美英联合推进人工智能蜂群技术发展案例分析

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来源：国防科技要闻

作者：申淼

蜂群战术是面向智能时代的一种重要作战样式，将对军事作战产生颠覆性影响。为支撑该战术发展，美军将无人机蜂群技术列为“第三次抵消战略”重点技术之一，持续大力推进。随着人工智能技术的快速发展，近年来，美军尝试通过跨国合作的方式，吸收借鉴不同国家的创新成果和研发经验，协同推进蜂群技术发展。2019年，美国空军研究实验室、英国国防科学与技术实验室联合美国赖特兄弟研究所和戴顿大学研究所，成功举办了“蜂群与搜索人工智能挑战赛：2019火灾黑客马拉松”，为进一步推动蜂群技术发展、加快新兴技术试验应用奠定重要基础。

一、背景

2018年，全球山火肆虐，给各国造成巨大损失。政府部门在部署各类灭火资源时，提高山火分布图的绘制能力和搜索营救任务的规划能力，可以很大程度降低火灾造成的风险及不利影响，而无人机系统及可使其自主执行任务的先进算法是提高这两种能力的重要选项之一。基于此，美英两国酝酿筹办了此次挑战赛，具体由美国空军研究实验室和英国国防科学与技术实验室组织，寻求利用蜂群技术，发掘最高效和弹性的人工智能及机器算法。虽然挑战赛以人道主义救援任务为起因，但实质上山火与战火、搜索营救任务规划与兵力调配和派遣具有极强相关性，此次挑战赛获得的知识和解决方案，对提升蜂群系统的作战能力无疑具有巨大的推动作用。

二、挑战赛基本情况

（一）活动目的

此次挑战赛旨在探索如何提升无人机蜂群的山火分布图绘制能力、任务规划能力，以及对形势变化的动态响应能力，目的是使人员及财产损失降到最低。空军研究实验室专门为此次活动开发了模拟合成环境（AMASE），在工业部门、学术界、政府机构，以及消防救援部门等各界专家的支持下，来自美国和英国的参赛团队进行代码研发，并在模拟合成环境中研究如何利用自主系统控制无人机、描绘火情、发现特定目标，同时确保无人机不会出现燃烧、坠毁和燃料耗尽等情况。随着任务想定难度系数的不断增加，参赛团队需不断发展完善其构想和算法等，以加速技术研发进程、完成比赛任务。

（二）技术需求及评判标准

此次挑战赛寻求的技术包括：为蜂群系统研发稳健、弹性的自主能力；单架无人机之间实现协同操作的能力；火灾响应及火灾预测能力；用户在山火周围操作无人机的优先事项确定能力及对现实复杂问题的应对能力。

技术评判标准主要包括4个方面：①稳健自主能力。评判参赛团队的自主能力解决方案在应对意外情况下的表现；②蜂群协同。评判蜂群是否充分利用了单架无人机的能力；③环境预测。评判解决方案是否能够智能、精确地预测火情，为消防人员提供支持；④解决现实世界用户优先事项的能力。评判解决方案是否考虑到解决方案在现实环境中的可用性，并作出说明。

（三）组织模式

空军研究实验室小企业高级技术顾问米克·希契科克曾表示，英国林业局将向所有团队发布视频，对挑战赛的问题范围予以阐述。之后，参赛团队通过一个封闭的线上协同平台进行远程工作，利用空军提供的模拟合成环境软件探索不同的山火分布图场景。需要注意的是，所有团队都将使用基于空军研究实验室平台、相同的无人机设计、传感器装置，以及人工智能技术，提出完成任务的最有效方法。

（四）活动流程

此次挑战赛在美国和英国同步进行，形式既包括线上竞赛，也包括最终的线下现场对决。活动主要分3个阶段进行，模拟场景的复杂性逐渐递增：①赛前阶段（2019年1月15日～2月15日）。场景练习及熟悉在赛事中如何使用空军许可的软件——模拟合成环境，此阶段场景的复杂性最低；②线上竞赛阶段（2019年2月15日～3月15日）。在动态仿真特性和复杂性不断增强的场境中进行竞赛，从线上竞赛的所有参赛团队中选出9支优秀团队（包括学生团队和小企业）；③现场对决阶段（2019年3月29日～31日）。线上竞赛产生的9支优秀团队参加为期3天的现场决赛环节，展示最复杂场境下的解决方案，裁判实时打分，角逐65000美元的奖金。

（五）活动结果

经过激烈角逐，两支团队获得挑战赛并列第一。一个是密歇根大学团队（团队3名核心成员均为机器人专业的博士生，还有一位顾问是航空与机器人专业的教授），其解决方案名为“自主航空系统（A2Sys）实验室”；另一个是来自英国的参赛团队（由4名高中生和大学生组成）。这两支最终获胜团队的解决方案在“2019无人驾驶系统协会国际会议”（AUVSI）以及英国驻华盛顿特区大使馆进行了展示。此外，两支团队还于2019年11月20日在到访美国的英国“伊丽莎白女王”号航母上获得英国皇室款待，该航母后续在美国举办了一系列活动，探讨未来国防能力，鼓励美英两国之间，特别是公私部门之间积极开展合作。

▲2019年11月20日，在伊丽莎白女王号上举行的特别仪式上英国皇家海军第一海军大臣、海军上将Tony Radakin为获胜的两支参赛队伍颁奖，从左至右来自密歇根大学的团队的Matthew、 Romano,、Prince、 Kuevor和来自英国团队的Jeremy 、Castagno

三、初步认识

一是前沿技术探索需要加强协同合作。随着新兴技术的快速发展及其在全世界的快速传播，科技创新不应仅限于一个机构、一个国家内部“单打独斗”式的发展模式，需要打破机构和国界限制，通过“走出去”策略，与其他机构、其他国家之间加强紧密合作，以利用这种纵横交织、内外交错的协同创新方式加速科技创新进程。从此次挑战赛的举办机构看，这只是美英国防科研机构合作的一个具体案例。随着人类命运共同体进程的加速，各国国防科技需求的日渐趋同，建立不同机构层面、乃至政府层面的新型、长效协同创新机制，势必能更好地应对不断变化的科技竞争态势。

二是挑战赛内容设置兼顾军民两用性。当前，人工智能、机器学习、先进感知、无人系统等新兴科技的广泛、深入、持续发展，特别是这些技术的军民两用能力，引起了美英等国的普遍关注和积极探寻。美英将山火救援任务作为挑战赛主题，其应用方案可以快速转化为军事领域的应用，能够为实质性推动蜂群技术的战场部署提供重要支撑。

三是科技生态力量体系培塑是科技创新的基石。科技人才的培养、锻炼和发展应从小，特别是从基础教育阶段抓起，以建立一个年龄段组合合理、专业技能突出、学科覆盖广泛的科技创新人才梯队。在此次蜂群与人工智能挑战赛中，除了非传统的、富有创新想法的小企业参与外，还可以看到中学生、大学生等初出茅庐、想法新奇多样的年轻群体参加，以及博士、教授等具有相当知识储备与科研能力的核心力量的参加，且均取得了不俗的成绩。这种参赛人员的广泛性和包容性既可以最大程度地集思广益和快速获得创新成果，同时也有利于为年轻人提供锻炼和发展机会，为各年龄层有效结合的人才梯队发展建设奠定基础。

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