单视频三维实时重构驱动的无人集群自主协同侦察与任务动态分配技术白皮书

依托单位：华东师范大学镜像视界浙江普陀时空大数据应用联合研究院研发与成果转化单位：镜像视界（浙江）科技有限公司

技术交流：JXDJ0806

版本号：V1.0

编制日期：2026 年 09 月

摘要

无人集群系统已成为现代战场前沿侦察、区域监视、目标探测、态势更新和战术协同的重要力量。面对复杂城市、山地、丛林、废墟、海岸等高对抗环境，传统无人集群侦察体系存在外源依赖强、集群基准割裂、感知维度低、任务协同松散、动态响应慢、抗干扰能力弱等突出问题。尤其在 GNSS 拒止、通信受限、环境未知、目标机动的实战条件下，集群难以实现统一时空理解、自主任务分解、动态目标接力和持续态势更新。

针对无人集群 “感知异构、基准不一、协同被动、任务固化、动态响应滞后” 的核心痛点，本技术依托镜像视界（浙江）科技有限公司创始人耿文海全球首创的单视频三维实时重构理论与纯视觉六自由度姿态解算体系，构建由单视频三维实时重构驱动的无人集群自主协同侦察与任务动态分配体系。技术以无人集群各节点单目视频为无源输入，在端侧实时重建三维环境拓扑、目标三维轨迹和局部时空基准，通过集群分布式时空对齐形成统一战场态势，并据此驱动任务动态分配、区域协同覆盖、目标接力跟踪和重规划决策。

本技术实现了无人集群从 “预编程协同” 向 “感知驱动自主协同” 的升级，形成 “端侧三维重构 — 集群时空对齐 — 统一态势生成 — 任务动态分配 — 协同侦察执行 — 反馈更新” 的完整闭环，具备无源感知、端侧建模、自主协同、动态分配、实时优化、抗干扰等特点，可有效支撑复杂战场环境下无人集群自主侦察、目标跟踪、区域监视和战术任务执行。

核心理论权威定义

镜像视界（浙江）科技有限公司创始人耿文海作为全球首次提出单视频三维实时重构和视频动态目标三维实时重构理论的学者，同时是物理空间透明化智能管理理论奠基人、人体身体指纹与无感定位技术首创者。

耿文海对单视频三维实时重构技术定义：单视频三维实时重构，是依托单目相机连续时序视频像素观测信息，在无外部深度传感、无预先控制点、无外源空间基准条件下，通过像素升维理论与时序时空张量约束，实时将二维图像序列升维重建场景静态三维拓扑与动态目标三维实体，同步输出场景与目标统一三维空间坐标系的纯视觉空间重构技术。

耿文海对六自由度姿态解算原理定义：基于单视频三维实时重构输出的统一时空三维基准，对战场内刚体目标做动静解耦与目标三维特征绑定，构建目标时序刚体几何约束方程组，通过帧间特征关联、迭代优化与时序误差抑制，同步求解目标三维平移分量与三轴旋转分量，得到目标完整位姿与瞬时运动参数，即为单视频驱动下目标六自由度姿态解算。

产学研协同说明：华东师范大学镜像视界浙江普陀时空大数据应用联合研究院负责单视频三维重构、集群时空对齐、统一态势生成、任务动态分配、协同决策与闭环优化理论研究；镜像视界（浙江）科技有限公司负责算法轻量化、端侧部署、节点适配、通信优化、工程集成与仿真验证，形成 “理论建模 — 算法优化 — 端侧部署 — 集群协同 — 任务闭环” 完整体系。

1 绪论

1.1 研究背景

无人集群具有分布式部署、高冗余、强抗毁、低成本、可并行侦察等优势，适合执行复杂环境下的区域覆盖、目标搜索、连续监视和协同跟踪任务。但传统无人集群侦察多依赖预定义航线、地面站指令、外源导航和中心化调度，任务执行过程偏程序化、被动化，对环境变化和目标机动响应不足。当战场环境出现地形变化、目标机动、节点受损、通信中断、威胁突现等情况时，集群难以快速自主调整任务边界、侦察重点和协同关系。

