（原標題：AIR 042 ｜ 中國工程院院士樊邦奎：當無人機遇到人工智能）
13號下午，CCF－GAIR大會迎來“機器人與無人機專場”的第五場演講，中國工程院院士，中國人民解放軍專業(yè)技術少將，美國高級訪問學者，博士后導師，國內勘察無人機和無人機作戰(zhàn)領域底層技術專家和奠基人，樊邦奎教授為我們帶來了題為《無人機與人工智能初探》的主題演講。
樊邦奎教授首先回顧了無人機自動化的發(fā)展歷程，然后分析了無人機對人工智能技術的各種需求，最后針對無人機＋人工智能相互結合的未來進行了展望。
樊邦奎教授表示，無人機自動化經歷了如下3個發(fā)展階段：
1.以陀螺儀控制和基礎雷達導航為技術核心的手動控制時代；
2.以慣性導航系統(tǒng)控制和地面無線電定位系統(tǒng)為技術核心的半自動控制時代；
3.最后到達了今天的以衛(wèi)星／慣性組合方式實現(xiàn)自我導航，利用專用數據鏈遙控和跟蹤定位，可實時修改空中航線的自動化無人機時代。
雖然我們已經迎來了無人機自動化時代，但是樊邦奎教授認為：無人機的核心是控制系統(tǒng)，自動化的確解決了無人機的自動控制問題，但是對于使用者更有意義的任務自主化問題卻沒有提供幫助，而這一點正是無人機需要人工智能的原因。
對于無人機對人工智能的需求點，樊邦奎教授認為主要分為如下3個部分：
1.智能飛行。其中包括了感知與規(guī)避，靈活容錯，目標跟蹤，路徑規(guī)劃等具體功能，涉及到的技術關鍵在于飛行時的智能控制、空域的靈活整合和完備的環(huán)境適應。
2.智能協(xié)同。其中包括了執(zhí)行任務協(xié)同和位置共享等具體功能，涉及到協(xié)同指揮控制、協(xié)同態(tài)勢生成與評估，協(xié)同語意交互等技術關鍵點。
3.智能任務。即無人機可以自主判斷下一步需要做什么，然后自己給自己下達命令。其中涉及的關鍵技術包括語音、文字和圖像的模式識別控制，人工神經網絡的神經控制和模糊集合的模糊控制等技術關鍵。
關于無人機＋人工智能的未來，樊邦奎教授表示：從前是有人機的時代，今天是無人機和有人機相互協(xié)作互補的時代，而未來，將會是屬于無人機的時代。更具體地講，無人機將從以下3個方面影響我們的未來：
1.智能化無人機將改變人們的生活方式，例如無人機送快遞等。
2.智能化無人機將改變產業(yè)模式，例如自動化無人機工業(yè)生產等。
3.智能化無人機將改變未來的戰(zhàn)爭形式，例如美國的死神號和捕食者號等無人偵查機和轟炸機。
最后，樊邦奎教授說：“未來將是一個家家都有機器人，人人都有無人機的時代”，而我們也注定將與這些智能化產品共存。
以下是演講實錄：
尊敬的各位嘉賓，下午好。非常高興，也非常榮幸來到協(xié)會組織的峰會。首先，感謝高院士給我這個機會來匯報一下關于無人機與人工智能的發(fā)展情況。其實我對人工智能是個小學生的程度，但是感覺到人工智能將會對無人機的發(fā)展起到至關重要的作用，可以說是列為顛覆性技術之首。我這個花甲之年也向年輕人學習，趕一個時髦，今天也來談一談人工智能。接下來從三個方面進行匯報。第一，簡單回顧一下無人機在自動化過程中的發(fā)展歷程；第二，談一談無人機對人工智能的技術需求；第三，談一談無人機一旦有了人工智能，將會對未來的社會產生什么樣的影響。
無人機是由動力驅動，機上無人駕駛，可以重復使用的飛行器簡稱，“可重復使用”，它和導彈及其他的設備就區(qū)別開了。什么是無人機系統(tǒng)，是平臺、載荷、數據鏈，信息處理設備，綜合保障設備，是通過控制來執(zhí)行飛行系統(tǒng)的。機器人的本質就是機器，包含三個要素，一是傳感器，也就是探測，感知。第二是處理，所謂的人工智能；第三，根據各種環(huán)境和感知作出對環(huán)境的改變，也就是經常講的執(zhí)行。無人機也具備了這三個要素，因此無人機也稱之為空中機器人，講無人機，它其實也是機器人的一類。在近年機器人家族中，無人機是最火爆的，技術最先進的，是普及率最高的機器人。
