王正任

(中電科特種飛機(jī)系統(tǒng)工程有限公司，四川 成都610000）

無人機(jī)主要涉及到三個(gè)基本內(nèi)容，其一是無駕駛員；其二是可完成一系列任務(wù)和使命；其三可重復(fù)使用。雖然目前無人機(jī)在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，取得傲人成績(jī)。但一直無法改變的是無人機(jī)需要人為操控，無人機(jī)很多權(quán)限都由人來設(shè)置。但人的生理能力、精神等都是有限的，無法隨時(shí)隨地有效管控?zé)o人機(jī)的飛行狀態(tài)及飛行參數(shù)，急需提升無人機(jī)的自行工作能力。通過應(yīng)用人工智能技術(shù)，可賦予無人機(jī)的人的思維，提升自行飛行能力，從而自主完成人類無法完成的工作?；诖耍_展人工智能在無人機(jī)領(lǐng)域中的應(yīng)用研究就顯得尤為必要。

1 人工智能概述

目前人工智能技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過60 余年的發(fā)展歷程，是一項(xiàng)具有很強(qiáng)綜合能力的技術(shù)，融合了仿生學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論、信息理論、哲學(xué)、生物學(xué)等多種學(xué)科。發(fā)展至今，人工智能技術(shù)愈發(fā)先進(jìn)，在自主學(xué)習(xí)、分析判斷、運(yùn)動(dòng)控制、專家系統(tǒng)方面取得了豐碩成績(jī)。人工智能可對(duì)人的行為及智能等進(jìn)行模擬分析及拓展延伸，賦予機(jī)械設(shè)備、儀器儀表人的智慧，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、智慧化發(fā)展，促使這些設(shè)備具有人的感知、決策、反饋能力，人工智能技術(shù)的基本含義如圖1 所示：

圖1 人工智能的基本含義

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，現(xiàn)代化人工智能逐步向著模擬人類思維、語言、視覺及聽覺的方向發(fā)展。對(duì)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，軍事水平的提升有非常重要的意義。

2 人工智能在無人機(jī)中應(yīng)用的主要層級(jí)

人工智能技術(shù)在無人機(jī)中應(yīng)用，需要從無人機(jī)飛行的幾個(gè)層級(jí)中加以實(shí)現(xiàn)：

第一層級(jí)，純手動(dòng)控制。比如：無人機(jī)由多個(gè)結(jié)構(gòu)共同組成，主要通過操控桿來實(shí)現(xiàn)油門、開關(guān)量的開展。沒有配置自動(dòng)駕駛儀的遙控式無人機(jī)，則該無人機(jī)的飛行性能和操作者的技術(shù)水平有直接關(guān)系。如果是多翼無人機(jī)，則每個(gè)操控桿的自由度，與電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，僅憑人為操作幾乎無法保證多翼無人機(jī)良好飛行。因此，從第一層級(jí)的角度來看，無人機(jī)的決策、導(dǎo)航、飛行控制等都需要人為操控來完成。

第二層級(jí)，增穩(wěn)的手動(dòng)控制。在無人機(jī)中增加增穩(wěn)系統(tǒng)，可大幅度提升無人機(jī)飛行的穩(wěn)定性。即便對(duì)多翼無人機(jī)而言，雖然自由度控制難度比較大，但通過增穩(wěn)系統(tǒng)，可提升飛行器的阻尼，境地多翼無人機(jī)飛行操控時(shí)對(duì)操作人員的反應(yīng)要求。從此層面來看，通過增穩(wěn)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無人機(jī)部分自動(dòng)化控制，但仍然需要人為參與控制[1]。

第三層級(jí)，含有姿態(tài)自穩(wěn)的無人機(jī)手動(dòng)控制。通過姿態(tài)自穩(wěn)系統(tǒng)來及時(shí)執(zhí)行操作者發(fā)布的指令，通過控制操控桿來完成對(duì)無人機(jī)飛行姿態(tài)的有效控制。在這一層級(jí)上，通過安裝姿態(tài)自穩(wěn)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)無人機(jī)姿態(tài)控制，但位置控制和任務(wù)開展仍然需要人為完成。

第四個(gè)層級(jí)，通過導(dǎo)航設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制。飛控可及時(shí)掌握無人機(jī)飛行的姿態(tài)、位置及速度，通過分析這些數(shù)據(jù)，來完成當(dāng)前狀態(tài)向目標(biāo)狀態(tài)的機(jī)動(dòng)，可促使無人機(jī)按照指定的航線自動(dòng)飛行，但這個(gè)層級(jí)需要飛控來完成。