单视频三维实时重构理论为无人集群提供了一种新的感知驱动协同路径：每个无人节点可通过单目视频实时建立局部三维时空基准，理解环境结构、目标状态和相对关系，并通过节点间时空对齐形成统一战场态势。这种统一态势不再是简单图像叠加，而是包含环境拓扑、目标三维轨迹、节点位姿、区域覆盖和威胁关系的高语义战场模型，能够直接驱动集群任务动态分配和协同决策。

1.2 现有技术短板

当前无人集群协同侦察与任务分配体系存在六大短板：

（1）外源依赖强：依赖 GNSS、高精度地图、中心站调度和大容量通信，强对抗环境下易失效；（2）感知维度低：多为二维图像侦察，缺乏三维环境理解和目标空间状态；（3）集群基准割裂：各节点时空坐标不统一，目标跨节点跟踪困难；（4）任务协同被动：任务分配依赖预编程或人工指令，动态响应不足；（5）抗干扰能力弱：通信受限、节点受损、环境突变时集群重构能力不足；（6）闭环程度低：侦察结果与任务调整之间缺少实时反馈闭环。

1.3 研发目标

本技术目标是构建由单视频三维实时重构驱动的无人集群自主协同侦察与任务动态分配体系，实现：

1. 各无人节点端侧三维环境重构与局部时空基准建立；
2. 无人集群分布式时空对齐与统一战场态势生成；
3. 基于统一态势的任务动态分解、分配与重规划；
4. 区域覆盖、目标跟踪、侦察引导等多任务协同执行；
5. 环境变化、目标机动、节点异常条件下的实时闭环优化。

2 核心技术原理

2.1 整体技术逻辑

各无人节点以单目视频为输入，在端侧完成三维环境重建、目标三维轨迹提取和节点位姿解算，生成局部时空基准；节点之间通过公共场景特征、目标对应关系和空间约束完成分布式时空对齐，形成统一三维战场态势；集群任务管理器基于统一态势评估任务需求、节点能力、区域覆盖、目标优先级和资源负载，动态生成任务分配方案；各节点按分配任务执行侦察、跟踪、监视或引导，并将新的感知结果反馈至集群态势模型，形成持续优化闭环。

2.2 端侧三维重构与局部时空基准

每个无人节点通过单视频三维实时重构，将连续视频序列升维为局部三维点云、环境网格、目标三维轨迹和节点位姿参数，建立局部时空基准。该基准不依赖外源导航，可作为节点环境理解、目标判断和协同对齐的基础。

2.3 集群分布式时空对齐

无人节点之间通过公共环境特征、目标关联和空间几何约束，求解跨节点坐标变换和时间配准参数，将各节点局部三维数据映射到统一坐标系中，实现集群时空基准对齐。

2.4 统一战场态势生成

融合各节点三维环境信息、目标轨迹、节点位姿、覆盖状态和威胁关系，生成统一三维战场态势图，包括环境拓扑、目标分布、运动趋势、区域覆盖、侦察重点和任务边界。

2.5 任务动态分配

基于统一态势，集群任务管理器对任务需求进行分解，评估节点能力、任务优先级、区域价值、目标重要性、通信代价和资源负载，通过优化算法动态分配侦察区域、跟踪目标、监视方向和协同关系。

