證系統(tǒng)間的協(xié)同性能。性能評估的核心指標包括響應(yīng)時間、任務(wù)成功率、資評估模型量化:通過上述關(guān)鍵技術(shù)標準的制定,能夠為多域協(xié)同無人系統(tǒng)的研發(fā)、部署和應(yīng)用提供規(guī)范化的技術(shù)指引,推動產(chǎn)業(yè)界的標準化進程,進而提升我國在無人系統(tǒng)領(lǐng)域的國際競爭力。下一步需加強標準的宣貫實施和動態(tài)更新,形成支撐技術(shù)、產(chǎn)品與服務(wù)的完整標(1)標準開發(fā)流程應(yīng)用標準的開發(fā)應(yīng)遵循科學(xué)化、規(guī)范化的流程,確保標準的先進性、實用性和可操作性。開發(fā)流程主要包括以下步驟:1.需求分析:通過對多域協(xié)同無人系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的深入調(diào)研,識別關(guān)鍵應(yīng)用場景和共性需求,明確標準制定的目標和范圍。2.草案編制:基于需求分析結(jié)果,組織相關(guān)領(lǐng)域的專家和技術(shù)人員,組成標準起草工作組,編制標準草案。見和建議。4.修改完善:根據(jù)收集到的意見,對標準草案進行修改和完善,形成征求意見稿。5.審定發(fā)布:組織專家對征求意見稿進行審定,最終形成標準送審稿,經(jīng)相關(guān)機構(gòu)批準后正式發(fā)布。(2)標準推廣機制標準發(fā)布后,其推廣和應(yīng)用至關(guān)重要。為此,應(yīng)建立多層次的推廣機制,確保標準得到有效實施:1.政策引導(dǎo):政府部門應(yīng)通過政策文件、項目申報、資金支持等方式,鼓勵和引導(dǎo)企業(yè)和機構(gòu)采用和應(yīng)用相關(guān)標準。2.技術(shù)培訓(xùn):組織針對性的技術(shù)培訓(xùn),提升從業(yè)人員的標準意識和應(yīng)用能力。3.試點示范:選擇典型的應(yīng)用場景,開展標準試點示范項目,通過實踐驗證標準的有效性和實用性。4.宣傳推廣:利用專業(yè)媒體、行業(yè)會議、學(xué)術(shù)期刊等多種渠道,宣傳標準的意義和應(yīng)用價值。(3)標準實施與評估為確保標準的持續(xù)有效性和先進性,應(yīng)建立完善的實施與評估機制:1.實施監(jiān)督:通過市場監(jiān)督、項目評審、產(chǎn)品檢測等方式,監(jiān)督標準的實施情況。2.效果評估:定期對標準的實施效果進行評估,收集用戶反饋,識別問題和不足。3.修訂更新:根據(jù)評估結(jié)果,對現(xiàn)有標準進行修訂和更新,保持標準的先進性和適◎【表】標準開發(fā)流程步驟描述步驟描述需求分析通過調(diào)研識別關(guān)鍵應(yīng)用場景和共性需求草案編制組織專家編制標準草案征求意見發(fā)布草案,收集意見修改完善修改并完善草案審定發(fā)布組織專家審定,批準發(fā)布o【公式】標準推廣效果評估模型4.4標準體系優(yōu)化與更新可采用問卷調(diào)查、線調(diào)研和深度訪談等多種形式收集來自一線2.動態(tài)調(diào)整3.公眾開放與反饋機制(1)評估指標體系的關(guān)鍵要素及其量化指標(示例):指標類別具體指標指標類別具體指標標準覆蓋度覆蓋的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用場景數(shù)量(%)標準需求滿足度滿足用戶需求的程度(通過問卷調(diào)查評分)沖突或重復(fù)的標準數(shù)量(個)與現(xiàn)有標準兼容性兼容現(xiàn)有國際和國家標準的程度(評分)可操作性標準實施成本實施標準所需的平均成本(元/單位)標準培訓(xùn)需求培訓(xùn)人員所需的時間和資源(小時/人)先進性標準中包含的新技術(shù)比例(%)國際領(lǐng)先性與國際先進標準的差距(評分)(2)評估方法與周期標準體系的評估應(yīng)采用定量與定性相結(jié)合的方法,確保評估結(jié)果的準確性和客觀性。主要評估方法包括:1.數(shù)據(jù)收集:通過問卷調(diào)查、專家訪談、系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)分析等方式收集標準實施效果數(shù)據(jù)。2.績效分析:利用公式:個指標的評估得分。3.專家評審:組織多領(lǐng)域?qū)<覍藴鼠w系的整體性和合理性進行評審。評估周期建議為每年一次,并在重大技術(shù)突破或政策變化時進行專項評估。(3)反饋機制方便利益相關(guān)方(包括開發(fā)者、使用者、監(jiān)管機構(gòu)等)提交意見和建議。理。例如,設(shè)定30個工作日內(nèi)對有效反饋進行初步響應(yīng)。(4)持續(xù)優(yōu)化3.標準的推廣:加強標準的宣傳和培訓(xùn),提升通過上述評估與反饋機制的實施,可以確保“多域協(xié)同無人系統(tǒng)應(yīng)用與標準體系”始終保持科學(xué)性、先進性、適用性,為多域協(xié)同無人系統(tǒng)的關(guān)鍵點:(一)監(jiān)測與評估機制建立(二)動態(tài)調(diào)整流程設(shè)計2.分析評估:對收集的信息進行分析,評估3.決策制定:根據(jù)評估結(jié)果,制定調(diào)整策略,明確調(diào)整內(nèi)容和時間節(jié)點。4.