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人人都有无人机的时代就要到来,你准备好了吗? 精选

已有 5258 次阅读 2018-1-4 13:53 |个人分类:科学书摘|系统分类:科普集锦| 问天科学, 科学出版社, 无人机, 人工智能

无人机的核心是控制,其自动化的发展主要解决了飞行自动控制,但还没有解决任务自主的问题。因此,无人机下一步产业化、全域化发展应用,必须依托人工智能技术的进步。我们认为人工智能技术将是无人机下一步发展的颠覆性技术之首。目前,部分小型无人机在智能控制方面取得了一定的进展,但远没有达到实用的地步。


当无人机遇上人工智能


无人机系统的智能化与其他无人系统既有相似之处又有不同之处。我们认为主要表现在三个方面:单机飞行智能是基础;多机协同智能是途径;任务自主智能是目标。随着人工智能技术的发展,我们期待人工智能应用到无人机领域,使无人机的自主任务能力迈上一个新的台阶。


从空中飞行器发展史看,无人机只比有人机晚诞生十几年,但其发展速度、普及速度远不及有人机迅速,主要是受限于智能控制技术的落后,随着以人工智能为代表的新一轮信息技术革命的突破性进展,无人机必将迎来高速发展应用的历史时刻。


单机飞行智能


面向高动态、实时和不透明的任务环境,无人机应该能够做到感知周边环境并规避障碍物、机动灵活并容错飞行、按照任务要求自主规划飞行路径、自主识别目标属性以及用自然语言与人交流等。需要环境感知与规避能力、自动目标识别能力、鲁棒控制能力、自主决策能力、路径规划能力以及语义交互能力等。这些能力涉及到的关键技术如下:


智能感知与规避


主要包括侦察、探测、通信、感知传感器一体化设计;多源/多模信息的融合处理;位置信息共享技术;环境自适应技术;新型传感器技术。


智能路径规划


主要包括蚁群算法;神经网络算法;粒子群算法;遗传算法;混合算法。


智能飞控技术


主要包括鲁棒性(容错、重构);开放性(兼容性、扩展性);自主决策(融合);自学习(进化)。


智能空域整合


主要包括智能地基感知与规避;智能无人机适航认证;修订空域管理规则。


智能飞行器


主要包括仿生飞行器(鸟、昆虫等);旋翼-固定翼复合式飞机;变体飞行器;跨介质飞行器。


多机协同智能


以无人机系统“蜂群”作战运用为目标,重点突破协同指挥控制技术、协同态势感知生成与评估技术、协同路径规划技术以及协同语义交互技术等技术,实现无人机系统之间、无人机系统与有人作战系统之间的高度协同,达到自动控制“蜂群”中各无人系统的平台状态、交战状态、任务进度以及各编队之间的协同状态的目的。


具体含义包括:一是执行任务时协同行动的能力;二是利用和共享跨领域UAS 传感器的信息来无缝地指挥、控制和通信的能力;三是能够接收不同系统的数据、信息和功能服务,并使它们有效协作的能力;四是能够提供数据、信息和功能服务给其他有/无人系统的能力。涉及关键技术有以下方面:


协同指挥控制技术


大动态、自组网通信技术;编队飞行控制技术;控制权限分级、切换和交接技术;任务规划与目标分配技术。


协同态势生成与评估


协同态势感知技术;协同态势处理技术;协同态势评估技术;协同态势分发技术。


协同路径规划


在前面智能路径规划的基础上,要根据协同内容实时调整,以保证协同的成功。


协同语义交互


核心是自然语言的机器理解(有人/无人、无人/无人)。


任务自主智能


如今,无人机操作手坐在那里,连续几个小时盯着显示屏,试图寻找目标或看到某些东西在动或做某些事情,以确定它是一个目标,这是人力资源的浪费,詹姆斯·卡特赖特上将,美参谋长联席会议副主席如是说。随着无人机系统的快速增长,无人机系统扮演角色的扩展,以及有人机系统和无人机系统的同步操作,对使用者造成了巨大的人力资源负担。


在有限的人力资源下,使用者在努力寻求方法来提高操作效能。提高处理能力和信息存储能力,尤其是机上预处理能力,这有可能改变无人机系统的运作方式。自主技术减少了人在操作系统中的工作量,优化了人在系统中的作用,使人的决策集中在最需要的地方。


无人机不仅能发现目标,识别目标,还要能确定这个目标是什么,该不该打击,最后要把这个任务给完成,这个是最终的任务。例如,微软2015 年构建的152 层深度学习神经网络,识别目标能够实现3.57%的错误率,已经超过人的识别率。涉及关键技术有模式识别(语音、文字和图像)的学习控制;人工神经网络的神经控制;专家系统的规则控制;模糊集合的模糊控制。


家家都有机器人,人人都有无人机的时代就要到来,你准备好了吗?


本文根据“问天科学讲坛”2016 年12 月2 日音频材料整理,内容略有删节。






《问天科学》

南京航空航天大学科学技术协会 编

责编:惠雪

北京:科学出版社,2017.7

ISBN:978-7-03-053686-0


“问天科学讲坛”是南京航空航天大学60 周年校庆之际创办的科学讲坛。该讲坛邀请校内外不同领域的院士,融学术前沿于科学普及,为广大师生传道解惑。旨在将院士大家的前沿的科学知识和信息资源,先进的科学理念传递给学生和社会公众,最大化地传播科学思想和前沿技术,引导广大科研工作者继续深入研究航空航天科学技术,同时引导更多的读者关注我国航空航天事业的发展。


本书首次从百余位院士的报告中汇编了7 位航空航天领域的院士报告,并结集成书,包括:叶培建院士“有人参与的深空探测突出科技问题研究”;张祖勋院士“信息化时代的摄影测量”;龚惠兴院士“空间红外天文观测技术”; 李应红院士“等离子体冲击波流动控制与表面强化”;赵淳生院士“创新创业实现中国梦”;戚发轫院士“航天技术与中国航天”;樊邦奎院士“当无人机遇上人工智能”。


(本期责编:李文超)



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