人工智能在無人機領(lǐng)域的應用分析

王正任

(中電科特種飛機系統(tǒng)工程有限公司，四川 成都610000）

無人機主要涉及到三個基本內(nèi)容，其一是無駕駛員；其二是可完成一系列任務和使命；其三可重復使用。雖然目前無人機在科學技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，取得傲人成績。但一直無法改變的是無人機需要人為操控，無人機很多權(quán)限都由人來設置。但人的生理能力、精神等都是有限的，無法隨時隨地有效管控無人機的飛行狀態(tài)及飛行參數(shù)，急需提升無人機的自行工作能力。通過應用人工智能技術(shù)，可賦予無人機的人的思維，提升自行飛行能力，從而自主完成人類無法完成的工作。基于此，開展人工智能在無人機領(lǐng)域中的應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，是一項具有很強綜合能力的技術(shù)，融合了仿生學、計算機技術(shù)、控制理論、信息理論、哲學、生物學等多種學科。發(fā)展至今，人工智能技術(shù)愈發(fā)先進，在自主學習、分析判斷、運動控制、專家系統(tǒng)方面取得了豐碩成績。人工智能可對人的行為及智能等進行模擬分析及拓展延伸，賦予機械設備、儀器儀表人的智慧，實現(xiàn)自動化、智能化、智慧化發(fā)展，促使這些設備具有人的感知、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。對人類社會經(jīng)濟的發(fā)展，軍事水平的提升有非常重要的意義。

2 人工智能在無人機中應用的主要層級

人工智能技術(shù)在無人機中應用，需要從無人機飛行的幾個層級中加以實現(xiàn)：

第一層級，純手動控制。比如：無人機由多個結(jié)構(gòu)共同組成，主要通過操控桿來實現(xiàn)油門、開關(guān)量的開展。沒有配置自動駕駛儀的遙控式無人機，則該無人機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，則每個操控桿的自由度，與電機轉(zhuǎn)速有關(guān)，僅憑人為操作幾乎無法保證多翼無人機良好飛行。因此，從第一層級的角度來看，無人機的決策、導航、飛行控制等都需要人為操控來完成。

第二層級，增穩(wěn)的手動控制。在無人機中增加增穩(wěn)系統(tǒng)，可大幅度提升無人機飛行的穩(wěn)定性。即便對多翼無人機而言，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，境地多翼無人機飛行操控時對操作人員的反應要求。從此層面來看，通過增穩(wěn)系統(tǒng)可實現(xiàn)無人機部分自動化控制，但仍然需要人為參與控制[1]。

第三層級，含有姿態(tài)自穩(wěn)的無人機手動控制。通過姿態(tài)自穩(wěn)系統(tǒng)來及時執(zhí)行操作者發(fā)布的指令，通過控制操控桿來完成對無人機飛行姿態(tài)的有效控制。在這一層級上，通過安裝姿態(tài)自穩(wěn)系統(tǒng)，可實現(xiàn)無人機姿態(tài)控制，但位置控制和任務開展仍然需要人為完成。

第四個層級，通過導航設備進行自動化控制。飛控可及時掌握無人機飛行的姿態(tài)、位置及速度，通過分析這些數(shù)據(jù)，來完成當前狀態(tài)向目標狀態(tài)的機動，可促使無人機按照指定的航線自動飛行，但這個層級需要飛控來完成。

第五個層級，通過路徑規(guī)劃來實現(xiàn)無人機自動飛行，簡而言之，飛控不但可以按照目前無人機飛行狀態(tài)進行任務指令計算，同時還可以自動躲避飛行中遇到的障礙物，這些障礙物也可以通過無人機自動感知，從避免造成發(fā)生碰撞。在這一層級中，無人機飛行的導航、制導、控制等都可以通過飛控來實現(xiàn)。

第六個層級，促使無人機具有決策功能，自行決策飛行任務和飛行指令。目前一些無人機就可以通過“視覺”來躲避障礙，此種層級下，無人機的決策、導航、制導、控制都通過無人機自己來完成。

通過分析無人機飛行的六個層級，可知人工智能技術(shù)主要體現(xiàn)在第五層級和第六層級上。就第五層級而言，為促使無人機可以在復雜多變的環(huán)境良好飛行，自動、及時、有效的躲避各種障礙，按照不同的運動模式來預測障礙物的實際運行趨勢[2]。從而提升障礙物躲避的準確性。這一點也是人工智能結(jié)合無人機的主要表現(xiàn)形式。而在第六層級中，無人機可以自行分析外部環(huán)境，并進行自主決策，并及時完成信息反饋，屬于高級人工智能技術(shù)應用的范疇。

