自主交互集群技術(shù)在戰(zhàn)場上的應(yīng)用

季自力 王文華

以移動(dòng)互聯(lián)、量子信息、人工智能、無人系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等為代表的顛覆性技術(shù)的迅猛發(fā)展及其在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，將不斷推動(dòng)智能化、無人化作戰(zhàn)平臺(tái)的創(chuàng)新發(fā)展和運(yùn)用，平臺(tái)之間將實(shí)現(xiàn)自主快速交互，自主交互集群技術(shù)將在戰(zhàn)場上得到廣泛運(yùn)用，產(chǎn)生重要而深遠(yuǎn)的影響。

單人運(yùn)用自主交互集群技術(shù)可操縱百架無人機(jī)

自主交互集群技術(shù)的內(nèi)涵

自主交互集群技術(shù)，是利用智能化、無人化平臺(tái)的自主交互、能力聚合和動(dòng)態(tài)編組等功能進(jìn)行運(yùn)作的新一代信息技術(shù)。對(duì)自主交互集群的研究起始于1959年法國生物學(xué)家PierrePaulGrasse，他研究發(fā)現(xiàn)，昆蟲之間存在高度結(jié)構(gòu)化組織，可以完成遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出個(gè)體能力的復(fù)雜任務(wù)。蟻群的工作模式就是這種智能集群的經(jīng)典代表，它們通過單體之間簡單的相互溝通協(xié)調(diào)，表現(xiàn)出大規(guī)模集群的智能行為。通過對(duì)昆蟲間智能集群行為的探索，逐漸涌現(xiàn)了諸多智能集群算法，如蟻群算法和粒子群優(yōu)化算法。自主交互集群技術(shù)就是基于生物集群行為，通過彼此的感知交互、信息傳遞、協(xié)同工作，完成多樣性的復(fù)雜任務(wù)。其關(guān)鍵技術(shù)主要包括：環(huán)境感知與認(rèn)識(shí)、多機(jī)協(xié)同任務(wù)規(guī)劃與決策、信息交互與自主控制、人機(jī)智能融合與自適應(yīng)學(xué)習(xí)技術(shù)、人機(jī)綜合顯控技術(shù)、基于故障預(yù)測的任務(wù)規(guī)劃技術(shù)等。

自主交互集群的技術(shù)原理是“集群智能”，即眾多機(jī)器個(gè)體通過相互之間的協(xié)同合作所表現(xiàn)出來的集體智能行為。在群體行為中，單個(gè)個(gè)體未必具有指揮官般的“智慧”，但通過個(gè)體之間交互作用和協(xié)作行為，使得整體可以通過組織協(xié)作完成復(fù)雜任務(wù)，即實(shí)現(xiàn)1+1>2的聚優(yōu)效應(yīng)。自主交互集群的典型特點(diǎn)是分布式的，沒有明顯的中心控制，其中單體行為是相對(duì)簡單的，而系統(tǒng)運(yùn)行則是自組織的，數(shù)據(jù)交互是激活式的，涉及的指揮行為也屬于局部范圍的分布式指揮。

按發(fā)展階段，可以將自主交互集群技術(shù)分為半自主交互集群技術(shù)、全自主交互集群技術(shù)。半自主交互集群技術(shù)是在智能化、無人化平臺(tái)的自主交互、能力聚合和動(dòng)態(tài)編組等功能不完善的條件下，需要在人的主導(dǎo)或干預(yù)下進(jìn)行運(yùn)作：而全自主交互集群技術(shù)是在智能化、無人化平臺(tái)的自主交互、能力聚合和動(dòng)態(tài)編組等功能完善的條件下，基本不需要或完全不需要在人工干預(yù)下進(jìn)行運(yùn)作。

無論是半自主交互集群技術(shù)還是全自主交互集群技術(shù)，在技術(shù)運(yùn)用過程中人都是始終處于支配地位，智能化、無人化平臺(tái)始終處于被支配的地位。全自主交互集群技術(shù)強(qiáng)調(diào)的是人對(duì)戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)能夠進(jìn)行可視化、實(shí)時(shí)化、精確化的監(jiān)控，由于參與力量高度智能化、自主化，基本不需要或完全不需要人工干預(yù)行動(dòng)，但在必要時(shí)也可以在人的積極干預(yù)下，對(duì)各種行動(dòng)進(jìn)行臨機(jī)調(diào)控。

