船舶交通流量和危险品运输量增加对海事监管手段和技术提出新的要求，在“智慧海事”建设的形势之下，无人机和无人艇已逐步投入到海事监管领域之中。海事监管业务除了对重点海域和航段的交通流及水域环境状况进行监视等日常巡航之外，还需要及时发现并处理船舶违章、航标异常等情况，并对水上交通事故作出应急反应行动。

无人机是一种具有自主动力驱动、可携带多种设备执行任务的航行器，因其机动灵活、体积小等因素而具有快速反应的能力，但其在续航能力及通信距离上存在局限；无人艇是一种可遥控或自主航行的小型化、智能化水面平台，技术程度高，结构小巧，但其机动性有限，且受海浪影响较大。单靠单体无人机或无人艇可能完成某个区域的巡航或搜索，但要完成更大范围的搜索或者更有效率地完成任务则需要多个无人机和无人艇配合。此外，在恶劣海况下，单个无人机或无人艇往往无法完成一些复杂的任务，无人机和无人艇之间没有任务的协调机制，导致作业群体规模的增加，降低作业效率，甚至会造成各自作业范围的交叉重叠，增加作业的复杂度，对有序高效地完成任务带来不利影响。因此，为了实现无人机和无人艇协同完成复杂的海事监管任务，无人机和无人艇协同任务规划是关键技术之一，这也是无人机和无人艇领域一个重要课题，受到了国内外学者的极大关注^[1]。

无论是多无人机还是多无人艇的任务规划研究，其重点都是如何在复杂的环境中使得无人机和无人艇在协同完成多项任务时付出的整体代价最小化，而收益最大化。国内外学者对任务规划研究常用的问题模型有多旅行商问题模型(TSP)、车辆路径模型(MDVRP)、混合整数线性规划模型(MILP)、网络流模型(NFM)，常用的求解此类问题的算法主要分为启发式算法、元启式发算法和精确算法三类^[2]。元启发式算法如粒子群优化算法^[4]、蚁群算法^[5][6]、遗传算法^[7]等，将自然界随机现象抽象为算法运用到求解问题中，能够快速且准确求解；启发式算法精确算法相对于最优化算法提出，在解决实际问题时通常可在合理的时间内得出不错的解；精确算法是利用数学规划的方式寻找精确的最优解，有穷举法、整数规划等。针对不同的问题模型，不同的算法各具优劣。

在国外，诸多学者已经对群无人机任务规划问题作了深入的研究。P. B. Sujit^[8]等使用团队理论的概念设计了一种分布式任务分配算法，解决多无人机在相互之间不通信且传感器范围有限制的情况下的任务分配问题。Rodney Teo^[9]等关注城市环境中无人机任务分配问题，提出了基于有限状态自动机(finite state automaton, FSA)模型的控制逻辑设计和一种高效的分布式多无人机目标搜索算法。Cristian Ramirez-Atencia1^[10]等提出了一种新的多目标遗传算法，用于解决涉及无人机团队的复杂任务规划问题，设计了一种混合适应度函数用以检验解是否有效。

国内对无人机和无人艇任务规划的研究起步较晚，但也取得了丰硕的成果。多无人机协同任务分配研究方面，赵明^[11]等按无人机和目标数目的大小关系将目标分配模型分为三类，通过扩展了指派模型，对三类目标分配模型进行统一建模，建立仿真展长战场环境，对三类目标分配模型统一基因编码，利用三维切面估计航程代价，采用DE进化算法求解。杜继永^[12]等分析了多无人作战飞机（UCAV）任务载荷的约束与任务之间的均衡性，针对攻击任务建立多UCAV任务分配模型，运用连续粒子群算法求解，为避免对粒子位置解码后产生不满足UCAV载荷约束的解，引入买卖合同进行任务协调。张耀中^[13]等对异构型无人机协调侦察任务问题进行研究，构建了“资源-需求”矩阵，在分析无人机的飞行航程和续航时间指标的基础上建立模型，提出了一种分布式的扩展一致性束算法进行模型求解。陈星^[14]等利用一般的和集中式的任务分配算法对静态任务分配模型进行求解，并针对动态任务分配模型提出了新的启发式任务分配算法，该算法引入路径重合度判断是否纳入新目标任务，以此解决动态的任务分配模型。

多无人艇任务规划研究方面，张博^[3]等在考虑了无人艇攻击外部和内部约束条件的基础上建立任务规划模型，引入代价函数将任务规划问题转化为函数优化问题进行求解。李杰^[4]等也是将任务规划问题转化为多约束的任务分配过程，针对多无人舰艇攻击任务建立任务规划模型，运用分布式拍卖机制对粒子初始状态进行约束，提出了新的粒子群优化算法进行模型求解。

综合国内外研究现状来看，目前有很多学者对多无人机协同任务规划和多无人艇协同任务规划进行了研究，也有部分学者将无人机和无人艇两者结合，对其协同任务规划问题进行研讨。但总体来说大多数学者的研究面向的是作战无人机或无人艇的任务规划问题，而不是海事监管这一领域的无人机或无人艇的任务规划问题。在对后者进行研究时可以借鉴前者的一些常用方法及约束条件，但此外还需要考虑无人机和无人艇在海事监管领域的应用方式及特点。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究目标

借鉴无人机平台和无人艇平台及空地无人机-车协同任务规划研究方法，对海事监管领域无人机-艇海空协同任务规划问题进行研究。

2.2研究基本内容