【中國婦女報】北理工“飛鷹隊”推進人工智能在無人機上的應(yīng)用
發(fā)布日期：2017-04-11 供稿：中國婦女報 編輯：楊晶 審核：王征 閱讀次數(shù)：
原文標題：無人機+人工智能：將帶來什么？
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無人機已在航拍、農(nóng)林、交通等各個領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，但基本都靠人工遙控，還未能實現(xiàn)自主控制工作。在無人機人工智能的研發(fā)上，仍有很多關(guān)鍵技術(shù)需要突破。
“這一技術(shù)在未來將能應(yīng)用在邊境、高原、偏遠山區(qū)等人工巡查不到或不便的地方，從而實現(xiàn)人力的解放，使人的功能從操作轉(zhuǎn)化為決策?！?/p>
2017年3月19日，北京理工大學(xué)宇航學(xué)院無人飛行器自主控制研究所“飛鷹隊”， 在阿聯(lián)酋首都阿布扎比舉行的無人機及機器人領(lǐng)域國際頂級賽事——穆罕默德·本·扎耶德國際機器人挑戰(zhàn)賽上，一舉獲得“無人機移動目標偵測及自主起降”項目冠軍。消息一經(jīng)傳出，“飛鷹隊”和那臺拔得頭籌的四旋翼無人機“飛鷹”立刻贏得了眾多矚目。
4月6日，中國婦女報·中華女性網(wǎng)記者來到北京理工大學(xué)宇航大樓，走進無人飛行器自主控制研究所，一睹“飛鷹”風采。
讓無人機擁有“眼睛”和“大腦”
“無人機的自主控制技術(shù)就是無人機加人工智能，”北京理工大學(xué)無人飛行器自主控制研究所助理教授宋韜告訴記者，“這次比賽的宗旨，就是推進人工智能在無人機上的應(yīng)用，進而推進無人機向自主控制更高等級邁進?！?/p>
通過宋韜展示的比賽錄像視頻記者看到，一輛電瓶車在跑道開始行駛后，以15公里/小時的速度飛行的“飛鷹”迅速定位目標，在目標電瓶車剛行駛到彎道時便平穩(wěn)降落。
“大多數(shù)團隊不喜歡在彎道降落，因為無人機容易被甩出去，但我們做過測試，在彎道降落需時最短，所以我們給‘飛鷹’下達的指令是只要捕獲目標就直接降落?！彼雾w說。這也正是“飛鷹”僅66秒便贏得比賽的重要原因之一。
記者眼前的“飛鷹”外表并不十分出眾：這架軸距為650mm、總重量5斤左右的無人機，造型簡潔輕巧，在四旋翼架構(gòu)的中間部分，下方可以360度靈活轉(zhuǎn)動捕捉目標的白色圓形攝像頭是“飛鷹”的眼睛，上方用一層鋁箔包裹著的正方形小盒則是飛鷹的“大腦”（機載計算機），側(cè)面幾根電線將“大腦”與GPS信號探測儀簡單連接在一起。
雖然硬件都是市面上尋?？梢姷某善?，但 “飛鷹隊”自主研發(fā)的各種算法賦予了無人機初步的人工智能，讓無人機開始擁有“視覺”和“判斷”——下達任務(wù)后，只需按下起飛按鈕，無人機便能自主分析目標的距離、速度、運動模式，進而跟隨目標，最終自主地完成任務(wù)。
“在國際比賽上，我們這臺無人機是最樸素的。”宋韜開玩笑地說。由于還不是成品，“飛鷹”的“眼睛”和“大腦”還都裸露在外，機身上的劃痕和反復(fù)修補黏結(jié)過的痕跡仿佛在訴說它所經(jīng)歷的磨礪。
宋韜告訴記者，參加比賽的他國團隊都帶了近10架無人機，而匆忙參賽的“飛鷹隊”只有這一臺無人機具備比賽資格。這些團隊來自包括麻省理工、帝國理工和蘇黎世聯(lián)邦理工這些響當當?shù)氖澜缑！?/p>
為了確?！帮w鷹”不因摔壞而喪失比賽資格，團隊基于實驗室的仿真設(shè)備進行了大量實驗室條件下的仿真實驗?！氨热缋秒娔X控制的三軸轉(zhuǎn)臺模擬無人機飛行，對無人機控制系統(tǒng)進行驗證，利用轉(zhuǎn)臺對視覺系統(tǒng)進行仿真，以及利用實驗室的室內(nèi)定位系統(tǒng)進行室內(nèi)的無人機降落實驗。”宋韜告訴記者，“我們一定是保證各個分系統(tǒng)在地面環(huán)境或?qū)嶒炇噎h(huán)境下非常可靠，再集合起來做飛行實驗，這樣實驗的成功率就很高?！?/p>