無人機自動化的發(fā)展歷程，無人機是機上無人駕駛，主要是通過地面操控，過去是用人來操縱飛行的，因此控制技術就是核心關鍵。那么，人類在無人機發(fā)展過程中經歷了手動控制，半自動控制和全自動控制，下一步將是智能控制。簡單回顧一下手動控制階段，以前采用簡單的陀螺儀來控制飛行器的穩(wěn)定性，這是最早的時候斯佩在演示陀螺原理利用在第一家無人機上，是用電子管制造的無線電收發(fā)信息接受遙測指令，同時把遙控指令發(fā)上去。早期的電子無線電，通過地面的雷達跟蹤飛機的運行情況進行反饋從而控制無人機飛行，它不能做航跡規(guī)劃，大多數都是用于做靶機的。
隨著信息技術的快速發(fā)展，半自動控制出現(xiàn)了，采用陀螺導航系統(tǒng)來控制飛行器的穩(wěn)定性，有各種陀螺。但現(xiàn)在發(fā)展的陀螺更多了，有光纖的，有激光脫落。通過地面的無線電收信息接受遙控指令，通過地面無線電系統(tǒng)確認無人機位置，能夠地面規(guī)劃航展，但不能空中修改開始執(zhí)行軍事任務，1982年的貝卡谷地戰(zhàn)役中，這是無人機在戰(zhàn)場上使用的一個典型經歷，也是控制技術在這里面起了很重要的作用。在越南戰(zhàn)斗當中，美國出動了“火風”無人機，一共飛行了3435架次，獲取了80%的空中偵查照片。
最后進行了我們現(xiàn)在的階段，或者是稍早一點全自動時代。采用微信和慣性組合導航進行定位，就自主定位。以前很多定位是通過外定位，現(xiàn)在有了衛(wèi)星導航以后，就能自主定位了。利用專用的數據鏈進行遙控遙測，跟蹤定位和信息傳輸。這是捕食者無人機數據鏈，很復雜，有C部端的電波，還有應急的特高段電波等等，這樣的話就得到很大的發(fā)展。這個時候就能實時規(guī)劃航線，用CPU、DSP等全數字化控制系統(tǒng)。這是美國的X-47B，是在伏特計航母上配套使用的無人機，可以在航母上實現(xiàn)自動起降。右邊就是大家經常聽說的美國的“死神”無人機，現(xiàn)在的操作完全可以做到全自動進行起降。加上各種設備執(zhí)行各種任務，這里就不詳說。
再簡單的說一下，1991年的時候，海灣戰(zhàn)爭，第一次實時傳輸性無人機戰(zhàn)爭，1999年科索沃戰(zhàn)爭，SAR偵查無人機首次應用，2001年阿富汗戰(zhàn)斗和03年伊拉克戰(zhàn)爭，察打無人機投入使用，03年到現(xiàn)在，美國全球反恐戰(zhàn)斗，察打無人機。這是美國的超高速無人機，另一個是大飛機帶上去的，實行分群作戰(zhàn)。
無人機的核心是控制，其自動化的發(fā)展主要是解決了飛行自動控制，還沒有解決任務自主的問題。這就需要人工智能來解決，后面我在第二個問題來匯報這個問題。我認為，人工智能技術將是無人機下一階段發(fā)展的顛覆性技術之首。我們搞無人機的，現(xiàn)在也很關注人工智能。
無人機對人工智能的需求。無人機系統(tǒng)的智能化和其他的有相同之處，也有不同之處。我認為，無人機的智能化要做到三個方面，第一個是智能飛行，第二個是智能協(xié)同，第三個是智能任務。智能飛行是基礎，智能協(xié)同是實現(xiàn)我們智能任務的途徑。最后，要達成智能任務的這個目標。
什么是智能飛行？我用一個簡單的動畫來解釋，無人機快速下降，敏捷的機動，怎么飛都行。規(guī)避障礙，能進行到社區(qū)，然后轉換狀態(tài)，從室內到室外。這個時候就需要有各種任務來完成，智能飛行的特點有這么幾個。
要具有感知和規(guī)避的能力，這上面有很多手段，可以用LAB，也可以用微波的雷達，也可以用光電，這幾天大家都介紹了。這是智能的感知和規(guī)避，這是智能的基礎。目前我們國內做的一款無人機，它能夠貼壁定距飛行，在大橋下面進行檢測飛行。二，要靈活容錯，在飛行的過程中，掉了一個翅膀，或者是機翼損壞，缺少一個翅膀照樣也能飛行，這叫容錯。三，跟蹤。這是最基本的，在飛行的過程中能跟蹤任何一個目標，需要目標識別，包括跟蹤技術。這個地方要做不同的跟蹤，技術是不一樣的。四，路徑規(guī)劃。這個我是用一個“鳥”，這個鳥叫“精鳥”，它自己能保證周圍七個定距飛行，將來單個無人機的規(guī)劃，一定要能做到隨機來做。而且我后面講協(xié)同的時候，需要各個協(xié)同的動作能像鳥一樣進行隨機的規(guī)劃。