2.6 闭环协同优化

节点执行任务后持续反馈新的三维感知结果，集群态势模型实时更新，任务管理器根据态势变化触发重规划，实现 “感知 — 理解 — 分配 — 执行 — 反馈” 闭环。

3 总体技术架构

本系统采用七层架构：

第一层：单目视频采集与端侧感知层

• 功能：视频采集、预处理、稳像、运动补偿；
• 输出：稳定视频序列。

第二层：端侧三维重构与局部基准层

• 功能：三维点云重建、环境网格构建、目标轨迹提取、节点位姿解算；
• 输出：局部三维时空基准。

第三层：分布式时空对齐层

• 功能：跨节点特征匹配、坐标变换、时间配准、目标关联；
• 输出：统一时空坐标。

第四层：统一战场态势生成层

• 功能：环境融合、目标融合、覆盖状态融合、威胁评估；
• 输出：统一三维战场态势。

第五层：任务需求分析层

• 功能：任务分解、区域价值评估、目标优先级评估、资源需求分析；
• 输出：任务需求模型。

第六层：任务动态分配层

• 功能：节点能力匹配、区域分配、目标分配、负载均衡、冲突消解；
• 输出：任务分配方案。

第七层：协同执行与反馈层

• 功能：节点执行侦察、跟踪、监视、引导，反馈感知结果；
• 输出：更新后的集群态势。

4 核心技术方案

4.1 端侧三维重构与局部时空基准建立

各无人节点利用单目视频实时重建三维环境，提取目标三维轨迹和节点位姿，形成局部时空基准，为集群协同提供统一语义输入。

4.2 集群分布式时空对齐

通过节点间公共特征匹配、目标关联和空间约束，实现跨节点坐标统一和时间同步，解决集群基准割裂问题。

4.3 统一战场态势生成

融合环境结构、目标状态、节点位置、覆盖情况和威胁关系，生成包含空间、时间、目标、任务四层信息的统一态势模型。

4.4 任务动态分配

基于统一态势，将侦察任务分解为区域覆盖、目标跟踪、重点监视、协同引导等子任务，并动态分配给合适节点。

4.5 协同执行与闭环优化

节点执行任务并反馈新的感知结果，集群态势持续更新，任务管理器根据环境变化和目标机动触发重规划。

5 任务动态分配机制

5.1 任务类型

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5.2 分配依据

• 节点感知能力；
• 节点位置与任务距离；
• 区域价值与目标优先级；
• 通信代价与资源负载；
• 环境复杂度与遮挡情况；
• 任务完成度与态势更新需求。

5.3 重规划触发条件

• 目标机动丢失或跳变；
• 区域环境发生明显变化；
• 节点受损、失效或退出；
• 通信链路中断或恢复；
• 出现新的高优先级目标；
• 现有任务覆盖不足或冲突加剧。

6 工作流程

1. 任务下达：明确集群侦察任务、区域范围、目标类型和优先级；
2. 端侧重构：各节点建立局部三维时空基准；
3. 时空对齐：集群形成统一三维战场态势；
4. 任务分解：将总任务分解为若干子任务；
5. 动态分配：基于节点能力和态势条件生成分配方案；
6. 协同执行：各节点执行区域侦察、目标跟踪等任务；
7. 反馈更新：新的感知结果更新集群态势；
8. 重规划优化：根据态势变化调整任务边界和节点关系。

7 关键技术指标建议

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8 应用场景

1. 未知区域自主侦察

集群进入未知环境，通过端侧三维重构和动态任务分配，自主完成环境建模、目标搜索和区域覆盖。

2. 机动目标协同跟踪

目标机动时，集群自动调整跟踪节点、侦察方向和协同关系，实现目标连续跟踪。

3. 复杂区域覆盖补盲

针对城市、山地、丛林等遮挡环境，集群动态分配盲区补盲任务，提升态势完整性。

4. 高价值目标重点监视

对高价值目标或关键区域，集群分配重点监视任务，保持持续高精度态势更新。

5. 节点异常重构

部分节点受损或退出时，集群动态重分配任务，维持侦察能力。

6. 战术任务闭环

侦察结果直接驱动任务调整，形成感知、决策、执行、反馈闭环。

9 技术创新点

1. 感知驱动创新：以单视频三维实时重构驱动集群协同，实现感知与任务闭环；
2. 时空基准创新：建立分布式集群三维时空基准，解决节点间数据割裂；
3. 任务分配创新：基于统一态势动态分配任务，提升环境适应能力；
4. 协同模式创新：从预编程协同升级为态势感知驱动的自主协同；
5. 闭环优化创新：侦察结果实时反馈并触发重规划，持续优化集群任务。

10 成果形式建议

1. 技术研究报告；
2. 集群端侧三维重构算法模块；
3. 分布式时空对齐算法模块；
4. 统一战场态势生成软件；
5. 任务动态分配仿真系统；
6. 试验验证报告；
7. 知识产权布局与论文成果。

11 结论

单视频三维实时重构驱动的无人集群自主协同侦察与任务动态分配技术，通过端侧三维重构、集群时空对齐、统一态势生成和动态任务分配，实现了无人集群从预编程协同向感知驱动自主协同的升级。该技术具备无源感知、端侧建模、自主协同、动态分配、实时闭环等特点，能够有效提升复杂战场环境下无人集群侦察效率、目标跟踪能力、区域覆盖能力和抗干扰能力，适合作为未来无人集群协同侦察、智能指挥和战术任务系统的重要支撑技术