自主的智能化指揮控制系統(tǒng)發(fā)展思考*

李芳芳

(北京電子工程總體研究所，北京 100854)

0 引言

隨著現(xiàn)代化陸、海、空、天、電(磁)立體空間聯(lián)合作戰(zhàn)節(jié)奏的不斷加快和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及智能化技術(shù)的日益成熟和廣泛應(yīng)用，聯(lián)合作戰(zhàn)模式由基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持的一體化作戰(zhàn)正在向基于智能技術(shù)支持的自主性聯(lián)合作戰(zhàn)轉(zhuǎn)變，信息化作戰(zhàn)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑鲬?zhàn)。智能化作戰(zhàn)是智能程度較高的信息化作戰(zhàn)，是處于高級(jí)階段的信息化作戰(zhàn)［1］。智能化作戰(zhàn)對(duì)指控系統(tǒng)提出了自主化、智能化的需求。智能化指控系統(tǒng)是在指控系統(tǒng)中，綜合運(yùn)用以電子計(jì)算機(jī)為核心的各種技術(shù)裝備，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)信息的收集、傳遞和自動(dòng)化處理，保障對(duì)部隊(duì)作戰(zhàn)行動(dòng)實(shí)施指揮與控制的智能化人-機(jī)系統(tǒng)［2］。未來(lái)智能化指控系統(tǒng)，將更多地轉(zhuǎn)變?yōu)樗季S、推理和知識(shí)處理，實(shí)現(xiàn)腦功能的延伸。自主的智能化指控系統(tǒng)將為作戰(zhàn)人員提供自動(dòng)化的輔助決策支持能力，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、智能化決策，提高決策的速度和水平，縮短發(fā)現(xiàn)、決策和打擊目標(biāo)時(shí)間，提升多目標(biāo)處理能力，使指揮效率顯著提高。

1 自主化、智能化發(fā)展現(xiàn)狀

各軍事強(qiáng)國(guó)均將具有自主學(xué)習(xí)功能的智能化指控系統(tǒng)列為重要的研究領(lǐng)域。近年來(lái)美歐海軍在研的新一代艦艇都將擁有一個(gè)智能化的“多媒體信息指揮和控制中心”，該中心將把所有重要的指揮控制中心融合為一個(gè)整體，配備智能化超級(jí)計(jì)算機(jī)［3］。2011年美國(guó)國(guó)防部將“自主系統(tǒng)”確定為七大系統(tǒng)研究領(lǐng)域之一，開(kāi)發(fā)具有自動(dòng)識(shí)別匹配、智能學(xué)習(xí)的軍事系統(tǒng)。已啟動(dòng)了基于“一體化人機(jī)控制策略”的指控系統(tǒng)，該系統(tǒng)除具備自動(dòng)化態(tài)勢(shì)分析和決策規(guī)劃功能外，還能實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器視覺(jué)以及人機(jī)流暢對(duì)話等功能。各軍兵種也加速研制戰(zhàn)術(shù)級(jí)自主指揮控制系統(tǒng)，如采用面向服務(wù)架構(gòu)的空天一體指控系統(tǒng)、空軍的“時(shí)敏目標(biāo)決策使能系統(tǒng)”、海軍的“態(tài)勢(shì)感知與輔助決策智能體”等。

俄羅斯也正努力建成跨軍兵種智能化的指揮控制系統(tǒng)，使之能實(shí)時(shí)響應(yīng)并有效實(shí)施對(duì)空天來(lái)襲目標(biāo)的打擊。運(yùn)用智能化專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)建立能夠模擬軍事行動(dòng)事態(tài)發(fā)展變化、對(duì)威脅與行動(dòng)結(jié)果作出預(yù)判的智能化指揮自動(dòng)化系統(tǒng)。

2 支撐技術(shù)

自主的智能化指控系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)自主學(xué)習(xí)、智能決策、動(dòng)態(tài)服務(wù)等特點(diǎn)，智能指控系統(tǒng)能夠提高信息采集系統(tǒng)的工作效率，采用分布式人工智能技術(shù)、多主體系統(tǒng)為基礎(chǔ)的信息采集系統(tǒng)，使各種偵察主體自主運(yùn)行，能夠與動(dòng)態(tài)的戰(zhàn)場(chǎng)進(jìn)行交互作用和推理，具有自我重組能力，同時(shí)又可與其他主體進(jìn)行協(xié)調(diào)與協(xié)作［4-5］。戰(zhàn)術(shù)級(jí)指控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)智能化需要面向服務(wù)技術(shù)、智能專(zhuān)家系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化分布式處理等先進(jìn)技術(shù)的支撐。

