水上無人系統主要包括無人艇和無人機，是未來執行水上救援、搜救和監測等水上任務的主要手段。本文綜述了近年來國內外在水上無人系統方面的最新研究進展，包括企業界和學術界在無人艇和無人機方面的探索和實踐，介紹了水上無人系統研究在環境感知、航跡規劃、避障和同質/異質自主體編隊協同和海上弱小目標識別方面的研究成果，分析討論了不同方向的研究特點和麵臨的挑戰。

我國擁有廣袤的海洋國土，以及眾多的河流湖泊。目前水上救援、搜救和監測等任務主要是由有人水面船艇完成，面臨著力量有限、費用高、效率低、保障難和有人員傷亡風險等難題，對費用低、效率高和無人員傷亡風險的水上無人系統有非常迫切的需求。

在水上無人系統中，無人機和無人艇既可單獨使用，亦可編隊使用。有關單獨使用的理論和工程研究均較多，關於編隊使用則主要集中在理論研究領域，並且集中在同類個體編隊，亦稱為同質多自主體編隊。對無人機和無人艇這兩類不同自主體編隊的研究則很少見。

無人機和無人艇協同

無人機的優點是搜尋範圍大和通訊距離遠，侷限在於續航時間短；無人艇的優點是續航時間長，但是搜尋範圍小和通訊距離近。如果能結合二者的優點，構成空海立體協同系統，就可大大提升系統完成複雜任務的能力。

空海協同技術的應用前景非常廣泛。概括地說，凡是在水上應用無人機的地方就可能用到該技術。美軍對這一顛覆性方向高度重視，2017年美國海軍水面艦艇協會年會公佈了空海協同系統概念圖，由一艘無人艇攜帶多架無人機在海上執行作戰任務，表示美國海軍未來將列裝此類系統。

美國海軍空海系統概念圖

空海協同巡邏搜救系統的研究不僅涉及到“機”的控制，還涉及到“艇”的控制；不僅涉及到影象處理技術，還涉及到協同控制技術；不僅涉及到硬體設計，還涉及到演算法開發，面對的是個涉及多方面技術的非常複雜的系統。目前該方向的研究還處在初始階段，有待於更多研究人員加入，開展更加全面深入的研究。本文對該方向涉及的無人艇、無人機、空海協同和弱小目標檢測的研究進展進行了回顧，分析了當前該領域面臨的挑戰，期望能為該領域的研究提供最新的參考資料。

無人機水上著艇

文章資訊：張衛東， 劉笑成， 韓鵬。 水上無人系統研究進展及其面臨的挑戰。 自動化學報， 2020， 46（5）： 847−857。