對于智能飛行，人的大腦和小腦都在運行，無人機從飛行穩(wěn)定到導航控制，都需要。實現(xiàn)智能飛行關鍵技術，智能感知和規(guī)避，偵察、探測、通信，傳感器，智能路徑規(guī)劃，這里面用的都是人工智能比較流行的算法。基于神經網絡各個節(jié)點上的反饋數據，用遺傳算法解決，在座的各位都是專家，我只是了解一點皮毛，也是班門弄斧。智能飛行技術，要有魯棒性，開放性，自主決策，智能學習的組合?？沼蚪M合，空域也要智能化，這些才能適應無人機的快速發(fā)展。如果無人機產業(yè)化以后，無人機的航管像現(xiàn)在的航管，肯定是支撐不了的，空域的智能化也是必然的。智能飛行器，仿生飛行器，旋翼，固定機符合式飛機，變體飛行器，跨介質飛行器。飛行器本身的布局也需要智能化來解決，所有這些東西構成了智能飛行的基礎。
智能協(xié)同。一是執(zhí)行任務時協(xié)同能力；利用共享跨領域UAS傳感器傳輸信息。美軍海軍要搞無人機分群，這里面的關鍵技術涉及到協(xié)同指揮控制。大動態(tài)、自組網通訊技術，控制飛行，任務規(guī)劃和目標分配技術。協(xié)同態(tài)勢生成語評估，也是在智能協(xié)同里面所需要解決的。它是智能協(xié)同非常重要的。協(xié)同路徑規(guī)劃，在前面單個規(guī)劃的基礎上還要協(xié)同規(guī)劃。協(xié)同語義交互，大家都知道，將來的協(xié)同，無人機和無人機之間協(xié)同，無人機和有人機之間協(xié)同，無人機和其他無人系統(tǒng)之間也要協(xié)同，包括地面的控制系統(tǒng)。自然語言的機器理解真正使語義來交互。
智能任務。這是美軍實戰(zhàn)現(xiàn)在無人機飛行能跟蹤一個目標。但是，無人機自己做不到發(fā)現(xiàn)目標，給自己下達命令。美國參聯(lián)會副主席指出，如今，無人機操作手坐在那里，連續(xù)幾個小時盯著死亡電視，試圖尋找目標或是看到某些東西在動或以確定它是一個目標，這是人力資源的浪費，是低效的。真正的最后，無人機要做到智能任務，也就是任務要由自己來判斷，要改變無人機的體系結構，現(xiàn)在的體系結構是地面戰(zhàn)做中心，有很多人在操作，下一步，它的中心就要直接移到機上去，真正做到全自主的執(zhí)行任務，這是終極目標。未來的戰(zhàn)斗將是機器戰(zhàn)爭，就是機器與機器之間打，就需要這個任務必須是智能的。電影《絕密飛行》中，它怎么做智能任務？空中加油，不讓它進去，這個時候機器智能了，就能加上油，還把探頭打掉。這個任務就是智能的完成了，不需要人去操作就知道怎么執(zhí)行。這個地方所需要的，模式識別（語音、文字、圖象）的學習控制，模式識別就是對圖象識別，對人來講，大家一眼就看出來，再怎么變化，都是蘋果。但是要讓機器來分析，就難了。將來在無人機發(fā)展過程中，如果能把語音、圖象、文字這些東西都能夠識別，對無人機控制來講是非常重要的。第二個是人工神經網絡的控制?？吹竭@些畫面都可以通過人工神經網絡來產生控制型號。專家系統(tǒng)，規(guī)則控制。和專家系統(tǒng)結合起來，將來智能任務的時候，作為無人機來講，盡管智能機器的深度學習非常重要，但是對于專家系統(tǒng)也很重要，它必須要并程起來才能實現(xiàn)智能任務。模糊集合的模糊控制。
對未來的展望。無人機一旦有了人工智能這個突破性的技術植入，它將會對無人機發(fā)展帶來什么樣的影響？空中飛行器的發(fā)展規(guī)律，過去有人機一統(tǒng)天下，我們現(xiàn)在的時代，無人機是有人機的重要補充；下一步，無人機與有人機相互協(xié)同依存；再往下走，有人機是無人機的重要補充，最后的階段，一定是無人機一統(tǒng)天下。