2.1 面向服務(wù)架構(gòu)

面向服務(wù)架構(gòu)(service oriented architecture，SOA)是一種應(yīng)用系統(tǒng)體系架構(gòu)，該架構(gòu)使得分布在網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)組件能夠被其他應(yīng)用程序或服務(wù)發(fā)現(xiàn)和調(diào)用。

面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)基于特定標(biāo)準(zhǔn)的組織和設(shè)計(jì)的方法，它在傳統(tǒng)的技術(shù)層和業(yè)務(wù)層之間增加了一個(gè)服務(wù)層，通過(guò)連接能完成特定服務(wù)的獨(dú)立功能實(shí)體來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件的系統(tǒng)架構(gòu)。通過(guò)對(duì)技術(shù)層和業(yè)務(wù)層之間信息的有效溝通，可使軟件的應(yīng)用層徹底擺脫技術(shù)上的束縛，從而將注意力更加集中于服務(wù)，應(yīng)用程序就可以提供更加豐富、更加靈活以及目的性更強(qiáng)的服務(wù)功能，同時(shí)也可使技術(shù)開(kāi)發(fā)獨(dú)立于服務(wù)之外，使得開(kāi)發(fā)人員更加專(zhuān)注于功能的實(shí)現(xiàn)。

隨著面向服務(wù)技術(shù)的發(fā)展，許多國(guó)外資料表明，歐美國(guó)家為適應(yīng)立體戰(zhàn)爭(zhēng)的作戰(zhàn)要求，在考慮系統(tǒng)間的互操作性、資源共享技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)，均采用了基于服務(wù)的技術(shù)研究。

這種體系結(jié)構(gòu)符合聯(lián)合作戰(zhàn)智能化指控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想，能夠?yàn)槲淦飨到y(tǒng)的互聯(lián)互通和互操作提供技術(shù)基礎(chǔ)，服務(wù)的動(dòng)態(tài)部署和可遷移的特性使得指控系統(tǒng)能夠獲取更廣泛范圍內(nèi)的智能體，得到更多的輔助決策服務(wù)功能，提高智能決策的速度，縮短反應(yīng)水平，提升自動(dòng)化水平。同時(shí)，SOA具有可以更迅速和高效響應(yīng)上層變化的需求的特點(diǎn)，當(dāng)指控系統(tǒng)通過(guò)自主學(xué)習(xí)獲取更多的決策能力或者改變決策規(guī)則時(shí)，能夠擴(kuò)展或形成新的服務(wù)，并和其他服務(wù)進(jìn)行柔性重組，具有一定的敏捷性，能夠適應(yīng)指控系統(tǒng)的不斷發(fā)展。圖1為某一體化指控系統(tǒng)中面向服務(wù)的軟件體系架構(gòu)。服務(wù)層是提供決策支持的核心，可根據(jù)指控系統(tǒng)學(xué)習(xí)的進(jìn)程，不斷地?cái)U(kuò)展或者補(bǔ)充，業(yè)務(wù)邏輯層可對(duì)服務(wù)進(jìn)行柔性組合和驅(qū)動(dòng)。按照作戰(zhàn)任務(wù)的需求，可對(duì)服務(wù)層的不同服務(wù)進(jìn)行組合，達(dá)到功能性能要求。

2.2 智能化指控系統(tǒng)

2.2.1 決策支持專(zhuān)家系統(tǒng)

人工智能的專(zhuān)家系統(tǒng)分支正在發(fā)展作戰(zhàn)模擬支持系統(tǒng)所使用的推理和自動(dòng)化技術(shù)。利用專(zhuān)家系統(tǒng)作為輔助決策工具，可以使得決策規(guī)則與模擬相結(jié)合，提供輔助決策或評(píng)估替代方案，以及用傳統(tǒng)的方程或模擬技術(shù)不易得到的解析結(jié)果［6］。智能化指控系統(tǒng)能夠以專(zhuān)家系統(tǒng)為基礎(chǔ)，提高自主學(xué)習(xí)的能力。專(zhuān)家系統(tǒng)提供決策知識(shí)庫(kù)、知識(shí)獲取機(jī)制和推理機(jī)制。指控系統(tǒng)決策支持專(zhuān)家系統(tǒng)是以專(zhuān)家或部隊(duì)使用人員的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)為基礎(chǔ)建立的，以知識(shí)庫(kù)和推理為中心的智能系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)可表示為:知識(shí)+推理=系統(tǒng)，其基本組成體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.1 Software architecture

