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無人機經過100年的發展,其演變與發展是全方位的,其內涵也發生了重大變化,無論執行的任務千變萬化,但其最根本的變化還是其飛行控制方式的變 化,按照無人機飛行控制方式的變化,無人機經歷了 下面幾個發展階段,并形成了相應種類的無人機:(1) 遙控飛行無人機(階段);(2) 遙控加局域自動飛行無人機(階段);(3) 全自動飛行無人機(階段);(4) 全自動加局域自主飛行無人機(階段);(5) 全自主飛行無人機階段(下一階段,即將來臨)。
目前,國際上無人機的最高水平是全自動加局域自主飛行無人機,根據不同的任務需求以及人力和成本的情況,依據實際情況來選擇無人機的種類,這幾 類無人機可以并存,相互補充,充分發揮每一種無人 機的優勢。
技術發展到現階段,從狹義上定義,無人機的飛 行可與人沒有直接關系,即: 人與無人機二者存在隔離的狀態;從廣義上講,由于無人機作為一類可飛行的工具或武器,人要使用它,就必須明確“人機權限”問題:人是無人機的主人(主宰),無人機的行為要聽從人的管控,但人的自身能力、精力以及精確控制飛機能力的限制,不可能分分秒秒或時時刻刻管控無人 機,因此無人機必須要有獨立自主(自動)工作的能力。
從上面的分析中可知,遙控飛行無人機(remotely piloted vehicle)與“真”無人機(unmanned aerial vehicle) 其內涵和本質是有區別的。遙控飛行的無人機的構架原理圖見圖2,“真”無人機的構架原理圖見圖3。從圖2和3可直觀看到二者的不同,遙控飛行無人機是在人直接控制下工作的,即人在其工作環中;而無 人機是在人授權下工作的,人在其工作環之外,而不是在工作環之中,這一本質上的差別就導致了二者在設計中系統結構、控制功能和實現方法的不同。
無論怎樣給無人機下定義, 有自我獨立工作能力應是其本質屬性, 但不變的原則是: 無人機由人使用,人是無人機的“主人”,無人機必須聽從人的管控,無人機自我獨立工作權限自然是由人隨時進行設置的,顯而易見,為實現無人機的功用,無人機的結構與能力是在“制造”它時構造的。因此,標準的無人機應有3 個工作模態:自主(自動)模態、人工干預模態和人工 操縱模態。這3種模態的使用是由人(操作員)設置與選擇的。人(操作員)選擇模態也應綜合考慮實際環境的 復雜情況, 可遵循“將在外, 君命有所不受”的原則進 行模態選擇. 上面的3個工作模式的定義與含義如下: (1) 自主 (自動)模態是無人機系統的默認模式,此模式按照人制定的規則、理念、思路進行工作,管控無人機的飛 行;(2) 人工干預模態是在自主(自動)模態下,人主動 糾正自主(自動)飛行的偏差,是在默認控制基礎上增 加一△增量;(3) 人工操縱模態是在控制系統出現故障而無法自主(自動)控制無人機應急條件下,由人直接操縱飛機。一般情況下,人工操縱難以保證飛機的控制效果,其原因很簡單:人不在飛行現場,難以準確感知飛機的運動信息,因而也就難以準確控制飛機,無人機采用上述3個工作模態事實上也明確了“人 機權限”問題,人作為無人機的“主人”,人通過制定規則和策略管控無人機,無人機按規則和策略自主(自動)生成控制指令控制飛機的飛行;飛行中出現與人的設想不一致結果時,人可進行適度的修正;飛行出現應急情況時,人可直接操控飛機,這是“孤注一擲”的行為。
由于無人機在整個使用過程中,不同的飛行階段有不同的使命和任務,因此,三種工作模態在不同的飛行階段執行不同任務命令,基于此原因,在構造無人機系統工作邏輯結構時,應采用“因地制宜”的原則進行飛行階段與3種工作模態的邏輯構造,即:先確認階段,然后再選擇工作模態。采用上述模態也是涉及到無人機操控人員的日常培訓理念問題,按上面模態的設置,無人機日常的訓練方式應該是:以模擬器虛擬訓練為主,重點在任 務方面的訓練,飛行特情訓練為輔,再輔以少量的實 物飛行訓練的方式。
需要強調的是:既然無人機能夠自主(自動)飛行,就涉及到如何自主(自動)飛行?飛行的好與壞?即自主(自動)飛行的能力和水平,也就是其智能的高低,這 就出現了自主與智能的內涵與相互關系問題。
3、自主/智能的本質內涵及其相互關系
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為“自主”;智能則是完成行為過程的能力[3],也就是運用的方式方法以及策略是否符合自然規律或符合人(或某團體)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,則稱為是智能的。顯 而易見,智能是分層次和等級的[3]。
自主與智能二者之間的關系應該是:自主在前,智能在后,二者應該相輔相成;自主未必智能,但自主希望有智能;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。