無人智能化裝備建設與運用研究

楊 勇，朱安石，路明磊

(1.中國人民解放軍63936部隊，北京100093；2.國防大學聯(lián)合勤務學院，北京100858)

0 引言

無人化裝備已逐步取代人類充當戰(zhàn)場前鋒，目前人工智能技術是軍事發(fā)展中最活躍、最革命性的因素之一，無人化裝備與智能化算法相結(jié)合形成的無人智能化裝備必將重構(gòu)從“傳感器”到“射手”的各個環(huán)節(jié)，引起戰(zhàn)爭形態(tài)和作戰(zhàn)方式的深刻變革，為各國軍事發(fā)展注入新的動能。世界各軍事強國紛紛建立無人智能化研究機構(gòu)，科學地制定發(fā)展路線圖，前瞻部署重大無人智能化項目，加強無人智能化裝備的建設與運用研究，爭取在新一輪科技革命浪潮的推動下實現(xiàn)“抵消戰(zhàn)略”和“降維攻擊”。

1 加強無人智能化裝備平臺建設，提升無人智能化裝備體系作戰(zhàn)能力

美國國防部在“第三次抵消戰(zhàn)略”中提出要聚焦人工智能與自主技術，開發(fā)驗證無人機蜂群作戰(zhàn)、人機協(xié)同作戰(zhàn)、智能認知作戰(zhàn)、數(shù)據(jù)開源作戰(zhàn)和全域滲透作戰(zhàn)等作戰(zhàn)模式，提升作戰(zhàn)平臺的智能化、無人化和自主化。美國、俄羅斯、日本和英國等軍事強國已將無人智能化裝備的發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略，從陸地、水面、水下和空中各領域加速推進無人智能化裝備的普遍智能化。

1.1 無人智能化陸上裝備體系建設

美國波士頓動力(Boston Dynamics)公司[1]致力于研究人工智能仿真和具有高機動性、靈活性和移動速度的先進機器人[2]，研制了SpotMini，Spot，Atlas和Handle等機器人，SpotMini能夠行走、小跑和上樓梯，被踢之后還能恢復姿勢，Spot在24 h不補給的情況下可攜帶181.44 kg負載行進32.18 km，Handle雙足輪式機器人可平穩(wěn)靈活地越過各種障礙物，還可以跳上1.2 m高的平臺。俄羅斯戰(zhàn)略導彈部隊研制的“狼-2”移動式機器人系統(tǒng)，能夠在35 km/h的行進情況下瞄準目標并開火，還可以完成重點區(qū)域的巡邏、偵察警衛(wèi)等任務，是核武器和彈道導彈的“金牌保鏢”。日本的阿西莫(ASIMO)人形機器人不但能跑能走、上下階梯，還會踢足球和開瓶倒茶倒水，更具備了人工智能，是最先進的仿人行走機器人之一。我國民用陸上無人智能化平臺[3]發(fā)展較快，百度旗下自動駕駛平臺Apollo于2015年12月在北京進行了高速公路和城市道路的全自動駕駛測試，2020年前逐步開發(fā)至高速公路和普通城市道路上的全自動駕駛。2018年，京東的無人配送車已經(jīng)開上了街頭，在解決最后一公里的配送難題上邁出了實質(zhì)性一步。無人智能化陸上裝備建設應立足打贏未來智能化戰(zhàn)爭，建設無人智能化陸上裝備體系，為適應未來智能化作戰(zhàn)貢獻陸上方案。

1.2 無人智能化水面裝備體系建設

伴隨科技的飛速發(fā)展，無人艦艇[4-6]開始嶄露頭角，它不受人員體力限制，遭受攻擊時不會造成人員損失，運行成本低，生存能力強，還可與有人平臺配合形成高效反潛模式，彌補潛艇和水面有人艦艇搜潛力量不足的問題。以色列2009年率先啟用現(xiàn)代化無人艦艇，“保護者”無人水面艇被用于沿黎巴嫩海岸巡邏并監(jiān)控特定對象的活動，機動性很高，最高時速50節(jié)。美國2016年將第一艘反潛戰(zhàn)持續(xù)跟蹤無人艇命名為“深海獵鯊”號，可航行幾個月、數(shù)千海里，在12節(jié)航速下，能航行10 000海里，該艇能自主航行監(jiān)視，全天候在載人艦船附近進行安全航行，運行成本1.5～2萬美元/天。2018年美軍接收了“海上獵人”無人駕駛軍艦，長40 m，航速最高可達27節(jié)，裝備多種傳感器和先進光學設備，專為探測跟蹤無聲柴電潛艇設計制造。2018年12月在上海的展覽會上，中國展示了世界上最快的“天星-1”海上無人艇，該艇排水量7 500 kg，長12.2 m，用于海上巡邏，裝備遙控戰(zhàn)斗組件，它包括1挺88式(QJC88)12.7 mm機槍和1個光電站。和無人機一樣，無人艦艇進入艦隊編制后，海上戰(zhàn)場迷霧難以維持，指揮官的戰(zhàn)場視野將顯著提升，無人艦艇有望在未來變革海上戰(zhàn)爭形態(tài)。