圖2 決策支持專(zhuān)家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Architecture of expert system for decision support

知識(shí)獲取是建立知識(shí)庫(kù)的重要基礎(chǔ)，知識(shí)獲取機(jī)制包括人工獲取機(jī)制和學(xué)習(xí)機(jī)制。人工獲取機(jī)制由知識(shí)工程師及專(zhuān)家對(duì)知識(shí)進(jìn)行歸納整理，可通過(guò)理論分析、仿真結(jié)果、工程實(shí)踐應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)等來(lái)獲取并形成規(guī)則。在智能化指控系統(tǒng)中，由于所控制武器和所接入傳感器的類(lèi)型、性能不同，以及所完成的作戰(zhàn)任務(wù)不同，決策支持模塊也不同，可根據(jù)事先的分析和計(jì)算結(jié)果，形成對(duì)不同決策支持模塊的使用規(guī)則，并可通過(guò)人機(jī)接口來(lái)獲取規(guī)則，如可人工調(diào)整射擊預(yù)案，設(shè)置火力運(yùn)用原則等等。學(xué)習(xí)機(jī)制主要根據(jù)作戰(zhàn)或訓(xùn)練過(guò)程中作戰(zhàn)效能或性能的評(píng)估結(jié)果，不斷地獲取知識(shí)，更新知識(shí)庫(kù)的規(guī)則。

知識(shí)庫(kù)用于存儲(chǔ)大量以產(chǎn)生式規(guī)則形式表示的領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)和知識(shí)以及已知的事實(shí)，是決策支持專(zhuān)家系統(tǒng)的基礎(chǔ)。對(duì)各類(lèi)決策信息的使用規(guī)則是知識(shí)庫(kù)的主要內(nèi)容，在實(shí)現(xiàn)層面，各類(lèi)決策支持信息以服務(wù)構(gòu)件的形態(tài)存在，知識(shí)庫(kù)則是根據(jù)制定的規(guī)則去獲取相應(yīng)的服務(wù)內(nèi)容。

推理主要根據(jù)知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)及態(tài)勢(shì)分析的結(jié)果，對(duì)軍事行動(dòng)事態(tài)發(fā)展變化、威脅與行動(dòng)結(jié)果作出預(yù)判，并作為新的前提或事實(shí)繼續(xù)推理規(guī)程，直到推出最終結(jié)論。

解釋機(jī)制主要記錄結(jié)論的各種狀態(tài)顯示給用戶(hù)。

智能化輔助決策可按專(zhuān)家的知識(shí)和推理過(guò)程，依據(jù)實(shí)際情況，自動(dòng)實(shí)時(shí)地提供給指揮員最優(yōu)的作戰(zhàn)方案［7］，提高了指揮決策的實(shí)用性和適應(yīng)性。

2.2.2 需要注意的問(wèn)題

(1)自動(dòng)化態(tài)勢(shì)分析

自動(dòng)化態(tài)勢(shì)分析是實(shí)現(xiàn)智能化指控系統(tǒng)的前提，在已啟動(dòng)的“一體化人機(jī)控制策略”中，也將自動(dòng)化態(tài)勢(shì)分析作為其基本的功能要求。態(tài)勢(shì)分析在數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)中屬于高層處理，除了進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)、時(shí)空對(duì)準(zhǔn)、關(guān)聯(lián)、狀態(tài)估計(jì)、目標(biāo)識(shí)別等低層處理外，主要進(jìn)行行動(dòng)估計(jì)，包括對(duì)態(tài)勢(shì)和威脅的估計(jì)，如敵方行為、企圖、動(dòng)向、攻擊模式、敵我兵力組成、對(duì)我方造成的可能威脅以及破壞估計(jì)等，對(duì)彈道目標(biāo)，還包括對(duì)發(fā)射區(qū)、敵方可能的發(fā)射陣地、敵方彈道導(dǎo)彈型號(hào)等的估計(jì)。態(tài)勢(shì)估計(jì)和威脅估計(jì)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)上的決策者來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。

