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无人机之眼,广域监视再次得到突破,人工智能发挥大作用

 只贝的私人领地 2021-03-24

一家以色列公司为空中情报系统填补了一个旷日持久的短板,该系统最早在十多年前开始开发,用于在伊拉克和阿富汗侦查和追踪恐怖分子。

以色列的WASP(广域监视有效载荷)是一种新型广域监视系统,它不仅可以拍摄数字照片,还包括了一个软件系统,能够检测和分析车辆大小的物体,或步行的人群在一段时间内的移动情况,每隔一段时间回到一个区域再拍摄一张照片,并识别谁移动了,去了哪里。该软件具有决策和学习能力,会根据特定的指令采取行动,寻找什么。这种东西通常被称为AI(人工智能),通过几十年的研究和越来越小、越来越强大的硬件,使能力更强的计算机决策系统面世成为可能。美国和以色列率先开发了这些系统,因为这两个国家有能力,同时也有威胁的动力,需要这种技术不断改进。

这种监视技术还得益于无人机能力的进步,这也是以色列首创的,美国是主要竞争对手。WASP可以装到有效载荷小到5公斤的无人机,强化版的WASP系统可装到大型无人机上。目前,阉割版WASP安装在以色列 "鸟眼 "650D上,这是一款30千克汽油发动机驱动的无人机,有效载荷为5.5千克,最大续航时间为15小时。比较小的WASP系统可以监测两平方公里,而更大的WASP安装在1.1吨重的苍鹭 1无人机上,它可以携带250公斤的有效载荷,执行长达50小时的任务。这种比较大WASP版本可以监测超过15平方公里的范围,而小型无人机可以在一个群中运行,它可以根据它发现的东西或操作者决定的值得转移方向或重点的东西来调整其搜索区域和模式。

WASP和背后的概念已经存在了几十年,并且自20世纪90年代以来一直在发展。

使用这种空中监视和模式分析自在2001年后迅速发展起来,因为美军迫切需要一种有效的方法来寻找在伊拉克和阿富汗新放置的路边炸弹和地雷。美国人在这个炸弹探测项目上花费了数十亿美元,到2005年 "恒鹰",第一个可行的系统出现了,虽然有些粗糙,但效果非常好,美国军方将 "恒鹰 "评为2006年十大发明之一,这样做是为了让一些比较默默无闻,但又非常有价值的技术得到一些应有的认可。恒鹰和许多新技术一样,并没有得到媒体的关注。这样的工具之所以受到部队欢迎,主要是因为系统可以保留部队巡逻过的地区的照片,让部队可以检索到某一天某地的照片。通常情况下,巡逻归来或外出的部队可以利用模式分析能力,发现一些可疑或潜在的东西。

模式分析是运筹学(Operations Research,简称OR)从业者的基本工具之一,早在二战前,新开发的OR领域就得到了第一次大的锻炼。模式分析在华尔街、工程师、执法部门、营销专家、医学研究人员以及现在的军队中都得到了广泛的应用。

许多恒鹰系统安装在轻型飞机上,也有一些安装在塔楼或其他地面结构上。特殊的软件会比较不同时间的照片。当注意到变化时,人类分析人员就会更仔细地检查它们。这样一来,成千上万的路边炸弹和恐怖分子的埋伏被提前发现,这在很大程度上杜绝了对一些补给车队的路边炸弹袭击。无论敌人做什么,"鹰 "都会注意到。

  在 "恒鹰 "服役时,美国人意识到,如果在无人机或轻型飞机上有一个多摄像头监视系统,可以实现实时检测,那么这种系统将更加强大。到了2010年,有两个系统就想做到这一点,即"高竿盯 "和 "天使之火"。这两个系统在很多方面都与后来的以色列系统如SkEye和WASP相似,但没有那么紧凑,能力和可靠性上也不如。到了2010年,美国人就没有那么迫切了,他们的部队正在从伊拉克撤军,到2014年,美国军队已经大部分从阿富汗撤走了。

以色列人仍然面临恐怖分子从几个方向向他们进攻,他们需要更强大的技术来保护其边界,在他们的黎巴嫩、叙利亚和埃及边界上寻找火箭弹发射点,加上战时的路边炸弹和地雷。由于以色列公司在自动数字图像分析方面取得了重大进展,用于自动检查大量的vidcam图像以寻找特定的东西。这直接催生了2016年的地面版GroundEye,2017年的机载版SkEye和2020年的WASP。

当美国的Gorgon Stare在2010年投入使用时,花了一年的时间修修补补,才让它在大部分时间(90%)可靠地工作。Gorgon Stare使用了9台摄像机(5台日间和4台夜间/红外)。除了能让几个摄像机在一架无人机上工作外,该摄像系统还有一个软件,通过让摄像机覆盖相邻区域,实现覆盖更大的区域。摄像机还可以从稍有不同的角度观察同一区域,并产生三维图像。两台或多台摄像机可以在同一区域内以不同的分辨率使用,例如,搜索一个特定的个人,并让另一台摄像机聚焦于可疑的个人,以获得主动识别。系统软件还可以根据地面的要求,迅速从一个区域转移到另一个区域。由于携带高竿盯系统的RQ-9无人机在较高的高度(7000米以上)飞行,摄像机可以在大范围内对特定的片区进行聚焦。

2017年,一家以色列公司推出了对Gorgon Stare的改进,叫做SkEye。这是一套内置在小到苍鹭450(最大有效载荷150公斤)甚至像单引擎赛斯纳 208B这样的小型载人飞机的无人机中的多相机系统。SkEye使用10台高分辨率摄像机同时观察、跟踪和记录大到80平方公里的区域内的活动。SkEye使用数字图像扫描软件来寻找下面的特定物品和运动模式。SkEye比Gorgon Stare更轻、更紧凑,而且拥有能力更强的传感器和软件,提供的效能水平在十年前基本上只是理论上的水平。

三年后,WASP出现了,未来十年,这个领域还会有更多的进展。

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