自主交互集群技術在戰場上的應用

季自力 王文華

以移動互聯、量子信息、人工智能、無人系統、大數據、云計算等為代表的顛覆性技術的迅猛發展及其在各個領域的廣泛應用，將不斷推動智能化、無人化作戰平臺的創新發展和運用，平臺之間將實現自主快速交互，自主交互集群技術將在戰場上得到廣泛運用，產生重要而深遠的影響。

自主交互集群技術的內涵

自主交互集群技術，是利用智能化、無人化平臺的自主交互、能力聚合和動態編組等功能進行運作的新一代信息技術。對自主交互集群的研究起始于1959年法國生物學家PierrePaul Grasse，他研究發現，昆蟲之間存在高度結構化組織，可以完成遠遠超出個體能力的復雜任務。蟻群的工作模式就是這種智能集群的經典代表，它們通過單體之間簡單的相互溝通協調，表現出大規模集群的智能行為。通過對昆蟲間智能集群行為的探索，逐漸涌現了諸多智能集群算法，如蟻群算法和粒子群優化算法。自主交互集群技術就是基于生物集群行為，通過彼此的感知交互、信息傳遞、協同工作，完成多樣性的復雜任務。其關鍵技術主要包括：環境感知與認識、多機協同任務規劃與決策、信息交互與自主控制、人機智能融合與自適應學習技術、人機綜合顯控技術、基于故障預測的任務規劃技術等。

自主交互集群的技術原理是“集群智能”，即眾多機器個體通過相互之間的協同合作所表現出來的集體智能行為。在群體行為中，單個個體未必具有指揮官般的“智慧”，但通過個體之間交互作用和協作行為，使得整體可以通過組織協作完成復雜任務，即實現1+1＞2的聚優效應。自主交互集群的典型特點是分布式的，沒有明顯的中心控制，其中單體行為是相對簡單的，而系統運行則是自組織的，數據交互是激活式的，涉及的指揮行為也屬于局部范圍的分布式指揮。

單人運用自主交互集群技術可操縱百架無人機

按發展階段，可以將自主交互集群技術分為半自主交互集群技術、全自主交互集群技術。半自主交互集群技術是在智能化、無人化平臺的自主交互、能力聚合和動態編組等功能不完善的條件下，需要在人的主導或干預下進行運作；而全自主交互集群技術是在智能化、無人化平臺的自主交互、能力聚合和動態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下進行運作。

無論是半自主交互集群技術還是全自主交互集群技術，在技術運用過程中人都是始終處于支配地位，智能化、無人化平臺始終處于被支配的地位。全自主交互集群技術強調的是人對戰場態勢能夠進行可視化、實時化、精確化的監控，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行動，但在必要時也可以在人的積極干預下，對各種行動進行臨機調控。

人機融合問題實際上是一個身心問題，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境/社會環境的交互協同。交互是機器學習的重要途徑，自主交互活動的關鍵在于充分發揮機器的客觀能動性，不僅僅能適應機器的良好運行，還能促進不同階段機器學習的進化。在自主交互活動中，機器智能的約束力、理解力、執行力等存在不足，難免會產生問題。只有人的有效介入，才能確保自主交互活動的順利開展，才能更好地促進機器更加積極、主動地深入到解決問題過程中。

自主交互集群技術可應用于無人機群

自主交互集群技術的優勢

自主交互集群技術通過協作行為與信息交互方式，以自主化和智能化的整體協同方式完成作戰任務，具有三個明顯的優勢。

一是信息情報優勢。自主交互集群具有廣泛分布的傳感器，多平臺能夠相互協作完成對戰場目標的精準定位。比如，當實施圖像偵察時，各個平臺從不同角度完成對戰場目標的全方位偵控，實現相互印證和信息補充；當需要電子探測時，平臺間可用頻率、波段不同的雷達進行全頻譜探測。而且，自主交互集群內各作戰平臺聯網行動，能夠實現平臺間的數據信息共享，可以達到“一點發現、全網皆知”，為實現協同作戰奠定基礎。

二是決策與行動速度優勢。自主交互集群具有自主決策能力，可以根據戰場態勢，在線自動分解任務，并賦予相應的作戰平臺。各功能平臺能迅速作出反應，協同實施干擾壓制、火力打擊、毀傷評估等行動，縮短了戰場“感知—決策—行動”周期，提高了戰場行動的速度，大大加快了作戰進程。

