智能无人系统改变未来

张思齐，沈钧戈，郭 行，闫 杰，，徐德民，4

（1.西北工业大学无人系统发展战略研究中心，西安 710072；2.西北工业大学无人系统技术研究院，西安 710072；3.西北工业大学航天学院，西安 710072；4.西北工业大学航海学院，西安 710072）

1 引 言

科学技术的进步拓宽和提升了人类认识世界、改造世界、利用世界的能力，机械化、电气化拓展和提升了人类的体能，信息化、智能化提升了人类的智能，智能无人系统将机械化、电气化、信息化、智能化集成融合为一体，将人类认识世界、改造世界、利用世界的能力提高到一个新的历史水平，将推动生产方式、生活方式、作战模式、社会文化和社会治理等方面发生深刻的、颠覆性的改变。

21世纪以来，无人系统快速发展，从空中到空间，从陆地到海洋，从物理系统到信息系统，各种类型的智能无人系统大量涌现，无人机、无人车、无人舰船、无人潜航器、各种机器人在工业、农业、物流、交通、教育、医疗保健、军事等领域得到了广泛应用。智能无人系统是推动经济发展、社会进步、军事变革的新引擎。本文将从农业、医疗、教育、交通和军事方面介绍智能无人系统的应用和发展。

2 智能无人系统应用与发展

2.1 智能无人农业

十九大报告指出，要加快推进农业农村现代化发展，推动我国从农业大国向农业强国加快迈进［1］。智能无人系统是实现农村农业现代化，推动农业高质量发展、绿色发展的重要技术途径。

智能无人系统可以推动农业的规模化发展，2017年我国农作物耕种收综合机械化水平达到了67%［2］，在机械化基础上推动先进的智能化发展是农业农村现代化的重要技术途径。智能无人农业可以提高农业生产效率和资源利用率，在人口老龄化、劳动力下降的情况下，保证全国人民吃得饱。

图1 无人系统大量涌现，得到广泛应用

陕西省是苹果种植大省，传统的人工苹果采摘方法，不仅效率低而且容易产生损伤。利用智能采摘苹果机器人可以精准判断苹果的大小和成熟度，既可以提高采摘效率，一台可以抵数十人的采摘工作，还可以提高采摘品质。

图2 采摘苹果机器人

绿色农业是农业的重要发展方向，全国政协委员、农业部总经济师钱克明表示，我国化肥的施用量是发达国家的3～4倍，我国每年使用的农药高达140多万吨，占世界总量的1/3。化肥和农药的过度使用不仅污染环境，使农业产品质量降低，还会增加农业成本。精准喷洒农药的智能无人系统，可以辨别连人眼都看不明显的害虫，可针对虫害部位及虫害类型杀虫，精准喷洒农药，有效减少杀虫剂使用量，达到最佳的杀虫效果。智能水肥无人系统，识别作物种类及强弱生长状况，进行全自动灌溉精准施肥，实现对灌溉、施肥的定时、定量控制，充分提高水肥利用率，实现节水、节肥，改善土壤环境，提高作物品质的目的。除草剂也是一种污染源，杂草检测无人系统可以精准地区分农作物和杂草，并检测出杂草的位置，高精度地和有针对性地使用除草剂，可减少90%的除草剂用量，推动绿色农业进程。智能无人农业系统的发展可减少农药、化肥和除草剂使用，使农业生产高质量发展、保护环境，在吃得饱的基础上吃得更好、更健康。

图3 2016年我国化肥和农药使用情况

智慧农业涉及农业电子商务、农业信息服务等方面内容，可以根据病虫害发展规律、气候变化、市场规律等因素，进行种植决策，提高农业生产效率；通过大数据、互联网等信息化手段进行市场预测，变“以产定销”为“以销定产”，适应现代社会生产和生活节奏，创造更大的价值。通过农业规模化、绿色化、智慧化生产，可以推动农业农村现代化发展，全面实现农业强、农村美、农民富的发展目标。

2.2 智能无人医疗

医疗是当前社会大众关注的热点问题，关注焦点在于看病难、看病贵，以及优质医疗资源利用不充分、分布不平衡。智能无人医疗可以使优质医疗服务大众化、精准化、精细化发展，是解决民生医疗问题的重要途径。

（1）优质医疗资源大众化。IBM公司的Watson机器人可对医疗影像进行快速读片和智能判断，进而规划个性化的诊疗方案，提高诊疗效率。Watson机器人对三种癌症诊断吻合度可以达到权威治疗方案的90%左右，但诊断时间却缩短78%。2017年，Watson医疗机器人在我国已经面向大众推广使用，未来的优质医疗资源将进一步大众化。

