牛軼峰　賈圣德　李杰　王祥科

摘要：國內外無人機系統(tǒng)的快速發(fā)展對無人機系統(tǒng)專業(yè)人才的需求越來越迫切。文章針對無人機系統(tǒng)“自主性”這一典型特征，結合我國發(fā)展現(xiàn)狀和大學實際，建立以智能為主線和以OODA（觀察一判斷一決策一行動）為環(huán)節(jié)的無人機系統(tǒng)課程體系并對課程體系的實施提出建議，為智能無人機系統(tǒng)領域高素質創(chuàng)新人才的培養(yǎng)提供參考。

關鍵詞：智能；無人機系統(tǒng)；課程體系

1背景

無人機具有機動性強、適應能力高、續(xù)航時間長、無人員傷亡、制造/訓練/維修成本低等獨特優(yōu)勢，可以代替人執(zhí)行“枯燥的、惡劣的、危險的、縱深的”任務，已成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的“千里眼”和“殺手锏”。無人機系統(tǒng)是機械化和信息化高度結合的產(chǎn)物，通常包括無人機平臺、任務載荷、通信系統(tǒng)、控制站、發(fā)射與回收、保障運輸?shù)确窒到y(tǒng)，其與有人機系統(tǒng)的最大區(qū)別在于不需要人在座艙內進行操作。進入21世紀，無人機系統(tǒng)的使用需求和任務能力發(fā)生新的變化，需要應對多機協(xié)同以及提高自主決策能力的挑戰(zhàn)，從自動化技術開始向智能化技術方面發(fā)展，一方面要具備自主行為，另一方面要實現(xiàn)“無人/有人、無人/無人”的協(xié)同使用。要使無人系統(tǒng)實現(xiàn)自主與協(xié)同的功能，必須有人工智能技術的支持，這是由于無人系統(tǒng)要代替人執(zhí)行各種任務，而這些任務本身需要一定的智力敏銳性，因此無人系統(tǒng)只有在某種程度上具有人的智能，才能模擬人的行為完成既定任務。無人系統(tǒng)是人工智能技術最典型也最為集中的應用對象，無人系統(tǒng)對環(huán)境的理解、行為決策、路徑規(guī)劃、集群控制等問題以及人工智能的模式識別、問題求解、專家系統(tǒng)、多智能體、機器學習等理論與方法提出新的挑戰(zhàn)。

我國無人機種類和數(shù)量都在快速增長，對無人機系統(tǒng)人才需求日益強烈，要求不僅能夠熟練操控無人機，還能對無人機系統(tǒng)涉及的信息獲取、處理、決策與控制等環(huán)節(jié)深刻理解和運用。只有理解并掌握無人機系統(tǒng)中所使用的各項先進技術，才能充分發(fā)揮無人機系統(tǒng)的最佳性能。

2國外無人機系統(tǒng)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

作為世界上無人機系統(tǒng)發(fā)展水平最高的國家，美國無人機的列裝規(guī)模、技術成熟度以及研發(fā)投入均已經(jīng)增長到可與有人機相匹敵的程度。美國國防部在無人機系統(tǒng)近5年（2011—2015年）撥款總額高達300億美元，截止2013年7月，其采購的無人機數(shù)量已達10000余架之多，涵蓋從單兵到旅團的多個裝備層次，相應無人機系統(tǒng)的專業(yè)人才數(shù)量已超過戰(zhàn)斗機和轟炸機相關人員，這種差距呈現(xiàn)加速擴大的趨勢。預計2030年左右，無人機作戰(zhàn)使用人員將占到份額的絕大多數(shù)。

2.1美國無人機系統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

無人機裝備數(shù)量和性能的快速提升與高素質人才短缺之間的矛盾日漸突出，無人機專業(yè)人才數(shù)量的短缺和水平的不足開始嚴重制約無人機作戰(zhàn)效能的發(fā)揮，已引起美國國會的高度重視。如何完善無人機領域的人才培養(yǎng)體系，教育和訓練出高素質的無人機領域專業(yè)技術人才和指揮人才，成為最近幾年美國國會關于無人機領域的重要議題。