(2)智能化指控決策支持應(yīng)與武器緊密交鏈

指控提供的決策支持只有在保證其正確、有效的前提下，才能具備成為智能化的輔助支持手段，因此自動(dòng)化輔助決策結(jié)果的有效性是檢驗(yàn)智能化指控系統(tǒng)的基礎(chǔ)。提升有效性就必須和武器系統(tǒng)的特點(diǎn)、戰(zhàn)術(shù)性能參數(shù)緊密結(jié)合，如:導(dǎo)彈武器對(duì)不同目標(biāo)的殺傷能力、導(dǎo)彈的特性、系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間等等，才能適應(yīng)不同武器的作戰(zhàn)模式和制導(dǎo)體制，制定合適的武器配系、火力部署等任務(wù)規(guī)劃和射擊預(yù)案輔助決策，在作戰(zhàn)過(guò)程中提高目標(biāo)分配、作戰(zhàn)協(xié)調(diào)等輔助決策的正確性。只有保證實(shí)時(shí)下達(dá)正確的命令，才能起到縮短發(fā)現(xiàn)、決策和打擊目標(biāo)時(shí)間的目的。相反，如果決策支持系統(tǒng)給出錯(cuò)誤的建議和命令，則只能增加命令、拒絕應(yīng)答、命令的多次反復(fù)，延遲作戰(zhàn)時(shí)間，甚至喪失作戰(zhàn)時(shí)機(jī)。

(3)智能技術(shù)的綜合運(yùn)用

自學(xué)習(xí)能力是智能化指控系統(tǒng)的重要特點(diǎn)，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境千變?nèi)f化，預(yù)設(shè)的輔助決策卻是有限的，因此當(dāng)系統(tǒng)根據(jù)對(duì)威脅的預(yù)判，不能進(jìn)行規(guī)則匹配時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)具有推理能力，實(shí)時(shí)形成輔助決策。當(dāng)新的決策方案被評(píng)估為有效時(shí)，應(yīng)及時(shí)更新知識(shí)庫(kù)，補(bǔ)充新的決策。

智能化指控系統(tǒng)除了決策支持專(zhuān)家系統(tǒng)(expert system，ES)外，還應(yīng)充分集成和融合模糊推理(fuzzy reasoning，F(xiàn)R)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(neural network，NN)，構(gòu)造具有抗干擾特性的完整的、高性能的、智能化的、一體化的系統(tǒng)，使得在確定和不確定環(huán)境下知識(shí)獲取、邏輯推理、知識(shí)的表示、邏輯思維和形象思維以及知識(shí)庫(kù)更新方面更加逼近人腦的決策功能，進(jìn)而解決符號(hào)主義、連接主義和行為主義的局限性問(wèn)題。

(4)決策的人工干預(yù)

決策支持專(zhuān)家系統(tǒng)中的人工接口實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。智能化決策支持只是輔助手段，提供決策建議，決策最終應(yīng)能體現(xiàn)“人”的意圖和智慧，因此智能化指控應(yīng)為人工干預(yù)提供良好的接口，一方面方便決策建議的顯示，給出輔助建議的內(nèi)容、原因、最佳方案和備選方案、預(yù)估結(jié)果等;另一方面，提供人工控制，人工的干預(yù)包括:可將歸納梳理出的知識(shí)形成規(guī)則加入到?jīng)Q策支持專(zhuān)家系統(tǒng)，可根據(jù)對(duì)受領(lǐng)任務(wù)的分析和戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用更改知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則，可對(duì)推理形成的對(duì)決策建議結(jié)論進(jìn)行修改等等。決策支持專(zhuān)家系統(tǒng)根據(jù)人工干預(yù)結(jié)果可形成新的決策建議。

2.3 海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理

智能化指控系統(tǒng)具有信息海量性、時(shí)間動(dòng)態(tài)性、信息多源和異構(gòu)性、被控武器多樣性等特點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)上述特點(diǎn)，需要充分利用各個(gè)分布式的指控節(jié)點(diǎn)和信息源節(jié)點(diǎn)的資源，滿足海量處理、異構(gòu)、實(shí)時(shí)及時(shí)、資源共享、適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的能力。目前分布式集群處理、網(wǎng)格計(jì)算、云計(jì)算等技術(shù)發(fā)展迅速，為智能化指控系統(tǒng)的建設(shè)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