表1 Watson机器人诊断癌症吻合度

（2）医疗诊断精准化。2018年9月28号，“2018西安硬科技中国AI+医疗创新大会”在陕西西安召开，来自主会场（陕西西安）和分会场（青海西宁）两地近百名国内顶尖神经内科专家与“领创医学大脑DeepDoc”进行脑膜炎的医学诊断竞赛。最终西安主会场医生平均诊断准确率为38%、西宁分会场医生平均诊断准确率为39%，而DeepDoc平均诊断准确率达到80%。结果表明，DeepDoc的平均诊断准确率高出了人类医生1倍。可见，智能诊断机器人超越医生的认知，使诊断更加准确，识别率更高，显著降低误诊、漏诊出现概率。

表2 脑膜炎诊断人机比赛结果

（3）医疗用药精细化。我国抗生素、抗菌药物的使用存在着严重不合理的状况，其中抗生素的使用量是发达国家的3～4倍，药物综合不良反应发生率为10%～20%，重度抗菌药物不良反应发生为473.8万人次/年。而智能无人医疗可以针对病例特征和病史等情况对症下药、精细用药，保证在最恰当的时间使用最合适的药品和药量，杜绝药品乱用、滥用现象，同时降低医疗成本，有效解决医疗“看病贵”的问题。

十九大报告提出，要实施健康中国战略，改善民众生活品质和健康水平。智能无人医疗系统可以解决优质医疗资源不均衡和相对匮乏的窘境，并监测个人健康状况，保证及时、及早治疗，还能提前预防流行病蔓延，防患于未然。也正因此，2012年以来，我国智能无人医疗融资额由30万美元发展到2017年的824万美元，具有广阔的市场发展前景。

图4 我国智能无人医疗融资变化曲线

2.3 智能无人教育

教育也是当前社会关注的一个热点，关注的焦点仍然是优质教育资源不充分、不平衡的问题。十九大报告提出，要把教育事业放在优先位置，深化教育改革，加快教育现代化。智能无人教育是实现教育现代化办好人民满意教育的主要技术途径。《国家教育事业发展“十三五”规划》中提到，支持学校建设智慧校园，综合利用大数据、人工智能和虚拟现实技术探索未来教育教学新模式［3］。智能无人教育有三大特征——网络化、智能化、无人化。

智能无人教育的特征之一是网络化。网络教育既可以免费提供优质的教学资源，又可提供完整的学习体验；即时互动，有利于留下思想碰撞的火花和灵感闪现的痕迹。目前，我国高等学校正在推广互联网教学示范区，示范区以互联网和信息技术为基础，实现了传统课堂与移动课堂的整合与统一。课堂学习的空间和时间极大扩展，并支持学习者和助学者在课前、课中和课后的互动式、社交化学习。互联网教学示范区可进一步提升其智能化和无人化的水平，是未来智能无人教育的雏形。

图5 西北工业大学互联网教学示范区

智能无人教育的特征之二是智能化。通过借助大数据与AI技术，针对每一位学生生成个性化知识图谱，进而精准推荐个性化学习资源，帮助学生按图索骥、高效学习。智能无人教育系统可承担大部分重复性工作，大幅度提高优秀教师的工作效率，为教师减负增效。科大讯飞作为教育技术引领企业，通过人工智能、云计算、大数据等先进技术，为广大教育用户提供了覆盖“教、学、考、评、管”的一系列典型特色的智能教育应用案例，通过智慧的教与学，促进全体学生实现符合个性化成长规律的智慧发展。

智能无人系统的特征之三是无人化。大型开放式网络课程（Massive Open Online Courses，MOOC）教育、虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是无人教育的初级阶段，它们可朝着无人化发展，是智能无人课堂的未来发展趋势之一，是下一代未来课堂的标配。人大附中在课堂上引入VR技术，学生被带入微观或宏观的虚拟世界中，身临其境地观察、探究，极大激发了学生的兴趣和好奇心，增强学习的主动性。它还将学科的复杂知识和抽象结构形象展现，帮助学生更好地理解知识。无人化特征使得教师可大规模教学，任何人可随时学习，使得优质教育资源大众化。

图6 VR技术走进课堂

智能无人教育系统正在改变教育生态环境，改变教育观念和教育方式，但教育传承文化、创新知识和培养人才的本质不会变，立德树人的根本目的更不会改变。

2.4 智能无人驾驶

无人驾驶是智能无人系统发展的一个重要应用方向，它涉及无人驾驶飞机、无人驾驶车辆、无人船、无人潜航器等行业领域。

交通出行作为当前社会关注的热点问题，关注焦点是交通拥堵、停车难和尾气排放问题，而智能无人驾驶是解决这些问题的一个重要技术途径。

图7 无人驾驶涉及多个行业领域

智能无人驾驶的未来市场十分巨大。全球无人驾驶行业发展已经呈现白热化趋势，在《无人驾驶汽车行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》中指出，2018年全球无人驾驶汽车市场规模达到48.2亿美元，2021年将达70.3亿美元；2035年，全球无人驾驶汽车销量将达2100万辆［4］；谷歌、优步、福特、特斯拉等正在全力争夺无人驾驶市场。