實施反饋:實施調(diào)整策略,并收集實施過程中的反饋,為下(三)適應(yīng)性與靈活性保障續(xù)性。(四)多方參與和協(xié)作機制強化(五)標準版本管理與更新策略(六)國際化對接與兼容性考慮關(guān)鍵要素描述監(jiān)測與評估定期對標準體系進行監(jiān)測和評估,確保其適應(yīng)性和有效性設(shè)計動態(tài)調(diào)整流程,包括信息收集、分析評估、決策制定和實施反饋等環(huán)節(jié)關(guān)鍵要素描述性多方參與鼓勵多方參與標準體系的討論和修訂,提高標準的代表性和普適性對標準體系進行版本管理,記錄調(diào)整內(nèi)容和效果國際化對接通過這些動態(tài)調(diào)整策略的實施,可以確保多域協(xié)同無人系統(tǒng)的標準體系保持靈活性、適應(yīng)性和持續(xù)性,有效支撐無人系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用發(fā)展。5.多域協(xié)同無人系統(tǒng)應(yīng)用案例分析在軍事領(lǐng)域,多域協(xié)同無人系統(tǒng)(MDAS)的應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著進展。例如,在空中作戰(zhàn)中,無人機和無人偵察機可以協(xié)同工作,共同執(zhí)行任務(wù)。此外軍用機器人也可以通過MDAS技術(shù)進行協(xié)作。在海上作戰(zhàn)方面,MDAS可以幫助海軍部隊實現(xiàn)高效的搜索和監(jiān)視能力。通過聯(lián)合操作,MDAS可以有效地監(jiān)控敵方活動,并提供實時的情報支持。在地面作戰(zhàn)中,MDAS可以用于精確打擊目標。通過集成各種傳感器,MDAS可以在戰(zhàn)場上快速定位并攻擊目標。取更加全面的信息,從而提高決策的準確性。MDAS已經(jīng)在多個軍事領(lǐng)域中發(fā)揮了重要的作用,為軍隊提供了更多的可能性。未來,隨著技術(shù)的發(fā)展,MDAS將會有更大的發(fā)展空間。(1)農(nóng)業(yè)自動化與精準農(nóng)業(yè)應(yīng)用場景設(shè)備類型功能描述農(nóng)田監(jiān)測無人機遙感內(nèi)容像采集、農(nóng)作物生長狀況監(jiān)測精準施藥自動噴灑農(nóng)藥,降低農(nóng)藥使用量,提高防治效果智能灌溉無人車公式:精準施藥量=(農(nóng)作物需求量×農(nóng)藥利用率)÷(農(nóng)作物對農(nóng)藥的敏感性×農(nóng)田環(huán)境系數(shù))(2)智慧物流與配送應(yīng)用場景設(shè)備類型功能描述送無人駕駛車輛自動規(guī)劃最佳配送路線,避免交通擁堵,縮短配送時間無人機遠程運輸貨物,降低運輸風(fēng)險,提高跨境物流效率公式:最優(yōu)配送時間=(配送距離÷配送速度)+(等待時間×交通狀況系數(shù))(3)環(huán)境監(jiān)測與保護應(yīng)用場景設(shè)備類型功能描述空氣質(zhì)量監(jiān)測無人機實時采集空氣污染物濃度數(shù)據(jù),為空氣質(zhì)量預(yù)警提供依據(jù)水質(zhì)監(jiān)測噪音監(jiān)測激光雷達實時監(jiān)測環(huán)境噪音水平,為城市噪聲治理提供數(shù)據(jù)支持5.3其他領(lǐng)域應(yīng)用案例除了在軍事、物流和農(nóng)業(yè)等典型領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢外,多域協(xié)同無人系統(tǒng)在以下領(lǐng)域也展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛力:(1)環(huán)境監(jiān)測與保護多域協(xié)同無人系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)測與保護方面具有獨特優(yōu)勢,能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜環(huán)境的高效、精準監(jiān)測。具體應(yīng)用案例包括:1.大氣污染監(jiān)測:利用無人機搭載高精度傳感器(如氣體分析儀、顆粒物傳感器等),結(jié)合地面監(jiān)測站和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),構(gòu)建立體化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。通過多域協(xié)同,可以實現(xiàn)污染源快速定位、擴散路徑預(yù)測和實時污染濃度監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù),環(huán)境管理部門可以迅速制定應(yīng)對策略,有效控制污染擴散。監(jiān)測數(shù)據(jù)模型可表示為:2.C(x,y,z,t)=f(S?,S?,...,S,Dsat,Vwind)其中C(x,y,z,t)表示在時刻t位置(x,y,z)的污染物濃度,S?,S?,...,Sn表示各污染源強度,Dsat表示大氣擴散參數(shù),3.水體污染監(jiān)測:利用水面無人機和水下無人潛航器(UUV)協(xié)同作業(yè),對水體進(2)海洋資源勘探(3)應(yīng)急救援2.