人工智能在無人機領域的應用分析

王正任

(中電科特種飛機系統工程有限公司，四川 成都610000）

無人機主要涉及到三個基本內容，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飛速發展的背景下，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及飛行參數，急需提升無人機的自行工作能力。通過應用人工智能技術，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

目前人工智能技術已經經過60 余年的發展歷程，是一項具有很強綜合能力的技術，融合了仿生學、計算機技術、控制理論、信息理論、哲學、生物學等多種學科。發展至今，人工智能技術愈發先進，在自主學習、分析判斷、運動控制、專家系統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，實現自動化、智能化、智慧化發展，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

在科學技術飛速發展的背景下，現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展。對人類社會經濟的發展，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：

第一層級，純手動控制。比如：無人機由多個結構共同組成，主要通過操控桿來實現油門、開關量的開展。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水平有直接關系。如果是多翼無人機，則每個操控桿的自由度，與電機轉速有關，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，增穩的手動控制。在無人機中增加增穩系統，可大幅度提升無人機飛行的穩定性。即便對多翼無人機而言，雖然自由度控制難度比較大，但通過增穩系統，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，通過增穩系統可實現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，含有姿態自穩的無人機手動控制。通過姿態自穩系統來及時執行操作者發布的指令，通過控制操控桿來完成對無人機飛行姿態的有效控制。在這一層級上，通過安裝姿態自穩系統，可實現無人機姿態控制，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、位置及速度，通過分析這些數據，來完成當前狀態向目標狀態的機動，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，通過路徑規劃來實現無人機自動飛行，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。

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，可知人工智能技術主要體現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合無人機的主要表現形式。而在第六層級中，無人機可以自行分析外部環境，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應用的范疇。

3 人工智能在無人機領域中的具體應用

3.1 在軍用無人機領域中的應用

3.1.1 智能無人機蜂群

智能無人機蜂群從本質而言，屬于一種基于開放式架構的集成系統，主要以智能化為核心，立足計算機網絡系統，從而構建起一個集抗毀性、功能分布及低成本為一體化的無人機智能化系統。該系統在軍事領域中應用時，可通過多元化的方式，快速、準確、及時的執行的多種軍事任務，如：通過地面武器，協同攻擊空中、海洋等目標，以實現對戰略部署區域的威懾及配合戰術行動。即便是在比較惡劣的環境下，也可以良好出色的完成軍事任務，目前此項技術在全世界軍事領域中都有研究，我國目前此項技術還處于發展的初級階段，但發展速度非常快，具有良好的發展前景。

3.1.2 人工智能無人機聯合有人機的應用

通過二者的聯合應用，既能實現相互之間的優點共享，也可以實現缺點互補，在作戰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，將第四代戰機F-16，改造成了無人機，其飛行的可控性和執行任務的準確性大幅度提升[3]。通過人工智能數據庫，輔助F35 戰機駕駛人員進行更加高效化和精準化作戰。無需地面可在，僅僅憑借人工智能技術，就可以實現自動飛行，自動完成各項作戰任務。

3.1.3 在情報獲取及分析中的應用

諸如美國、德國、法國等發達國家的軍用無人機在人工智能技術的支持下，都可以良好的完成戰場情報獲取和分析工作。比如：美國曾經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據分析及技術，目前仍然處于研究發展階段。如果將人工智能技術結合無人機，則可以從海量數據庫中，快速、準確的提取出對戰場分析及作戰指揮有用的數據，從而為制定作戰戰略提供數據支持，減輕戰場情報分析人員的負擔[4]。比如：通過Tensor Flow API 技術協助計算機的算法識別，可有效獲取多種特殊對象及數據，從而為戰場情況獲取及分析，提供更加有效的數據算法，幫助作戰提供各項情報。人工智能技術在軍用無人機中的應用范圍正在逐步擴大，為全球軍事發展的信息化、智能化、智慧化奠定了扎實基礎。

3.2 人工智能在無人機民用領域中的應用

3.2.1 信息技術驅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，如：大數據技術、云計算技術、物聯網技術、云存儲技術等和無人機的相互融合滲透，使得無人機領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、交通監管等領域，會形成很多數據信息，這些數據信息，龐雜繁多，僅憑人為篩選技術和挖掘技術根本無法滿足實際需求。但通過大數據挖掘技術，可從海量的數據庫中，快速檢索出有價值、有效的數據。再通過對這些數據的分析研究，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及經濟效益[5]。通過信息技術的應用，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，其搭載容量和數據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據處理及數據存儲的壓力，通過云計算、云存儲等先進技術的應用，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

隨著智能化技術及科學技術的飛速發展，無人機愈發強大，發展至今已經實現了長距離、長時間、惡劣環境的良好飛行。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對區域范圍中能源的全范圍、全面性巡視，為能源發展和利用提供更加先進的技術支持。比如：輸電線路是社會經濟發展的主要能源，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，對輸電線路運行情況進行系統化分析，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據支持及理論指導。

結束語

綜上所述，本文結合理論實踐，分析了人工智能在無人機領域的應用，分析結果表明，無人機的發明和應用，為全球社會經濟的發展及軍事力量的提升做出了重要貢獻。在人工智能技術飛速發展的背景下，如果能夠將人工智能和無人機技術相互融合，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，都具有良好的發展前景。智能化無人機將全面取代傳統無人機，因此，必須加強人工智能技術在無人機中的應用力度，促使我國無人機事業持續健康的發展。