指揮控制系統(tǒng)智能化發(fā)展綜述?

徐粲然 楊春秀 張瑞虎

（海軍大連艦艇學(xué)院作戰(zhàn)軟件與仿真研究所 大連 116000）

1 引言

指揮控制系統(tǒng)是在聯(lián)合作戰(zhàn)背景下，通過對資源的組織、協(xié)調(diào)和決策，可為協(xié)同作戰(zhàn)行動提供精準(zhǔn)高效指揮支持的中樞系統(tǒng)，是作戰(zhàn)體系中不可或缺的一部分。隨著各領(lǐng)域科學(xué)的發(fā)展與進步，現(xiàn)代戰(zhàn)場環(huán)境態(tài)勢復(fù)雜多變，對抗節(jié)奏較比過去明顯加快，數(shù)據(jù)量空前龐大。面對錯綜復(fù)雜的戰(zhàn)爭環(huán)境，人工智能技術(shù)可為指揮控制系統(tǒng)提供支持，在戰(zhàn)爭需求和技術(shù)進步的推動下，發(fā)展智能化指揮控制系統(tǒng)將是世界各國的必然選擇。

然而，發(fā)展指揮控制智能化要走的路還很長。本文從指揮控制系統(tǒng)及典型的人工智能系統(tǒng)及產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合人工智能技術(shù)對指揮控制系統(tǒng)的應(yīng)用進行展開，提出指揮控制系統(tǒng)智能化的發(fā)展思路，為我國發(fā)展指揮控制智能化提供參考。

2 指控系統(tǒng)智能化發(fā)展現(xiàn)狀

指揮控制系統(tǒng)是由系統(tǒng)代替指揮官的大腦，為指揮官提供智能輔助。指揮控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)為C4ISR 框架，即集指揮控制、通信、情報、預(yù)警探測、計算機、武器殺傷等功能于一體，用于提升軍事信息處理能力、輔助決策支持、提升指揮效率的綜合軍事系統(tǒng)。其主要功能包括態(tài)勢感知、智能決策、任務(wù)規(guī)劃、協(xié)同引導(dǎo)。

2.1 態(tài)勢感知能力

通過傳感器對戰(zhàn)場的實時監(jiān)控以及計算機對各領(lǐng)域的海量情報進行分析處理，對總體軍事現(xiàn)況進行動態(tài)態(tài)勢感知，為任務(wù)規(guī)劃及輔助決策做好基礎(chǔ)信息把握。

2.2 任務(wù)規(guī)劃能力

指揮控制系統(tǒng)應(yīng)具備任務(wù)規(guī)劃能力。即可通過理解指揮員的意圖、初始條件及限制條件對數(shù)據(jù)進行分析處理，幫助人類對軍事任務(wù)進行智能規(guī)劃，自主分析生成總體規(guī)劃和分支規(guī)劃。

2.3 協(xié)同引導(dǎo)能力

指揮控制系統(tǒng)是各領(lǐng)域協(xié)同作戰(zhàn)的樞紐系統(tǒng)，對各領(lǐng)域信息進行融匯處理，同時根據(jù)總體戰(zhàn)場對各領(lǐng)域各軍種做好協(xié)同引導(dǎo)，從而使資源得以最大化發(fā)揮能力。

2.4 戰(zhàn)術(shù)決策能力

戰(zhàn)場態(tài)勢瞬息萬變，指揮控制系統(tǒng)應(yīng)具備智能決策能力，可根據(jù)戰(zhàn)場環(huán)境變化對幾種預(yù)備計劃進行比較分析、通過建模仿真選取最優(yōu)實時進行智能化決策。

3 典型人工智能系統(tǒng)及產(chǎn)品

3.1 “深綠”計劃

美國國防部高級研究計劃署于2007 年啟動“深綠”項目。“深綠”的主要組成部分有：“Commander’s Associate”人機接口系統(tǒng)、“Blitzkrieg”仿真和“Blitzkrieg”控制系統(tǒng)。它通過將仿真嵌入指揮控制系統(tǒng)，對軍事行動進行仿真模擬的方式，幫助指揮員提前思考，判斷是否需要調(diào)整計劃，從而提升決策速度，協(xié)助指揮官作出正確決策。深綠計劃原計劃執(zhí)行3 年，雖然至今仍未完成，但深綠的提出使仿真模擬決策由離線模式轉(zhuǎn)向在線模式，為指揮控制系統(tǒng)智能化奠定了思維基礎(chǔ)。

