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          【引言】：科學技術的進步拓寬和提升了人類認識世界、改造世界、利用世界的能力，機械化、電氣化拓展和提升了人類的體能，信息化、智能化提升了人類的智能，智能無人系統將機械化、電氣化、信息化、智能化集成融合為一體，將人類認識世界、改造世界、利用世界的能力提高到一個新的歷史水平，將推動生產方式、生活方式、作戰模式、社會文化和社會治理等方面發生深刻的、顛覆性的改變。

21世紀以來無人系統快速發展，從空中到空間，從陸地到海洋，從物理系統到信息系統，各種類型的智能無人系統大量涌現，無人機、無人車、無人艦船、無人潛航器、各種機器人在工業、農業、物流、交通、教育、醫療保健、軍事等領域得到了廣泛應用。智能無人系統是推動經濟發展、社會進步、軍事變革的新引擎。本文將從農業、醫療、教育、交通和軍事方面介紹智能無人系統的應用和發展。

本文轉自：海鷹資訊

原文發表于《無人系統技術》2018年第3期

作者：徐德民、張思齊等

智能無人系統應用與發展

1. 智能無人農業

十九大報告指出，要加快推進農業農村現代化發展，推動我國從農業大國向農業強國加快邁進。智能無人系統是實現農村農業現代化，推動農業高質量發展、綠色發展的重要技術途徑。

智能無人系統可以推動農業的規模化發展，2017年我國農作物耕種收綜合機械化水平達到了67%，在機械化基礎上推動先進的智能化發展是農業農村現代化的重要技術途徑。智能無人農業可以提高農業生產效率和資源利用率，在人口老齡化、勞動力下降的情況下，保證全國人民吃得飽。

陜西省是蘋果種植大省，傳統的人工蘋果采摘方法，不僅效率低而且容易產生損傷。利用智能采摘蘋果機器人可以精準判斷蘋果的大小和成熟度，既可以提高采摘效率，一臺可以抵數十人的采摘工作，還可以提高采摘品質。

圖1 采摘蘋果機器人

綠色農業是農業的重要發展方向，全國政協委員、農業部總經濟師錢克明表示，我國化肥的施用量是發達國家的3~4倍，我國每年使用的農藥高達140多萬噸，占世界總量的1/3。化肥和農藥的過度使用不僅污染環境，農業產品質量還低，農業成本還會提升不少。精準噴灑農藥的智能無人系統，可以辨別連人眼看都不明顯的害蟲，可針對蟲害部位及蟲害類型殺蟲，精準噴灑農藥，有效減少殺蟲劑使用量，達到最佳的殺蟲效果。智能水肥無人系統，識別作物種類及強弱生長狀況，進行全自動灌溉精準施肥，實現對灌溉、施肥的定時、定量控制，充分提高水肥利用率，實現節水、節肥，改善土壤環境，提高作物品質的目的。除草劑也是一種污染源，雜草檢測無人系統可以精準地區分農作物和雜草，并檢測出雜草的位置，高精度地和有針對性地使用除草劑，可減少90%的除草劑用量，推動綠色農業進程。智能無人農業系統的發展可減少農藥、化肥和除草劑使用，使農業生產高質量發展、保護環境，在吃得飽的基礎上吃得更好、更健康。

圖2 2016年我國化肥和農藥使用情況

智慧農業涉及農業電子商務、農業信息服務等方面內容，可以根據病蟲害發展規律、氣候變化、市場規律等因素，進行種植決策，提高農業生產效率；通過大數據、互聯網等信息化手段進行市場預測，變“以產定銷”為“以銷定產”，適應現代社會生產和生活節奏，創造更大的價值。通過農業規模化、綠色化、智慧化生產，可以推動農業農村現代化發展，全面實現農業強、農村美、農民富的發展目標。

2. 智能無人醫療

醫療是當前社會大眾關注的熱點問題，關注焦點在于看病難、看病貴，以及優質醫療資源利用不充分、分布不平衡。智能無人醫療可以使優質醫療服務大眾化、精準化、精細化發展，是解決民生醫療問題的重要途徑。

（1）優質醫療資源大眾化。IBM公司的Watson機器人可對醫療影像進行快速讀片和智能判斷，進而規劃個性化的診療方案，提高診療效率。Watson機器人對三種癌癥診斷吻合度可以達到權威治療方案的90%左右，但診斷時間卻縮短78%。2017年，Watson醫療機器人在我國已經面向大眾推廣使用，未來的優質醫療資源將進一步大眾化。

