隨著人工智能（AI）、技術(shù)的發(fā)展，以機(jī)器人、無人駕駛汽車和無人機(jī)為代表無人系統(tǒng)開始代替人類從事各種場(chǎng)景中簡(jiǎn)單或者復(fù)雜的工作。本文主要以機(jī)器人和無人機(jī)為應(yīng)用對(duì)象，分析無人系統(tǒng)的最新研究進(jìn)展，包括機(jī)器人的智能程度，對(duì)環(huán)境的感知能力，自然信息的接收和處理能力，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和軍事等領(lǐng)域的最新應(yīng)用情況。
引言：人工智能技術(shù)簡(jiǎn)稱“AI”技術(shù)，即Artificial Intelligence技術(shù)，是人類大腦的機(jī)器延伸。縱觀人類發(fā)展史上的所有發(fā)明創(chuàng)造以及技術(shù)創(chuàng)新，其實(shí)都是人類某個(gè)器官的延伸，比如汽車、火車等交通工具其實(shí)是對(duì)人類涉及運(yùn)動(dòng)的主要器官“腿”功能的延伸。望遠(yuǎn)鏡是眼睛功能延伸，勞動(dòng)機(jī)器如挖掘機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等都是對(duì)手功能的延伸，雖然電腦似乎是人腦功能的延伸，確實(shí)電腦能夠完成很多人類大腦的功能，比如計(jì)算能力、信息存儲(chǔ)能力、但是電腦的功能還是相對(duì)比較簡(jiǎn)單，還不能像人類大腦一樣對(duì)機(jī)體獲取的各種信息進(jìn)行處理，并且能夠根據(jù)需要，有目的地進(jìn)行某種操作，即人類電腦擁有自己的意識(shí)，而電腦則根本沒有意識(shí)可言。“AI”技術(shù)的核心包括自主學(xué)習(xí)技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，尤其是自主學(xué)習(xí)（即機(jī)器學(xué)習(xí)）能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人像人類一樣自己學(xué)習(xí)某種新的技能或者技術(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⑿畔⑻幚碇行膶?duì)信息處理結(jié)果傳達(dá)給各種外延設(shè)備，執(zhí)行某種操作。最終人工智能技術(shù)的進(jìn)步能夠代替現(xiàn)有的大多數(shù)人類勞動(dòng)，極大地減輕人類的工作強(qiáng)度和工作時(shí)間，將人類匆繁瑣繁重的工作中解放出來。下面將從無人機(jī)、無人駕駛車、智能無人工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景三個(gè)方面分析當(dāng)前無人系統(tǒng)的最新研究進(jìn)展和應(yīng)用。
1.無人機(jī)的研究和應(yīng)用
1.1 航拍與遙感技術(shù)
無人航拍技術(shù)是比較簡(jiǎn)單，幾乎是最早，也是當(dāng)前應(yīng)用最普遍的無人機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景之一。在多旋翼飛行器上安裝一個(gè)可以遙控的高清攝像頭，控制飛行器飛行到一定的高度，然后利用地面的攝像機(jī)控制系統(tǒng)就能夠?qū)崿F(xiàn)從高空對(duì)地面的拍攝。該系統(tǒng)涉及的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)包括高清相機(jī)的遠(yuǎn)程控制和多旋翼飛行器的飛行控制，這兩部分都會(huì)消耗電池電量，而且多旋翼飛行器功耗較大，當(dāng)前的電池還不能滿足多旋翼飛行器長(zhǎng)時(shí)間飛行，只能進(jìn)行短時(shí)間飛行和拍攝。另一個(gè)和航拍相似的是遙感測(cè)繪，傳統(tǒng)遙感技術(shù)基本都是基于遙感衛(wèi)星。由于衛(wèi)星距與地面距離較遠(yuǎn)，導(dǎo)致拍攝照片空間分辨率差，重訪周期長(zhǎng)，地物特征不明顯等缺點(diǎn)，尤其是對(duì)重點(diǎn)區(qū)域的識(shí)別能力較差，更不能滿足對(duì)各種應(yīng)急監(jiān)控的有效需求。無人機(jī)遙感則完全不同，無人機(jī)能夠在低空對(duì)地進(jìn)行畫面拍攝，低空無人機(jī)能夠搭載相機(jī)，多光譜、激光雷達(dá)、熱紅外等多種遙感設(shè)備，尤其可以快速而且有效的獲取地面照片，特別適合一些應(yīng)急救災(zāi)、霧霾監(jiān)測(cè)、農(nóng)作物生長(zhǎng)狀況、地面植被覆蓋、沙漠化治理監(jiān)控等場(chǎng)景中?？傊哂畜w積小、便攜性高、高度可控、隨時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸能力的無人機(jī)在航拍和遙感方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，很好地彌補(bǔ)了航天遙感系統(tǒng)的缺陷。
