基于知識(shí)的應(yīng)激性作戰(zhàn)智能決策

海軍大連艦艇學(xué)院科研部 張 國(guó) 沈治河

基于知識(shí)的應(yīng)激性作戰(zhàn)智能決策

海軍大連艦艇學(xué)院科研部 張 國(guó) 沈治河

由于應(yīng)激性作戰(zhàn)的高實(shí)時(shí)性和突發(fā)性,單靠人腦決策很難有效應(yīng)對(duì),無(wú)人化和自動(dòng)化是應(yīng)激性作戰(zhàn)系統(tǒng)的發(fā)展方向,本文分析了應(yīng)激性作戰(zhàn)智能決策的特點(diǎn)和要求,研究了基于知識(shí)智能決策要素和流程,可為實(shí)現(xiàn)以知識(shí)為中心的應(yīng)激性作戰(zhàn)系統(tǒng)智能決策提供參考。

應(yīng)激;智能決策;知識(shí)工程

應(yīng)激性作戰(zhàn)是處理突發(fā)性威脅事件的作戰(zhàn)行動(dòng),如艦艇對(duì)導(dǎo)彈防御、應(yīng)激性作戰(zhàn)事件通常具有突發(fā)性和高實(shí)時(shí)性的特點(diǎn),且決策信息往往不完備,單靠人腦決策很難有效快速應(yīng)對(duì)。為提高應(yīng)激性作戰(zhàn)的準(zhǔn)確性和快速性,無(wú)人化和自動(dòng)化是發(fā)展方向,我們稱(chēng)這種集成了人的經(jīng)驗(yàn)和指揮的決策系統(tǒng)為智能決策系統(tǒng),智能決策系統(tǒng)的核心是"知識(shí)"。

1.應(yīng)激性作戰(zhàn)指揮決策特點(diǎn)

1.1 威脅事件突發(fā),反應(yīng)時(shí)間短

由于攻防雙方在對(duì)抗中所采用的戰(zhàn)術(shù)的突然性,應(yīng)激性作戰(zhàn)威脅事件的產(chǎn)生具有突發(fā)性,如艦艇對(duì)空防御的目標(biāo)一般為反艦導(dǎo)彈,目前反艦導(dǎo)彈的速度均為音速或音速以上,而應(yīng)對(duì)威脅的防空導(dǎo)彈和近程反導(dǎo)艦炮的作用距離比較近,因此防御實(shí)施時(shí)間極短。這種威脅事件的突發(fā)性和應(yīng)激作戰(zhàn)時(shí)間短的特點(diǎn)要求作戰(zhàn)系統(tǒng)能夠快速反應(yīng)。

1.2 威脅信息獲取不充分

攻擊方在實(shí)時(shí)攻擊作戰(zhàn)時(shí),往往會(huì)采用一定的隱蔽、欺騙手段,以達(dá)成隱蔽作戰(zhàn)的目的。另外,防御一方由于傳感器的性能限制,往往無(wú)法獲取來(lái)襲目標(biāo)的全部信息。因此應(yīng)激作戰(zhàn)的威脅信息相當(dāng)一部分具有不確定性,如空中目標(biāo)只能判定為小飛機(jī)或?qū)?而目標(biāo)類(lèi)型則根本無(wú)法探知。威脅信息獲取的不充分會(huì)對(duì)決策的正確性造成影響。

1.3 應(yīng)對(duì)手段多樣

應(yīng)激性作戰(zhàn)往往面對(duì)的作戰(zhàn)環(huán)境復(fù)雜,作戰(zhàn)對(duì)象多樣,因此自身所具備的應(yīng)對(duì)手段也是多樣的。艦艇在執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)時(shí),要同時(shí)面對(duì)應(yīng)對(duì)空中和水下的威脅,應(yīng)對(duì)空中威脅的對(duì)空防御手段有防空導(dǎo)彈、近程反導(dǎo)艦炮、電子戰(zhàn)裝備等,應(yīng)對(duì)水下威脅的手段有魚(yú)雷和水聲對(duì)抗設(shè)備等。各類(lèi)武器裝備的作用距離、作用效果各自不同,且相互間可能會(huì)有干擾和不兼容性,因此在應(yīng)激性作戰(zhàn)中要綜合運(yùn)用這些手段,揚(yáng)長(zhǎng)避短,發(fā)揮最大威力。