（2）醫療診斷精準化。2018年9月28號，“2018西安硬科技中國AI+醫療創新大會”在陜西西安召開，來自主會場（陜西西安）和分會場（青海西寧）兩地近百名國內頂尖神經內科專家與“領創醫學大腦DeepDoc”進行腦膜炎的醫學診斷競賽。最終西安主會場醫生平均診斷準確率為38%、西寧分會場醫生平均診斷準確率為39%，而DeepDoc平均診斷準確率達到80%。結果表明，DeepDoc的平均診斷準確率高出了人類醫生1倍。可見，智能診斷機器人超越醫生的認知，使診斷更加準確，識別率更高，顯著降低誤診、漏診出現概率。

表1 腦膜炎診斷人機比賽結果

（3）醫療用藥精細化。我國抗生素、抗菌藥物的使用存在著嚴重不合理的狀況，其中抗生素的使用量是發達國家的3~4倍，藥物綜合不良反應發生率為10%~20%，重度抗菌藥物不良反應發生為473.8萬人次/年。而智能無人醫療可以針對病例特征和病史等情況對癥下藥、精細用藥，保證在最恰當的時間使用最合適的藥品和藥量，杜絕藥品亂用、濫用現象，同時降低醫療成本，有效解決醫療“看病貴”的問題。

十九大報告提出，要實施健康中國戰略，改善民眾生活品質和健康水平。智能無人醫療系統可以解決優質醫療資源不均衡和相對匱乏的窘境，并監測個人健康狀況，保證及時、及早治療，還能提前預防流行病蔓延，防患于未然。也正因此，2012年以來，我國智能無人醫療融資額由30萬美元發展到2017年的824萬美元，具有廣闊的市場發展前景。

圖3 我國智能無人醫療融資變化曲線

3. 智能無人教育

教育也是當前社會關注的一個熱點，關注的焦點仍然是優質教育資源不充分、不平衡的問題。十九大報告提出，要把教育事業放在優先位置，深化教育改革，加快教育現代化。智能無人教育是實現教育現代化，辦好人民滿意教育的主要技術途徑。《國家教育事業發展“十三五”規劃》中提到，支持學校建設智慧校園，綜合利用大數據、人工智能和虛擬現實技術探索未來教育教學新模式。智能無人教育有三大特征——網絡化、智能化、無人化。

智能無人教育的特征之一是網絡化。網絡教育既可以免費提供優質的教學資源，又可提供完整的學習體驗；即時互動，有利于留下思想碰撞的火花和靈感閃現的痕跡。目前，我國高等學校正在推廣互聯網教學示范區，示范區以互聯網和信息技術為基礎，實現了傳統課堂與移動課堂的整合與統一。課堂學習的空間和時間極大擴展，并支持學習者和助學者在課前、課中和課后的互動式、社交化學習。互聯網教學示范區可進一步提升其智能化和無人化的水平，是未來智能無人教育的雛形。

圖4  西北工業大學互聯網教學示范區

智能無人教育的特征之二是智能化。通過借助大數據與AI技術，針對每一位學生生成個性化知識圖譜，進而精準推薦個性化學習資源，幫助學生按圖索驥、高效學習。智能無人教育系統可承擔大部分重復性工作，大幅度提高優秀教師的工作效率，為教師減負增效。科大訊飛作為教育技術引領企業，通過人工智能、云計算、大數據等先進技術，為廣大教育用戶提供了覆蓋“教、學、考、評、管”的一系列典型特色的智能教育應用案例，通過智慧的教與學，促進全體學生實現符合個性化成長規律的智慧發展。

智能無人系統的特征之三是無人化。大型開放式網絡課程（Massive Open Online Courses，MOOC）教育、虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術是無人教育的初級階段，它們可朝著無人化發展，是智能無人課堂的未來發展趨勢之一，是下一代未來課堂的標配。人大附中在課堂上引入VR技術，學生被帶入微觀或宏觀的虛擬世界中，身臨其境地觀察、探究，極大激發了學生的興趣和好奇心，增強學習的主動性。它還將學科的復雜知識和抽象結構形象展現，幫助學生更好地理解知識。無人化特征使得教師可大規模教學，任何人可隨時學習，使得優質教育資源大眾化。

圖5 VR技術走進課堂

智能無人教育系統正在改變教育生態環境，改變教育觀念和教育方式，但教育傳承文化、創新知識和培養人才的本質不會變，立德樹人的根本目的更不會改變。

4.智能無人駕駛

無人駕駛是智能無人系統發展的一個重要應用方向，它涉及無人駕駛飛機、無人駕駛車輛、無人船、無人潛航器等行業領域。

圖6 無人駕駛涉及多個行業領域

交通出行作為當前社會關注的熱點問題，關注焦點是交通擁堵、停車難和尾氣排放問題，而智能無人駕駛是解決這些問題的一個重要技術途徑。

智能無人駕駛的未來市場十分巨大。全球無人駕駛行業發展已經呈現白熱化趨勢，在《無人駕駛汽車行業發展前景預測與投資戰略規劃分析報告》中指出，2018年全球無人駕駛汽車市場規模達到48.2億美元，2021年將達70.3億美元；2035年，全球無人駕駛汽車銷量將達2100萬輛；谷歌、優步、福特、特斯拉等正在全力爭奪無人駕駛市場。