讓無人機像人一樣去思考
步入研究所一間百平方米左右的室內(nèi)實驗室，記者看到：20臺高高架起的攝像頭對準場地中間的軌道和軌道上的電瓶車，“飛鷹”就曾在這里接受過比國際大賽更難的挑戰(zhàn)：目標電瓶車在軌道上開始行駛后，支撐降落平臺的柱子會上下不停移動，使得平臺處于搖擺狀態(tài)，這讓“飛鷹”通過視覺在不斷探測目標位置的同時還要探測目標姿態(tài)，以防降落時不能停穩(wěn)，從而在跟隨目標的同時還要自主預(yù)測平臺何時適合平穩(wěn)降落。
初步的人工智能猶如人類的幼年，而訓(xùn)練“飛鷹”識別目標的過程如同教小孩背書。宋韜告訴記者，“從視覺系統(tǒng)入手，我們需要無人機通過模擬人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別目標車，通過向‘飛鷹’的‘眼睛’呈現(xiàn)目標車的各種照片，讓它認識目標車在各種行駛情況下的狀態(tài)?，F(xiàn)在它的識圖速度已經(jīng)從最初的一秒鐘十幾張圖提升到現(xiàn)在的30張圖左右?！?/p>
書讀百遍其義自見?！帮w鷹”在接收到信息后也會有反饋，經(jīng)過“大腦”處理后“飛鷹”會告訴研發(fā)人員，這是某種物體的概率為多少。
“從人類的角度來說，要實現(xiàn)從高空識別既定目標并找出、跟蹤目標這一目的非常簡單，但對無人機來說，在現(xiàn)有的技術(shù)水平下還是一個較大挑戰(zhàn)?！彼雾w表示，無人機的人工智能并非簡單的飛行器與電腦聯(lián)接，而是基于無人機自身控制特性的復(fù)雜聯(lián)接，“最主要的是讓無人機像人一樣去思考。”
科幻電影離現(xiàn)實生活并不遙遠
隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，無人機應(yīng)用空間從傳統(tǒng)的二維平面擴展到了三維立體，并已在航拍、農(nóng)林、交通等各個領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，但基本都靠人工遙控，還未能實現(xiàn)自主控制工作。在無人機人工智能的研發(fā)上，仍有很多關(guān)鍵技術(shù)需要突破。
“有些地方的交警使用無人機時依賴于人的操作和目標識別，而未來無人機采用自主控制技術(shù)后，可以實現(xiàn)一鍵起飛一鍵著陸”，宋韜表示，無人機能在空中自主完成任務(wù)可以極大地降低人的操作負擔，提高使用效率。
“具備智能的無人機在未來的智能交通中可以發(fā)揮更大作用?！彼雾w表示，所謂智能交通，就是地面空中三維立體智能交通網(wǎng)，汽車無論在地面還是空中均為無人駕駛。
這一極具未來感的場景最早在法國導(dǎo)演呂克·貝松于1997年拍攝的電影《第五元素》中有過展現(xiàn)：所有汽車都由電腦網(wǎng)絡(luò)控制，精準高速地行駛在互不干擾的各層空間上，而人類只需要告訴汽車你想去哪兒。
“電影里這一設(shè)想的實現(xiàn)從技術(shù)本身來說并不會特別久遠了，未來的科技方向肯定是智能化，飛行自主就是智能化的初步階段?！痹谒雾w看來，科幻大片中的場景對于現(xiàn)實生活中的我們來說，也許并不遙遠。
只是目前，“飛鷹”充電一次的工作時長為20分鐘，要想實現(xiàn)無人機的長效工作，還要實現(xiàn)無人機的感應(yīng)充電功能。即“無人機可以自主找到充電設(shè)備進行充電，充電完畢后繼續(xù)自主工作”。
在宋韜的設(shè)想下，未來“10架～20架無人機將組成巡查網(wǎng)絡(luò)，能做到無人執(zhí)行，24小時自動上傳信息，如有問題會自動報警。這一技術(shù)在未來將能應(yīng)用在邊境、高原、偏遠山區(qū)等人工巡查不到或不便的地方，從而實現(xiàn)人力的解放，使人的功能從操作轉(zhuǎn)化為決策”。
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