1.3 無人智能化水下裝備體系建設

無人水下航行器(UUV)[7-8]在結(jié)構(gòu)設計上不受潛艇人員的生理限制，能夠在極端惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境下以“零傷亡”完成預定任務。由于在體積、使用和維護上的綜合優(yōu)勢，其在戰(zhàn)場中的力量配置和戰(zhàn)術運用更靈活，更適合在重防區(qū)域、不明海域等非常規(guī)作戰(zhàn)環(huán)境執(zhí)行相應軍事任務。2019年2月13日，美國海軍授予波音公司建造4艘“虎鯨”超大型無人潛航器，該潛航器長51英尺，可自主航行6 500海里，用于水下偵查、水雷戰(zhàn)、反潛戰(zhàn)、電子戰(zhàn)和打擊任務，在一定程度上填補了美海軍打擊武器裝備系統(tǒng)的空白。我國研制的“海翼”系列水下滑翔機能夠搭載多種載荷，具備在大洋進行海洋探測的能力，能為大洋水文資料和海底地形獲取提供了重要手段。隨著水下無人潛航器的快速發(fā)展，水下戰(zhàn)場將呈現(xiàn)無人化趨勢，水下無人潛航器作戰(zhàn)應用范圍和深度不斷拓展，將改變傳統(tǒng)水下作戰(zhàn)模式，催生新型作戰(zhàn)力量，模糊戰(zhàn)爭和非戰(zhàn)爭界限，對未來戰(zhàn)爭產(chǎn)生深遠影響。

1.4 無人智能化空中裝備體系建設

無人機[9-11]由于不考慮飛行員生理極限、傷亡少和造價經(jīng)濟等特點，備受各軍事強國青睞，數(shù)量、種類持續(xù)快速增長，功能不斷拓展。美軍高度重視無人機發(fā)展，研發(fā)的RQ-21A，RQ-7，MQ-8B/C等無人機可提供中低空戰(zhàn)術情報監(jiān)視偵查能力，MQ-4C，RQ-4，MQ-1等無人機可提供全球全天候的高空情報監(jiān)視偵查能力，X47-B可航母起降的新型隱身無人機，可以航母起降，自動空中加油，全天候精確打擊，MQ-25無人機是能航母起降的無人加油機，能夠有效提升航母艦載機作戰(zhàn)半徑。美國DARPA5月8日消息，該局啟動“空戰(zhàn)演化(Air Combat Evolution，ACE)”項目，旨在讓飛行員更快地從戰(zhàn)斗機操作者轉(zhuǎn)變?yōu)槿蝿諔?zhàn)斗指揮官，將動態(tài)變化的空戰(zhàn)任務交給駕駛艙的無人、半自動空中設施托管，把飛行員解放出來，關注更宏觀的空戰(zhàn)。我國在無人智能化裝備和產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)和應用進步顯著。未來無人機必將得到人工智能技術的加持，會變得更加靈活、聰明，無人機集群技術會得到廣泛關注，以極小的代價實現(xiàn)飽和突防的目的。

2 智能化算法建設

算法和彈藥同樣重要，人工智能算法[12]從應用角度主要包括視覺類、語音類和自然語言處理類算法，3類算法在軍事領域的應用必將對戰(zhàn)爭產(chǎn)生深遠影響。

2.1 計算機視覺類算法

計算機視覺類算法[13-15]主要以聯(lián)結(jié)主義學派的深度學習[16]算法為基礎，廣泛應用于圖像和視頻處理，目前在軍事領域已逐步得到應用。2017年4月，美國防部簽署了“知識積累項目(Project Maven)”備忘錄，建立“算法戰(zhàn)跨職能小組”，利用人工智能技術，從大數(shù)據(jù)中快速獲取軍事情報，應對軍事行動中海量數(shù)據(jù)處理壓力，加速推動人工智能、大數(shù)據(jù)和機器學習等關鍵技術在軍事領域應用，以全面提高裝備智能化程度和自主決策能力。我國計算機視覺算法在軍事領域應用較民用領域發(fā)展慢，民用領域主要用于無人駕駛、安防和電商零售等領域。國內(nèi)AI公司商湯科技在自動駕駛領域競爭優(yōu)勢明顯。安防領域，格靈深瞳和神州云海等國內(nèi)AI公司很多產(chǎn)品已投入使用。電商零售領域，京東無人超市已在西安投入使用。計算機視覺是一個非常廣闊的發(fā)展領域，已成為人工智能領域最為活躍的研究方向之一，我國計算機視覺技術基礎已經(jīng)具備，各種應用場景進展順利，應繼續(xù)推進產(chǎn)業(yè)發(fā)展，逐步引導計算機視覺從民用逐步走向軍事應用。