1）大規(guī)模多類型無人機系統(tǒng)的快速列裝急需培養(yǎng)大量的無人機工程專業(yè)人才。

進入21世紀以來，無人機在以伊拉克戰(zhàn)爭、阿富汗戰(zhàn)爭、利比亞戰(zhàn)爭為代表的實戰(zhàn)中得到空前發(fā)展。無人機投入實戰(zhàn)應用主要有3種方式：第1種是單兵裝備，如“大烏鴉”手拋式無人機配備到士兵一級；第2種是為執(zhí)行特定任務單獨成軍，如先后成立于2002年和2004年的“捕食者”和“全球鷹”無人機中隊；第3種是混合編制，如海軍的“X-47B”無人作戰(zhàn)飛機未來將與“F-18”“F-35”等艦載戰(zhàn)斗機混合編隊實現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)。后兩種形式裝備對專業(yè)人才的需求更為突出，如一個“捕食者”無人機系統(tǒng)由4架帶傳感器和數(shù)據(jù)鏈路的無人機、1個地面控制站、1個“捕食者”主衛(wèi)星鏈路、地面保障設備和65名機組人員構成。美國空軍為保障MQ-1“捕食者”、MO-9“死神”無人機的65條24小時空中戰(zhàn)斗巡邏圈（CAP）的任務需求，2017年將增加到19 500名無人機操作和維護人員，但這種人才短缺情況到了近兩年仍然未能明顯改善。2015年，美國政府問責局（GAO）對空軍無人機部隊訓練的7個抽樣表明，由于無人機操作員的缺乏，這些部隊只完成了原計劃35%的訓練任務；陸軍情況更加嚴重，大部分沒有完成基本訓練任務。

2）人才培養(yǎng)體系呈現(xiàn)多崗位、多裝備、多基地、多生源、多層次等特點，不同軍兵種培養(yǎng)體系相對獨立，缺乏聯(lián)合作戰(zhàn)的通用性基礎。

美國各軍種對當前無人機的任務需求、裝備現(xiàn)狀及隸屬關系要求不同，因而造成現(xiàn)有對無人機專業(yè)人員的培養(yǎng)是松散的，其體現(xiàn)在學生來源、任職安排、培養(yǎng)流程等方面。美國空軍裝備有多型中高端無人機，用來執(zhí)行情報偵察、遠程打擊等復雜使命任務，需要的相關崗位眾多，如RQ-4“全球鷹”無人機任務控制單元的機組成員就包括任務控制官、指揮控制員、任務規(guī)劃員、通信操作員、情報分析員、維護技師等，MQ-1“捕食者”包括飛行、傳感器、常規(guī)數(shù)據(jù)分析、任務規(guī)劃、通信等多個崗位?？哲妼ο嚓P人員的培訓主要在倫道夫基地和拉克蘭基地展開，原則上要求無人機操作員候選人必須是有人機飛行員或是具有聯(lián)邦航空局商業(yè)飛行執(zhí)照和儀表飛行等級資格的導航員或已停飛的飛行員。相比其他軍種要求飛行操作員需要是有人機飛行員出身，陸軍不作此項要求。無人機主要的RQ-11“大烏鴉”在喬治亞州本寧堡的陸軍最佳機動中心開展訓練。

2.2美國無人機系統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)的發(fā)展趨勢

進入21世紀10年代以來，以人工智能為代表的一大批新技術的不斷變革，促進戰(zhàn)爭模式向精確化、信息化、智能化聯(lián)合作戰(zhàn)為主導的新型作戰(zhàn)模式轉變，同時也對無人機系統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)提出新的要求。

1）為支持多種類型無人機系統(tǒng)聯(lián)合作戰(zhàn)，對人才培養(yǎng)的深度和廣度提出更高要求，需要加強院校學歷人才的培養(yǎng)。

美國每種無人機系統(tǒng)都有專門的訓練項目，這就使得無人機系統(tǒng)操作員缺乏戰(zhàn)場交互操作能力，各機型操作員無法操作別的無人機系統(tǒng)，無法實現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)，這對操作員個人的知識結構和理論深度提出極高的挑戰(zhàn)。美國國防部指出由于技術、戰(zhàn)術與規(guī)程（TTP）不斷發(fā)展，無人機操作員除了接受專門的訓練，其培訓的內容深度還要能夠支持某軍種的任務，訓練的廣度要允許操作員融入聯(lián)合作戰(zhàn)環(huán)境。采用基于院校的通用化學歷教育培養(yǎng)方式，將通用教育和崗位教育相結合，使無人機操作員既具備最初的任職資格能力，又要有提升空間，具備很強的崗位適應能力。目前，美國已經(jīng)大約有100個學院和大學開設無人機相關培訓課程。安柏瑞德航空航天大學在2012年開始無人機操作員培訓。美國海軍研究生院也設立了航空宇航工程專業(yè)，為美海軍無人機人才培養(yǎng)提供一定支持。美空軍無人機飛行員和操作員主要由飛行員轉任，這些飛行員大多畢業(yè)于美國空軍學院（USAFA）。

