在科幻电影中，天上的无人飞机、地上的无人战车、水面的无人船舰、水下的无人潜艇……这些智能设备如蜂群般倾巢而出、精准打击目标，实现集群协同作战的场景令人震撼无比。在桂林航天工业学院的实验室里，这样的场景正从银幕走向现实。2024年，魏金占教授团队凭借《跨域场景下集群无人机/船协同测绘关键技术与应用》项目，获得广西科学技术发明一等奖。该项目破解了无人设备智能协同难题，让无人机群设备具有集体智能，为低空经济与智慧城市建设贡献了桂航智慧。

从迷宫游戏到千禧难题：东方哲学的思维启发

“你们玩过迷宫游戏或者一笔画游戏吗？这就是路径问题的雏形。”魏金占的科研之路，始于一次玩迷宫游戏的经历。他发现，迷宫路径的快速求解缺乏科学有效的理论支撑。传统的迷宫路径解算通常从图论及数学角度进行，借用类似“路线规划”的思路，其搜索效率和准确度都不尽人意，特别是当迷宫的复杂程度达到一定级别时，计算机和传统算法将无能为力。如何能在一个极其复杂的迷宫中快速地找到连通路径走出迷宫呢？魏金占从东方哲学中挖掘智慧，找到了破解迷宫难题的思维方式。

“一生二，二生三，三生万物，这是我们中国人的一个颠覆性的思维”，魏金占说，当我们用“三”的思维看待世界，就会发现，万事万物都是兼容并蓄、融会贯通的。例如，迷宫的本质是连通，是零维点的一维连接关系（线）在二（三）维空间的拓展，而连通的核心是线段首尾相连，首尾相同时就是闭合的线，也就是面。因此，将迷宫问题从“线”的思维转化为“面”的思维，将复杂问题通过维度的升降处理，便可以将原本看似无解的难题转化为高效的算法。魏金占笑道：“最大的难点在于突破思维的局限。如果我们想过河，站在蚂蚁的视角可能永远都没有办法解决这个问题，但对于雄鹰来说，它随时都可以飞到河对岸。”基于这一思路，魏金占团队将迷宫路径解算扩展到空间拓扑分析领域，利用面是闭合曲线的概念，把整个迷宫想象成一个可以随意拆解、拉伸的立体模型，通过线面空间关系解决复杂迷宫路径问题。与传统算法相比，这种方法原理简单、易于实现、高效稳定，特别适宜于复杂路网环境下内外任意两点间的连通分析。

从理论创新到技术赋能：破解快速智能化航线自主规划难题

完成了思维的跃迁，下一步要进行行业应用。随着低空经济的发展，时空智能时代的到来，未来我们如何控制数以亿计的无人设备在特定的时空中和谐分工、高效协同？“无人机送快递、无人机物流、无人机作战……如何能让它们不仅具有个体智能，也具有集群智能？”这就是魏金占团队长期以来研究的问题。

这个问题本质上是多目标路径问题，属于NP问题这一“千禧难题”范畴，迄今为止人类尚未找到有效的多项式时间解。“当人类下达一个路径指令，走法有太多可能性，这个计算压力非常大，”魏金占说道，“例如，假设地球上有200万个城市，如何找到一条最优的游览路线？”传统的计算机采用的是“笨”办法，即整体搜索，挨个计算每一条路径连线。但是，面对200万节点这样庞大的样本数据，经典计算机和传统算法无法胜任。据悉当前人类已知能够求解的最优路径案例也不过十万节点，就已经耗费数千CPU超过20年的时间，现有的算法已难于满足超大规模超复杂多目标路径问题的求解。

“但是，如果我们用升维、降维的思维方式，问题一下就豁然开朗了”，魏金占说。首先利用泰森多边形，把这些路径的节点转成范围面，将“点”的连接问题拓展到“面”的临界领域。通过降维方法解决节点连接问题，之后采用类似等高线思维将每个环内的节点连接起来，再处理相邻环之间的节点连接，从而实现了必经节点路径的快速搜索。与传统的路径搜索方法相比，利用临近约束，使得问题复杂度从不低于O（N²）降低到不超过O(log₂n)。这种方法使得效率得到显著提升，虽不能给出最优解，但可以在合理时间内给出较优解，实现了多目标路径搜索“快与准”的统一，满足了工程实现的需求，破解了快速智能化航线自主规划难题，实现了对无人系统的远程协同控制和集群管控，相关技术也达到了国际领先水平。

低空经济的“交通指挥官”：30亿效益背后的硬核科技

魏金占团队始终致力于服务经济社会高质量发展。3年间，团队与中水珠江、广西交科等20余家单位深度合作，签订了50多个项目，在工程勘测、智慧交通、水利监测、灾害预防等领域创造直接经济效益超30亿元。

在国家重大水利枢纽工程大藤峡工程中，建立了支撑大藤峡智慧监管系统，经济效益达1亿多元；在环北部湾广西水资源配置工程现场，无人机集群系统开展高精度测量，极大降低工程设计勘测成本；在深圳规划院的智慧城市系统中，无人机集群正以3倍于传统测绘的效率，完成城市三维建模……团队研发的无人设备集群协同系统，如同给无人设备装上“大脑”，既能自主避障预警，又能通过异构组网打破通信壁垒。

魏金占教授团队历经十余年的研发，已获得相关知识产权220项，授权发明专利73项，形成行业技术标准2项，发表论文30余篇，出版专著4部。项目成果在广西大藤峡水利枢纽开发有限责任公司、国家海洋局南海调查技术中心等20多家单位进行了成功应用，涉及华南多地，辐射京津冀，培养高端技术人才20余名和行业技术人员500余人次，产生了巨大的经济社会效益。

从思维转换到科技应用，当东方智慧与前沿科技相遇，答案早已写在浩渺时空之中。魏金占期待更多年轻人能够打破思维定式，在自然界中找寻解开问题的思维密码。正如他所言，一旦做到古人先贤所说的“察所不察，见所不见”，就能发现更多自然界的奥秘，创造更多的智慧成果，为人类科技进步提供源源不断的强大助力。

信息来源：宣传部

作者/编辑：魏思雨|一审：梁蕊|二审：李雨思|三审：唐韬