論文地址：無人機的自主與智能控制 - 中國知網 (cnki.net)? ? ? ?

????????自主/智能的本質內涵及其相互關系準則是無人機設計的基本原則。從一般意義上講。自主與智能是兩個不同范疇的概念。自主表達的是行為方式，由自身決策完成某行為則稱之為“自主”。“智能”則是完成行為過程的能力，也就是運用的方式方法以及策略是否符合自然規律或人的行為規則，在千變萬化的環境中找到合理的“路徑”完成某項任務，則稱為智能的，顯而易見，智能是分層次和等級的。

? ? ? ? 自主和智能的關系應該是自主在前，智能在后；但自主未必智能，但自主希望右智能，智能依賴自主。智能的等級取決于自主權的高低. 智能是自主與知識及其知識運用的結合體, 智能生成的一般過程應該是: 在自主的前提下, 綜合運用權限范圍、主動性、愛好癡迷精神、感悟力等各方面能力, 去感受信息、提取信息、積累知識、 總結知識、歸納特征并精化、提升完善知識結構、 融會貫通知識以盡可能達到符合自然規律的目的。

????????智能具有相對性, 不同“個體”的智能是有差別的, 這些差別既來自其“出生”時所賦予的智能, 又來自后天學習與完善所得到的智能.由于自然界及其存在的事物都是矛盾的統一體, “正確”與“錯誤”、“好”與 “壞”、“聰明”與“愚蠢”等等都是相對, 可以互相轉化。因此要正確理解、掌握和運用“智能”, 應該認識到: 在人類社會中, “高智能”是以人的標準或世界觀確定的, 存在所謂的“高智能”與自然界的真“高智能”不一致的現象, 也存在“大智若愚”的現象, 這是人的認識能力問題。?這也是人類社會的“奧妙”之一, 這也引申出中華民族的至理名言“智者千慮, 必有一失”, 這句名言既是真理, 又是公理, 因此在設計個體智能策略時, 必須利用對方的“失”, 才能掌控對方、取勝對方, 因此難點就是如何探知對方的“失”, 一旦掌握了對方的“失”, 制定策略取勝對方就易如反掌了。

????????需要強調，人們往往把智力和智能混為一談，這是錯誤的，智力(智商)與智能的內涵是完全不同的，智力是對知識獲取、推理和運用知識的能力,而智能是指從獲取的知識、知識推理和知識運用的結果符合自然規律的程度, 智力只是智能形成的一個要素，有智力不一定是智能的，高智能一定是需要高智力。在構造無人機時，應賦予無人機“相當”的自主和智能能力,以滿足人的需求, 應基于上述的自主與智能的關系準則進行設計。

????????由于無人機是在人授權下工作的,無人機由人賦予智能的能力,在賦予智能能力過程中會“植入”使無人機會出現“災禍”的因子, 所謂“災禍”是“天災”和“人禍”, “天災”是自然界的創造,人類無能力管控,“人禍”是人主觀想干某事, 由于能力問題或責任心問題(疏忽),導致飛機不聽人的指揮或未按人的想法“做事”,出現人不想看到、更不想要、而人又無法控制的事情發生,這確實存在,強調的是:這些失控是暫時的,不可能永遠持續; 原因是無人機需要能量,其智能程度是有限的,再則人也可以采用其他手段管控或擊毀它。“機器將來局部取代人”的論斷在某種意義上是成立的,但“機器將來控制人類”是不可能的,但會給人類帶來“麻煩”或“災難”, 此類“麻煩”或“災難”并不是完全不好,對于某些人群是“壞事”,但對于另外的人群是“好事”(前提是能管控住), 用此特點對付“他人”。

????????具體個體的自主是有權限和范圍的, 受到許多因素的限制,正如與人的自主概念是一樣的,一是人受到自然界的規律或法理限制, 二是人受到所處群體的制約(國家/制度、社會團體/規程、單位/條例、家庭/倫理道德); 無人機的自主權限首先受人(使用者)限制，同時也受自身能力的制約，也受其使用環境的限制(自然地理環境、飛機編隊要求、任務要求等)

????????實現無人機自主行為方式的基本原則或底線是:必須具有獨立自主信息獲取能力、獨立自主信息處理與決策能力、獨立行為執行能力. 獨立自主信息獲取能力是自主的基礎, 沒有獨立自主的信息獲取能力,就是“空中樓閣”, 就是個“附庸”或“寄生蟲”; 對無人機而言, 如果信息需要外界提供, 一旦外界不再提供信息, 那么無人機就會變成“聾子、瞎子”;獨立自主信息處理與決策能力是自主的核心, 否則就談不上自主，自己沒有主見, 只聽別人發號施令,只能作“傀儡”;獨立行為執行能力含義為獨立服從自身決策層的命令,依據自身的能力去執行任務, 而不是僅僅機械地執行外來命令.因此,無人機成為完整的自主智能需要有上面的三層組成,三者是相互作用與依存,是命運共同體，圖4示出了無人機自主智能體信息流圖和要求示。

????????無人機智能實現的基本原則或底線是:在自主體三層面的每個層面都要有基本的智能功能和能力,三者協調互補;每層的智能功能應實現基本的自然規律或行為規則，有自學習和自完善的能力。

????????信息感知與提取要獨立自主能力體現在下面三個方面:(1)信息源應是自然屬性,信息源不能人為設置特征屬性,這會難以保證信息的唯一性、可信性和安全性;(2)信息源的信息感知要自主完成，不能利用其他外部信息和輔助手段;(3)信息特征的提取要自主完成，不能利用其他外部手段提供的特征信息。