既然無人機將一統(tǒng)天下，智能無人機將改變生活方式。用無人機送水，這是初級的。將來要做到什么地步呢？假如說庫馬教授喜歡喝茶，另一個人喜歡喝咖啡，這個時候大數據就起作用了，適配之后可以任意陪送過去，就可以適應機器服務。無人機的智能化帶來的為人服務的轉型。這個是無人機爸爸，他的小孩要堅持自主去上學，但是他爸又不放心，怎么辦呢？就給他帶了一個無人機緊跟著他，現(xiàn)在還是機器的。下一步怎么辦呢？這個小孩無論在大街上怎么走，這個無人機就可以跟著他走，能識別出來是他，而且還能跟他保持特定的距離，家長的手機上任何時候都可以看到他的孩子的狀態(tài)。比如說，現(xiàn)在擔心小孩外出被拐賣，放個無人機跟蹤就可以解決。這是舉例子。
人工智能將使人“換個角度看世界”，現(xiàn)在大型的比賽都是無人機在上面做實時轉播。這個像鴨蛋一樣的無人機，打開隨時可以飛行。智能無人機將改變產業(yè)模式，無人機將變身快遞小哥，這個時代馬上就要到來。目前，除了傳統(tǒng)搞飛機的行業(yè)研究無人機，大家可以統(tǒng)計一下，現(xiàn)在世界上搞信息、互聯(lián)網的，哪一家不在涉足無人機？有任何一家國際的，包括國內的大公司，搞信息的，不涉及無人機嗎？目前來講，無人機也是機器人未來的發(fā)展，如果不在這個領域涉足的話，怎么好說呢？最近單位在北京后場村路最近火了一把，對面就是軟件園的一期、二期，這個后場村路非常有名，有名的搞信息的都在這個軟件園，一問，如果不在這里落戶，都不好意思說是搞互聯(lián)網的。后來很多年以后，公司不搞無人機的怎么搞信息技術。今年的3月25日，美國把內華達州的一個市列為第一個無人機快遞服務城市試點，隨著低空放開，這一塊業(yè)務肯定會發(fā)展。
假如房子都是結構化的，將來無人機不能蓋房子嗎？智能無人機將改變戰(zhàn)爭形式，這也是奧巴馬的軍事顧問辛格說的，無人機為代表的機器戰(zhàn)爭將改變五千年的戰(zhàn)爭形式。無人機的出現(xiàn)使得戰(zhàn)略和戰(zhàn)術的界限越來越模糊了，就出現(xiàn)了戰(zhàn)略下士和戰(zhàn)略士兵，戰(zhàn)略下士只會戰(zhàn)役行動，會調動很大的系統(tǒng)來打擊這個目標。反過來，一個上將、中將，可以對一個很小的作戰(zhàn)分隊進行指揮。前方和后邊呈現(xiàn)一體，這是美國阿富汗戰(zhàn)爭和伊拉克戰(zhàn)爭使用無人機的情況，真正的控制站是在美國內華達州的基地，是通過衛(wèi)星任務實現(xiàn)遙控戰(zhàn)爭。
智能化將使分群作戰(zhàn)成為可能。美軍現(xiàn)在都在研究分群作戰(zhàn)，這是將來無人機發(fā)展，尤其是智能技術在這個行業(yè)的關鍵。無人機角色的變化，由配角到主角。從阿富汗基地組織，一半以上是被無人機消滅的。9-12年用無人機發(fā)射的導彈超過了1300多枚。美軍11年的操作次數超過了有人機，12年無人機采購數量超過了以往。戰(zhàn)爭形式發(fā)生改變，沒有任何先知導彈就打下來。阿富汗的領導人說，美軍的坦克、裝甲部隊根本不算什么事，真正害怕的還是無人機，但同時又嘲笑美軍是不敢露面的膽小鬼。這個時候，無人機的出現(xiàn)就會使人作戰(zhàn)的心理產生了變化。
家家都有機器人，人人都有無人機的時代即將到來。各位，準備好了嗎？謝謝！
主持人：謝謝樊院士，因為樊院士非常謙虛，他說他在趕時髦，這些時髦都像樊院士這樣的國家頂級專家創(chuàng)造的。剛才講的時候無人機也是做服務的，服務的話肯定有人機交互的部分，人機交互，三維傳感期對人機交互的重要性是怎么樣的？
樊邦奎：三維傳感器跟我前面講的無人機的三要素是緊密在一起的，第一要素就是傳感，沒有數據、語言，怎么能做智能，最后怎么做行動呢。這是第一要素，必須要具備的。
主持人：再次感謝樊院士。
樊邦奎：今天很激動，魯迅先生曾經說過一句話，無端的浪費別人時間就等于謀財害命，今天這么多的人工智能，包括機器人大腦，占用大家這么長時間，非常的抱歉，謝謝。
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