3.2 AlphaGo與AlphaGo Zero

圍棋對弈具有較強的戰(zhàn)場特征。棋盤即戰(zhàn)場，對弈者即指揮官。指揮官通過對棋盤的整體把握，依靠指揮和手段，決定棋子在盤上的命運勝數(shù)。

2016 年，AlphaGo 成為首個在圍棋中戰(zhàn)勝人類世界冠軍的系統(tǒng)。它通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對人類棋盤數(shù)據(jù)進行觀摩學(xué)習(xí)，最終戰(zhàn)勝人類頂尖圍棋選手李世石。2017 年，谷歌公司進一步研制出AlphaGo Zero，并成功戰(zhàn)勝AlphaGo。AlphaGo Zero 摒棄了“觀摩”的學(xué)習(xí)方式，擺脫對既有人類試驗及經(jīng)驗的大數(shù)據(jù)依賴，通過自我循環(huán)算法進行學(xué)習(xí)優(yōu)化，從某種意義上，實現(xiàn)了無需人類過程制導(dǎo)，即可自主完成學(xué)習(xí)，并在短短數(shù)天之內(nèi)迅速超越人類。

3.3 “指南針”（COMPASS）

繼2016 年美軍啟動了指揮官虛擬參謀計劃后，2018 年美國DARPA 又發(fā)布了“指南針”計劃。指揮官虛擬參謀計劃主要是通過監(jiān)控作戰(zhàn)行動、實時作戰(zhàn)評估等手段為指揮官提供可用于幫助決策的信息。而“指南針”計劃則旨在通過深入理解敵方意圖的方式，增強指控系統(tǒng)對戰(zhàn)場態(tài)勢的把握，從而取得戰(zhàn)場先機。它通過判斷敵方對刺激的反應(yīng)，弄清敵方的行動意圖，推斷出敵方的策略，從而建立起對手模型。“指南針”計劃耗時30 個月，目前尚未完成。

3.4 《星際大戰(zhàn)》

2018 年，谷歌DeepMind 研發(fā)的AlphaStar 與《星際大戰(zhàn)》人類職業(yè)選手進行對戰(zhàn)。最終以10：0的比分獲得全勝。2019 年谷歌對通過對其視野進行限制，以削弱機器注意力優(yōu)勢，再次對戰(zhàn)人類職業(yè)選手，最后仍以10：1 的比分獲勝。據(jù)外國媒體報道，AlphaStar 在反應(yīng)速度方面稍遜人類一籌，但對全局的掌控能力可有效彌補這一缺點。基于相關(guān)的數(shù)據(jù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，AlphaStar可在短時間內(nèi)掌握職業(yè)玩家游戲技巧。《星際大戰(zhàn)》相比圍棋難度更大，要求機器全方位發(fā)展，AlphaStar 的勝利為智能化指揮控制的發(fā)展提供可能。

3.5 聯(lián)合全域指揮控制（JADC2）

JADC2 是美國提出的一種新的多域作戰(zhàn)指揮體系架構(gòu)，作用是在跨域跨國跨軍種作戰(zhàn)時，可以迅速發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，并將信息進行實時多領(lǐng)域共享。2019年12月，美國進行了JADC2能力演習(xí)，演習(xí)中將戰(zhàn)斗機與陸軍地面系統(tǒng)和海軍艦船整合在一起，是一次多領(lǐng)域作戰(zhàn)演習(xí)。這是智能化指揮控制系統(tǒng)的全領(lǐng)域化發(fā)展邁進實質(zhì)性的一步。

課后的實施方案如圖3 所示。教師在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上完成課中階段的善后工作：如批改學(xué)生的作業(yè)；針對學(xué)生掌握不太好的知識點發(fā)布新任務(wù)；統(tǒng)計分析學(xué)生的階段性學(xué)習(xí)情況，從而發(fā)現(xiàn)后進生，重點對象重點關(guān)注，可以選擇適當(dāng)時機進行個別談話，了解他們對學(xué)習(xí)不積極的深層原因，及時改變他們的學(xué)習(xí)態(tài)度，從而提高學(xué)習(xí)主動性。教師還可以針對課中活動的組織開展情況，進行教學(xué)反思、教學(xué)小結(jié)，以促進后續(xù)教學(xué)工作的改進。

3.6 多通道人機交互技術(shù)

3.6.1 智能語音助手Siri

Siri是蘋果公司研發(fā)的一款語音助手。用戶打開Siri 后可通過對話方式對其詢問當(dāng)前時間、天氣狀況等。目前智能手機均搭載語音交互功能，這些智能語音助手可以通過聲音采集、語言理解等技術(shù)，精準(zhǔn)分析自然語言中的邏輯關(guān)系，提取語言信息，從而充分理解用戶的意圖。并通過與用戶進行交互式對話的方式向用戶傳達(dá)有用信息或?qū)τ脩裘钭龀鱿鄳?yīng)操作。

3.6.2 圖像識別技術(shù)