2）不同無人機系統(tǒng)培養(yǎng)內容在基本原理和基礎知識上存在共性，在使用方式、使命任務等方面則具有不同特性，需要統(tǒng)籌好拓寬知識結構與精通實踐運用的關系。

潛在的無人機訓練需求規(guī)模龐大，裝備無人機多樣化，適用于所有無人機操作人員的通用核心課程和裝備實踐分開的方式，可以在顯著提高訓練數(shù)量和質量的同時，減少成本和時間周期的代價。美國空軍、陸軍、海軍以及海軍陸戰(zhàn)隊按照區(qū)分共性與特性的原則，將無人機操作人員培訓合理地分成2個階段：第1階段對操作人員統(tǒng)一進行通用核心課程教育和模擬器訓練，拓寬學員知識結構；第2階段再針對裝備的特性分不同基地進行深入實踐，緊貼作戰(zhàn)需求，學以致用。

3）智能化程度的提高成為各國對無人機系統(tǒng)能力躍升的共識，與以機械結構為對象、屏幕界面為主導的傳統(tǒng)操作方式相比，更需要操作員懂得信息處理、博弈決策、智能規(guī)劃等內在原理。

未來20年內，自主能力將會得到飛躍式提升，從而緩解“鏈路丟失”的情況，同時保證忠誠僚機能夠完全與有人機、遙控駕駛飛行器（RPA）以及其他小型無人機系統(tǒng)（SUAS）集成。此外，半自主作戰(zhàn)將會改變集群與多機控制（MAC）的有關概念，使一位操作員能夠為戰(zhàn)場空間內的多架SUAS分配任務并進行管理?！半S著自主能力的加速發(fā)展，需要加快利用觀察一判斷一決策一行動（OODA）回路，更快地向決策者提供關鍵信息；在未來應對高科技敵手的作戰(zhàn)任務中，這將是一種非常關鍵的手段”。美國防部文件3000.09指出，美國空軍在繼續(xù)規(guī)劃“人在回路中”操作的同時，應當著力提高自主能力，通過多機控制降低對人力的需求。

3我國無人機系統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)體系構建

3.1我國無人機系統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀分析

我國無人機系統(tǒng)正處于快速發(fā)展階段。在民用無人機方面，諸如“大疆”“零度”等消費級無人機迅速崛起，據(jù)報道無人機數(shù)量已超過10萬架并迅速搶占國內外市場；軍用無人機方面，如“彩虹”“翼龍”“翔龍”“利劍”等高端無人機性能也不斷提升，開始承擔偵察甚至攻擊任務。目前，無人機的使用發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢：①未來將逐步替代有人機執(zhí)行情報、監(jiān)視和偵察（ISR）任務；②實現(xiàn)從信息支援類無人機向火力打擊無人機發(fā)展；③以發(fā)展通用平臺為基礎，向模塊化和互操作方向發(fā)展；④無人機系統(tǒng)向更高的自主能力發(fā)展，實現(xiàn)“人在回路上”監(jiān)督控制；⑤從獨立使用向有人一無人協(xié)同、無人機集群使用發(fā)展；⑥從傳統(tǒng)的航空空間向臨近空間發(fā)展。

隨著我國各種中高端無人機系統(tǒng)的大量快速應用，無人機數(shù)量和性能的快速提升與高素質無人機專業(yè)人才短缺之間的矛盾日漸突出。目前，無人機設計制造、指揮控制、任務規(guī)劃、情報分析、維護保障等無人機工程專業(yè)人才數(shù)量的短缺和水平的不足，已開始嚴重制約無人機系統(tǒng)使用效能的發(fā)揮，同時察打一體無人機、無人作戰(zhàn)飛機等高端無人機的人才培養(yǎng)需求越來越大，特別在聯(lián)合作戰(zhàn)背景下，適應無人一有人協(xié)同作戰(zhàn)的人才培養(yǎng)也十分緊迫，為此在綜合型大學開設無人機系統(tǒng)專業(yè)已經(jīng)勢在必行。