集群系統(tǒng)是一個(gè)松耦合的多處理器系統(tǒng)，主機(jī)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程通信，應(yīng)用程序可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享內(nèi)存進(jìn)行消息傳送，是分布式系統(tǒng)的優(yōu)化處理模式。通常分為3類(lèi):可用性集群、負(fù)載均衡集群以及高性能計(jì)算機(jī)集群。集群具有良好的可擴(kuò)展性、較高的性能價(jià)格比、高有效性和容錯(cuò)性［8］。在智能化指控系統(tǒng)中，可以將決策支持計(jì)算等計(jì)算密集型服務(wù)分布在不同節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)處理一部分負(fù)載，集群技術(shù)可在服務(wù)器之間進(jìn)行協(xié)同通信，當(dāng)一個(gè)服務(wù)器故障時(shí)，可自動(dòng)將工作負(fù)載轉(zhuǎn)移到另一臺(tái)服務(wù)器，保證持續(xù)不斷地提供決策支持。

網(wǎng)格計(jì)算具有廣域分布、異構(gòu)性、動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn)，一個(gè)系統(tǒng)要成為一個(gè)“網(wǎng)絡(luò)”需要協(xié)議、界面和策略不僅是開(kāi)放的、通用的而且是標(biāo)準(zhǔn)的。網(wǎng)格計(jì)算的廣域分布特點(diǎn)更適合于高級(jí)戰(zhàn)術(shù)單位，在目前各軍事強(qiáng)國(guó)都在紛紛爭(zhēng)取網(wǎng)絡(luò)電磁空間控制權(quán)的背景下，網(wǎng)格計(jì)算的安全性應(yīng)引起高度重視。

云計(jì)算是分布式處理、并行處理和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的發(fā)展，其核心部分依然是數(shù)據(jù)中心，具有4個(gè)方面的重要特點(diǎn):云上的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、無(wú)數(shù)的軟件和服務(wù)置于云中、它們均構(gòu)筑于各種標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議之上、可以通過(guò)各種設(shè)備來(lái)獲得［9］。隨著云計(jì)算概念的發(fā)展，有望形成一個(gè)高速網(wǎng)狀虛擬網(wǎng)絡(luò)，向包括武器平臺(tái)、中間件和應(yīng)用層在內(nèi)的計(jì)算資源聚集遷移，大幅提高資源的利用率。云計(jì)算以用戶(hù)為中心、以任務(wù)為中心、智能化的優(yōu)勢(shì)未來(lái)將會(huì)更廣泛地應(yīng)用于智能化指控系統(tǒng)中，同時(shí)“云安全”也是伴隨云計(jì)算同步發(fā)展的技術(shù)。

3 發(fā)展思路

建立智能化系統(tǒng)需要研究性能更先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和人工智能技術(shù)，發(fā)展各種不同用途的機(jī)器人，開(kāi)發(fā)新型計(jì)算機(jī)專(zhuān)用語(yǔ)言，集成化系統(tǒng)，研究人機(jī)接口技術(shù)、分布網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高性能計(jì)算技術(shù)等［10］。對(duì)于戰(zhàn)術(shù)級(jí)指控系統(tǒng)，自主化、知識(shí)化、智能化是未來(lái)發(fā)展的方向之一。目前首先要采用先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)，制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)則、規(guī)范來(lái)整合現(xiàn)有的各指揮系統(tǒng)及相關(guān)信息資源，擴(kuò)展現(xiàn)役通信與指揮自動(dòng)化設(shè)備的功能，實(shí)現(xiàn)一體化指揮;其次，逐步發(fā)展智能化指控系統(tǒng)，包括建立智能化專(zhuān)家系統(tǒng)，建立分布式?jīng)Q策，能夠?qū)ν{與行動(dòng)結(jié)果作出預(yù)判;再次，增強(qiáng)智能化指控系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)能力，建立智能化指控系統(tǒng)間的聯(lián)合決策和相互間的決策支持。在智能化指控系統(tǒng)發(fā)展的同時(shí)，應(yīng)同步開(kāi)展智能指控?cái)?shù)字/半實(shí)物仿真、聯(lián)合試驗(yàn)與驗(yàn)證、評(píng)估等技術(shù)的研究。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文探討了智能化指控系統(tǒng)的發(fā)展思路，以及信息技術(shù)對(duì)智能化指控系統(tǒng)的技術(shù)支撐。美國(guó)、俄羅斯等軍事大國(guó)已將一體化、自主化、智能化指控系統(tǒng)列入重要的研究領(lǐng)域，我國(guó)的信息支撐技術(shù)發(fā)展迅速，自主的智能化指控系統(tǒng)技術(shù)研究也迫在眉睫，應(yīng)分步驟分階段地開(kāi)展基礎(chǔ)技術(shù)研究，爭(zhēng)取能夠突破關(guān)鍵技術(shù)，在工程中得以應(yīng)用。

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