劉暢

摘 要 本文討論了無人機和人工智能的概念內(nèi)涵，闡述了無人機與人工智能技術(shù)的關(guān)系及兩種技術(shù)結(jié)合的優(yōu)勢。從軍用和民用兩個方面分析了人工智能無人機系統(tǒng)的典型應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用發(fā)展趨勢。對未來無人機的應(yīng)用從民用和軍用兩方面進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 人工智能；無人機；智能蜂群；應(yīng)用分析

中圖分類號 TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）212-0150-03

無人機是指利用無線電遠(yuǎn)程控制設(shè)備和自主程序控制裝置操縱的不載人飛行器。由于其具有操縱智能靈活、造價低廉、不懼傷亡、起降簡單等優(yōu)點，在現(xiàn)代軍用和民用領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。美國國防部和聯(lián)邦航空管理局（FAA）早在《美軍無人機路線圖2005～2030》中采用Unmanned？Aircraft？ System（UAS）規(guī)定了無人機的3個基本內(nèi)涵：

1）飛行器上無駕駛員。

2）能完成一定的使命任務(wù)。

3）能重復(fù)使用。

目前遙控航空模型飛機是否屬于無人機仍有爭議，主要原因在于現(xiàn)代航空模型飛機也采用了先進(jìn)的飛行控制技術(shù)，其功用與傳統(tǒng)意義的無人機相比界線模糊。但仍有學(xué)者認(rèn)為“若只是在視距內(nèi)飛行，遙控航空模型飛機不屬于嚴(yán)格意義的無人機”[ 1 ]。

盡管無人機隨著科技的進(jìn)步在不斷發(fā)生改變，但永遠(yuǎn)不變的是：無人機由人使用，無人機任何工作的權(quán)限都是由人設(shè)置的。但同時由于人自身的生理能力、精力以及精確控制能力的局限性，不可能隨時管控?zé)o人機，因此，無人機需要有獨立自主工作的能力。

自主飛行的能力和水平，反映了無人機智能的高低。從一般意義上講，自主與智能是兩個不同范疇的概念，自主表達(dá)的是行為方式；智能則是完成行為過程的能力[2]。自主未必智能，但自主希望有智能；智能依賴自主，智能的等級取決于自主權(quán)限的高低[3]。

隨著神經(jīng)科學(xué)、計算機和集成芯片技術(shù)等飛速發(fā)展，人工智能技術(shù)迎來了新的發(fā)展熱潮，使無人機的自主飛行和智能控制成為了可能。當(dāng)代人工智能技術(shù)所取得的進(jìn)步，與深度學(xué)習(xí)算法、增強學(xué)習(xí)算法等密切相關(guān)。人工智能技術(shù)是提升無人機應(yīng)用能力的革命性技術(shù)，其對無人機發(fā)展的影響主要體現(xiàn)在3個方面：單機智能飛行、多機智能協(xié)同、任務(wù)自主智能[4]。

本文針對“人工智能+無人機”的典型應(yīng)用領(lǐng)域，從軍用和民用兩個方面進(jìn)行概括性總結(jié)。

1 軍用領(lǐng)域

軍用領(lǐng)域的需求往往是高新技術(shù)發(fā)展的直接驅(qū)動力，人工智能技術(shù)和無人機技術(shù)作為當(dāng)代兩大高新技術(shù)，在軍事應(yīng)用方面有著廣闊的潛力，同時又被驅(qū)動融合式發(fā)展。

1.1 智能無人機蜂群

智能無人機蜂群是將大量無人機基于開放式體系架構(gòu)進(jìn)行綜合集成，以系統(tǒng)群智涌現(xiàn)能力為核心，以通信網(wǎng)絡(luò)信息為中心，以平臺間的協(xié)同交互能力為基礎(chǔ)，以單平臺節(jié)點能力為支撐，構(gòu)建具有抗毀性、低成本、功能分布化等優(yōu)勢的智能體系[5]。