3 人工智能在無人機領(lǐng)域中的具體應用

3.1 在軍用無人機領(lǐng)域中的應用

3.1.1 智能無人機蜂群

智能無人機蜂群從本質(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，立足計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)，從而構(gòu)建起一個集抗毀性、功能分布及低成本為一體化的無人機智能化系統(tǒng)。該系統(tǒng)在軍事領(lǐng)域中應用時，可通過多元化的方式，快速、準確、及時的執(zhí)行的多種軍事任務，如：通過地面武器，協(xié)同攻擊空中、海洋等目標，以實現(xiàn)對戰(zhàn)略部署區(qū)域的威懾及配合戰(zhàn)術(shù)行動。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，目前此項技術(shù)在全世界軍事領(lǐng)域中都有研究，我國目前此項技術(shù)還處于發(fā)展的初級階段，但發(fā)展速度非常快，具有良好的發(fā)展前景。

3.1.2 人工智能無人機聯(lián)合有人機的應用

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

3.1.3 在情報獲取及分析中的應用

諸如美國、德國、法國等發(fā)達國家的軍用無人機在人工智能技術(shù)的支持下，都可以良好的完成戰(zhàn)場情報獲取和分析工作。比如：美國曾經(jīng)投入大量財力來研究無人機在情報獲取和分析方面的可行性，但由于缺乏先進的數(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，則可以從海量數(shù)據(jù)庫中，快速、準確的提取出對戰(zhàn)場分析及作戰(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)場情報分析人員的負擔[4]。比如：通過Tensor Flow API 技術(shù)協(xié)助計算機的算法識別，可有效獲取多種特殊對象及數(shù)據(jù)，從而為戰(zhàn)場情況獲取及分析，提供更加有效的數(shù)據(jù)算法，幫助作戰(zhàn)提供各項情報。人工智能技術(shù)在軍用無人機中的應用范圍正在逐步擴大，為全球軍事發(fā)展的信息化、智能化、智慧化奠定了扎實基礎(chǔ)。

3.2 人工智能在無人機民用領(lǐng)域中的應用

3.2.1 信息技術(shù)驅(qū)動的智能無人機應用

立足無人機智能化平臺，借助信息技術(shù)，如：大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云存儲技術(shù)等和無人機的相互融合滲透，使得無人機領(lǐng)域向著智能化的方向邁出了一大步。比如：目前很多無人機被廣泛應用在物流運輸、地形圖測繪、交通監(jiān)管等領(lǐng)域，會形成很多數(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，快速檢索出有價值、有效的數(shù)據(jù)。再通過對這些數(shù)據(jù)的分析研究，就可以為無人機智能化應用提供更加真實有效的決策，從而獲得更大的社會效益技術(shù)及經(jīng)濟效益[5]。通過信息技術(shù)的應用，也可以促進無人機與時俱進，提升智能化飛行能力。無人機體積有限，其搭載容量和數(shù)據(jù)信息處理能力都是有限的，為進一步提升無人機智能化水平，就必須釋放無人機對數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)存儲的壓力，通過云計算、云存儲等先進技術(shù)的應用，可進一步拓展無人機智能化水平。

3.2.2 在能源巡視中的應用

隨著智能化技術(shù)及科學技術(shù)的飛速發(fā)展，無人機愈發(fā)強大，發(fā)展至今已經(jīng)實現(xiàn)了長距離、長時間、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。而通過智能無人機就可以實現(xiàn)對區(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的技術(shù)支持。比如：輸電線路是社會經(jīng)濟發(fā)展的主要能源，輸電線路范圍比較長，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。但通過無人機巡視，可近距離、全方位、清晰化的巡視每項輸電線路運行情況，大大提升了巡視效率[6]。人工智能無人機，可自動規(guī)劃飛行路線，對輸電線路進行全方位的智能檢測，并且可以通過先進的人工智能技術(shù)，對輸電線路運行情況進行系統(tǒng)化分析，以便及時掌握運行情況，為輸電線路故障維護和治理提供數(shù)據(jù)支持及理論指導。

結(jié)束語

綜上所述，本文結(jié)合理論實踐，分析了人工智能在無人機領(lǐng)域的應用，分析結(jié)果表明，無人機的發(fā)明和應用，為全球社會經(jīng)濟的發(fā)展及軍事力量的提升做出了重要貢獻。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人機技術(shù)相互融合，相互滲透，將會大幅度提升無人機的應用水平和發(fā)展水平。無論是軍用無人機，還是民用無人機，都具有良好的發(fā)展前景。智能化無人機將全面取代傳統(tǒng)無人機，因此，必須加強人工智能技術(shù)在無人機中的應用力度，促使我國無人機事業(yè)持續(xù)健康的發(fā)展。