圖像識別技術(shù)現(xiàn)已應(yīng)用到智能安防、無人駕駛等重要領(lǐng)域。例如由Teradeep 團隊研發(fā)的一套基于深度學(xué)習(xí)的圖像識別算法，可實現(xiàn)對移動場景的理解和物體檢測。通過視頻畫面捕捉提取有用信息，使監(jiān)控系統(tǒng)不再是刻板的錄制視頻。

3.6.3 肢體語言交互技術(shù)

由美國MERL 公司研發(fā)的DiamondTouch 項目通過光學(xué)觸控技術(shù)。對人的雙手位置進行感知，運動方向及運動趨勢進行識別，理解人類意圖，從而對機器進行虛擬控制。可實現(xiàn)雙手與機器隔空式交互操作及多人協(xié)作，為人機協(xié)同提供更自然便捷的操作方式。

目前的指揮控制系統(tǒng)C4ISR 只具備初級的智能化，隨著智能化的不斷發(fā)展，未來的指揮控制系統(tǒng)將是基于大數(shù)據(jù)、云計算、傳感器技術(shù)、5G 及人工智能等先進技術(shù)之上，將偵察監(jiān)視、情報處理、信息傳達(dá)、指揮行動一體化，實現(xiàn)語音控制、面部識別、動作識別等人機無縫連接的智能化指揮控制系統(tǒng)。

4 智能化指控系統(tǒng)能力需求

4.1 基于5G技術(shù)的實時偵察與態(tài)勢感知

5G 技術(shù)的發(fā)展，將會在諸多領(lǐng)域掀起顛覆式的變化。其低延遲性特點可大大加快情報的傳遞。同時5G 具有超高帶寬，可滿足超大數(shù)據(jù)量的實時傳輸。更快地觀測傳輸實時戰(zhàn)場，為有效避免敵方攻擊，贏得戰(zhàn)場優(yōu)勢提供先機。

4.2 基于云技術(shù)與大數(shù)據(jù)的信息處理

在俄“中部-2019”演習(xí)中，行動已經(jīng)精算到分秒。多國部隊要求指揮員能夠研判敵方發(fā)起進攻，我方投入多少兵力，何時投入可有效抵御攻擊。這要求指揮員具備高水準(zhǔn)的精算、細(xì)算、深算能力。僅僅是單一戰(zhàn)場，計算難度就不容小覷。隨著多武器平臺對多目標(biāo)的戰(zhàn)場對抗形式的轉(zhuǎn)變，以及海、陸、空、天、電的多維度融合作戰(zhàn)模式的轉(zhuǎn)變，信息渠道廣、形式多、數(shù)據(jù)量龐大且實時變化快，人類的數(shù)據(jù)處理能力已經(jīng)難以滿足戰(zhàn)爭需求。

云技術(shù)計算技術(shù)，可將復(fù)雜耗時的大計算拆分成數(shù)個小計算，再由服務(wù)器集群系統(tǒng)針對各個小計算進行計算分析，最后擬合計算結(jié)果。通過這種的分布式處理方式，可將計算效能提升至與超級計算機等同。智能化指揮控制系統(tǒng)可利用大數(shù)據(jù)處理和云技術(shù)計算大量數(shù)據(jù)，分析和深挖有效信息，迅速完成信息整合為決策做好基礎(chǔ)準(zhǔn)備。

4.3 基于智能算法及人機交互的任務(wù)規(guī)劃能力

以AlphaGo Zero 為例的算法可為指揮控制系統(tǒng)任務(wù)規(guī)劃提供參考。基于現(xiàn)有的多通道交互技術(shù)，用戶可通過語音交互、手勢交互對系統(tǒng)進行任務(wù)目的傳達(dá)。通過算法計算與建模，系統(tǒng)根據(jù)用戶所需提供最優(yōu)算法方案，并通過圖像等方式呈現(xiàn)給用戶，并可為多人協(xié)作討論提供沙盤平臺，實現(xiàn)人機交互與跨地域人人交互的流暢體驗。

4.4 基于物聯(lián)技術(shù)的協(xié)同引導(dǎo)能力

傳統(tǒng)的非智能指揮控制系統(tǒng)的指揮方式是：由指揮員下達(dá)指令，通過多重傳送，傳遞至指揮對象，再由指揮對象執(zhí)行相應(yīng)指令。這種指揮員與指揮對象間接的傳遞方式，耗時長且效率低，信息安全性差。5G 技術(shù)具有大容量、覆蓋廣、低延時的特點。其超大網(wǎng)絡(luò)容量可供千億設(shè)備互聯(lián)，滿足物聯(lián)網(wǎng)通信。其超高的可靠性和低延時可滿足信息的快速安全傳遞。運用5G技術(shù)可幫助指揮控制系統(tǒng)克服指揮鏈復(fù)雜的問題。突破傳統(tǒng)運行模式，通過指揮控制系統(tǒng)與各作戰(zhàn)單元直聯(lián)的方式，將指令直接下達(dá)到作戰(zhàn)單元的模式，提高信息傳遞的精準(zhǔn)性、安全性及傳遞效率，為戰(zhàn)場爭取到寶貴的時間。

