無人智能化后裝保障模式與方式創(chuàng)新研究

馬艷麗，許雙偉，張雪胭，鄧 晨

（1.北京機電工程研究所，北京 100074；2.國防大學(xué)聯(lián)合勤務(wù)學(xué)院，北京 100858）

后勤裝備保障作為作戰(zhàn)體系的重要一環(huán)，具有戰(zhàn)略投送、物資供應(yīng)、衛(wèi)勤救治、裝備供給、設(shè)備維修等功能。伴隨全球信息化的發(fā)展與戰(zhàn)爭方式、戰(zhàn)爭形態(tài)的改變，后勤和裝備保障也有了新發(fā)展。與傳統(tǒng)保障模式相比，在信息化基礎(chǔ)的支撐下利用無人裝備進行后裝保障已經(jīng)廣泛被應(yīng)用。然而現(xiàn)階段后裝保障雖然已經(jīng)趨于無人智能化，但是由于有人/無人保障模式存在根本性的技術(shù)差異，后裝保障戰(zhàn)士往往對無人裝備的使用比較迷茫，不清楚如何靈活利用多樣化的無人裝備達成任務(wù)，以至于產(chǎn)生教條和誤區(qū)。本文從無人后裝保障的幾個主要特點出發(fā)，探討無人/有人協(xié)同法、無人系統(tǒng)集群法、跨域協(xié)同法在后裝保障活動中的運用，創(chuàng)新無人智能化后裝保障模式與方式。

1 無人智能化后裝保障的特點

無人智能裝備通過傳感器和信息系統(tǒng)獲知外界動態(tài)變化，通過內(nèi)置程序和硬件實施對應(yīng)的行為。無人裝備獲知外界信息并做出正確決策的能力決定了其智能水平，而智能化水平的高低是判斷無人裝備解放人力程度的關(guān)鍵判據(jù)。鑒于此，無人智能化后裝保障一般具備以下特點。

1.1 以智取勝，解放人腦

受益于人工智能技術(shù)的發(fā)展，無人裝備獲知和處理外界信息的能力大大加強，與人類相比，無人裝備可根據(jù)傳感器和信息系統(tǒng)快速獲取外界動態(tài)，在信息獲取速度和精確度上遠遠超過人工?；诖髷?shù)據(jù)的學(xué)習(xí)算法使得無人裝備可以從繁雜的數(shù)據(jù)中更快獲得符合度更高的規(guī)律與最優(yōu)解，從而在數(shù)據(jù)統(tǒng)計、圖像處理、故障診斷領(lǐng)域獲得超過人力的優(yōu)勢。內(nèi)置程序和決策機制確保裝備可按照科學(xué)方法自主完成部分行為，節(jié)省人類思考工作。

1.2 以器為主，解放人力

裝備從誕生之初就是為了解放人力，以承載、運動為功能設(shè)計的無人裝備通過全自主或半自主控制，可實施重復(fù)的或人力不能及的固定勞動。

1.3 以聯(lián)為要，知己知彼

無人智能裝備通過信息系統(tǒng)獲取和傳遞數(shù)據(jù)，通過傳感器獲知外界動態(tài)，相比人工傳遞而言，無人智能裝備在內(nèi)外信息的獲取量、獲取和轉(zhuǎn)發(fā)速度、快捷處理方面具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢，遠遠加深了裝備自身和使用者與外界的交互感知程度。

1.4 以質(zhì)為上，穩(wěn)定可靠

相比人工保障，裝備保障的方法往往具有性能可量化、保障要求低、人工勞動強度低等特點。通過技術(shù)更新和質(zhì)量管理易于實現(xiàn)性能和質(zhì)量穩(wěn)定可控，從而降低對戰(zhàn)士的選拔要求。

無人智能化后裝保障模式一般分為3 種，即無人/有人協(xié)同法、無人系統(tǒng)集群法和跨域協(xié)同法，如圖1所示。

圖1 無人智能化后裝保障模式

2 無人/有人協(xié)同法

無人/有人協(xié)同法最早出現(xiàn)在作戰(zhàn)領(lǐng)域，強調(diào)作戰(zhàn)人員和無人裝備獨立開展組織、感知、決策、控制和行動。既能各自進行獨立的計算、存儲、處理，同時又存在平等交互，共同實現(xiàn)任務(wù)。在無人/有人協(xié)同系統(tǒng)中，人類智能與機器智能的平行交互與融合，有利于實現(xiàn)無人系統(tǒng)與有人系統(tǒng)的雙向互補。

