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人工智能技術在國防科技領域的應用 學 院 專 業(yè) 研 究 方 向 學 生 姓 名 學 號 任課教師姓名 任課教師職稱 2013年 6 月 20 日 人工智能技術在國防科技領域的應用 摘 要:應用與國防科技領域,利用計算機模擬人類的學習與推理,能思維、能學習，能求解問題，適應環(huán)境變化的特征。隨著科學技術的發(fā)展，人工智能技術廣泛的應用與軍事、航空航天、工業(yè)、農業(yè)、氣象、地質勘查、交通運輸等領域，本文主要論述人工智能技術在軍事及航空航天等國防科技領域的應用。 關鍵詞：人工智能；軍事技術；智能武器；航空航天；專家系統(tǒng) 一. 引言 人工智能技術是在20世紀50年代產生的。當時世界的科學技術已經進入一個新的發(fā)展階段，信息量急劇增加,信息傳遞日益加快,人類的自然智能已經無法迅速處理如此巨大數量的信息，人們便開始探索通過計算機來執(zhí)行需要使用人的智能才能完成的任務。60年代，人工智能技術主要用于弈棋、定理證明和簡單的人工智能專家系統(tǒng)研究。70年代，隨著微型電子計算機技術和集成電路技術的迅猛發(fā)展，人工智能專家系統(tǒng)的研究進入應用開發(fā)階段，一些初級商品化的專家系統(tǒng)在市場上出現。專家系統(tǒng)是一種智能化的計算機軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的知識，是從人類專家頭腦中獲取并編寫成軟件存儲到計算機中去的。這些知識是相應專業(yè)領域中較為先進和準確的知識。專家系統(tǒng)作為一種特殊的軟件系統(tǒng)，在它與計算機組合成一個完整的綜合系統(tǒng)之后，就可以向人們提供知識、建議、推理、判斷或決策意見。既可以作為一種完整、獨立的智能化工具，從事與人工智能技術相關的系統(tǒng)開發(fā)工作，并在部分功能上起到人類助手的作用；又可以直接作為新一代智能機的部件和開發(fā)工具。 80年代以來，人工智能技術得到了迅速的發(fā)展，應用于遺傳工程、化學合成、業(yè)務管理、石油勘探、法律斷案及軍事領域中的專家系統(tǒng)相繼研制成功。日本、美國、蘇聯(lián)和西歐某些國家均以政府支持的方式，大力資助和領導人工智能技術的研究與開發(fā)工作。其中，日本的新一代智能計算機系統(tǒng)研究與開發(fā)計劃、英國的阿爾維(ALVE)計劃、 美國國防部的戰(zhàn)略計算倡議(SCI)和西歐的尤里卡(EUREKA)計劃最為引人注目。美國在人工智能技術研究方面，以軍事用途為首要目標，由國防部出資10億美元，擬在從1983年開始的10年內，研制出用于軍用航天器的自動控制駕駛儀，陸上多用途自主作戰(zhàn)系統(tǒng)和艦用多用途智能計算機等軍事人工智能化裝備。中國于60年代開始進行人工智能技術的開發(fā)研究，一些人工智能應用成果，已開始在國民經濟發(fā)展和國防建設中發(fā)揮作用。在人工智能基礎研究和理論研究工作中，尤其在智能機體系結構、智能語言及智能機器人的研究工作中，都有獨到的見解和成就 二. 軍事領域應用 1.實際應用 　人工智能技術在軍事上有著廣闊的應用前景，在此領域中已出現上百種成功的應用項目。當前應用在軍事方面的主要有： （1）自主多用途作戰(zhàn)機器人系統(tǒng)。