在軍事應(yīng)用方面，智能無人機蜂群作戰(zhàn)系統(tǒng)以多元化投送方式快速投送到目標(biāo)區(qū)域遂行多樣化軍事任務(wù)，包括與其他武器平臺協(xié)同攻擊空中、海上、地面目標(biāo)及情報偵察監(jiān)視等，實現(xiàn)對熱點地區(qū)戰(zhàn)略威懾、戰(zhàn)役對抗、戰(zhàn)術(shù)行動。由于具有惡劣環(huán)境適應(yīng)性強，協(xié)同作戰(zhàn)能力強等優(yōu)勢，該領(lǐng)域備受世界各軍事大國的重視，目前正處于飛速發(fā)展階段。

美國空軍發(fā)布的《小型無人機系統(tǒng)路線圖2016-2036》報告首頁，將無人機及其蜂群系統(tǒng)稱為“填補戰(zhàn)術(shù)與戰(zhàn)略之間空白”的技術(shù)，凸顯了小型無人機系統(tǒng)及其蜂群的重要意義。美軍在研的幾種典型智能無人機蜂群如表1所示。圖1為美空軍研究實驗室（AFRL）發(fā)布的2030年空軍智能無人機蜂群項目。

歐洲各國聯(lián)合研發(fā)的“神經(jīng)元”無人機也是智能無人機蜂群應(yīng)用的典型機型。其綜合運用了自動容錯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)，具有自動捕獲和自主識別目標(biāo)的能力，也可通過組網(wǎng)由指揮機控制飛行或作戰(zhàn)，并能夠在不接受任何指令的情況下獨立完成飛行，并在復(fù)雜飛行環(huán)境中自我校正。

我國在2016年珠海航展上，中國電科聯(lián)合清華大學(xué)和泊松科技公司展示了國內(nèi)首個固定翼無人機蜂群試驗原型系統(tǒng)，實現(xiàn)了67架規(guī)模的蜂群原理驗證，打破之前由美國海軍保持的50架固定翼無人機蜂群的世界紀(jì)錄。

智能無人機蜂群的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：總體架構(gòu)、戰(zhàn)術(shù)與作戰(zhàn)使用、蜂群控制與群體智能、蜂群感知與信息融合、任務(wù)規(guī)劃和航跡規(guī)劃等[5]。而這些關(guān)鍵技術(shù)的突破正是依托于人工智能技術(shù)。

1.2 人工智能無人機-有人機系統(tǒng)

人工智能無人機-有人機系統(tǒng)的應(yīng)用包括：無人機-有人機合作系統(tǒng)和無人機-有人機對抗系統(tǒng)。

無人機-有人機合作系統(tǒng)典型的實例是美國空軍在研的“忠誠僚機”項目，其旨在將第四代戰(zhàn)機F-16改造成無人機，通過人工智能自主運算數(shù)據(jù)庫，協(xié)同第五代隱身戰(zhàn)機F-35、F-22的駕駛員作戰(zhàn)?！爸艺\僚機”在不需要地面控制的情況下，依靠強大的人工智能技術(shù)，不僅能自主飛行，還能在沒有長機的指令下，自主完成作戰(zhàn)任務(wù)。圖2為美國空軍規(guī)劃的未來無人機-有人機聯(lián)合作戰(zhàn)編隊。

無人機-有人機對抗系統(tǒng)典型案例是2016年美國辛辛那提大學(xué)博士生開發(fā)的ALPHA人工智能無人機在模擬空戰(zhàn)中擊敗了飛行數(shù)千小時的退役空軍上校，凸顯了人工智能無人機的作戰(zhàn)潛力，該系統(tǒng)既可滿足飛行員模擬對抗的需求，也可以作為有人機的僚機隨行作戰(zhàn)任務(wù)。

1.3 無人機人工智能情報分析

Google公司通過使用軍用無人機獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行人工智能分析，幫助美國國防部開展情報分析工作，該計劃被稱為為“專家項目”（Project Maven），是美國國防部2017年4月啟動的“算法戰(zhàn)”項目的一部分。盡管美國國防部已經(jīng)投入了大量資金研發(fā)先進(jìn)的傳感器用于無人機的情報收集，但在創(chuàng)建分析工具以梳理數(shù)據(jù)方面明顯滯后。Maven的任務(wù)是使用機器學(xué)習(xí)來識別無人機鏡頭中的車輛和其他物體，從而減輕情報分析人員的負(fù)擔(dān)，Google公司將為美國國防部提供TensorFlow？API來協(xié)助機器學(xué)習(xí)算法識別出特殊對象，其目標(biāo)是為軍方提供先進(jìn)算法，自動檢測和識別無人機全動態(tài)攝像機捕獲的多達(dá)38種物體。美軍高層將Maven比作“火花”，稱其“將在整個國防部點燃人工智能的火苗”?？梢?，美軍對人工智能技術(shù)融合無人機領(lǐng)域的高度重視。