第五個(gè)層級(jí)，通過路徑規(guī)劃來實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自動(dòng)飛行，簡(jiǎn)而言之，飛控不但可以按照目前無人機(jī)飛行狀態(tài)進(jìn)行任務(wù)指令計(jì)算，同時(shí)還可以自動(dòng)躲避飛行中遇到的障礙物，這些障礙物也可以通過無人機(jī)自動(dòng)感知，從避免造成發(fā)生碰撞。在這一層級(jí)中，無人機(jī)飛行的導(dǎo)航、制導(dǎo)、控制等都可以通過飛控來實(shí)現(xiàn)。

第六個(gè)層級(jí)，促使無人機(jī)具有決策功能，自行決策飛行任務(wù)和飛行指令。目前一些無人機(jī)就可以通過“視覺”來躲避障礙，此種層級(jí)下，無人機(jī)的決策、導(dǎo)航、制導(dǎo)、控制都通過無人機(jī)自己來完成。

通過分析無人機(jī)飛行的六個(gè)層級(jí)，可知人工智能技術(shù)主要體現(xiàn)在第五層級(jí)和第六層級(jí)上。就第五層級(jí)而言，為促使無人機(jī)可以在復(fù)雜多變的環(huán)境良好飛行，自動(dòng)、及時(shí)、有效的躲避各種障礙，按照不同的運(yùn)動(dòng)模式來預(yù)測(cè)障礙物的實(shí)際運(yùn)行趨勢(shì)[2]。從而提升障礙物躲避的準(zhǔn)確性。這一點(diǎn)也是人工智能結(jié)合無人機(jī)的主要表現(xiàn)形式。而在第六層級(jí)中，無人機(jī)可以自行分析外部環(huán)境，并進(jìn)行自主決策，并及時(shí)完成信息反饋，屬于高級(jí)人工智能技術(shù)應(yīng)用的范疇。

3 人工智能在無人機(jī)領(lǐng)域中的具體應(yīng)用

3.1 在軍用無人機(jī)領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.1.1 智能無人機(jī)蜂群

智能無人機(jī)蜂群從本質(zhì)而言，屬于一種基于開放式架構(gòu)的集成系統(tǒng)，主要以智能化為核心，立足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而構(gòu)建起一個(gè)集抗毀性、功能分布及低成本為一體化的無人機(jī)智能化系統(tǒng)。該系統(tǒng)在軍事領(lǐng)域中應(yīng)用時(shí)，可通過多元化的方式，快速、準(zhǔn)確、及時(shí)的執(zhí)行的多種軍事任務(wù)，如：通過地面武器，協(xié)同攻擊空中、海洋等目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)戰(zhàn)略部署區(qū)域的威懾及配合戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)。即便是在比較惡劣的環(huán)境下，也可以良好出色的完成軍事任務(wù)，目前此項(xiàng)技術(shù)在全世界軍事領(lǐng)域中都有研究，我國(guó)目前此項(xiàng)技術(shù)還處于發(fā)展的初級(jí)階段，但發(fā)展速度非?？欤哂辛己玫陌l(fā)展前景。

3.1.2 人工智能無人機(jī)聯(lián)合有人機(jī)的應(yīng)用

通過二者的聯(lián)合應(yīng)用，既能實(shí)現(xiàn)相互之間的優(yōu)點(diǎn)共享，也可以實(shí)現(xiàn)缺點(diǎn)互補(bǔ)，在作戰(zhàn)合作及對(duì)抗中具有非常顯著的作用。比如：美國(guó)通過人工智能技術(shù)，將第四代戰(zhàn)機(jī)F-16，改造成了無人機(jī)，其飛行的可控性和執(zhí)行任務(wù)的準(zhǔn)確性大幅度提升[3]。通過人工智能數(shù)據(jù)庫，輔助F35 戰(zhàn)機(jī)駕駛?cè)藛T進(jìn)行更加高效化和精準(zhǔn)化作戰(zhàn)。無需地面可在，僅僅憑借人工智能技術(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)飛行，自動(dòng)完成各項(xiàng)作戰(zhàn)任務(wù)。