2.2 語音類智能化算法

語音類算法[17]已經(jīng)成為人工智能的主流算法之一，每天有數(shù)百萬人通過與語音識別系統(tǒng)交互來完成語音郵件系統(tǒng)導航、用手機進行網(wǎng)上搜索以及其他應用。民用領域的語音助手也很多，例如蘋果公司的Siri、谷歌公司的Assistant、微軟的小冰、三星公司的Bixby、華為公司的小E助手和小米公司的小愛同學等，這些智能應用能夠通過智能對話與即時問答的智能交互，幫助用戶解決問題?？拼笥嶏w在語音合成、語音識別、機器口語翻譯及語音評測等技術領域中都處于國際領先水平。2018年科大訊飛的語音合成技術已經(jīng)讓機器開口說話，可用機器模仿國外領導人講話。隨著人工智能技術的不斷進步，語音類智能化算法的應用場景將不斷拓展。

2.3 自然語言處理類算法

自然語言處理[18]是計算機科學與人工智能領域中的一個重要方向，研究能實現(xiàn)人與計算機之間用自然語言進行有效通信的各種理論和方法，主要應用于機器翻譯、文本挖掘和情感分析等。隨著數(shù)據(jù)量的激增，互聯(lián)網(wǎng)公司紛紛成立機器翻譯研究組，研發(fā)了基于互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的機器翻譯系統(tǒng)，從而使機器翻譯真正走向?qū)嵱?，例如“百度翻譯”“谷歌翻譯”等，隨著深度學習的進展，機器翻譯技術得到了進一步發(fā)展，促進了翻譯質(zhì)量的進一步提升，在口語等領域的翻譯更加地道流暢。文本數(shù)據(jù)挖掘是指從文本數(shù)據(jù)中抽取有價值的信息和知識的計算機處理技術，民用領域可用于分析客戶體驗、客戶洞察、產(chǎn)品研發(fā)和口碑評測等，軍事領域可用于軍事網(wǎng)站爬取、輿情監(jiān)測和情報搜集等。情感分析是近年來國內(nèi)外研究的熱點，任務是幫助用戶對帶有情感色彩的主觀性文本進行分析、處理、歸納和推理，民用領域可應用于企業(yè)分析消費者對產(chǎn)品的反饋信息、差評信息等，軍事領域應用較少。

3 創(chuàng)新無人智能化裝備的運用模式

隨著世界新一輪科技革命、產(chǎn)業(yè)革命和新軍事革命交織推進，戰(zhàn)爭形態(tài)發(fā)生了根本性改變，無人智能化裝備逐漸從實驗室走向戰(zhàn)場前沿，催生在不同作戰(zhàn)樣式、作戰(zhàn)任務和作戰(zhàn)活動下無人智能化裝備運用新模式。

3.1 無人/有人協(xié)同作戰(zhàn)

人類與機器人編隊的核心在于人類與機器人的伙伴關系和對實現(xiàn)人與機器人伙伴之間互動的組織學習[19]。2015年法軍數(shù)架神經(jīng)元可同時接受1架陣風戰(zhàn)斗機的指揮控制，解決了編隊控制、信息融合、機間數(shù)據(jù)通信以及戰(zhàn)術決策等技術，實現(xiàn)了自主編隊飛行。2016年美軍陸軍啟動了“指揮官虛擬參謀”項目，目的是應對海量數(shù)據(jù)及復雜戰(zhàn)場態(tài)勢，提供主動建議，高級分析及人機交互，為指揮官及其參謀制定戰(zhàn)術決策提供從規(guī)劃、準備、執(zhí)行到行動回顧全過程的決策支持。2017年9月DARPA公布了“飛行導彈導軌”的概念，可發(fā)射空空導彈的低成本無人機概念，目的是設計和制造一款可攜帶AIM-120空空導彈執(zhí)行制空作戰(zhàn)任務的低成本無人機，該無人機與F-16和F/A-18戰(zhàn)斗機兼容、可掛載至少1枚AIM-120先進中程空空導彈。該無人機可作為隨時激活的“忠誠僚機”，一方面可協(xié)助有人駕駛的戰(zhàn)斗機脫離敵方活力，另一方面可以在戰(zhàn)場局部空域構(gòu)成數(shù)量優(yōu)勢，有助于打破美軍當前空戰(zhàn)模式，使得打擊距離更遠、致命性更強以及人員傷亡更小。2030年的典型地面戰(zhàn)斗群將有250～300個人類戰(zhàn)士和數(shù)千個不同大小、功能各異的機器人構(gòu)成。無人裝備充分發(fā)揮自主作戰(zhàn)能力，人類充分發(fā)揮決策優(yōu)勢，無人/有人協(xié)同作戰(zhàn)必將成為弱人工智能時代作戰(zhàn)的主要樣式。

