人工智能在无人机领域的应用分析

王正任

(中电科特种飞机系统工程有限公司，四川 成都610000）

无人机主要涉及到三个基本内容，其一是无驾驶员；其二是可完成一系列任务和使命；其三可重复使用。虽然目前无人机在科学技术飞速发展的背景下，取得傲人成绩。但一直无法改变的是无人机需要人为操控，无人机很多权限都由人来设置。但人的生理能力、精神等都是有限的，无法随时随地有效管控无人机的飞行状态及飞行参数，急需提升无人机的自行工作能力。通过应用人工智能技术，可赋予无人机的人的思维，提升自行飞行能力，从而自主完成人类无法完成的工作。基于此，开展人工智能在无人机领域中的应用研究就显得尤为必要。

1 人工智能概述

目前人工智能技术已经经过60 余年的发展历程，是一项具有很强综合能力的技术，融合了仿生学、计算机技术、控制理论、信息理论、哲学、生物学等多种学科。发展至今，人工智能技术愈发先进，在自主学习、分析判断、运动控制、专家系统方面取得了丰硕成绩。人工智能可对人的行为及智能等进行模拟分析及拓展延伸，赋予机械设备、仪器仪表人的智慧，实现自动化、智能化、智慧化发展，促使这些设备具有人的感知、决策、反馈能力，人工智能技术的基本含义如图1 所示：

图1 人工智能的基本含义

在科学技术飞速发展的背景下，现代化人工智能逐步向着模拟人类思维、语言、视觉及听觉的方向发展。对人类社会经济的发展，军事水平的提升有非常重要的意义。

2 人工智能在无人机中应用的主要层级

人工智能技术在无人机中应用，需要从无人机飞行的几个层级中加以实现：

第一层级，纯手动控制。比如：无人机由多个结构共同组成，主要通过操控杆来实现油门、开关量的开展。没有配置自动驾驶仪的遥控式无人机，则该无人机的飞行性能和操作者的技术水平有直接关系。如果是多翼无人机，则每个操控杆的自由度，与电机转速有关，仅凭人为操作几乎无法保证多翼无人机良好飞行。因此，从第一层级的角度来看，无人机的决策、导航、飞行控制等都需要人为操控来完成。

第二层级，增稳的手动控制。在无人机中增加增稳系统，可大幅度提升无人机飞行的稳定性。即便对多翼无人机而言，虽然自由度控制难度比较大，但通过增稳系统，可提升飞行器的阻尼，境地多翼无人机飞行操控时对操作人员的反应要求。从此层面来看，通过增稳系统可实现无人机部分自动化控制，但仍然需要人为参与控制[1]。

第三层级，含有姿态自稳的无人机手动控制。通过姿态自稳系统来及时执行操作者发布的指令，通过控制操控杆来完成对无人机飞行姿态的有效控制。在这一层级上，通过安装姿态自稳系统，可实现无人机姿态控制，但位置控制和任务开展仍然需要人为完成。

第四个层级，通过导航设备进行自动化控制。飞控可及时掌握无人机飞行的姿态、位置及速度，通过分析这些数据，来完成当前状态向目标状态的机动，可促使无人机按照指定的航线自动飞行，但这个层级需要飞控来完成。

第五个层级，通过路径规划来实现无人机自动飞行，简而言之，飞控不但可以按照目前无人机飞行状态进行任务指令计算，同时还可以自动躲避飞行中遇到的障碍物，这些障碍物也可以通过无人机自动感知，从避免造成发生碰撞。在这一层级中，无人机飞行的导航、制导、控制等都可以通过飞控来实现。

第六个层级，促使无人机具有决策功能，自行决策飞行任务和飞行指令。目前一些无人机就可以通过“视觉”来躲避障碍，此种层级下，无人机的决策、导航、制导、控制都通过无人机自己来完成。

通过分析无人机飞行的六个层级，可知人工智能技术主要体现在第五层级和第六层级上。就第五层级而言，为促使无人机可以在复杂多变的环境良好飞行，自动、及时、有效的躲避各种障碍，按照不同的运动模式来预测障碍物的实际运行趋势[2]。从而提升障碍物躲避的准确性。这一点也是人工智能结合无人机的主要表现形式。而在第六层级中，无人机可以自行分析外部环境，并进行自主决策，并及时完成信息反馈，属于高级人工智能技术应用的范畴。

