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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