作用在后裝保障領(lǐng)域，協(xié)同保障方法同樣可分為遙控協(xié)同法、半自主協(xié)同法和全自主協(xié)同法。

遙控協(xié)同法。人類作為任務(wù)實施的主體決策，通過遠程方式向無人裝備實時發(fā)送行為方法，無人裝備在行為過程中只具備基礎(chǔ)智能，不產(chǎn)生與目標(biāo)有關(guān)的決策，與人類正?；ネㄐ畔?，決策行為完全依靠有人平臺。對于保障而言，一般應(yīng)用在低智能無人裝備、傳感器失效或非內(nèi)置行為方法的場景，例如遙控式保障設(shè)備、帶故障操作、臨時動作等。

半自主協(xié)同法。人類與無人裝備都具備自主行為能力，但無人裝備不對影響任務(wù)進行的關(guān)鍵行為進行自主決策和行動。簡言之，半自主協(xié)同中人類往往扮演“發(fā)令者”的角色，無人裝備在人類引導(dǎo)下依靠自身智能完成指派任務(wù)?，F(xiàn)階段大部分無人/有人協(xié)同均采用此方法，一部分是因為無人裝備尚不能普遍具備完全行為的自主能力，另一部分是因為大部分任務(wù)靈活多變需要人工判斷，從而產(chǎn)生人類發(fā)令、機器執(zhí)行的半自主協(xié)同方法。

全自主協(xié)同法。無人/有人平臺功能對等，協(xié)同關(guān)系自發(fā)形成且強度動態(tài)可調(diào)。經(jīng)過精心設(shè)計的無人裝備在某功能領(lǐng)域可實施完全無人作業(yè)，并且可以根據(jù)任務(wù)目標(biāo)，配合人類行為進度自行制定行為方法。在無人智能化后裝保障領(lǐng)域應(yīng)用無人/有人協(xié)同法時應(yīng)充分考慮任務(wù)目標(biāo)、無人裝備的功能和智能化水平，幾種協(xié)同方法沒有絕對優(yōu)劣之分，也不強調(diào)單項任務(wù)只存在一種協(xié)同方法。原則上，對于裝備智能化水平滿足全自主作業(yè)的，若自主功能范圍內(nèi)與人類存在協(xié)同工作內(nèi)容，優(yōu)先采用全自主協(xié)同；超出裝備全自主作業(yè)能力的，根據(jù)裝備智能化水平選擇遙控或半自主協(xié)同。例如：工廠需要從對A、B、C 共計3 個位置的貨物進行轉(zhuǎn)運，無人運載平臺可根據(jù)順序自行尋找貨品位置并完成裝貨、轉(zhuǎn)運工作，此時因為時間緊張采用人力協(xié)助轉(zhuǎn)運，當(dāng)人類運走一批貨物B 后，無人運載平臺自動尋找C 貨品進行運輸，則可稱為全自主協(xié)同，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)是因為無人運載平臺在尋物、裝貨、轉(zhuǎn)運功能上具備與人類實施全自主協(xié)同的能力；但是若無人運載平臺不具備全自主協(xié)同能力，則可能出現(xiàn)無人運載平臺繼續(xù)前往B 地接取貨物的行為，從而導(dǎo)致任務(wù)時間浪費，這種情況下，通過后臺人員引導(dǎo)無人運載平臺跳過B 前往C 地實施貨品裝載轉(zhuǎn)運，則可稱為半自主協(xié)同；若后臺人員采用實時控制無人運載平臺移動到C 地，遠程控制分步驟裝貨、行進，則可稱為遙控協(xié)同。

無人/有人協(xié)同法應(yīng)用較為廣泛，是目前無人裝備智能化程度不高、與后裝保障活動結(jié)合不深的背景條件下最常見的使用方式。

3 無人系統(tǒng)集群法

無人系統(tǒng)集群是指無人系統(tǒng)通過相互之間的簡單合作表現(xiàn)出群體智能行為，從而達成任務(wù)，強調(diào)團隊成員之間的數(shù)據(jù)溝通共享和目標(biāo)共同推進，從功能上講無人系統(tǒng)集群法由于采用了“狼群戰(zhàn)術(shù)”可實現(xiàn)功能的倍增和任務(wù)成功率上升。采用多架無人機協(xié)同方式，無人機之間通過通訊，進行信息共享，擴大對環(huán)境態(tài)勢的感知，實現(xiàn)協(xié)同任務(wù)分配、協(xié)同搜索、偵察與攻擊，能有效提高無人機的生存能力和整體作戰(zhàn)效能。