????????顯而易見，GPS、北斗信息以及數據鏈提供的信息不是自主信息,這些信息傳感器(或設備)就不是自主信息傳感器(或設備); 下面列出的傳感器(或設備)屬于信息自主感知傳感器:慣性傳感器;視覺感知設備;地形匹配感知設備;光學感知(激光/紅外/紫外等)傳感器;天文信息感知傳感器;電磁感知傳感器。

????????以機場感知與特征提取為例說明信息感知與提取要獨立自主能力的含義。在機場上安裝反光鏡或其他人為設置的標志來指示機場的位置特征、跑道的參數特征就不體現自主特性,因為這些人為設置的特征很容易改變或破壞,不能作為可信和唯一的信息屬性標志。應以跑道周圍難以改變的屬性特征作為信息源,周圍面積大小根據距離的遠近選擇,從遠到近,區域面積逐步減小,區域內以人難以改變的屬性特征為信息提取特征:如高山、河流、自然景觀以及它們之間的相互關系為屬性，這樣就既能實現自主, 又能進行故障識別與故障重構，為自主決策提供可信和唯一特征的信息。

????????目前人是自然界的“精靈”,是最為合理的自主智能綜合體. 無人機的設計理念應遵循人體結構和人思維/行為邏輯的關系.復雜性管理的策略和方針應是“分而治之”.人的智能處理是分層次的,對外界的信息處理和響應分優先級, 生死問題優先處理,提高和改善生活質量和環境次之,不同的條件下,生死問題處理方法也不一樣。因此,無人機作為人使用的工具，其智能處理也應分層次和等級,有優先級.建議以優先級為原則將無人機智能等級分3個等級(層級)

????????第一等級是無人機個體安全飛行等級, 定義為“高可靠活著”:能夠安全飛行,高度、速度和姿態等狀態是安全的;有防撞能力,能自主安全的規避靜止和動的物體;空中加受油能力,確保有飛行能量;故障重構和自修復能力;特情安全著陸能力。

????????第二等級是完成小組特定的工作, 定義為“高品質的工作”:能夠實現四維導航;實現態勢感知與認知;能夠實現路徑規劃與重規劃; 任務規劃與重規劃;無意識信息的認知。

????????第三等級是實現機群協同任務, 定義為“為集體使命高效工作”: 編隊飛行; 有人/無人協同作戰; 群體感知與態勢共享;集群聯合作戰。

????????總之,為能實現上面3個等級的自主智能控制,“創造”出完整與完善的無人機,應遵循下面的“創造”原則:在保證自主與智能的前提下,應借助其他手段和傳感器充分獲取和利用一切可用的信息,這樣可起到事半功倍的效果和作用,強調自主與智能必需確保底線.為實現這一原則,無人機必需具有3個信息環：

????????自主信息環、非自主(外來輔助)信息環、權限信息環(高智能還應有無意識信息環);信息的獲取、處理與應用以及任務決策必須保證自主完成, 這需要構造“代理機構”來實現,至少有兩個“代理”, 一是在地面上的“代理”, 完成人的指令構造與分發, 二是在飛機上的“代理”, 實現完善的自主智能管控, 其作用最為關鍵,是核心功能“構件”, 沒有此“代理”, 無人機就無法實現真正的自主智能使命。圖6示出了無人機信息流與結構

????????無人機在自然界能作為一完整獨立的個體, 它應融入自然界中, 它應與自然界、作為其主人的人和對手有密切的關聯, 否則難以達到自主智能的高境界,無人機本體與自然和人以及代理同時有關系才能實現“真正”的自主與智能功能. 圖7示出了“真正”無人機的“社會”關系。

????????正如人一樣, 世界上任何有“生命”的事物構成都是一樣的,由載體(人為肉體)和功能靈魂兩部分組成的,因此,無人機自主智能控制系統也不例外,是由硬件載體和載體所承載的功能靈魂(信息獲取與行為決策、控制律與控制邏輯等)組成(見圖8系統基本構成).需要指出的是:硬件載體和功能靈魂是相互作用的,不同的載體承載不同的功能靈魂,高智能的靈魂需要高性能的載體,兩者是相輔相成的,“創造”無人機自主智能控制系統時必須對二者同時考慮, 二者必須相協調。

????????為能實現無人機自主智能控制,需要載體能擴充、功能能擴展、智能水平可提升、故障重構和自修復能力可完善,系統結構應采用分布式系統,信息感知與獲取的傳感器(部件)、信息處理分析與決策計算單元、指令執行部件采用相對獨立, 并分布式配置,這里分布式配置有兩個含義, 其一是硬件載體分布配置，二是功能控制也是分布的,有主控制中心,也有副控制中心, 還有輔助控制。

????????相對來說, 分布式載體構成與實現容易些, 但對于自主智能的功能靈魂, 要實現3層10級的自主智能等級要求,其邏輯與信息架構的“創造”難度是非常之 大,經分析研究, 可行的邏輯與信息架構如圖10所示的四環結構, 第一、第二個環完成第一層級的自主智能控制, 實現“高可靠活著”; 第一、第二和第三個環完成第二層級的自主智能控制, 實現“高品質的工作”;第一、二、三、四環完成第三層級的自主智能控制,實現“為集體使命高效工作”. 上面的自主智能控制的框架結構基于“分而治之”的策略,先分層次,然后每個層級采用不同智能決策策略,簡化系統的復雜度。