目前，國內航空類院校如西北工業(yè)大學、北京航空航天大學、南京航空航天大學等已開設無人機相關專業(yè)，培養(yǎng)無人機系統(tǒng)領域設計、制造和使用專業(yè)人才，但這些專業(yè)分散在各學院的相關學科，未進行有效整合。軍事類院校如空軍工程大學、軍械工程學院、陸軍軍官大學等開設了無人機運用工程等專業(yè)，培養(yǎng)無人機領域的指揮、控制和維護人才，但還無法滿足實際應用的需要。一些職業(yè)院校如天津現(xiàn)代職業(yè)技術學院、西安航空職業(yè)技術學院等開設了無人機應用專業(yè)，主要進行無人機“飛手”的任職培訓，培訓合格的人員可獲得無人機駕駛員或機長的資格證書。

總的來說，目前對無人機系統(tǒng)的認識還停留在機械化平臺階段，并未進入信息化系統(tǒng)，更不要說智能化體系階段；對無人機的應用主要是“能飛會用”，還缺乏對原理的理解以及對無人機的感知、規(guī)劃、控制等自主系統(tǒng)的認知；對無人機的發(fā)射回收和維修保障還停留在大量人力需求上。為適應多種無人機協(xié)同使用及融入有人機融合空域的需要，必須加強無人機專業(yè)人才培養(yǎng)的深度和廣度。雖然不同無人機的使用方式和使命任務各具特點，但是其原理和基礎知識基本相同，因此需要突出無人機系統(tǒng)的信息化和智能化特征，構建出以智能為主線的無人機系統(tǒng)專業(yè)課程體系，培養(yǎng)無人機系統(tǒng)領域的新型高素質創(chuàng)新人才，服務于我國國民經(jīng)濟和國防領域無人機系統(tǒng)的發(fā)展。

3.2以智能為核心的無人機系統(tǒng)課程體系構建

2014年，國防科技大學緊貼我軍裝備由機械化向信息化和智能化方向發(fā)展的趨勢，依托控制學科、機械學科和儀器學科，在自動化專業(yè)試辦開設無人機工程專業(yè)方向，目標是培養(yǎng)掌握無人機工程相關領域基礎理論和基本知識的學員，使其具有無人機和無人系統(tǒng)及相關裝備的分析、設計、研制、維護、管理等方面的實際工作能力和初步科學研究能力；在研究生階段面向全校開設“無人作戰(zhàn)”軍事公共課，在繼續(xù)教育階段開設“無人作戰(zhàn)系統(tǒng)”專題課程。目前，我們試辦無人機工程本科專業(yè)方向，已成功培養(yǎng)3屆本科學員。無人機系統(tǒng)研究方向培養(yǎng)的研究生扎根邊疆海島無人機部隊，已成長為單位骨干；培養(yǎng)的地方研究生走入地方企事業(yè)單位，也能一展拳腳，受到用人單位的好評。

針對無人機系統(tǒng)“平臺無人、系統(tǒng)有人”的典型技術特征，我們加強智能科學與技術在無人機系統(tǒng)專業(yè)中的地位，以不斷加強學員對無人機系統(tǒng)的自主性理解與認識；課程體系設計上，以智能為主線，綜合考慮各個學歷層次的課程設置；按照“夯實基礎、瞄準前沿、強化實踐”的思路，面向本科生、碩士生、博士生、繼續(xù)教育4種層次的高素質新型軍事人才培養(yǎng)需求；按照學科交叉原則，在控制科學與工程學科，結合機械工程、儀器科學與技術、信息與通信工程、計算機科學與技術等學科課程體系，系統(tǒng)梳理無人系統(tǒng)知識體系和能力結構，突出智能相關課程的主線地位。以人工智能為例，教師可在本科階段開設人工智能導論，重點放在基礎理論和基本方法上，激發(fā)學生對人工智能的學習興趣，主要內容包括問題表示、搜索技術、知識表示、推理技術、專家系統(tǒng)等，同時讓學生了解機器學習、進化計算、多智能體等發(fā)展動態(tài)；碩士階段設置人工智能基礎，重點放在實踐能力的培養(yǎng)上，主要內容包括分布式人工智能與Agent、自動規(guī)劃、機器學習、知識發(fā)現(xiàn)、自然計算等；博士階段設置人工智能高級專題，重點放在創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上，主要內容包括高級知識推理、認知計算、數(shù)據(jù)挖掘、智能控制、人工生命等方面。

