1、人工智能技术在国防科技领域的应用 学 院 专 业 研 究 方 向 学 生 姓 名 学 号 任课教师姓名 任课教师职称 2013 年 6 月 20 日人工智能技术在国防科技领域的应用摘 要:应用与国防科技领域,利用计算机模拟人类的学习与推理,能思维、能学习，能求解问题，适应环境变化的特征。随着科学技术的发展，人工智能技术广泛的应用与军事、航空航天、工业、农业、气象、地质勘查、交通运输等领域，本文主要论述人工智能技术在军事及航空航天等国防科技领域的应用。关键词：人工智能；军事技术；智能武器；航空航天；专家系统一. 引言人工智能技术是在 20 世纪 50 年代产生的。当时世界的科学技术已经进入一个新
2、的发展阶段，信息量急剧增加,信息传递日益加快,人类的自然智能已经无法迅速处理如此巨大数量的信息，人们便开始探索通过计算机来执行需要使用人的智能才能完成的任务。60 年代，人工智能技术主要用于弈棋、定理证明和简单的人工智能专家系统研究。70 年代，随着微型电子计算机技术和集成电路技术的迅猛发展，人工智能专家系统的研究进入应用开发阶段，一些初级商品化的专家系统在市场上出现。专家系统是一种智能化的计算机软件系统。该系统中的知识，是从人类专家头脑中获取并编写成软件存储到计算机中去的。这些知识是相应专业领域中较为先进和准确的知识。专家系统作为一种特殊的软件系统，在它与计算机组合成一个完整的综合系统之后，
3、就可以向人们提供知识、建议、推理、判断或决策意见。既可以作为一种完整、独立的智能化工具，从事与人工智能技术相关的系统开发工作，并在部分功能上起到人类助手的作用；又可以直接作为新一代智能机的部件和开发工具。 80 年代以来，人工智能技术得到了迅速的发展，应用于遗传工程、化学合成、业务管理、石油勘探、法律断案及军事领域中的专家系统相继研制成功。日本、美国、苏联和西欧某些国家均以政府支持的方式，大力资助和领导人工智能技术的研究与开发工作。其中，日本的新一代智能计算机系统研究与开发计划、英国的阿尔维(ALVE)计划、 美国国防部的战略计算倡议(SCI)和西欧的尤里卡(EUREKA)计划最为引人注目。美
4、国在人工智能技术研究方面，以军事用途为首要目标，由国防部出资 10 亿美元，拟在从 1983 年开始的 10 年内，研制出用于军用航天器的自动控制驾驶仪，陆上多用途自主作战系统和舰用多用途智能计算机等军事人工智能化装备。中国于 60 年代开始进行人工智能技术的开发研究，一些人工智能应用成果，已开始在国民经济发展和国防建设中发挥作用。在人工智能基础研究和理论研究工作中，尤其在智能机体系结构、智能语言及智能机器人的研究工作中，都有独到的见解和成就二. 军事领域应用1.实际应用人工智能技术在军事上有着广阔的应用前景，在此领域中已出现上百种成功的应用项目。当前应用在军事方面的主要有：（1）自主多用途作
5、战机器人系统。其主要特点是：能够识别地形、地物，选择前进道路;判定敌情,深入敌方阵地，独立自主地完成侦察、运送弹药给养、扫雷、射击及投弹、救护伤员等任务。（2）军用飞机“副驾驶员”系统。它能够协助驾驶员完成监控及操纵各种机载电子系统的工作，其智能计算机具有实时判定、推理、语言理解和辅助决策等多种功能。（3）自主多用途军用航天器控制系统。它能够对军用航天器的飞行姿态作自主的调整并保持正常姿态。同时，可以对卫星的故障进行自动检测及排除。在卫星处于紧急状况时，实时作出返回发射基地或自行毁灭的指令。（4）武器装备的自动故障诊断与排除系统。在武器装备内装有以人工智能专家系统为主要程序的计算机系统及执行命