2.應(yīng)激性作戰(zhàn)智能決策

2.1 應(yīng)激性作戰(zhàn)對(duì)指揮決策的需求

應(yīng)激性作戰(zhàn)的快節(jié)奏、高強(qiáng)度特點(diǎn),要求指揮決策的快速和準(zhǔn)確。而極短的時(shí)間內(nèi)快速準(zhǔn)確地處理大量不確定性信息同時(shí)根據(jù)自身狀態(tài)迅速作出合理決策,對(duì)于人腦是巨大的挑戰(zhàn),尤其是艦艇末端對(duì)空防御作戰(zhàn),反應(yīng)時(shí)間是秒級(jí),單靠人經(jīng)驗(yàn)和模型計(jì)算支持難以實(shí)時(shí)作出有效決策。

對(duì)策是將人腦的經(jīng)驗(yàn)、智能和計(jì)算機(jī)進(jìn)一步充分結(jié)合,實(shí)現(xiàn)智能決策,從思維科學(xué)角度講,人腦思維是邏輯思維、形象思維和兩者結(jié)合的創(chuàng)造思維,計(jì)算機(jī)在信息處理、定量計(jì)算和邏輯思維方面有優(yōu)勢(shì),二者相互結(jié)合發(fā)揮更大優(yōu)勢(shì)。如美軍的艦艇自防御系統(tǒng)SSDS,可以基于人工智能輔助決策技術(shù)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)施跟蹤、識(shí)別,并對(duì)武器進(jìn)行引導(dǎo),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的交戰(zhàn)控制[1],智能決策的基礎(chǔ)是應(yīng)激性作戰(zhàn)決策知識(shí)。

2.2 應(yīng)激性作戰(zhàn)決策知識(shí)

應(yīng)激性作戰(zhàn)決策知識(shí)分為四類(lèi):陳述性知識(shí)、過(guò)程性知識(shí)和控制性知識(shí)[2]。陳述性知識(shí)是靜態(tài)知識(shí),描述應(yīng)激性作戰(zhàn)的概念和事實(shí)性知識(shí),如艦艇防御作戰(zhàn)系統(tǒng)的環(huán)境、自身裝備狀態(tài)、作戰(zhàn)目標(biāo)信息和態(tài)勢(shì)等。過(guò)程性知識(shí)是動(dòng)態(tài)知識(shí),提供有關(guān)狀態(tài)的變化、問(wèn)題求解過(guò)程的操作和系統(tǒng)動(dòng)作的知識(shí),如艦艇防御作戰(zhàn)過(guò)程,動(dòng)作序列的描述等?？刂菩灾R(shí)用來(lái)是控制應(yīng)激性作戰(zhàn)決策問(wèn)題的求解策略,如依據(jù)態(tài)勢(shì)判斷決策是否進(jìn)入防御作戰(zhàn)狀態(tài),依據(jù)武器使用方式控制決策使用何種武器,如何使用等。

2.3 智能決策知識(shí)工程

知識(shí)工程以知識(shí)為處理對(duì)象,借用工程化的思想,解決如何用人工智能的原理、方法、技術(shù)為設(shè)計(jì)、構(gòu)造和維護(hù)知識(shí)型系統(tǒng)[3]。其目的是在研究知識(shí)的基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)智能系統(tǒng),知識(shí)工程的三大要素是:知識(shí)獲取、知識(shí)表示和知識(shí)運(yùn)用。

應(yīng)激性作戰(zhàn)智能決策的實(shí)現(xiàn)是知識(shí)工程在作戰(zhàn)輔助決策上的具體應(yīng)用。基于知識(shí)的智能決策系統(tǒng)是一個(gè)面向應(yīng)激性作戰(zhàn)決策的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),系統(tǒng)注重于特定作戰(zhàn)領(lǐng)域的決策規(guī)則知識(shí)集成、表述和應(yīng)用。智能決策系統(tǒng)是基于整個(gè)作戰(zhàn)過(guò)程知識(shí)的系統(tǒng)性應(yīng)用,而不僅僅是解決作戰(zhàn)過(guò)程中的某一問(wèn)題。智能決策的推理過(guò)程不僅僅是應(yīng)用某組數(shù)學(xué)模型計(jì)算支持得出結(jié)論,而是一個(gè)模式匹配和規(guī)則推理的過(guò)程。