其主要特點是：能夠識別地形、地物，選擇前進道路;判定敵情,深入敵方陣地，獨立自主地完成偵察、運送彈藥給養(yǎng)、掃雷、射擊及投彈、救護傷員等任務。 （2）軍用飛機“副駕駛員”系統(tǒng)。它能夠協(xié)助駕駛員完成監(jiān)控及操縱各種機載電子系統(tǒng)的工作，其智能計算機具有實時判定、推理、語言理解和輔助決策等多種功能。 （3）自主多用途軍用航天器控制系統(tǒng)。它能夠對軍用航天器的飛行姿態(tài)作自主的調整并保持正常姿態(tài)。同時，可以對衛(wèi)星的故障進行自動檢測及排除。在衛(wèi)星處于緊急狀況時，實時作出返回發(fā)射基地或自行毀滅的指令。 （4）武器裝備的自動故障診斷與排除系統(tǒng)。在武器裝備內裝有以人工智能專家系統(tǒng)為主要程序的計算機系統(tǒng)及執(zhí)行命令的機器人系統(tǒng)。專家系統(tǒng)內裝有自動診斷各種故障的反映專家知識水平的軟件包。在通過專家系統(tǒng)確定故障由來之后,再下達指令給機器人維修系統(tǒng),將故障（或潛在故障）及時排除。 （5）軍用人工智能機器翻譯系統(tǒng)。它可用于收集情報、破譯密碼、處理作戰(zhàn)文電、協(xié)調作戰(zhàn)指揮和提供戰(zhàn)術輔助決策等。該系統(tǒng)內裝有可以進行語言分析、合成、識別及自然語言理解的智能機，其內存儲著多國語言基本詞匯和語法規(guī)則。 （6）艦船作戰(zhàn)管理系統(tǒng)。它可用于局部海域作戰(zhàn)指揮、輔助戰(zhàn)術決策、海上目標敵我識別、岸 -艦一體化作戰(zhàn)管理等。 （7）智能電子戰(zhàn)系統(tǒng)。它可自動分析并掌握敵方雷達的搜索、截獲和跟蹤工作順序，發(fā)出有關敵方導彈發(fā)射的警告信號，并確定出最佳防衛(wèi)和干擾措施。 （8）自動情報與圖像識別系統(tǒng)。它通過情報分析和圖像處理技術，對敵方情報及圖像進行識別、分類和信息處理。同時，自動提供輔助決策意見。 （9）人工智能武器。它的控制系統(tǒng)具有自主敵我識別、自主分析判斷和決策的能力。如：發(fā)射后“不用管”的全自動制導的智能導彈、智能地雷、智能魚雷和水雷、水下軍用作業(yè)系統(tǒng)等。人工智能技術正在迅速地發(fā)展,智能機、智能化武器裝備和智能機器人的應用,對軍事裝備的發(fā)展將產生重大的作用；也必將對未來戰(zhàn)爭的戰(zhàn)略、戰(zhàn)術帶來重大影響 2.專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng)是目前人工智能種最活躍、最有成效的一個研究領域。自費根鮑姆等研究出第一個專家系統(tǒng)DENDRL以來，它已經獲得了迅速發(fā)展，廣泛的應用與各個領域。 （1）專家系統(tǒng)是一種基于知識的系統(tǒng)，它從人類專家那里獲得知識，并用來解決只有專家才能解決的困難問題。因此可以這樣來定于專家系統(tǒng)：專家系統(tǒng)是一種具有特定領域內大量知識與經驗的程序系統(tǒng)，它應用人工智能技術、模擬人類專家求解問題的思維過程求解領域內的各種問題，其水平可以達到甚至超過人類專家的水平。 （2）知識是智能的基礎，要使計算機有智能，就必須使它有知識，人們把有關知識歸納整理在一起并用計算機可接受、處理的方式輸入到計算機中取，或者使計算機自身具有學習的能力。 知識，是從人類專家頭腦中獲得并編寫成軟件存儲到計算機中取的。