6、令的机器人系统。专家系统内装有自动诊断各种故障的反映专家知识水平的软件包。在通过专家系统确定故障由来之后,再下达指令给机器人维修系统,将故障（或潜在故障）及时排除。（5）军用人工智能机器翻译系统。它可用于收集情报、破译密码、处理作战文电、协调作战指挥和提供战术辅助决策等。该系统内装有可以进行语言分析、合成、识别及自然语言理解的智能机，其内存储着多国语言基本词汇和语法规则。（6）舰船作战管理系统。它可用于局部海域作战指挥、辅助战术决策、海上目标敌我识别、岸 -舰一体化作战管理等。（7）智能电子战系统。它可自动分析并掌握敌方雷达的搜索、截获和跟踪工作顺序，发出有关敌方导弹发射的警告信号，并确定出最
7、佳防卫和干扰措施。（8）自动情报与图像识别系统。它通过情报分析和图像处理技术，对敌方情报及图像进行识别、分类和信息处理。同时，自动提供辅助决策意见。（9）人工智能武器。它的控制系统具有自主敌我识别、自主分析判断和决策的能力。如：发射后“不用管”的全自动制导的智能导弹、智能地雷、智能鱼雷和水雷、水下军用作业系统等。人工智能技术正在迅速地发展,智能机、智能化武器装备和智能机器人的应用,对军事装备的发展将产生重大的作用；也必将对未来战争的战略、战术带来重大影响2.专家系统专家系统是目前人工智能种最活跃、最有成效的一个研究领域。自费根鲍姆等研究出第一个专家系统 DENDRL 以来，它已经获得了迅速发展
8、，广泛的应用与各个领域。（1）专家系统是一种基于知识的系统，它从人类专家那里获得知识，并用来解决只有专家才能解决的困难问题。因此可以这样来定于专家系统：专家系统是一种具有特定领域内大量知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术、模拟人类专家求解问题的思维过程求解领域内的各种问题，其水平可以达到甚至超过人类专家的水平。（2）知识是智能的基础，要使计算机有智能，就必须使它有知识，人们把有关知识归纳整理在一起并用计算机可接受、处理的方式输入到计算机中取，或者使计算机自身具有学习的能力。知识，是从人类专家头脑中获得并编写成软件存储到计算机中取的。这些知识是相应专业领域中较为先进合准确的知识。专家系统作为
9、一种特殊的软件系统，在它与计算机组合成一个完整的综合系统之后，就可以向人们提供知识、建议、判断或者决策意见。既可以作为一种完整、独立的智能化工具，从事与人工智能技术相关的系统开发工作，并在部分功能上起到人类住手的作用；又可以直接作为新一代只能机的部件和开发工具。作为人工智能的一个研究领域,它主要研究如何使计算机有类似人的学习能力,使计算机能通过学习自动的获取知识及技能,实现自我完善。为达到这一目的，它将开展三个方面的研究，学习方法的研究以及建立面向任务的学习系统。（3）机器感知是机器智能的一个重要方面，是机器获取外部信息的基本途径。模式识别就是研究如何使机器具有感知能力的一个研究领域，其中主要
10、研究对视觉模式及听觉模式的识别。模式是对一个物体或者某些其他实体定量的或者结构的描述，而模式类是指具有某些共同属性的模式集合。用机器进行模式识别的主要内容是研究一种自动技术，依靠这种技术，机器就可以自动地或者人尽可能少干余地模式分配到它们各自的模式类中去。（4）机器人是指可模拟人类行为的机器。人工智能的所有技术几乎都可在它身上得到应用，因此它可被当做人工智能理论、方法、技术的试验场地。反过来。对机器人的研究又大大的推动了人工智能研究的房展。第一代机器人是程序控制机器人，它完全按照事先装入到存储器中的程序安排的步骤进行工作。第二代机器人的主要标志是自身配备有相应的感觉传感器、触觉传感器、听觉传感