3 人工智能在无人机领域中的具体应用

3.1 在军用无人机领域中的应用

3.1.1 智能无人机蜂群

智能无人机蜂群从本质而言，属于一种基于开放式架构的集成系统，主要以智能化为核心，立足计算机网络系统，从而构建起一个集抗毁性、功能分布及低成本为一体化的无人机智能化系统。该系统在军事领域中应用时，可通过多元化的方式，快速、准确、及时的执行的多种军事任务，如：通过地面武器，协同攻击空中、海洋等目标，以实现对战略部署区域的威慑及配合战术行动。即便是在比较恶劣的环境下，也可以良好出色的完成军事任务，目前此项技术在全世界军事领域中都有研究，我国目前此项技术还处于发展的初级阶段，但发展速度非常快，具有良好的发展前景。

3.1.2 人工智能无人机联合有人机的应用

通过二者的联合应用，既能实现相互之间的优点共享，也可以实现缺点互补，在作战合作及对抗中具有非常显著的作用。比如：美国通过人工智能技术，将第四代战机F-16，改造成了无人机，其飞行的可控性和执行任务的准确性大幅度提升[3]。通过人工智能数据库，辅助F35 战机驾驶人员进行更加高效化和精准化作战。无需地面可在，仅仅凭借人工智能技术，就可以实现自动飞行，自动完成各项作战任务。

3.1.3 在情报获取及分析中的应用

诸如美国、德国、法国等发达国家的军用无人机在人工智能技术的支持下，都可以良好的完成战场情报获取和分析工作。比如：美国曾经投入大量财力来研究无人机在情报获取和分析方面的可行性，但由于缺乏先进的数据分析及技术，目前仍然处于研究发展阶段。如果将人工智能技术结合无人机，则可以从海量数据库中，快速、准确的提取出对战场分析及作战指挥有用的数据，从而为制定作战战略提供数据支持，减轻战场情报分析人员的负担[4]。比如：通过Tensor Flow API 技术协助计算机的算法识别，可有效获取多种特殊对象及数据，从而为战场情况获取及分析，提供更加有效的数据算法，帮助作战提供各项情报。人工智能技术在军用无人机中的应用范围正在逐步扩大，为全球军事发展的信息化、智能化、智慧化奠定了扎实基础。

3.2 人工智能在无人机民用领域中的应用

3.2.1 信息技术驱动的智能无人机应用

立足无人机智能化平台，借助信息技术，如：大数据技术、云计算技术、物联网技术、云存储技术等和无人机的相互融合渗透，使得无人机领域向着智能化的方向迈出了一大步。比如：目前很多无人机被广泛应用在物流运输、地形图测绘、交通监管等领域，会形成很多数据信息，这些数据信息，庞杂繁多，仅凭人为筛选技术和挖掘技术根本无法满足实际需求。但通过大数据挖掘技术，可从海量的数据库中，快速检索出有价值、有效的数据。再通过对这些数据的分析研究，就可以为无人机智能化应用提供更加真实有效的决策，从而获得更大的社会效益技术及经济效益[5]。通过信息技术的应用，也可以促进无人机与时俱进，提升智能化飞行能力。无人机体积有限，其搭载容量和数据信息处理能力都是有限的，为进一步提升无人机智能化水平，就必须释放无人机对数据处理及数据存储的压力，通过云计算、云存储等先进技术的应用，可进一步拓展无人机智能化水平。

3.2.2 在能源巡视中的应用

随着智能化技术及科学技术的飞速发展，无人机愈发强大，发展至今已经实现了长距离、长时间、恶劣环境的良好飞行。能源巡视范围比较大，仅凭人为巡视工作量大，而且难以满足巡视的全范围性。而通过智能无人机就可以实现对区域范围中能源的全范围、全面性巡视，为能源发展和利用提供更加先进的技术支持。比如：输电线路是社会经济发展的主要能源，输电线路范围比较长，而且多布置在比较恶劣的环境中，人为巡视很难做到全面性。但通过无人机巡视，可近距离、全方位、清晰化的巡视每项输电线路运行情况，大大提升了巡视效率[6]。人工智能无人机，可自动规划飞行路线，对输电线路进行全方位的智能检测，并且可以通过先进的人工智能技术，对输电线路运行情况进行系统化分析，以便及时掌握运行情况，为输电线路故障维护和治理提供数据支持及理论指导。

结束语

综上所述，本文结合理论实践，分析了人工智能在无人机领域的应用，分析结果表明，无人机的发明和应用，为全球社会经济的发展及军事力量的提升做出了重要贡献。在人工智能技术飞速发展的背景下，如果能够将人工智能和无人机技术相互融合，相互渗透，将会大幅度提升无人机的应用水平和发展水平。无论是军用无人机，还是民用无人机，都具有良好的发展前景。智能化无人机将全面取代传统无人机，因此，必须加强人工智能技术在无人机中的应用力度，促使我国无人机事业持续健康的发展。