4.5 基于建模仿真及深度學(xué)習(xí)的戰(zhàn)術(shù)決策能力

智能化指揮控制系統(tǒng)，可由用戶賦予指揮控制系統(tǒng)一些自主決策與實施行動的權(quán)限，在與信息域同步共享、認(rèn)知域同步交流以及行動域同步聯(lián)動的支持下，實時自主決策，自主展開精確的打擊攻防行動。通過仿真模擬推演，對決策方案進行輔助評估，分析決策方案的可行性及預(yù)估效果。并在實時打擊狀態(tài)下，基于實時數(shù)據(jù)收集和大數(shù)據(jù)對比分析，對敵方毀傷效果進行進一步評估，準(zhǔn)確及時的調(diào)整方案，并依據(jù)打擊效果快速做出下一次打擊決策。系統(tǒng)可記錄戰(zhàn)場數(shù)據(jù)，基于以往積累的大量數(shù)據(jù)，通過深度學(xué)習(xí)算法，自主分析總結(jié)，加強戰(zhàn)場態(tài)勢理解、深入透析對手意圖、增強毀傷信息的分析判斷能力、加快自主決策速度。

5 指控系統(tǒng)智能化發(fā)展建議

5.1 增加情報推送機制

處理情報是大數(shù)據(jù)處理的重要一步，由于情報搜集渠道眾多，很多情況下處理的都是一些無效情報，真正有效情報甚少。盡管大數(shù)據(jù)處理和云計算能力已經(jīng)使計算時間大幅提升，但如果能推出一種推薦機制，將有效信息進行篩選和置頂，如同現(xiàn)階段淘寶、今日頭條等眾多手機軟件的通過數(shù)據(jù)處理進行推送機制一樣，就可以有效提升信息處理速度，節(jié)約計算空間。

5.2 提高智能化處理能力

機器與人，各有所長。大量而龐雜數(shù)據(jù)的計算與整理對于人來說是很困難的，但對機器來說是很容易的。而機器對于感性方面的理解，是極其欠缺的。因而對于人工智能而言，決策的復(fù)雜性往往并不在于計算，而在于識別和判斷信息是否具有欺騙性，判斷和選擇上的不確定性。因此決策問題仍然是現(xiàn)階段指揮控制系統(tǒng)智能化需要關(guān)注的重要方向。現(xiàn)階段，機器識別是否為欺騙信息的主要方式還是通過大量模擬學(xué)習(xí)積累數(shù)據(jù)和相似案例依托數(shù)據(jù)挖掘、知識圖譜等技術(shù)進行智能化處理，能否通過更有效的手段和學(xué)習(xí)方式使得機器可以撥開“迷霧”看本質(zhì)，是一個值得思考的問題。

5.3 把握智能尺度

指揮控制系統(tǒng)無人化，“無人”不是目的，通過機器計算、儲存、優(yōu)化等方面的優(yōu)勢，補償人的缺點、延伸拓展人的智慧、克服人類極限，能更智能更完整地完成復(fù)雜多變的任務(wù)才是關(guān)鍵。“無人”是指人類指揮官賦予平臺初值條件、最終狀態(tài)和動作限制，實施動作及中間過程交由平臺自主完成。這對指控系統(tǒng)的安全性可靠性提出了極高的要求，應(yīng)重視和加強安全防護技術(shù)發(fā)展，以避免某一模塊受到攻擊，整體癱瘓或大大影響性能。因確保避免倫理問題發(fā)生，美軍始終堅持不讓機器進行自主判斷，不賦予機器執(zhí)行攻擊權(quán)利。為讓人工智能更好地為人類服務(wù)，無人化指揮控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)定應(yīng)激裝置干涉接口，人可隨時介入接管指揮控制權(quán)，預(yù)留啟停裝置，保留必要的開火權(quán)。

6 結(jié)語

隨著智能技術(shù)的飛速發(fā)展，指揮控制系統(tǒng)終將迎來跨越式進步。高度智能化指揮控制系統(tǒng)能夠為戰(zhàn)場決策提供更精準(zhǔn)、高效的支持，已成為當(dāng)下研究的熱點方向。世界各軍事強國意識到，誰首先掌握指揮控制系統(tǒng)智能化，誰就將贏得未來戰(zhàn)場的密鑰，搶占未來戰(zhàn)場的先機。推動指揮控制系統(tǒng)智能化發(fā)展，具有重要的軍事意義。