我国有望成为全球最大的无人驾驶市场。2017年《节能与新能源汽车技术路线图》中指出，力求2026年到2030年，每辆车都采用无人驾驶或辅助驾驶系统［5］。行业研究机构IHS Research预测，2035年中国无人驾驶汽车市场份额为24%［4］。我国无人驾驶全面进入开放道路测试阶段，2018年3月，我国发出第一张无人驾驶路测牌照，至今国内数十家公司拿到路测牌照。

图8 2018年9月28日，百度阿波龙在广东潼湖科技小镇正式落地运营

智能无人驾驶的发展不仅是车辆本身的问题，更是交通的系统工程，涉及到车辆技术的完善，智慧道路基础设施的建设，还有法律法规的健全。

此外，无人化是重型卡车发展的一个重要方向。《2018年中国物流科技发展研究报告》指出，物流行业要着重发展智能无人重卡［6］。智能无人重卡可以使每辆重卡配备的司机从2～3人减少到1人，创造市场价值高达5000亿元；车辆的动力传动控制系统和跟车行驶系统可以减低单位油耗；还可以降低事故率，提高安全性，节省物流成本。

2.5 军用智能无人系统

十九大报告明确提出“加快军事智能化发展”要求，军用智能无人系统是军事智能化的关键领域，军事领域的智能无人化发展是“加快军事智能化发展”的重要内容，也是军事智能“由人向物”迁移的关键领域［7］。

截至今年，美军已发布8个版本的无人系统发展路线图，大力推进军用智能无人系统发展。无人化作战被列为改变未来作战模式的十大颠覆性技术之首；无人化战场将成为未来军事冲突的重要特征；军用智能无人系统将会支配战场态势，在地面、空中，尤其是太空战中将占主导地位。

图9 ALPHA操作F15战胜人类飞行员操作F22

图10 未来军用智能无人系统分布式智能协同作战方式

军用智能无人系统可以显著增强陆、海、空等多军种的作战能力。美军地面X战车技术项目使陆地战车具有战场智能感知、灵活机动智能躲避和电磁隐身等优秀作战能力，改变地面作战方式。美军反潜战持续跟踪无人艇可以智能自主的进行潜艇侦测、追踪，并具有优异的续航能力，航行数千千米，持续数月，显著提高反潜能力。

分布式智能协同作战是军用智能无人系统未来的发展方向之一［8］，系统将由集中式综合性作战平台向分布式协同作战单元发展。2015年美军启动的拒止环境中的协同作战（CODE）项目中，通讯无人机、电子战无人机、攻击无人机等采用智能协同模式，显著提高了空军介入作战能力。

高度人机融合协同作战是军用智能无人系统未来的另一个发展方向［9］。2016年，美军大力推进忠诚僚机项目。在未来无人战场，人机高度融合可实现更加高级、复杂的作战功能和作战方式，降低战争损失和人员伤亡，获得未来战争优势。

军用智能无人系统的第三个发展方向是集群作战。群体智能是人工智能自主性的高级阶段，军用智能无人系统将由“智能个体作战”向“智能集群作战”发展。2016年，美军的进攻性蜂群战术（OFFSET）项目，不仅将数量优势转化为质量优势，整体功能远远超越个体功能的叠加，而且抗摧毁能力强，个体成本低，作战效费比高。

图11 军用智能无人系统集群作战

3 结束语

智能无人系统正在成为新一轮科技革命和产业变革的重要着力点。目前，智能无人系统的发展尚处于初级阶段，还要在发展中不断完善。智能无人系统的发展也面临一些问题和挑战，比如说有人担心智能无人系统发展会产生失业。据剑桥的学者预测，未来10～20年，美国702个工种中将有47%的岗位有可能被淘汰，国际无人协会也预测智能无人系统的发展将为美国提供7万个重要高薪岗位。也有人担心智能无人系统的能力可能超过人类，可能会对人类的安全构成威胁。然而，在无人系统智能化发展过程中，它不能具有主观意志、自主意识，也不能自主进化，其所执行的动作是由人来支配、操纵的。科学技术的发展还是要以人为本，人的主导作用也不会发生改变，有人又在考虑为智能无人系统设计一个法律调节器，让智能无人系统学习伦理道德和法律法规，受到法律法规的约束。

智能无人系统发展的整个进程必然会遇到很多的挑战和困难，但是这些挑战和问题只能在发展的实践中逐渐得到解决，毕竟办法总比问题多。