人機(jī)融合問題實(shí)際上是一個(gè)身心問題，即生理身與物理身、自我心與他我芯之間的一致性問題，這種身心問題必然要涉及到與自然環(huán)境/社會(huì)環(huán)境的交互協(xié)同。交互是機(jī)器學(xué)習(xí)的重要途徑，自主交互活動(dòng)的關(guān)鍵在于充分發(fā)揮機(jī)器的客觀能動(dòng)性，不僅僅能適應(yīng)機(jī)器的良好運(yùn)行，還能促進(jìn)不同階段機(jī)器學(xué)習(xí)的進(jìn)化。在自主交互活動(dòng)中，機(jī)器智能的約束力、理解力、執(zhí)行力等存在不足，難免會(huì)產(chǎn)生問題。只有人的有效介入，才能確保自主交互活動(dòng)的順利開展，才能更好地促進(jìn)機(jī)器更加積極、主動(dòng)地深入到解決問題過程中。

自主交互集群技術(shù)可應(yīng)用于無人機(jī)群

自主交互集群技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

自主交互集群技術(shù)通過協(xié)作行為與信息交互方式，以自主化和智能化的整體協(xié)同方式完成作戰(zhàn)任務(wù)，具有三個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)。

一是信息情報(bào)優(yōu)勢(shì)。自主交互集群具有廣泛分布的傳感器，多平臺(tái)能夠相互協(xié)作完成對(duì)戰(zhàn)場目標(biāo)的精準(zhǔn)定位。比如，當(dāng)實(shí)施圖像偵察時(shí)，各個(gè)平臺(tái)從不同角度完成對(duì)戰(zhàn)場目標(biāo)的全方位偵控，實(shí)現(xiàn)相互印證和信息補(bǔ)充;當(dāng)需要電子探測時(shí)，平臺(tái)間可用頻率、波段不同的雷達(dá)進(jìn)行全頻譜探測。而且，自主交互集群內(nèi)各作戰(zhàn)平臺(tái)聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)平臺(tái)間的數(shù)據(jù)信息共享，可以達(dá)到“一點(diǎn)發(fā)現(xiàn)、全網(wǎng)皆知”，為實(shí)現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)奠定基礎(chǔ)。

二是決策與行動(dòng)速度優(yōu)勢(shì)。自主交互集群具有自主決策能力，可以根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)，在線自動(dòng)分解任務(wù)，并賦予相應(yīng)的作戰(zhàn)平臺(tái)。各功能平臺(tái)能迅速作出反應(yīng)，協(xié)同實(shí)施干擾壓制、火力打擊、毀傷評(píng)估等行動(dòng)，縮短了戰(zhàn)場“感知一決策一行動(dòng)”周期，提高了戰(zhàn)場行動(dòng)的速度，大大加快了作戰(zhàn)進(jìn)程。

三是協(xié)同作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)。自主交互集群中各作戰(zhàn)平臺(tái)能夠自適應(yīng)協(xié)同，可一致進(jìn)行機(jī)動(dòng)突擊與防御作戰(zhàn)。在進(jìn)攻作戰(zhàn)中，能夠高度協(xié)調(diào)的從多個(gè)方向連續(xù)或同時(shí)對(duì)預(yù)定目標(biāo)實(shí)施攻擊，在誘騙、干擾、電子攻擊等軟殺傷行動(dòng)中自動(dòng)協(xié)調(diào)最佳攻擊時(shí)機(jī)，有效避免相互影響，提高整體作戰(zhàn)效能。在防御作戰(zhàn)中，運(yùn)用自主交互集群技術(shù)建立多層次防御網(wǎng)，可以動(dòng)態(tài)實(shí)施外圍警戒，對(duì)威脅目標(biāo)進(jìn)行靈活打擊，保護(hù)重要目標(biāo)安全。