物資運輸:在交通中斷等情況下,利用無人機進行應(yīng)急物資運輸,將急需物資快速送到災(zāi)區(qū)。通過多域協(xié)同,可以實現(xiàn)物資運輸路徑優(yōu)化和運輸過程實時監(jiān)控,確保物資安全、高效送達。(4)城市管理多域協(xié)同無人系統(tǒng)在城市管理領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景,能夠有效提升城市管理水平和效率。主要應(yīng)用案例包括:1.交通流量監(jiān)測:利用無人機搭載攝像頭和雷達,對城市交通流量進行實時監(jiān)測。通過多域協(xié)同,可以實現(xiàn)交通流量數(shù)據(jù)的實時傳輸和處理,為交通管理部門提供決策支持。交通流量監(jiān)測模型可表示為:表示第i條道路的交通流量,a;表示第i條道路的權(quán)重,P(t)表示時刻t的天氣狀況(如降雨、霧霾等),β表示天氣對交通流量的影響系數(shù)。3.城市安全監(jiān)控:利用無人機搭載高清攝像頭和紅外傳感器,對城市重點區(qū)域進行實時監(jiān)控。通過多域協(xié)同,可以實現(xiàn)城市安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建,提高城市安全管理水平。多域協(xié)同無人系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)測、海洋資源勘探、應(yīng)急救援和城市管理等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大潛力。隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用場景的不斷拓展,多域協(xié)同無人系統(tǒng)將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用,為社會發(fā)展提供有力支撐。6.結(jié)論與展望6.1研究成果總結(jié)◎成果概述本研究圍繞多域協(xié)同無人系統(tǒng)的應(yīng)用與標準體系構(gòu)建,取得了以下主要成果:●成功開發(fā)了一套基于人工智能的多域協(xié)同控制算法,該算法能夠?qū)崿F(xiàn)不同無人系統(tǒng)之間的高效信息交換和任務(wù)協(xié)同。●建立了一套完整的多域協(xié)同無人系統(tǒng)標準體系框架,包括技術(shù)規(guī)范、性能指標、安全要求等方面?!裉岢隽艘环N基于云計算的多域協(xié)同數(shù)據(jù)處理平臺,該平臺能夠支持大規(guī)模數(shù)據(jù)的實時處理和分析?!ぴ诙鄠€實際應(yīng)用場景中驗證了所提出方法和技術(shù)的有效性,證明了其在實際工程中的可行性和優(yōu)越性。◎成果應(yīng)用研究成果已在多個領(lǐng)域得到應(yīng)用,具體如下:成果應(yīng)用效果評估軍事領(lǐng)域無人機群協(xié)同作戰(zhàn)民用領(lǐng)域智能交通系統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域自動化生產(chǎn)線●未來展望未來的研究將致力于以下幾個方面:●深化多域協(xié)同控制算法的研究,提高系統(tǒng)的自適應(yīng)能力和魯棒性?!裉剿鞫嘤騾f(xié)同無人系統(tǒng)與其他技術(shù)的融合應(yīng)用,如物聯(lián)網(wǎng)、5G通信等?!裢晟贫嘤騾f(xié)同無人系統(tǒng)的標準體系,推動相關(guān)法規(guī)和政策的制定?!窦訌姸嘤騾f(xié)同無人系統(tǒng)的安全性研究,確保其在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定運行。6.2存在問題與挑戰(zhàn)當前,多域協(xié)同無人系統(tǒng)在應(yīng)用與標準體系構(gòu)建方面仍面臨諸多問題與挑戰(zhàn),主要體現(xiàn)在以下幾個方面:(1)技術(shù)標準體系不完善目前,針對多域協(xié)同無人系統(tǒng)的標準體系仍處于初步構(gòu)建階段,存在以下問題:●標準碎片化:各領(lǐng)域、各廠商的標準獨立發(fā)展,缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào),導(dǎo)致系統(tǒng)間兼容性差?!駱藴蕼笮裕杭夹g(shù)發(fā)展迅速,而標準制定周期較長,存在標準滯后于技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)象?!駱藴矢采w率不足:部分關(guān)鍵領(lǐng)域(如協(xié)同作戰(zhàn)、信息融合等)的標準尚未制定或完善。以信息交互標準為例,不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議差異較大,難以實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)交換。假設(shè)有(n)個不同域的系統(tǒng),每個系統(tǒng)有(m)種數(shù)據(jù)類型,標準不統(tǒng)一會導(dǎo)致交互復(fù)雜度(C)增長如下:其中(A)為標準統(tǒng)
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