三是協同作戰優勢。自主交互集群中各作戰平臺能夠自適應協同，可一致進行機動突擊與防御作戰。在進攻作戰中，能夠高度協調的從多個方向連續或同時對預定目標實施攻擊，在誘騙、干擾、電子攻擊等軟殺傷行動中自動協調最佳攻擊時機，有效避免相互影響，提高整體作戰效能。在防御作戰中，運用自主交互集群技術建立多層次防御網，可以動態實施外圍警戒，對威脅目標進行靈活打擊，保護重要目標安全。

2015年8月，美國國防高級研究計劃局宣布啟動一個旨在實現空中可回收無人系統的“小精靈”項目。該項目的目標是研究低成本的無人機群，以高效、快速替代的方式搭載情報、監視、偵察等任務載荷，同時在載機平臺中開發一個可以空中實現無人機集群快速發射和回收的裝置，使得未來的作戰飛機可以快速部署廉價、可重復使用的無人機集群，并進行概念驗證飛行演示。集群可以通過載機平臺的指揮控制及內部信息協同共享，突破敵方防御系統，快速展開任務執行計劃，任務完成后進行回收。

人機交互顛覆了用戶交互體驗

自主交互集群技術在戰場上應用的主要特征

力量構成的整體性戰場力量編組、構成、功能及其相互間的組合和運行方式，決定著戰場力量的整體功能和作用的發揮。自主交互集群技術在戰場上的應用，將改變以往戰場力量先組合成有形整體、然后再發揮整體力量作用的“有形合成”模式，而是采取一種在能力聚合基礎上的量功能耦合的“無形合成”模式，形成整體性的戰場力量構成，能夠實現戰場力量整體結構的最優化和整體效能發揮的最大化。利用集群戰法，精確選擇目標，快速機動、多維攻擊，融合相關作戰要素，打通“偵察—控制—打擊—評估”鏈路，形成敏捷、高效、精確的新型作戰力量體系，通過信息實時交互、動態自主組合、集群協同突防等方式，最終完成高效飽和攻擊。將多類作戰力量和配套保障條件等進行深度融合，提升多目標對抗、主被動干擾對抗、物理域/虛擬域一體化對抗等能力。

指揮控制的實時性自主交互集群技術的應用帶來的自主交互和安全通信能力提升，將使戰場作戰指揮體系更加扁平，實現戰場信息流程最優化，戰場信息流轉即時化、高效化，戰場信息采集、傳遞、處理、存儲和使用一體化。特別是無人作戰平臺在戰場上的廣泛運用，憑借其自主交互和聯動響應的優勢，能夠最大限度地減少作戰指揮層次，縮短戰場信息流程，實現橫向聯通、縱橫一體，大大提高作戰指揮控制的效率。根據作戰任務屬性、作戰人員背景對輔助決策要素進行自適應調整，確保人機間的高效協同互補，更好地發揮人作為制勝決定性因素的主動性，提升作戰指揮決策的快速性和精準性。

協同方式的自主性自主交互集群技術大大提升了自主無人系統的自主感知、自主決策、自主控制、自主評估等能力，為戰場上的各種作戰力量自主協同提供了前所未有的技術支持，使分散配置的各種力量、單元和要素能夠自動根據戰場態勢的實時變化，圍繞統一的目的，更加及時、主動地協調行動。利用語音、手勢、表情、眼動、腦電和肌電等先進的自主交互技術和設備，通過多通道的交互驗證和相互補充，可以最大限度地實現人機交互的自然、方便與快捷，充分發揮戰場信息系統的整體效能。美國國防高級研究計劃局提出的“拒止環境中協同作戰”項目，旨在搭建一套包含編隊協同算法的模塊化軟件系統，適應帶寬限制和通信干擾等電磁環境，利用合理的方式將各類功能載荷集成到無人機集群編隊中，在單一平臺功能受損的情況下集群仍可以有序的執行任務。美國國防高級研究計劃局的“集群挑戰”計劃開發自主集群作戰算法，在無需生成大量認知數據情況下，提高集群在復雜戰場環境下的作戰能力。

行動部署的動態性行動部署的動態性，就是強調戰場力量的動態編組、適時聚散和靈活機動。信息化戰爭條件下作戰的高速度和快節奏，使戰斗進程極大縮短，要求廣泛機動、動中作戰，以實時化的作戰行動來打擊敵人、保存自己。自主交互集群技術可大大促進戰場作戰系統機動能力的提升和指揮控制能力的增強，為行動部署的動態性提供了堅實的基礎。行動部署的動態性主要體現在戰場上各種力量的動中集結、動中形成，配置地域適時變換。