使用該方法的無人系統(tǒng)一般具備如下特征：①具備較強的數(shù)據(jù)交互能力，群體成員之間可共享任務(wù)目標(biāo)、任務(wù)進展、周邊環(huán)境等各方面信息，且任意成員信息系統(tǒng)故障不影響整體任務(wù)推進。②具備完善的決策機制與任務(wù)規(guī)劃。無人裝備在集群保障過程中，采用智能分配算法，使單個成員按照一定的策略，具備任務(wù)規(guī)劃能力，基于任務(wù)進展?fàn)顟B(tài)，進行任務(wù)分配，生成行動計劃和指控指令。無人平臺通過協(xié)同交互各自位置狀態(tài)等信息，完成各平臺間的群組建立與解散、動態(tài)重構(gòu)、狀態(tài)收報、任務(wù)分配等功能，同時根據(jù)集群任務(wù)生成各自平臺的指控指令，發(fā)送到本平臺控制單元，進而執(zhí)行保障任務(wù)。

戰(zhàn)場作戰(zhàn)時，可運用成本低、體積小的無人機組成無人機蜂群，通過編隊方式前往戰(zhàn)場，進行精確打擊，即使某一單架或多架無人機被擊落，其余無人機仍可有序集群作戰(zhàn)。無人系統(tǒng)集群法往往應(yīng)用在同類裝備中，實現(xiàn)整體功能性能的倍增，例如集群物資運輸、集群空投等。蜂群編隊如圖2 所示。

圖2 蜂群編隊

4 跨域協(xié)同法

跨域協(xié)同最早由美軍提出，主要是指在不同領(lǐng)域互補性地運用多種能力，這種互補不單單指時空多維性，還可包括致力于達成同一目標(biāo)的不同專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域?？缬騾f(xié)同法對無人系統(tǒng)的要求與集群法類似，都需要較強的數(shù)據(jù)交互能力和任務(wù)規(guī)劃能力?？缬騾f(xié)同法往往指不同類型不同領(lǐng)域無人裝備通過協(xié)作方式開展同一任務(wù)目標(biāo)，對于交互能力較弱的無人裝備往往還需要配合無人/有人協(xié)同法共同實施，典型用例包括海陸空多種方式物資運輸或保障和無人偵查設(shè)備護航無人運輸平臺。

將不同類型、不同能力的無人裝備進行面向能力的集成和協(xié)同。例如：進行海上戰(zhàn)爭時，通過無人機+無人艇結(jié)合進行協(xié)同作戰(zhàn)，形成?？找惑w的偵察、監(jiān)視、打擊、保障系統(tǒng)，可極大程度減少人員和設(shè)備的損失，并提高戰(zhàn)場勝率，如圖3 所示。無人艇大載荷及超長續(xù)航能力彌補無人機載荷小、續(xù)航時間短的缺點。以無人艇為中心，放飛無人機，無人機前往海上進行偵察和監(jiān)視，并把海上信息傳給無人艇，后臺人員根據(jù)無人機傳回的情報，部署無人艇進行海上打擊作戰(zhàn)。同時無人機還可聲東擊西，部署一部分無人機作為誘餌，將敵方火力吸引到不相干地方，讓無人艇趁機對敵方目標(biāo)進行致命打擊。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Ⅰ4Drones 任務(wù)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(biāo)。

圖3 無人機和無人艇協(xié)同工作

5 結(jié)論

無人/有人協(xié)同法、無人系統(tǒng)集群法、跨域協(xié)同法均可應(yīng)用在無人智能后裝保障領(lǐng)域，對應(yīng)的場景和功能不同，可根據(jù)裝備實際情況靈活搭配，有助于在當(dāng)前無人裝備發(fā)展不足的情況下充分發(fā)揮戰(zhàn)士主觀能動性、充分利用智能裝備優(yōu)勢。此外，隨著無人智能裝備在后裝保障領(lǐng)域的逐漸普及和實踐，還有可能發(fā)現(xiàn)總結(jié)出更多新型使用模式和用法，有待于后續(xù)完善。