11、器等，并用计算机对之进行控制。第三代机器人指具有类似于人的智能的智能机器人，即它具有感知环境的能力，配备有听觉、视觉、触觉、嗅觉等感觉器官，能从外部环境中获取有关信息；具有思维能力，能对感知到的信息进行处理，以控制自己的行为；具有思维能力，能通过传动机构使自己的肢体行动起来，正确、灵巧的执行思维机构下达的命令。3.军事技术上的专家系统信息技术的发展与应用，给战争形态带来了深刻的影响和变换。美军的沙漠风暴行动：90 年代初的沙漠风暴行动是人工智能技术在军事中应用的一个成功典范。从最简单的货物空运，到复杂的行动协调，都由面向人工智能技术的专家系统来完成。另外先进的巡航导弹也采用了人工智能体领域的机
12、器人和机器视觉技术。在这其中的两个计划：Pilot Associate Project (电子领航员)和 Battle Management System Project(军事专家系统)，是人工智能技术成功应用的范例在未来的 21 世纪，人工智能技术在军事仓储中的进一步开发应用，将出现各种智能化仓储机械，如在自动导向车和智能用车中应用专家系统确定行走路线和运行方案；在物料存取过程中，应用专家系统指挥机器人进行入架和出架操作；将多媒体技术和专家系统，应用于仓储机械人员培训、操作指导、远程现场监视、异地故障分析和诊断等。随着时间的推移，智能化仓储设备将更多、更加趋于完善，仓储机械更安全、更可靠。
13、机器人活跃于仓储领域。经过 30 多年的研究机器人已发展到第三代-智能机器人。它装有多种传感器，能识别作业环境能自主决策，具有人类大脑的部分功能，且动作灵活，是人工智能技术发展到高级阶段的产物，目前，全世界已有各种类型、各种用途的机器人达百万台。随着人工智能技术和机器人技术的飞速发展，机器人将在军事仓储领域得到广泛应用。例如，用于仓库作业，从事搬运弹药和各种危险作业。美国奥德蒂斯公司研制的“章鱼”式六腿机器人，在静止时能做起 935 公斤重，行走时能搬运 409 公斤重的弹药；用于战场上执行多种后勤保障任务，在比较危险的环境中前送后运作战物资；机器人“哨兵”用于仓库警戒巡逻，可代替普通士兵巡逻
14、、放哨三.航空航天领域应用1.实际应用为使卫星顺利完成飞行任务,大幅度降低造价,人们在卫星 上大 量地采用了自动化和机器人技术. 早在 1967 年美国发射的勘测者 3 号飞行器上就装有 机械臂,它在月球上完成了掘沟,地质调查和采集标本等工作,1970 年苏联发射了”月球”16 号和 17 号两个飞行器,飞行器上装有月球车,月球车在地面遥控下完成月面行走 和摄影任务,车上的掘岩机还完成了标本采集工作.1978 年美国海资号火星着陆飞船 (一 种先进的空间机器人) ,通过搭载计算机不仅成功地控制飞船安垒着陆,而且还在没有地面 指令的情况下实现了长达 58 个火星日(每个火星日相当于 24 小时
15、37 分 26.4 秒)的探测;1977-1986 年,美国在旅行者探测器上采用了人工智能技术,完成了精密导航,科学观测任务,其上计算机收集和处理了木星和土星等各种不同数据美国 NASA 喷气推进研究所为”旅行者”探测器设计了具备由 140 个规则 组成的知识库, 可生成对行星摄影所需应用程序的专家系统, 大幅度地缩短了执行应用计划 所需时间( 比手动操作速度大 10-50 倍),减少了差错,降低了成本.美国还研制了一种能 分析卫星故障并可显示出具体对策的专家系统.它由 250 个规则构成 , 可以单一和多窗口 形式对话, 将专门用于通信卫星电力系统. 日本三菱电机公司也试制出了人造卫星试验用