3.1.3 在情報(bào)獲取及分析中的應(yīng)用

諸如美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的軍用無人機(jī)在人工智能技術(shù)的支持下，都可以良好的完成戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)獲取和分析工作。比如：美國(guó)曾經(jīng)投入大量財(cái)力來研究無人機(jī)在情報(bào)獲取和分析方面的可行性，但由于缺乏先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析及技術(shù)，目前仍然處于研究發(fā)展階段。如果將人工智能技術(shù)結(jié)合無人機(jī)，則可以從海量數(shù)據(jù)庫中，快速、準(zhǔn)確的提取出對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)分析及作戰(zhàn)指揮有用的數(shù)據(jù)，從而為制定作戰(zhàn)戰(zhàn)略提供數(shù)據(jù)支持，減輕戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)分析人員的負(fù)擔(dān)[4]。比如：通過Tensor Flow API 技術(shù)協(xié)助計(jì)算機(jī)的算法識(shí)別，可有效獲取多種特殊對(duì)象及數(shù)據(jù)，從而為戰(zhàn)場(chǎng)情況獲取及分析，提供更加有效的數(shù)據(jù)算法，幫助作戰(zhàn)提供各項(xiàng)情報(bào)。人工智能技術(shù)在軍用無人機(jī)中的應(yīng)用范圍正在逐步擴(kuò)大，為全球軍事發(fā)展的信息化、智能化、智慧化奠定了扎實(shí)基礎(chǔ)。

3.2 人工智能在無人機(jī)民用領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.2.1 信息技術(shù)驅(qū)動(dòng)的智能無人機(jī)應(yīng)用

立足無人機(jī)智能化平臺(tái)，借助信息技術(shù)，如：大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云存儲(chǔ)技術(shù)等和無人機(jī)的相互融合滲透，使得無人機(jī)領(lǐng)域向著智能化的方向邁出了一大步。比如：目前很多無人機(jī)被廣泛應(yīng)用在物流運(yùn)輸、地形圖測(cè)繪、交通監(jiān)管等領(lǐng)域，會(huì)形成很多數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)信息，龐雜繁多，僅憑人為篩選技術(shù)和挖掘技術(shù)根本無法滿足實(shí)際需求。但通過大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可從海量的數(shù)據(jù)庫中，快速檢索出有價(jià)值、有效的數(shù)據(jù)。再通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析研究，就可以為無人機(jī)智能化應(yīng)用提供更加真實(shí)有效的決策，從而獲得更大的社會(huì)效益技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益[5]。通過信息技術(shù)的應(yīng)用，也可以促進(jìn)無人機(jī)與時(shí)俱進(jìn)，提升智能化飛行能力。無人機(jī)體積有限，其搭載容量和數(shù)據(jù)信息處理能力都是有限的，為進(jìn)一步提升無人機(jī)智能化水平，就必須釋放無人機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的壓力，通過云計(jì)算、云存儲(chǔ)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，可進(jìn)一步拓展無人機(jī)智能化水平。

3.2.2 在能源巡視中的應(yīng)用

隨著智能化技術(shù)及科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，無人機(jī)愈發(fā)強(qiáng)大，發(fā)展至今已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離、長(zhǎng)時(shí)間、惡劣環(huán)境的良好飛行。能源巡視范圍比較大，僅憑人為巡視工作量大，而且難以滿足巡視的全范圍性。而通過智能無人機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域范圍中能源的全范圍、全面性巡視，為能源發(fā)展和利用提供更加先進(jìn)的技術(shù)支持。比如：輸電線路是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要能源，輸電線路范圍比較長(zhǎng)，而且多布置在比較惡劣的環(huán)境中，人為巡視很難做到全面性。但通過無人機(jī)巡視，可近距離、全方位、清晰化的巡視每項(xiàng)輸電線路運(yùn)行情況，大大提升了巡視效率[6]。人工智能無人機(jī)，可自動(dòng)規(guī)劃飛行路線，對(duì)輸電線路進(jìn)行全方位的智能檢測(cè)，并且可以通過先進(jìn)的人工智能技術(shù)，對(duì)輸電線路運(yùn)行情況進(jìn)行系統(tǒng)化分析，以便及時(shí)掌握運(yùn)行情況，為輸電線路故障維護(hù)和治理提供數(shù)據(jù)支持及理論指導(dǎo)。

結(jié)束語

綜上所述，本文結(jié)合理論實(shí)踐，分析了人工智能在無人機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用，分析結(jié)果表明，無人機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用，為全球社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及軍事力量的提升做出了重要貢獻(xiàn)。在人工智能技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，如果能夠?qū)⑷斯ぶ悄芎蜔o人機(jī)技術(shù)相互融合，相互滲透，將會(huì)大幅度提升無人機(jī)的應(yīng)用水平和發(fā)展水平。無論是軍用無人機(jī)，還是民用無人機(jī)，都具有良好的發(fā)展前景。智能化無人機(jī)將全面取代傳統(tǒng)無人機(jī)，因此，必須加強(qiáng)人工智能技術(shù)在無人機(jī)中的應(yīng)用力度，促使我國(guó)無人機(jī)事業(yè)持續(xù)健康的發(fā)展。