1.2 無人機(jī)物流技術(shù)
到目前為止，航運(yùn)仍然是速度最快、耗時(shí)最短的一種貨物運(yùn)送方式。但是相比鐵路和公路運(yùn)輸，尤其是貨物運(yùn)輸，航運(yùn)成本要高很多。其中的一個(gè)重要原因在于能夠執(zhí)行飛行任務(wù)的人員尤其是熟練的飛行員數(shù)量非常有限，在保證客流運(yùn)輸?shù)那疤嵯潞茈y保證貨物的運(yùn)輸。但是相比較旅客運(yùn)輸，貨物運(yùn)輸?shù)陌踩?、舒適性、體驗(yàn)性要求低很多，一般只要能夠保證貨物完好的到達(dá)目的地就算完成了任務(wù)。隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，能夠在某兩個(gè)定點(diǎn)城市間開拓專門用于無人機(jī)貨運(yùn)的航線也相對(duì)比較容易，完成兩個(gè)定點(diǎn)城市間貨物的無人機(jī)運(yùn)輸成本就會(huì)降低很多。無人機(jī)物流也可以根據(jù)不同場(chǎng)景進(jìn)行特色部署。在兩個(gè)大城市間可以部署大的專線貨運(yùn)無人機(jī)，小城市間可以部署體積較小的無人機(jī)。尤其是當(dāng)前電子商務(wù)快速發(fā)展帶動(dòng)快遞物流業(yè)的兇猛發(fā)展形勢(shì)下，快遞數(shù)量迅速增長(zhǎng)，但是在邊遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)，人們居住比較分散，而且快遞數(shù)量也較少，配備專門的快遞員成本太高，無人機(jī)就能很好的完成，可以在每個(gè)農(nóng)村設(shè)置一個(gè)固定快遞接收點(diǎn)，比如村大隊(duì)辦公室等，將每個(gè)村子中少量的快遞利用無人機(jī)直接送達(dá)。送快遞的同時(shí)，也能夠在這些邊遠(yuǎn)農(nóng)村接收快遞，即將農(nóng)民的農(nóng)產(chǎn)品在網(wǎng)上直接銷售。邊遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)電子商務(wù)發(fā)展瓶頸問題可以利用無人機(jī)很好的解決。于此同時(shí)，也可以利用無人機(jī)進(jìn)行郵政信件的寄送，也減輕了農(nóng)村地區(qū)，特別是路況較差邊遠(yuǎn)地區(qū)信件的遞送困難。截止目前，已經(jīng)有中國(guó)郵政、順豐快遞、圓通快遞、中通快遞、京東快遞、韻達(dá)快遞等快遞企業(yè)進(jìn)行了無人機(jī)物流應(yīng)用研究。中國(guó)民航局2017年12月批準(zhǔn)了京東物流在陜西省利用無人機(jī)開展快遞配送試點(diǎn)工作，截止2018年10月底，京東快遞已經(jīng)在西北地區(qū)完成常態(tài)化飛行1.3萬余次，飛行距離7.6萬余公里，無人機(jī)開展快遞配送工作基本能夠完成，初步實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)在市區(qū)范圍內(nèi)的快件配送。在國(guó)外，新加坡郵政、日本郵政、韓國(guó)郵政、德國(guó)郵政、法國(guó)郵政、瑞士郵政、英國(guó)皇家郵政等各個(gè)國(guó)家的郵政物流均開始研究無人機(jī)在物流領(lǐng)域的應(yīng)用。美國(guó)的亞馬遜研發(fā)的無人機(jī)Prime Air也能夠完成快遞的配送，只是最大載重只有2.2 kg，最大續(xù)航只有24 km，相比順豐的XAIRWAY無人機(jī)，最大載重能夠達(dá)10 kg，最大續(xù)航也有20 km，二者各有千秋。
1.3 無人機(jī)管道、線路巡檢應(yīng)用
輸油管道、高壓輸電線、鐵路軌道等這類線路很多都是在偏僻無人的曠野部署，尤其是高壓輸電線，很多都是在地形復(fù)雜的高山或者半山腰上。長(zhǎng)距離主干輸油線路也有很多都是部署在無人的曠野甚至無人區(qū)。這些線路的維護(hù)歷來是一項(xiàng)難題，成本高、強(qiáng)度大、但是效果依然很差。在上述的三種管道線路中，無人機(jī)有著巨大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，搭載高清可見光相機(jī)的無人機(jī)能夠?qū)€路進(jìn)行全方位地拍攝，并將拍攝的圖片實(shí)時(shí)傳輸給地面工作人員，地面工作人員可以通過無人機(jī)拍攝的圖像來判斷線路的運(yùn)行狀況。