我國有望成為全球最大的無人駕駛市場。2017年《節能與新能源汽車技術路線圖》中指出，力求2026年到2030年，每輛車都采用無人駕駛或輔助駕駛系統。行業研究機構IHS Research預測，2035年中國無人駕駛汽車市場份額為24%。我國無人駕駛全面進入開放道路測試階段，2018年3月，我國發出第一張無人駕駛路測牌照，至今國內數十家公司拿到路測牌照。

圖7 2018年9月28日，百度“阿波龍”在廣東潼湖科技小鎮正式落地運營

智能無人駕駛的發展不僅是車輛本身的問題，更是交通的系統工程，涉及到車輛技術的完善，智慧道路基礎設施的建設，還有法律法規的健全。

此外，無人化是重型卡車發展的一個重要方向。《2018年中國物流科技發展研究報告》指出，物流行業要著重發展智能無人重卡。智能無人重卡可以使每輛重卡配備的司機從2~3人減少到1人，創造市場價值高達5000億元；車輛的動力傳動控制系統和跟車行駛系統可以減低單位油耗；還可以降低事故率，提高安全性，節省物流成本。

5. 軍用智能無人系統

十九大報告明確提出“加快軍事智能化發展”要求，軍用智能無人系統是軍事智能化的關鍵領域，軍事領域的智能無人化發展是“加快軍事智能化發展”的重要內容，也是軍事智能“由人向物”遷移的關鍵領域。

截至今年，美軍已發布8個版本的無人系統發展路線圖，大力推進軍用智能無人系統發展。無人化作戰被列為改變未來作戰模式的十大顛覆性技術之首；無人化戰場將成為未來軍事沖突的重要特征；軍用智能無人系統將會支配戰場態勢，在地面、空中，尤其是太空戰中將占主導地位。

圖8 ALPHA操作F15戰勝人類飛行員操作F22

軍用智能無人系統可以顯著增強陸、海、空等多軍種的作戰能力。美軍地面X戰車技術項目使陸地戰車具有戰場智能感知、靈活機動智能躲避和電磁隱身等優秀作戰能力，改變地面作戰方式。美軍反潛戰持續跟蹤無人艇可以智能自主的進行潛艇偵測、追蹤，并具有優異的續航能力，航行數千千米，持續數月，顯著提高反潛能力。

分布式智能協同作戰是軍用智能無人系統未來的發展方向之一，系統將由集中式綜合性作戰平臺向分布式協同作戰單元發展。2015年美軍啟動的拒止環境中的協同作戰（CODE）項目中，通訊無人機、電子戰無人機、攻擊無人機等采用智能協同模式，顯著提高了空軍介入作戰能力。

高度人機融合協同作戰是軍用智能無人系統未來的另一個發展方向。2016年，美軍大力推進忠誠僚機項目。在未來無人戰場，人機高度融合可實現更加高級、復雜的作戰功能和作戰方式，降低戰爭損失和人員傷亡，獲得未來戰爭優勢。

軍用智能無人系統的第三個發展方向是集群作戰。群體智能是人工智能自主性的高級階段，軍用智能無人系統將由“智能個體作戰”向“智能集群作戰”發展。2016年，美軍的進攻性蜂群戰術（OFFSET）項目，不僅將數量優勢轉化為質量優勢，整體功能遠超越個體功能的疊加，而且抗摧毀能力強，個體成本低，作戰效費比高。

結束語

智能無人系統正在成為新一輪科技革命和產業變革的重要著力點。目前，智能無人系統的發展尚處于初級階段，還要在發展中不斷完善。智能無人系統的發展也面臨一些問題和挑戰，比如說有人擔心智能無人系統發展會產生失業。據劍橋的學者預測，未來10~20年，美國702個工種中將有47%的崗位有可能被淘汰，國際無人協會也預測智能無人系統的發展將為美國提供7萬個重要高薪崗位。也有人擔心智能無人系統的能力可能超過人類，可能會對人類的安全構成威脅。然而，在無人系統智能化發展過程中，它不能具有主觀意志、自主意識，也不能自主進化，其所執行的動作是由人來支配、操縱的。科學技術的發展還是要以人為本，人的主導作用也不會發生改變，有人又在考慮為智能無人系統設計一個法律調節器，讓智能無人系統學習倫理道德和法律法規，受到法律法規的約束。

智能無人系統發展的整個進程必然會遇到很多的挑戰和困難，但是這些挑戰和問題只能在發展的實踐中逐漸得到解決，畢竟辦法總比問題多。