16、 的 专家系统, 应用专家系统信息卡, 通过数据处理机 MELCOM MX/3000 与逻辑推理机 MELCOM-PSI 的有机配台实现自动化 ,省力化,可缩短试验时间,做到高速联机数据处理同 时软件开发, 功能修改也非常方便,提高了可靠性2.航天飞机上的专家系统在航天飞机的检测, 发射和应用等过程中大量地采用了专家系统, 包括加注液氧用的专家系统(LEX); 执行飞行任务和程序修订用的专家系统(Expert) 发射应用系统(LPS2),采用知识库的自动检测装置(KATE); 发射及着陆时的飞行控制 (NAVEX);推理决策用的信息管理系统等. 四,人工智能在空间站计划等的应用 NASA 的先
17、进技术咨询委员会认为空间站中有三个方面必须采用人工智能技术,才能实 现高度自动化,确保可靠性. (1)空间站分系统,空间站应用,利用空间站在空间进行各种实验时的监控,故障诊断, 舱外活动,交会对接,飞行规划等的专家系统. (2)空间结构物的组装,从航天飞机上卸下和移动补给物资手段的智能化. (3)卫星服务和空间工厂设备维修用的远距离操纵器/机器人, 空间工厂设备控制和操作 等用的专家系统. 该先进技术咨询委员会还确定了适用于空间站初始阶段和发展阶段的自动 化和仿真机器人学的目标 ,事实上在初始阶段专家系统是作为支援系统 ,在发展阶段将作 为一种综台性的信息和控制系统的控制部件用. 当前, 正在
18、积极地开发以下系统用于美国国 际空间站上. （1）监视和故障诊断系统这一研究以环境控制/生保分系统和电力分系统为中心 NASA 约 翰逊空间中心开发了一种用电化学方式清除飞船内二氧化碳气体的增加可靠性故障诊断用 的专家系统.构筑在 LISP 计算机上,与这一系统有关的知识库和诊断规则,以及与程序有 关的知识库均用框架形式表现. 采用这系统后故障减少了一半以上(样机评价结果). 美国波 音公司研制出空间环境控制用的专家系统样机,用它可对环境控制/生保分系统从地影区向 日照区过渡的整个过程进行模式控制和分系统监视. 日本航空宇宙技术研究所还研制了一种 支援舱内科学家进行空间实验用的专家系统. 另外
19、马丁 玛丽埃塔公司正用自己公司的规则 库开发飞船电力分系统故障诊断和负荷调整用的专家系统.B 本宇宙开发事业团在开发空 间站天线系统故障诊断,日本实验舱飞行调度系统,电力分系统用的专家系统.（2）远距离操纵器/仿真机器人学.NASA 喷气推进研究所正研制在空间站周围完成组装, 服务,检查和维修等各种作业的遥控机器人.该机器人分系统由高级专家系统组成,遥控机 器人则是一个能协调动作的复台式专家系统, 它将逐渐发展成一种高智能的自主机器人. NAS A 埃姆斯研究所和兰利研究中心还分别研制由分布式黑板模型构筑空间站用机器人所必须 的多种协调式专家系统和由地面操作人员支援空间飞行器用机器人的专家系统
20、. 日本宇宙开 发事业团在研制空间站主从遥控机械手用的动作示教最佳化 , 故障诊断, 环境模型用专家系 统和研究机器人语言.ESA 也着手研究机械手的故障诊断用的专家系统。四.总结虽然目前的人工智能已经被广泛的应用,尤其大量应用于军事和国防科技研究及军工生产。但就目前的种种成果来看与理想的人工智能产品仍有很大的距离。要想实现人类智能在计算机上的模拟、延伸、扩展，必须对其体系结构、工作方式、处理能力、接口当时等进行进一步完善，这样造出来的计算机才能称为智能计算机。这也正是目前人工智能学科发展的方向，相信通过不断的探索努力，终将实现这一目标。参考文献 1 王勇庆著：人工智能原理与方法 ，西安交通大学出版社 2 胡桐清著：人工智能军事应用教程 ，北京：军事科学出版社 3 施鸿宝、王秋荷著专家系统 ，西安交通大学出版社 4 Doc Shanker 人工智能在航天飞机中的应用 5 Denise L.Lawason, Mark L.James 用于宇宙飞船遥测监控和诊断的多任务人工智能系统 6 朱维宝、李砥擎、孙波人工智能技术在航天器数据监视中的应用研究