在一些特殊場(chǎng)景中，巡檢人員還可以利用遙控器對(duì)無人機(jī)進(jìn)行控制，對(duì)個(gè)別需要認(rèn)真監(jiān)測(cè)的線路進(jìn)行詳細(xì)查看，或者對(duì)某些故障進(jìn)行遠(yuǎn)距離分析，制定有效的維修方案。無人機(jī)可以極大的減輕高壓電路巡檢人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和效率。油氣管道的巡檢維修，要相對(duì)復(fù)雜一些，因?yàn)槎嗌儆蜌夤艿啦⒉幌耠娋€一樣裸露在空氣中，而是深埋在地下，所以可見光相機(jī)并不是一定能夠湊效。但是可在無人機(jī)上搭載激光或者電磁雷達(dá)，利用地下油氣管道的反射特性來診斷管道的運(yùn)行情況，同時(shí)也可以利用反射信號(hào)特性作為無人機(jī)的導(dǎo)航信息，即無人機(jī)能夠很好地沿管道飛行，否則人為控制的無人機(jī)很難準(zhǔn)確地沿管道飛行。根據(jù)雷達(dá)反射波特性，甚至可以利用管道周圍地面的雷達(dá)反射波特征判斷管道運(yùn)行情況，因?yàn)橛蜌夤艿姥矙z的主要任務(wù)就是管道破裂導(dǎo)致油氣泄漏。同樣，無人機(jī)也能夠?qū)δ承┢h(yuǎn)地區(qū)的鐵軌線路情況進(jìn)行巡檢，保障火車的安全運(yùn)行。
2.無人駕駛技術(shù)的應(yīng)用
各類車輛，作為交通工具，在人們的生活中扮演極其重要的地位，完成物資運(yùn)輸、人員乘載、甚至農(nóng)作物播種收割、道路清掃等。到目前為止，幾乎所有的車輛都是由駕駛?cè)藛T控制的，包括鐵軌上行駛的火車。非商用的小型汽車中的定速巡航、自適應(yīng)巡航也只能是輔助駕駛設(shè)備，各類車輛還不具備完全自助駕駛功能。無人駕駛車輛是將傳統(tǒng)車輛與人工智能技術(shù)、傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及導(dǎo)航技術(shù)等多種現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。其核心部分包括環(huán)境感知、控制系統(tǒng)和定位導(dǎo)航三個(gè)部分。除此之外，為了保證無人駕駛汽車安全高效行駛，還需要安裝車聯(lián)網(wǎng)等系統(tǒng)?？傊瑹o人駕駛車輛是一個(gè)綜合的系統(tǒng)，包含了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、自動(dòng)泊車系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、堵車輔助系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)。
自助駕駛技術(shù)的發(fā)展能夠?qū)⒏黝愜囕v的駕駛?cè)藛T解放出來，尤其是家庭私人小型車，不但能夠極大地減輕汽車駕駛員駕車勞累程度，也能夠減少道路交通安全事故，因?yàn)樽灾黢{駛系統(tǒng)收益因素就是安全行駛。其次是某些危險(xiǎn)場(chǎng)景中運(yùn)行的車輛，比如2011年3月日本發(fā)生9級(jí)地震引發(fā)海嘯后，福島的兩座核電反應(yīng)電站中的一座發(fā)生泄漏。震后清理工作中，發(fā)生核電泄漏的電站附近的清理工作變得異常危險(xiǎn)，無人駕駛車輛在該場(chǎng)景中應(yīng)用就能夠進(jìn)一步減少人員參與，為震后各項(xiàng)工作帶來便利。大型長(zhǎng)途貨運(yùn)汽車駕駛是一項(xiàng)繁重而且危險(xiǎn)的工作，長(zhǎng)時(shí)間從事該項(xiàng)工作的人員不但需要承受職業(yè)病對(duì)身體的危害，同時(shí)也會(huì)接受長(zhǎng)時(shí)間遠(yuǎn)離家人孩子的情感傷害，無人駕駛貨運(yùn)汽車能夠?qū)氖略摴ぷ鞯娜藛T解放出來，從事其中對(duì)身體和情感危害較小的工作。
3.結(jié)語
本文對(duì)無人系統(tǒng)中的兩個(gè)典型無人飛機(jī)和無人駕駛車輛在人類生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用做了淺析的分析，對(duì)無人系統(tǒng)的組成做了簡(jiǎn)要介紹。由此可知，由人工智能、5G無線通信技術(shù)的發(fā)展而催生的無人系統(tǒng)將會(huì)在人類生產(chǎn)以及生活各個(gè)領(lǐng)域推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步，并且會(huì)代替人類從事部分危險(xiǎn)、繁重、枯燥和危害性較大的工作。將人們從更多的工作中解放出來，從事更加健康，輕松的工作。
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