各種行動的并行性隨著人工智能技術不斷融入戰場，傳統作戰中需要耗費大量時間精力的觀察、判斷、決策、打擊流程大幅壓縮，在統一智慧戰場態勢感知牽引下，各種作戰行動高度耦合、并發進行成為可能，一體化并行作戰將成為未來戰爭新的作戰形式。在自主交互集群智能算法中，并行性能夠增強系統的靈活性，能夠在同時處理復雜任務不同方面的集群中自行組織。用于偵察監視、跟蹤識別、評估判定等目的的傳感器材，能夠及時發現多維空間內的各種目標和對方的行動，信息處理、傳輸、分發的實時化，使參與作戰的各種力量能夠根據情況變化，在不同的空間、以不同的手段，圍繞統一任務和共同目的，利用以新一代信息技術為支撐的作戰指揮信息系統，迅速做出判斷和決策，并及時果斷采取行動，從而實現戰場上各種力量之間自主協同基礎上的并行行動。

戰場保障的及時性以3D打印技術、人體機能改良、傳感技術、新生物醫學技術為代表的顛覆性技術的快速發展，將給戰場保障帶來顛覆性的革命，最為顯著的特征就是可實現“隨時隨地”的及時保障。將3D打印技術、自主系統和人工智能等顛覆性技術進行有機融合集成，可使部隊就地利用可用材料，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的流程，提高武器裝備的戰術適應性。對主戰裝備增加內置式或外接式傳感器和其他狀態監控裝置，充分運用車載監控系統、自動檢測系統、裝備損傷評估系統，可以對武器裝備使用和故障狀況進行適時監控。

視頻內交互技術

小胖機器人具有自主交互功能

自主交互集群技術在戰場上的運作機理

戰場系統自主交互隨著機器人技術、人工智能、軟件和移動通信網絡等支持自主無人系統的底層技術的迅速發展，將產生更多種類的自主無人系統，并將使系統更小、成本更低，并且能夠實現云操作。日趨成熟的標記技術、跟蹤技術、定位功能以及其他情報監視與偵察技術的發展，加速了自主無人系統在戰場上的實戰運用。自主無人系統是基于人腦的思維方式，具有自主識別、自主跟蹤、自主響應、自主決策、自主打擊、自主學習等特性。正是由于自主無人系統具有的自主認知能力，可以實現戰場力量、單元和要素之間的自主交互和快速聯動，在復雜目標環境中通過單機情報信息的實時共享與交互，進行任務執行的調整、自主控制的迭代，以快速適應新環境、合理規劃路徑、高效完成作戰任務。

作戰能力交融聚合在傳統技術條件下，攻擊能力、防護能力、機動能力和信息能力的發揮，主要是通過單個能力或幾種能力的組合實現的。隨著自主交互集群技術在戰場上的廣泛應用，攻擊能力、防護能力、機動能力和信息能力等最大限度地實現了交融聚合，并在作戰實踐中顯現出了巨大的優勢。隨著單機系統自主控制能力和智能化水平的提高，通過人機系統智能融合和集群自適應學習，可以實現智能集群和有人系統的高效協同作戰。無人系統的運用以及不同單元之間的自主交互和快速聯動，不僅有力提高了防護能力、機動能力和信息能力，而且通過各種能力的交融聚合，實現了作戰指揮與戰場行動的無縫銜接。

戰場力量動態編組隨著人工智能和自主無人技術的發展，為戰場各種力量組織實施基于任務優先的動態編組提供了強大的技術支持。在自主無人系統的自主決策和控制下，戰場上的各種力量、單元和要素有機融合、群體協作，基于態勢和統一任務，實施動態編組，并根據實施過程中作戰任務的變化，進行靈活自主調控和隨機結構重組。自主交互集群任務分配一般按照保證最大益損比和任務均衡的原則進行，綜合考慮任務空間聚集性、單機運動有序性以及目標環境適應性，以集群編隊整體最優效率完成最大任務數量，充分體現集群協同作戰的優勢。通過力量動態編組，可以最大限度發揮戰場作戰平臺和系統的整體優勢，實現戰場力量體系重構，以隨時應對各種不確定性因素給作戰行動帶來的影響。