2 民用領(lǐng)域

近年來無人機在民用市場已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)林植保、測繪、電力巡線、物流運輸、應(yīng)急救援等領(lǐng)域。在2016年5月由我國國家發(fā)改委牽頭制定的《“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能三年行動實施方案》中，明確提出了推動人工智能技術(shù)在無人系統(tǒng)領(lǐng)域的融合應(yīng)用，提出了發(fā)展無人飛行器等無人智能設(shè)備。無人機能為收集大數(shù)據(jù)提供便捷的平臺，而人工智能又具有強大的數(shù)據(jù)分析和規(guī)劃決策能力，兩者結(jié)合在一起相互驅(qū)動發(fā)展。

2.1 信息技術(shù)驅(qū)動的智能無人機應(yīng)用

通過借助無人機的平臺優(yōu)勢，信息技術(shù)尤其是大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)正在與無人機相互融合，使無人機朝著人工智能方向發(fā)展[4]。

1）在大數(shù)據(jù)方面。作為空中移動載體，無人機在測繪、物流運輸、交通監(jiān)管、工業(yè)生產(chǎn)、個人消費等領(lǐng)域能夠通過傳感器搜集海量數(shù)據(jù)。通過對這些數(shù)據(jù)的分析，可以為人工智能應(yīng)用提供可靠決策支撐，能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。同時，無人機收集的數(shù)據(jù)也有助于無人機本身的發(fā)展。由于有大量的數(shù)據(jù)為無人機提供助力，無人機將能進(jìn)一步提升智能飛行的能力。

2）在云計算方面。由于無人機機載容量和機載處理器運算能力的限制，要提升無人機的智能計算水平，需要讓無人機機載處理器得到解放。機上的計算、機上的存儲、機上的智能能力拓展，都可以采用云端處理解決。

2.2 能源巡視

無人機能源巡視主要是指無人機代替人進(jìn)行長距離、復(fù)雜環(huán)境的巡檢工作，例如對輸電線路的巡檢、輸油線路的巡檢、移動鐵塔的巡檢和光伏的巡檢方面。無人機巡檢是替代人巡檢的一個有效的手段，尤其是在山區(qū)、跨河流等人難以到達(dá)的地方。據(jù)統(tǒng)計，在山區(qū)人巡檢的效率基本上是每天3-4級鐵塔，而每級鐵塔之間距離僅為500米到1？000米左右，人巡檢的效率非常低且巡檢的效果也無法保證，所以迫切需要一種智能化、自動化的設(shè)備來完成巡檢的工作，人工智能無人機系統(tǒng)不僅能自主規(guī)劃飛行路徑并對巡檢目標(biāo)進(jìn)行智能檢測，而且還能利用人工智能技術(shù)對巡檢目標(biāo)進(jìn)行分析。

2.3 智能無人機編隊燈光秀

2018年在平昌冬奧會開幕式燈光秀上，美國英特爾公司放飛了由1218架“流星”四旋翼無人機組成的編隊，可以幻化成運動員和奧運五環(huán)標(biāo)志，刷新了智能無人機編隊的紀(jì)錄，如圖3所示。

3 結(jié)論

提高無人機系統(tǒng)的人工智能水平是無人機發(fā)展的永恒追求目標(biāo)，人工智能與無人機的結(jié)合具有廣闊的應(yīng)用拓展前景。隨著我國民用無人機政策的規(guī)范和低空空域改革的深化，我國民用無人機行業(yè)發(fā)展前景樂觀，高智能無人機系統(tǒng)將蘊含著更加深厚的市場潛力。同時，隨著軍用領(lǐng)域無人機人工智能的深入應(yīng)用，無人機系統(tǒng)在未來復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境將具有更高的思維能力和自主決策能力，必然會成為各軍事大國爭奪的新的制高點。

參考文獻(xiàn)

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