這些知識是相應專業(yè)領域中較為先進合準確的知識。專家系統(tǒng)作為一種特殊的軟件系統(tǒng)，在它與計算機組合成一個完整的綜合系統(tǒng)之后，就可以向人們提供知識、建議、判斷或者決策意見。既可以作為一種完整、獨立的智能化工具，從事與人工智能技術相關的系統(tǒng)開發(fā)工作，并在部分功能上起到人類住手的作用；又可以直接作為新一代只能機的部件和開發(fā)工具。 作為人工智能的一個研究領域,它主要研究如何使計算機有類似人的學習能力,使計算機能通過學習自動的獲取知識及技能,實現自我完善。為達到這一目的，它將開展三個方面的研究，學習方法的研究以及建立面向任務的學習系統(tǒng)。 （3）機器感知是機器智能的一個重要方面，是機器獲取外部信息的基本途徑。模式識別就是研究如何使機器具有感知能力的一個研究領域，其中主要研究對視覺模式及聽覺模式的識別。 模式是對一個物體或者某些其他實體定量的或者結構的描述，而模式類是指具有某些共同屬性的模式集合。用機器進行模式識別的主要內容是研究一種自動技術，依靠這種技術，機器就可以自動地或者人盡可能少干余地模式分配到它們各自的模式類中去。 （4）機器人是指可模擬人類行為的機器。人工智能的所有技術幾乎都可在它身上得到應用，因此它可被當做人工智能理論、方法、技術的試驗場地。反過來。對機器人的研究又大大的推動了人工智能研究的房展。 第一代機器人是程序控制機器人，它完全按照事先裝入到存儲器中的程序安排的步驟進行工作。 第二代機器人的主要標志是自身配備有相應的感覺傳感器、觸覺傳感器、聽覺傳感器等，并用計算機對之進行控制。 第三代機器人指具有類似于人的智能的智能機器人，即它具有感知環(huán)境的能力，配備有聽覺、視覺、觸覺、嗅覺等感覺器官，能從外部環(huán)境中獲取有關信息；具有思維能力，能對感知到的信息進行處理，以控制自己的行為；具有思維能力，能通過傳動機構使自己的肢體行動起來，正確、靈巧的執(zhí)行思維機構下達的命令。 3.軍事技術上的專家系統(tǒng) 信息技術的發(fā)展與應用，給戰(zhàn)爭形態(tài)帶來了深刻的影響和變換。 美軍的沙漠風暴行動：90年代初的沙漠風暴行動是人工智能技術在軍事中應用的一個成功典范。從最簡單的貨物空運，到復雜的行動協(xié)調，都由面向人工智能技術的專家系統(tǒng)來完成。另外先進的巡航導彈也采用了人工智能體領域的機器人和機器視覺技術。在這其中的兩個計劃：Pilot Associate Project (電子領航員)和Battle Management System Project(軍事專家系統(tǒng))，是人工智能技術成功應用的范例 在未來的21世紀，人工智能技術在軍事倉儲中的進一步開發(fā)應用，將出現各種智能化倉儲機械，如在自動導向車和智能用車中應用專家系統(tǒng)確定行走路線和運行方案；在物料存取過程中，應用專家系統(tǒng)指揮機器人進行入架和出架操作；將多媒體技術和專家系統(tǒng)，應用于倉儲機械人員培訓、操作指導、遠程現場監(jiān)視、異地故障分析和診斷等。隨著時間的推移，智能化倉儲設備將更多、更加趨于完善，倉儲機械更安全、更可靠。 機器人活躍于倉儲領域。經過30多年的研究．機器人已發(fā)展到第三代----智能機器人。它裝有多種傳感器，能識別作業(yè)環(huán)境．能自主決策，具有人類大腦的部分功能，且動作靈活，是人工智能技術發(fā)展到高級階段的產物，目前，全世界已有各種類型、各種用途的機器人達百萬臺。 