2015年8月，美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局宣布啟動(dòng)一個(gè)旨在實(shí)現(xiàn)空中可回收無人系統(tǒng)的“小精靈”項(xiàng)目。該項(xiàng)目的目標(biāo)是研究低成本的無人機(jī)群，以高效、快速替代的方式搭載情報(bào)、監(jiān)視、偵察等任務(wù)載荷，同時(shí)在載機(jī)平臺(tái)中開發(fā)一個(gè)可以空中實(shí)現(xiàn)無人機(jī)集群快速發(fā)射和回收的裝置，使得未來的作戰(zhàn)飛機(jī)可以快速部署廉價(jià)、可重復(fù)使用的無人機(jī)集群，并進(jìn)行概念驗(yàn)證飛行演示。集群可以通過載機(jī)平臺(tái)的指揮控制及內(nèi)部信息協(xié)同共享，突破敵方防御系統(tǒng)，快速展開任務(wù)執(zhí)行計(jì)劃，任務(wù)完成后進(jìn)行回收。

人機(jī)交互顛覆了用戶交互體驗(yàn)

自主交互集群技術(shù)在戰(zhàn)場上應(yīng)用的主要特征

力量構(gòu)成的整體性

戰(zhàn)場力量編組、構(gòu)成、功能及其相互間的組合和運(yùn)行方式，決定著戰(zhàn)場力量的整體功能和作用的發(fā)揮。自主交互集群技術(shù)在戰(zhàn)場上的應(yīng)用，將改變以往戰(zhàn)場力量先組合成有形整體、然后再發(fā)揮整體力量作用的“有形合成”模式，而是采取一種在能力聚合基礎(chǔ)上的量功能耦合的“無形合成”模式，形成整體性的戰(zhàn)場力量構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)戰(zhàn)場力量整體結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化和整體效能發(fā)揮的最大化。利用集群戰(zhàn)法，精確選擇目標(biāo)，快速機(jī)動(dòng)、多維攻擊，融合相關(guān)作戰(zhàn)要素，打通“偵察一控制一打擊一評(píng)估”鏈路，形成敏捷、高效、精確的新型作戰(zhàn)力量體系，通過信息實(shí)時(shí)交互、動(dòng)態(tài)自主組合、集群協(xié)同突防等方式，最終完成高效飽和攻擊。將多類作戰(zhàn)力量和配套保障條件等進(jìn)行深度融合，提升多目標(biāo)對(duì)抗、主被動(dòng)干擾對(duì)抗、物理域/虛擬域一體化對(duì)抗等能力。

指揮控制的實(shí)時(shí)性

自主交互集群技術(shù)的應(yīng)用帶來的自主交互和安全通信能力提升，將使戰(zhàn)場作戰(zhàn)指揮體系更加扁平，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場信息流程最優(yōu)化，戰(zhàn)場信息流轉(zhuǎn)即時(shí)化、高效化，戰(zhàn)場信息采集、傳遞、處理、存儲(chǔ)和使用一體化。特別是無人作戰(zhàn)平臺(tái)在戰(zhàn)場上的廣泛運(yùn)用，憑借其自主交互和聯(lián)動(dòng)響應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，能夠最大限度地減少作戰(zhàn)指揮層次，縮短戰(zhàn)場信息流程，實(shí)現(xiàn)橫向聯(lián)通、縱橫一體，大大提高作戰(zhàn)指揮控制的效率。根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)屬性、作戰(zhàn)人員背景對(duì)輔助決策要素進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，確保人機(jī)間的高效協(xié)同互補(bǔ)，更好地發(fā)揮人作為制勝?zèng)Q定性因素的主動(dòng)性，提升作戰(zhàn)指揮決策的快速性和精準(zhǔn)性。

協(xié)同方式的自主性

自主交互集群技術(shù)大大提升了自主無人系統(tǒng)的自主感知、自主決策、自主控制、自主評(píng)估等能力，為戰(zhàn)場上的各種作戰(zhàn)力量自主協(xié)同提供了前所未有的技術(shù)支持，使分散配置的各種力量、單元和要素能夠自動(dòng)根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)的實(shí)時(shí)變化，圍繞統(tǒng)一的目的，更加及時(shí)、主動(dòng)地協(xié)調(diào)行動(dòng)。利用語音、手勢(shì)、表情、眼動(dòng)、腦電和肌電等先進(jìn)的自主交互技術(shù)和設(shè)備，通過多通道的交互驗(yàn)證和相互補(bǔ)充，可以最大限度地實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的自然、方便與快捷，充分發(fā)揮戰(zhàn)場信息系統(tǒng)的整體效能。美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局提出的“拒止環(huán)境中協(xié)同作戰(zhàn)”項(xiàng)目，旨在搭建一套包含編隊(duì)協(xié)同算法的模塊化軟件系統(tǒng)，適應(yīng)帶寬限制和通信干擾等電磁環(huán)境，利用合理的方式將各類功能載荷集成到無人機(jī)集群編隊(duì)中，在單一平臺(tái)功能受損的情況下集群仍可以有序的執(zhí)行任務(wù)。美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局的“集群挑戰(zhàn)”計(jì)劃開發(fā)自主集群作戰(zhàn)算法，在無需生成大量認(rèn)知數(shù)據(jù)情況下，提高集群在復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下的作戰(zhàn)能力。