3.2 無人系統(tǒng)集群式作戰(zhàn)

隨著微電子技術、人工智能技術以及通信導航技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)場無人自主武器層出不窮，在無人系統(tǒng)蜂群作戰(zhàn)[20-21]技術發(fā)展上，目前美軍位居前列。2014年10月15日，美國智庫“新美國安全中心”發(fā)布了《戰(zhàn)場機器人Ⅱ：即將到來的蜂群》報告，首次系統(tǒng)地提出了無人系統(tǒng)蜂群戰(zhàn)術?！胺淙簯?zhàn)術”顧名思義，就像自然界中的蜜蜂一樣，一旦遭到攻擊，即傾巢出動，發(fā)揮數(shù)量多、體積小、機動靈活和協(xié)同一致的優(yōu)勢成群結(jié)隊地攻擊同一目標。2017年1月，美國戰(zhàn)略能力辦公室利用3架F/A-18F“超級大黃蜂”戰(zhàn)機投放103架“灰山鶉”微型無人機，通過集體決策、編隊飛行等，展示了先進的群體協(xié)同能力。2017年10月，DARPA開展進攻性蜂群戰(zhàn)術(OFFSET)項目，開展物理和虛擬環(huán)境中為蜂群技術設計開發(fā)和使用的一個開放式架構(gòu)。除空中蜂群外，美軍還積極針對陸地和海上蜂群進行布局，2017年3月，美國陸軍發(fā)布了《美國陸軍機器人與自主系統(tǒng)戰(zhàn)略》，描繪了美國陸軍機器人與自主系統(tǒng)未來25年的發(fā)展路線圖，其中，中遠期目標是提高蜂群的自主能力和發(fā)展蜂群作戰(zhàn)技術。2014年，美海軍在弗吉尼亞州的一次演習中使用了13艘無人水面艇進行了蜂群作戰(zhàn)試驗，當前美海軍正在聯(lián)合開展“海上集群”項目，核心是研發(fā)無人水面艇蜂群戰(zhàn)術。

3.3 分布式作戰(zhàn)

2015年DARPA啟動“體系集成技術和試驗”項目，發(fā)展“分布式空戰(zhàn)”概念，分布式作戰(zhàn)的核心思想是將大型平臺的作戰(zhàn)任務分解到多個小型平臺上，通過自主協(xié)同技術達到相同或者更高的作戰(zhàn)能力。“分布式作戰(zhàn)”概念對未來作戰(zhàn)和無人智能化裝備發(fā)展將產(chǎn)生重要影響。一方面，可以通過將作戰(zhàn)能力分散到多個或多種無人智能化裝備平臺，在提升無人智能化裝備體系彈性和抗毀傷能力的同時，也增強無人智能化裝備體系的作戰(zhàn)能力；另一方面，采用開放式體系架構(gòu)，可實現(xiàn)任務模塊的快速升級和替換，提高智能化作戰(zhàn)的靈活性。

3.4 跨域協(xié)同作戰(zhàn)

隨著戰(zhàn)爭樣式的不斷演進，未來無人智能化裝備必然會向體系化發(fā)展，無人智能化聯(lián)合作戰(zhàn)會成為新的作戰(zhàn)樣式。美國國防部提出了“幽靈艦隊”概念，旨在將空中無人機蜂群、水面無人艦艇和水下潛航器蜂群集合到一起，由空中無人機提供情報、監(jiān)視與偵查，由水面無人艦艇和水下潛航器組成攻擊蜂群，以飽和攻擊方式摧毀敵方目標。2017年6月，法國艦艇制造公司實現(xiàn)3種無人系統(tǒng)的協(xié)同作戰(zhàn)，利用I4 Drones任務系統(tǒng)，指揮控制無人機、無人艇和無人潛航器協(xié)同作戰(zhàn)，成功探測、識別和摧毀了目標。2017年8月，美國海軍“先進海軍技術演習”期間，演示了“無人潛航器-無人機”跨域協(xié)同作戰(zhàn)能力。無人系統(tǒng)作戰(zhàn)能力的發(fā)展，將顛覆未來作戰(zhàn)樣式，變革裝備體系和力量編成。