隨著人工智能技術和機器人技術的飛速發(fā)展，機器人將在軍事倉儲領域得到廣泛應用。例如，用于倉庫作業(yè)，從事搬運彈藥和各種危險作業(yè)。美國奧德蒂斯公司研制的“章魚”式六腿機器人，在靜止時能做起935公斤重，行走時能搬運409公斤重的彈藥；用于戰(zhàn)場上執(zhí)行多種后勤保障任務，在比較危險的環(huán)境中前送后運作戰(zhàn)物資；機器人“哨兵”用于倉庫警戒巡邏，可代替普通士兵巡邏、放哨 三.航空航天領域應用 1.實際應用 為使衛(wèi)星順利完成飛行任務,大幅度降低造價,人們在衛(wèi)星 上大 量地采用了自動化和機器人技術. 早在1967年美國發(fā)射的勘測者3號飛行器上就裝有 機械臂,它在月球上完成了掘溝,地質調查和采集標本等工作,1970年蘇聯(lián)發(fā)射了”月球”16 號和 17 號兩個飛行器,飛行器上裝有月球車,月球車在地面遙控下完成月面行走 和攝影任務,車上的掘巖機還完成了標本采集工作.1978 年美國海資號火星著陸飛船(一 種先進的空間機器人) ,通過搭載計算機不僅成功地控制飛船安壘著陸,而且還在沒有地面 指令的情況下實現了長達 58 個火星日(每個火星日相當于24 小時 37 分 26.4 秒)的探測;1977-1986年,美國在旅行者探測器上采用了人工智能技術,完成了精密導航,科學觀測任務,其上計算機收集和處理了木星和土星等各種不同數據 美國 NASA 噴氣推進研究所為”旅行者”探測器設計了具備由 140 個規(guī)則 組成的知識庫, 可生成對行星攝影所需應用程序的專家系統(tǒng), 大幅度地縮短了執(zhí)行應用計劃 所需時間( 比手動操作速度大 10-50 倍),減少了差錯,降低了成本.美國還研制了一種能 分析衛(wèi)星故障并可顯示出具體對策的專家系統(tǒng).它由250 個規(guī)則構成, 可以單一和多窗口 形式對話, 將專門用于通信衛(wèi)星電力系統(tǒng). 日本三菱電機公司也試制出了人造衛(wèi)星試驗用 的 專家系統(tǒng), 應用專家系統(tǒng)信息卡, 通過數據處理機 MELCOM MX/3000 與邏輯推理機 MELCOM-PSI 的有機配臺實現自動化,省力化,可縮短試驗時間,做到高速聯(lián)機數據處理同 時軟件開發(fā), 功能修改也非常方便,提高了可靠性 2.航天飛機上的專家系統(tǒng) 在航天飛機的檢測, 發(fā)射和應用等過程中大量地采用了專家系統(tǒng), 包括加注液氧用的專家系統(tǒng)(LEX); 執(zhí)行飛行任務和程序修訂用的專家系統(tǒng)(Expert) 發(fā)射應用系統(tǒng)(L—PS—2), 采用知識庫的自動檢測裝置(K—ATE); 發(fā)射及著陸時的飛行控制 (NAVE—X);推理決策用的信息管理系統(tǒng)等. 四,人工智能在空間站計劃等的應用 NASA 的先進技術咨詢委員會認為空間站中有三個方面必須采用人工智能技術,才能實 現高度自動化,確?？煽啃? (1)空間站分系統(tǒng),空間站應用,利用空間站在空間進行各種實驗時的監(jiān)控,故障診斷, 艙外活動,交會對接,飛行規(guī)劃等的專家系統(tǒng). (2)空間結構物的組裝,從航天飛機上卸下和移動補給物資手段的智能化. (3)衛(wèi)星服務和空間工廠設備維修用的遠距離操縱器/機器人, 空間工廠設備控制和操作 等用的專家系統(tǒng). 