1. 课程导入与任务编排全景

无人系统多阶段任务编排，指的是把一次完整任务拆解为若干具有明确目标、约束和交接条件的阶段，并为每个阶段分配无人平台、载荷、通信链路、计算资源与时间窗口，使整个任务在动态环境中仍能按预期推进。它研究的不是“某一架无人机怎么飞”，而是“异构无人系统如何在时间、空间和资源约束下协同完成一件复杂的事”。

以森林火情侦察与初期处置为例：任务可拆为起飞集结、区域搜索、火点确认、态势回传、投送处置、返航评估六个阶段。第一阶段要求三架侦察机在 90 秒内到达 500 米高度并组网；第三阶段要求红外载荷在 15 分钟内扫描 4 平方公里区域，发现疑似火点后悬停 20 秒完成二次确认；第五阶段则要求灭火无人机在风速小于 8 米/秒时进入投送航线。每个阶段都有进入条件、执行动作和退出判据，前一阶段的输出就是后一阶段的输入。这正是任务编排的核心：把连续任务切成可判断、可交接、可回退的阶段，并让阶段之间的依赖关系显式化。

核心问题：四个必须同时回答的约束

多阶段任务编排之所以困难，是因为它同时面对四类约束。第一是时间约束：搜索窗口、通信时延、载荷冷却时间、电池续航都有限，阶段不能无限延长。第二是空间约束：无人平台的活动区域、禁飞区、通信覆盖范围、载荷视场相互重叠或冲突。第三是资源约束：平台数量、带宽、算力、弹药或灭火剂都是有限的，同一资源不能在同一时刻被两个阶段占用。第四是不确定性：目标位置未知、天气变化、通信中断、平台故障都会使原计划失效。

因此，任务编排不是一次性排程，而是一个“规划—执行—监控—重编排”的闭环。规划阶段给出阶段序列与资源分配；执行阶段按阶段推进；监控阶段采集状态与偏差；当偏差超过阈值时触发重编排。判断是否触发重编排，通常看三个量：任务完成度、剩余资源比例、关键阶段是否超时。例如剩余电量低于 25% 且尚未进入投送阶段，就应放弃投送并转入返航。

典型场景与阶段特征

不同场景的阶段结构差异很大。灾害应急场景强调快速响应和通信中断下的自主决策，阶段切换频繁；物流配送场景强调航线固定、交接点明确，阶段边界清晰；区域巡逻场景强调周期性和覆盖度，阶段之间近似循环；集群对抗场景强调对抗性和实时性，阶段可能被对手行动强制打断。理解场景特征，才能决定阶段划分的粒度：粒度过粗，阶段内部难以监控；粒度过细，交接开销和通信负担过大。

一个实用的粒度判断标准是：如果一个阶段内部出现需要改变任务目标、更换执行平台或重新分配关键资源的情况，就说明它应该被拆成两个阶段。例如“搜索并处置”应拆为“搜索确认”和“投送处置”，因为两者的成功判据、资源需求和风险等级完全不同。

课程路线图：从概念到可执行编排

本课程后续内容将沿着“建模—规划—执行—验证”的主线展开。首先建立任务、阶段、资源与约束的形式化描述，使编排问题可以被计算；然后学习阶段划分方法、依赖关系表达和资源分配策略；接着进入执行层，讨论阶段切换条件、通信中断下的自主决策和动态重编排；最后通过仿真与实物验证，检查编排方案是否满足时间、覆盖度和资源约束。

学习过程中建议始终带着三个问题：这个阶段的进入条件和退出判据是什么？它占用了哪些资源、释放了哪些资源？当它失败时，系统回退到哪个阶段？能回答这三个问题，就说明你已经具备把复杂任务拆成可编排阶段的基本能力。