4 無人智能化裝備未來發(fā)展的思考

4.1 建立跨職能綜合領導機構(gòu)，加強頂層設計

人工智能是新一輪科技革命的主要推手，世界各軍事強國紛紛成立人工智能管理機構(gòu)，出臺相關規(guī)劃，進行戰(zhàn)略布局[22-23]。2017年7月新美國安全中心和哈佛大學聯(lián)合發(fā)布了《人工智能與國家安全》。2018年5月，政府層面，美國白宮成立“人工智能專門委員會”。同年6月，軍隊層面，美國國防部成立“聯(lián)合人工智能中心”。2019年2月，發(fā)布“維持美國在人工智能領域的領導地位”行政命令，啟動“美國人工智能倡議”。2019年2月美國防部公布了“2018年國防部人工智能戰(zhàn)略概要：利用人工智能促進我們的安全與繁榮”。2015年5月國務院印發(fā)《中國制造2025》，明確提出建設重點領域智能工廠，建立智能制造標準體系，搭建智能制造網(wǎng)絡系統(tǒng)平臺，提出了截止2020，2025年要實現(xiàn)的目標。2017年7月國務院發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出了面向2030年我國新一代人工智能發(fā)展的指導思想、戰(zhàn)略目標、重點任務和保障措施，加快建設創(chuàng)新型國家和世界科技強國。要想真正通過前瞻顛覆性技術實現(xiàn)“彎道超車”，必須得到頂層跨職能綜合管理機構(gòu)的加持，以此來加強政府和軍隊人工智能項目的協(xié)調(diào)、推進和管理。

4.2 提升OODA環(huán)迭代速度，統(tǒng)籌大項目布局

人工智能在信息處理和輔助決策等軍事領域應用廣泛，本質(zhì)是讓機器發(fā)揮其計算能力，讓人專注于決策能力發(fā)揮，實現(xiàn)技術與藝術的完美結(jié)合。美國通過國防部、DARPA、IARPA等機構(gòu)布局了很多大項目，例如“進攻性蜂群戰(zhàn)術(OFFSET)”、“心靈之眼(Mind’s Eye)”、“虛擬指揮官(CVS)”、“小精靈(Gremlins)”、“洞悉(Insight)”和“終身學習機器(Life-learn Machine)”等項目。我軍人工智能發(fā)展速度普遍滯后于地方，應從政府和軍隊層面，通過前瞻性項目的布局，加速推進人工智能在軍事領域落地。目前，美國的Maven項目已開發(fā)出用于無人機視頻自動目標識別與追蹤的算法，準確率達到80%并在不斷升級優(yōu)化中。

4.3 創(chuàng)新合作模式，促進產(chǎn)學研融合發(fā)展

隨著科學技術的不斷進步，越來越多的高精尖技術被率先應用到軍事領域，但是，如何加速高精尖技術從實驗室走向軍事應用，需要創(chuàng)新合作模式。美國深度學習泰斗級人物Hinton教授在多倫多大學和Google公司身兼兩職，負責Google大腦的研發(fā)。斯坦福大學李飛飛教授是斯坦福大學人工智能研究所的教授，也在Google公司擔任職務，創(chuàng)建了ImageNet網(wǎng)站，提高了科研人員開展人工智能研究的效率。因此，工業(yè)界、學術界和國際社會需要密切合作，大型工業(yè)合作伙伴、小型初創(chuàng)和風險投資公司開展大膽的人工智能創(chuàng)新，才能引導產(chǎn)學研機構(gòu)跨域融合，加速基于AI的商業(yè)和軍事交付能力。

5 結(jié)束語

“作戰(zhàn)力量的有效聚合”是戰(zhàn)爭的制勝機理之一，無人智能化裝備作為新興的作戰(zhàn)力量必將顛覆未來的作戰(zhàn)樣式，無人智能化裝備體系建設為主動設計戰(zhàn)爭的“工具箱”增添了“殺手锏”，無人智能化裝備的運用讓無人智能化裝備體系形成有效聚合，為打贏智能化條件下的聯(lián)合作戰(zhàn)打造新優(yōu)勢。