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人工智能在无人机领域的应用分析

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刘畅

摘要本文讨论了无人机和人工智能的概念内涵，阐述了无人机与人工智能技术的关系及两种技术结合的优势。从军用和民用两个方面分析了人工智能无人机系统的典型应用领域及应用发展趋势。对未来无人机的应用从民用和军用两方面进行了展望。

关键词人工智能；无人机；智能蜂群；应用分析

TP2A1674-6708（2018）212-0150-03

无人机是指利用无线电远程控制设备和自主程序控制装置操纵的不载人飞行器。由于其具有操纵智能灵活、造价低廉、不惧伤亡、起降简单等优点，在现代军用和民用领域有着广阔的应用前景。美国国防部和联邦航空管理局（FAA）早在《美军无人机路线图2005～2030》中采用Unmanned？Aircraft？System（UAS）规定了无人机的3个基本内涵：

1）飞行器上无驾驶员。

2）能完成一定的使命任务。

3）能重复使用。

目前遥控航空模型飞机是否属于无人机仍有争议，主要原因在于现代航空模型飞机也采用了先进的飞行控制技术，其功用与传统意义的无人机相比界线模糊。但仍有学者认为“若只是在视距内飞行，遥控航空模型飞机不属于严格意义的无人机”[1]。

尽管无人机随着科技的进步在不断发生改变，但永远不变的是：无人机由人使用，无人机任何工作的权限都是由人设置的。但同时由于人自身的生理能力、精力以及精确控制能力的局限性，不可能随时管控无人机，因此，无人机需要有独立自主工作的能力。

自主飞行的能力和水平，反映了无人机智能的高低。从一般意义上讲，自主与智能是两个不同范畴的概念，自主表达的是行为方式；智能则是完成行为过程的能力[2]。自主未必智能，但自主希望有智能；智能依赖自主，智能的等级取决于自主权限的高低[3]。

随着神经科学、计算机和集成芯片技术等飞速发展，人工智能技术迎来了新的发展热潮，使无人机的自主飞行和智能控制成为了可能。当代人工智能技术所取得的进步，与深度学习算法、增强学习算法等密切相关。人工智能技术是提升无人机应用能力的革命性技术，其对无人机发展的影响主要体现在3个方面：单机智能飞行、多机智能协同、任务自主智能[4]。

本文针对“人工智能+无人机”的典型应用领域，从军用和民用两个方面进行概括性总结。

1军用领域

军用领域的需求往往是高新技术发展的直接驱动力，人工智能技术和无人机技术作为当代两大高新技术，在军事应用方面有着广阔的潜力，同时又被驱动融合式发展。

1.1智能无人机蜂群

智能无人机蜂群是将大量无人机基于开放式体系架构进行综合集成，以系统群智涌现能力为核心，以通信网络信息为中心，以平台间的协同交互能力为基础，以单平台节点能力为支撑，构建具有抗毁性、低成本、功能分布化等优势的智能体系[5]。

在军事应用方面，智能无人机蜂群作战系统以多元化投送方式快速投送到目标区域遂行多样化军事任务，包括与其他武器平台协同攻击空中、海上、地面目标及情报侦察监视等，实现对热点地区战略威慑、战役对抗、战术行动。由于具有恶劣环境适应性强，协同作战能力强等优势，该领域备受世界各军事大国的重视，目前正处于飞速发展阶段。

美国空军发布的《小型无人机系统路线图2016-2036》报告首页，将无人机及其蜂群系统称为“填补战术与战略之间空白”的技术，凸显了小型无人机系统及其蜂群的重要意义。美军在研的几种典型智能无人机蜂群如表1所示。图1为美空军研究实验室（AFRL）发布的2030年空军智能无人机蜂群项目。

欧洲各国联合研发的“神经元”无人机也是智能无人机蜂群应用的典型机型。其综合运用了自动容错、神经网络等人工智能技术，具有自动捕获和自主识别目标的能力，也可通过组网由指挥机控制飞行或作战，并能够在不接受任何指令的情况下独立完成飞行，并在复杂飞行环境中自我校正。

我国在2016年珠海航展上，中国电科联合清华大学和泊松科技公司展示了国内首个固定翼无人机蜂群试验原型系统，实现了67架规模的蜂群原理验证，打破之前由美国海军保持的50架固定翼无人机蜂群的世界纪录。

智能无人机蜂群的关键技术主要包括：总体架构、战术与作战使用、蜂群控制与群体智能、蜂群感知与信息融合、任务规划和航迹规划等[5]。而这些关键技术的突破正是依托于人工智能技术。

1.2人工智能无人机-有人机系统

人工智能无人机-有人机系统的应用包括：无人机-有人机合作系统和无人机-有人机对抗系统。

无人机-有人机合作系统典型的实例是美国空军在研的“忠诚僚机”项目，其旨在将第四代战机F-16改造成无人机，通过人工智能自主运算数据库，协同第五代隐身战机F-35、F-22的驾驶员作战。“忠诚僚机”在不需要地面控制的情况下，依靠强大的人工智能技术，不仅能自主飞行，还能在没有长机的指令下，自主完成作战任务。图2为美国空军规划的未来无人机-有