該先進技術咨詢委員會還確定了適用于空間站初始階段和發(fā)展階段的自動 化和仿真機器人學的目標,事實上在初始階段專家系統(tǒng)是作為支援系統(tǒng) ,在發(fā)展階段將作 為一種綜臺性的信息和控制系統(tǒng)的控制部件用. 當前, 正在積極地開發(fā)以下系統(tǒng)用于美國國 際空間站上. （1）監(jiān)視和故障診斷系統(tǒng)這一研究以環(huán)境控制/生保分系統(tǒng)和電力分系統(tǒng)為中心 NASA 約 翰遜空間中心開發(fā)了一種用電化學方式清除飛船內二氧化碳氣體的增加可靠性故障診斷用 的專家系統(tǒng).構筑在 LISP 計算機上,與這一系統(tǒng)有關的知識庫和診斷規(guī)則,以及與程序有 關的知識庫均用框架形式表現. 采用這系統(tǒng)后故障減少了一半以上(樣機評價結果). 美國波 音公司研制出空間環(huán)境控制用的專家系統(tǒng)樣機,用它可對環(huán)境控制/生保分系統(tǒng)從地影區(qū)向 日照區(qū)過渡的整個過程進行模式控制和分系統(tǒng)監(jiān)視. 日本航空宇宙技術研究所還研制了一種 支援艙內科學家進行空間實驗用的專家系統(tǒng). 另外馬丁 瑪麗埃塔公司正用自己公司的規(guī)則 庫開發(fā)飛船電力分系統(tǒng)故障診斷和負荷調整用的專家系統(tǒng).B 本宇宙開發(fā)事業(yè)團在開發(fā)空 間站天線系統(tǒng)故障診斷,日本實驗艙飛行調度系統(tǒng),電力分系統(tǒng)用的專家系統(tǒng). （2）遠距離操縱器/仿真機器人學.NASA 噴氣推進研究所正研制在空間站周圍完成組裝, 服務,檢查和維修等各種作業(yè)的遙控機器人.該機器人分系統(tǒng)由高級專家系統(tǒng)組成,遙控機 器人則是一個能協(xié)調動作的復臺式專家系統(tǒng), 它將逐漸發(fā)展成一種高智能的自主機器人. NAS A 埃姆斯研究所和蘭利研究中心還分別研制由分布式黑板模型構筑空間站用機器人所必須 的多種協(xié)調式專家系統(tǒng)和由地面操作人員支援空間飛行器用機器人的專家系統(tǒng). 日本宇宙開 發(fā)事業(yè)團在研制空間站主從遙控機械手用的動作示教最佳化, 故障診斷, 環(huán)境模型用專家系 統(tǒng)和研究機器人語言.ESA 也著手研究機械手的故障診斷用的專家系統(tǒng)。 四.總結 雖然目前的人工智能已經被廣泛的應用,尤其大量應用于軍事和國防科技研究及軍工生產。但就目前的種種成果來看與理想的人工智能產品仍有很大的距離。要想實現人類智能在計算機上的模擬、延伸、擴展，必須對其體系結構、工作方式、處理能力、接口當時等進行進一步完善，這樣造出來的計算機才能稱為智能計算機。這也正是目前人工智能學科發(fā)展的方向，相信通過不斷的探索努力，終將實現這一目標。 參考文獻 [ 1 ] 王勇慶著：《人工智能原理與方法》，西安交通大學出版社 [ 2 ] 胡桐清著：《人工智能軍事應用教程》，北京：軍事科學出版社 [ 3 ] 施鴻寶、王秋荷著《專家系統(tǒng)》，西安交通大學出版社 [ 4 ] Doc Shanker 《人工智能在航天飛機中的應用》 [ 5 ] Denise L.Lawason, Mark L.James 《用于宇宙飛船遙測監(jiān)控和診斷的多任務人工智能系統(tǒng)》 [ 6 ] 朱維寶、李砥擎、孫波《人工智能技術在航天器數據監(jiān)視中的應用研究》