行動(dòng)部署的動(dòng)態(tài)性行動(dòng)部署的動(dòng)態(tài)性，就是強(qiáng)調(diào)戰(zhàn)場力量的動(dòng)態(tài)編組、適時(shí)聚散和靈活機(jī)動(dòng)。信息化戰(zhàn)爭條件下作戰(zhàn)的高速度和快節(jié)奏，使戰(zhàn)斗進(jìn)程極大縮短，要求廣泛機(jī)動(dòng)、動(dòng)中作戰(zhàn)，以實(shí)時(shí)化的作戰(zhàn)行動(dòng)來打擊敵人、保存自己。自主交互集群技術(shù)可大大促進(jìn)戰(zhàn)場作戰(zhàn)系統(tǒng)機(jī)動(dòng)能力的提升和指揮控制能力的增強(qiáng)，為行動(dòng)部署的動(dòng)態(tài)性提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。行動(dòng)部署的動(dòng)態(tài)性主要體現(xiàn)在戰(zhàn)場上各種力量的動(dòng)中集結(jié)、動(dòng)中形成，配置地域適時(shí)變換。

各種行動(dòng)的并行性

隨著人工智能技術(shù)不斷融入戰(zhàn)場，傳統(tǒng)作戰(zhàn)中需要耗費(fèi)大量時(shí)間精力的觀察、判斷、決策、打擊流程大幅壓縮，在統(tǒng)一智慧戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)感知牽引下，各種作戰(zhàn)行動(dòng)高度耦合、并發(fā)進(jìn)行成為可能，一體化并行作戰(zhàn)將成為未來戰(zhàn)爭新的作戰(zhàn)形式。在自主交互集群智能算法中，并行性能夠增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性，能夠在同時(shí)處理復(fù)雜任務(wù)不同方面的集群中自行組織。用于偵察監(jiān)視、跟蹤識(shí)別、評(píng)估判定等目的的傳感器材，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)多維空間內(nèi)的各種目標(biāo)和對(duì)方的行動(dòng)，信息處理、傳輸、分發(fā)的實(shí)時(shí)化，使參與作戰(zhàn)的各種力量能夠根據(jù)情況變化，在不同的空間、以不同的手段，圍繞統(tǒng)一任務(wù)和共同目的，利用以新一代信息技術(shù)為支撐的作戰(zhàn)指揮信息系統(tǒng)，迅速做出判斷和決策，并及時(shí)果斷采取行動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場上各種力量之間自主協(xié)同基礎(chǔ)上的并行行動(dòng)。

戰(zhàn)場保障的及時(shí)性

以3D打印技術(shù)、人體機(jī)能改良傳感技術(shù)、新生物醫(yī)學(xué)技術(shù)為代表的顛覆性技術(shù)的快速發(fā)展，將給戰(zhàn)場保障帶來顛覆性的革命，最為顯著的特征就是可實(shí)現(xiàn)“隨時(shí)隨地”的及時(shí)保障。將3D打印技術(shù)、自主系統(tǒng)和人工智能等顛覆性技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合集成，可使部隊(duì)就地利用可用材料，快速“打印”武器裝備特定的零部件、配件，顯著改變武器裝備制造與維護(hù)的流程，提高武器裝備的戰(zhàn)術(shù)適應(yīng)性。對(duì)主戰(zhàn)裝備增加內(nèi)置式或外接式傳感器和其他狀態(tài)監(jiān)控裝置，充分運(yùn)用車載監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)檢測系統(tǒng)、裝備損傷評(píng)估系統(tǒng)，可以對(duì)武器裝備使用和故障狀況進(jìn)行適時(shí)監(jiān)控。

視頻內(nèi)交互技術(shù)