3.基于知識(shí)的智能決策框架

3.1 智能決策知識(shí)表示

依據(jù)智能決策知識(shí)工程理論,建立應(yīng)激性作戰(zhàn)智能決策系統(tǒng)所首要解決的問(wèn)題是知識(shí)表示,即如何把應(yīng)激性作戰(zhàn)決策知識(shí)分類(lèi)、形式化表達(dá)并存儲(chǔ)到知識(shí)庫(kù)中。知識(shí)表示是把知識(shí)符號(hào)化、形式化的過(guò)程。知識(shí)表示方法則是把各種領(lǐng)域知識(shí)表示到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的模式,知識(shí)表示有很多種方法,包括規(guī)則,語(yǔ)意網(wǎng),框架,謂詞邏輯等。一種方法可以表示多種模式的知識(shí),同樣一種模式的知識(shí)也可以由多種知識(shí)表示方法表示。對(duì)于應(yīng)激性作戰(zhàn)決策知識(shí)表示,要考慮兩個(gè)因素:一是符合指揮員的理解和運(yùn)用習(xí)慣,二是要能夠形式化映射到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,可以被計(jì)算機(jī)系統(tǒng)調(diào)用。

采用產(chǎn)生式規(guī)則的形式可以滿(mǎn)足上述要求,在決策知識(shí)運(yùn)用過(guò)程中,由于針對(duì)應(yīng)激性作戰(zhàn)決策的條件部分通常是多個(gè)條件組合而成,因此形式化表示方式應(yīng)該是逐條獨(dú)立組合而成的產(chǎn)生式,其條目形式如下:Rule1:如果S1,且S11,……,且S1…n,則執(zhí)行行動(dòng)A1;這種扁平的描述形式既可以反映出決策的原因和結(jié)果,又使決策知識(shí)表示的獨(dú)立性強(qiáng),便于智能決策知識(shí)的編輯。

3.2 基于知識(shí)的智能決策機(jī)理

應(yīng)激性作戰(zhàn)智能決策所處理的決策問(wèn)題通常為確定性問(wèn)題和不確定性問(wèn)題。

確定性問(wèn)題是指決策的條件和規(guī)則非常明確,直接使用"條件+ 規(guī)則 ->結(jié)果"的方式即可以得出結(jié)論,傳統(tǒng)的模型計(jì)算決策支持處理的是這類(lèi)確定性問(wèn)題。

不確定性問(wèn)題即這類(lèi)決策所輸入的決策要素相當(dāng)一部分具有不確定性,如艦艇對(duì)空防御中空中目標(biāo)只能判定為小目標(biāo),無(wú)法進(jìn)一步獲知是無(wú)人機(jī)或?qū)?。?duì)于不確定性決策問(wèn)題,沒(méi)有固定的數(shù)學(xué)模型可以解算,傳統(tǒng)的決策機(jī)理是人的經(jīng)驗(yàn)加上計(jì)算機(jī)的計(jì)算支持。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展,這類(lèi)問(wèn)題的解決目前有:動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、模糊集、粗糙集、遺傳算法等人工智能算法[4-5]。

4.結(jié)論

應(yīng)激性作戰(zhàn)是一個(gè)態(tài)勢(shì)迅速變化的對(duì)抗性動(dòng)態(tài)過(guò)程,智能決策系統(tǒng)的有效構(gòu)建,不單單是技術(shù)性問(wèn)題,是領(lǐng)域決策規(guī)則知識(shí)的抽取、表示、轉(zhuǎn)換和運(yùn)用研究知識(shí)工程。智能決策的實(shí)現(xiàn),可以具備從指揮員學(xué)習(xí)、從經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)的能力,使系統(tǒng)應(yīng)對(duì)復(fù)雜情況能力更強(qiáng)。

[1]詹廣平,黃玉清。艦艇自防御系統(tǒng)淺析[J]。艦船電子工程,2010,30(7):4-7.

[2]史忠植等。知識(shí)發(fā)現(xiàn)[M]。北京:清華大學(xué)出版社,2011.01.

[3]Rudi Studer,V。Rochard Benjamins。Knowledge engineering:principles and methods[J]。Data&Knowledge Engineering,1998,25:161-197.

[4]卞泓斐等?；趧?dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的的艦艇防空作戰(zhàn)威脅評(píng)估研究[J]。綿陽(yáng):兵工自動(dòng)化,2015,34(5):14-19.

[5]林耕。直覺(jué)模糊集在近似推理與決策中的應(yīng)用[D]。大連:大連理工大學(xué)博士論文,2006,03.

張國(guó)(1979-),男,山東萊蕪人,博士,助理研究員,研究方向:輔助決策。