教師還可按無人作戰(zhàn)特有的“觀察—判斷—決策—行動”（OODA）回路設置課程模塊，開設無人機環(huán)境感知、無人機任務規(guī)劃、無人機飛行控制、無人機協(xié)同控制、無人機系統(tǒng)作戰(zhàn)運用等相關課程，涵蓋無人機系統(tǒng)技術領域的基礎課程、專業(yè)課程、專題研討和前沿講座，實現(xiàn)“本—碩—博—繼續(xù)教育”各層次貫通、“基礎—實踐—前沿”合理搭配、“無人平臺—無人系統(tǒng)—無人體系”相互銜接、“關鍵技術—工程應用—實戰(zhàn)運用”有機融合。我們還引入全國研究生暑期學校、MOOC在線學習平臺和傳統(tǒng)教學模式相結合的多種教學樣式，主辦機器人與無人系統(tǒng)、無人系統(tǒng)協(xié)同控制、導航技術等6期智能無人系統(tǒng)全國研究生暑期學校，令上百所高校和科研院所的500多名學員受益。

總的來說，以智能為主線，以OODA為環(huán)節(jié)，教師可在本科階段設置如下無人機系統(tǒng)專業(yè)課程。

（1）大類基礎課程模塊：控制基礎、機械基礎、傳感測試、電工電子、計算機基礎和人工智能基礎。

（2）專業(yè)（基礎）課程模塊：

◇無人機平臺（無人機系統(tǒng)概論、空氣動力學、無人機平臺設計與制造、自主起降與發(fā)射回收）；

◇智能感知（圖像處理與環(huán)境感知、目標識別與態(tài)勢理解）；

◇自主控制（自主導航原理、無人機飛行控制、精確制導與控制、自主決策與協(xié)同控制）；

◇任務規(guī)劃（無人機任務規(guī)劃、對策論與運籌學）；

◇通信與測控（通信系統(tǒng)與數(shù)據(jù)鏈、網(wǎng)絡化測控）；

◇指揮控制（空域集成與運行管控、無人機系統(tǒng)作戰(zhàn)運用、反無人機技術）；

◇綜合保障（無人機狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷、無人機綜合保障技術）；

◇綜合實踐（無人機系統(tǒng)設計與綜合實踐、無人機飛行訓練與綜合演練、生產(chǎn)企業(yè)實習、基地訓練實踐）。

3.3無人機系統(tǒng)專業(yè)課程體系實施建議

（1）面向需求，因材施教。不同院校的定位不同，無人機專業(yè)課程側重點不同。高等院校需要加強高端無人機系統(tǒng)技術人才的培養(yǎng)，綜合性軍事大學要加強無人機工程專業(yè)建設，軍兵種院校要加強無人機戰(zhàn)術運用專業(yè)建設，無人機相關企業(yè)要加強高素質工程師的培養(yǎng)。

（2）突出智能，服務應用。面向無人機專業(yè)的本科、碩士、博士、繼續(xù)教育等各個層級的人才培養(yǎng)，均要突出智能在人才培養(yǎng)的核心地位，深刻理解是“智能”賦予無人機“靈魂”。針對不同層次，講授不同的內容，做到前后銜接，逐級深入，為不同的無人機應用服務。

（3）體系思維，人機協(xié)同。在人才培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)具備大局觀的專業(yè)人才，要讓學生理解無人機系統(tǒng)是信息網(wǎng)絡和作戰(zhàn)體系中的一個節(jié)點，既從體系中獲取信息，又為體系提供信息。無人機要想發(fā)揮好效用，必要做到人機協(xié)同，實現(xiàn)人機智能融合；必須做到多平臺協(xié)同，發(fā)揮規(guī)模和成本優(yōu)勢。

（4）實踐引領，注重創(chuàng)新。無人機系統(tǒng)和智能機器人一樣，是一個多學科交叉融合和實踐性很強的一門專業(yè)，必須培養(yǎng)既有深厚理論基礎，又有較強動手能力的專業(yè)人才；在無人機OODA各個環(huán)節(jié)的課程設計上，都要對各個層次人才加強創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，提高創(chuàng)新水平。

4結語

筆者結合國內外無人機系統(tǒng)專業(yè)人才發(fā)展的需求，提出以院校為主體的學歷教育人才培養(yǎng)模式；根據(jù)無人機系統(tǒng)提高“自主性”的典型特征，提出以“智能”為主線的無人機系統(tǒng)專業(yè)方向的課程體系；根據(jù)不同院校定位和學歷層次，提出不同的實施建議。本文的研究可為我國無人機系統(tǒng)領域高素質創(chuàng)新人才的培養(yǎng)提供參考。

（編輯：宋文婷）