小胖機(jī)器人具有自主交互功能

自主交互集群技術(shù)在戰(zhàn)場上的運(yùn)作機(jī)理

戰(zhàn)場系統(tǒng)自主交互

隨著機(jī)器人技術(shù)、人工智能、軟件和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等支持自主無人系統(tǒng)的底層技術(shù)的迅速發(fā)展，將產(chǎn)生更多種類的自主無人系統(tǒng)，并將使系統(tǒng)更小、成本更低，并且能夠?qū)崿F(xiàn)云操作。日趨成熟的標(biāo)記技術(shù)、跟蹤技術(shù)、定位功能以及其他情報(bào)監(jiān)視與偵察技術(shù)的發(fā)展，加速了自主無人系統(tǒng)在戰(zhàn)場上的實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用。自主無人系統(tǒng)是基于人腦的思維方式，具有自主識(shí)別、自主跟蹤、自主響應(yīng)、自主決策、自主打擊、自主學(xué)習(xí)等特性。正是由于自主無人系統(tǒng)具有的自主認(rèn)知能力，可以實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場力量、單元和要素之間的自主交互和快速聯(lián)動(dòng)，在復(fù)雜目標(biāo)環(huán)境中通過單機(jī)情報(bào)信息的實(shí)時(shí)共享與交互，進(jìn)行任務(wù)執(zhí)行的調(diào)整、自主控制的迭代，以快速適應(yīng)新環(huán)境、合理規(guī)劃路徑、高效完成作戰(zhàn)任務(wù)。

作戰(zhàn)能力交融聚合

在傳統(tǒng)技術(shù)條件下，攻擊能力、防護(hù)能力、機(jī)動(dòng)能力和信息能力的發(fā)揮，主要是通過單個(gè)能力或幾種能力的組合實(shí)現(xiàn)的。隨著自主交互集群技術(shù)在戰(zhàn)場上的廣泛應(yīng)用，攻擊能力、防護(hù)能力、機(jī)動(dòng)能力和信息能力等最大限度地實(shí)現(xiàn)了交融聚合，并在作戰(zhàn)實(shí)踐中顯現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì)。隨著單機(jī)系統(tǒng)自主控制能力和智能化水平的提高，通過人機(jī)系統(tǒng)智能融合和集群自適應(yīng)學(xué)習(xí)，可以實(shí)現(xiàn)智能集群和有人系統(tǒng)的高效協(xié)同作戰(zhàn)。無人系統(tǒng)的運(yùn)用以及不同單元之間的自主交互和快速聯(lián)動(dòng)，不僅有力提高了防護(hù)能力、機(jī)動(dòng)能力和信息能力，而且通過各種能力的交融聚合，實(shí)現(xiàn)了作戰(zhàn)指揮與戰(zhàn)場行動(dòng)的無縫銜接。

戰(zhàn)場力量動(dòng)態(tài)編組

隨著人工智能和自主無人技術(shù)的發(fā)展，為戰(zhàn)場各種力量組織實(shí)施基于任務(wù)優(yōu)先的動(dòng)態(tài)編組提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。在自主無人系統(tǒng)的自主決策和控制下，戰(zhàn)場上的各種力量、單元和要素有機(jī)融合、群體協(xié)作，基于態(tài)勢(shì)和統(tǒng)一任務(wù)，實(shí)施動(dòng)態(tài)編組，并根據(jù)實(shí)施過程中作戰(zhàn)任務(wù)的變化，進(jìn)行靈活自主調(diào)控和隨機(jī)結(jié)構(gòu)重組。自主交互集群任務(wù)分配一般按照保證最大益損比和任務(wù)均衡的原則進(jìn)行，綜合考慮任務(wù)空間聚集性、單機(jī)運(yùn)動(dòng)有序性以及目標(biāo)環(huán)境適應(yīng)性，以集群編隊(duì)整體最優(yōu)效率完成最大任務(wù)數(shù)量，充分體現(xiàn)集群協(xié)同作戰(zhàn)的優(yōu)勢(shì)。通過力量動(dòng)態(tài)編組，可以最大限度發(fā)揮戰(zhàn)場作戰(zhàn)平臺(tái)和系統(tǒng)的整體優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場力量體系重構(gòu)，以隨時(shí)應(yīng)對(duì)各種不確定性因素給作戰(zhàn)行動(dòng)帶來的影響。

責(zé)任編輯：葛妍