美陸軍智能化指揮系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)
軍工資源網(wǎng) 2022年06月30日2007年,美國(guó)DARPA開(kāi)始資助推進(jìn)“深綠計(jì)劃”,目標(biāo)是改進(jìn)美陸軍的旅級(jí)C4ISR系統(tǒng),提高指揮官“觀察-判斷”(OODA前兩步)效率,更直觀展示不同決策下可能出現(xiàn)的戰(zhàn)場(chǎng)結(jié)果?!吧罹G計(jì)劃”的具體主要功能是協(xié)助指揮官創(chuàng)建行動(dòng)指令(Courses of Action,COA),填補(bǔ)行動(dòng)細(xì)節(jié)、開(kāi)發(fā)替代方案以及評(píng)估決策對(duì)整個(gè)作戰(zhàn)計(jì)劃帶來(lái)的影響。
“深綠計(jì)劃”基本原理是將各部隊(duì)的“選項(xiàng)草圖”的排列組合在一起,有可能產(chǎn)生許多不同結(jié)果的戰(zhàn)場(chǎng)預(yù)測(cè)。這些可能的預(yù)測(cè)會(huì)被編制成一個(gè)“類(lèi)圖表”的結(jié)構(gòu),指揮官基于此探索更多未來(lái)可能,進(jìn)行“假設(shè)”作戰(zhàn)演練,隨即生成更多可能的戰(zhàn)場(chǎng)預(yù)測(cè)?!吧罹G計(jì)劃”從正在發(fā)生的戰(zhàn)場(chǎng)信息中提取有效信息,計(jì)算評(píng)估未來(lái)不同戰(zhàn)場(chǎng)發(fā)展方向的概率,裁剪掉不太可能發(fā)生的情況后,幫助指揮官更加聚焦于更大概率發(fā)生的戰(zhàn)場(chǎng)場(chǎng)景,確保指揮官不會(huì)面臨無(wú)從選擇的情況。
“深綠計(jì)劃”主要有三個(gè)部分組成,分別是“閃電戰(zhàn)”(Blitzkrieg)、“水晶球”(Crystal Ball)和“指揮官助手”(Commander’s Associate)。
“閃電戰(zhàn)”部分主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)的分析功能,通過(guò)自動(dòng)化的分析工具對(duì)采集的戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行定量和定性的分析,生成可能出現(xiàn)的一系列未來(lái)結(jié)果,有些結(jié)果甚至超出人們最初的考慮范圍。隨著時(shí)間的推移,閃電戰(zhàn)應(yīng)該學(xué)會(huì)根據(jù)所提供的選項(xiàng)更好地預(yù)測(cè)可能的未來(lái)?!伴W電戰(zhàn)”可以識(shí)別各個(gè)分支點(diǎn),分別預(yù)測(cè)可能產(chǎn)生的結(jié)果,并計(jì)算每個(gè)結(jié)果的可能性,然后繼續(xù)沿著每個(gè)路徑進(jìn)行模擬?!伴W電戰(zhàn)”具有一定的創(chuàng)造性思維,不僅僅是簡(jiǎn)單輸出數(shù)百或數(shù)千次隨機(jī)模型的“蒙特卡羅”運(yùn)行結(jié)果。
“水晶球”部分則是用來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總控功能,主要功能包括控制“閃電戰(zhàn)”的運(yùn)行;根據(jù)采集的戰(zhàn)場(chǎng)信息,對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)進(jìn)行更新;利用采集的信息更新戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì),方便指揮員在“草圖”上進(jìn)行下一步規(guī)劃;向指揮員提出優(yōu)先選項(xiàng)。
“指揮官助手”有兩個(gè)主要的子部分,“草圖到計(jì)劃”(Sketch to Plan)和“草圖到?jīng)Q定”(Sketch to Decide)。“草圖到計(jì)劃”為指揮官提供了快速生成定性、粗顆粒度的作戰(zhàn)方案(COA)草圖的能力;當(dāng)指揮官繪制草圖時(shí),計(jì)算機(jī)將觀察草圖的繪制,并監(jiān)聽(tīng)指示順序、時(shí)間、意圖等的關(guān)鍵詞,從草圖和關(guān)鍵詞中歸納出計(jì)劃和指揮官的意圖。“草圖到?jīng)Q定”是向指揮員提供未來(lái)可能的選擇和更新。
“深綠計(jì)劃”的重點(diǎn)是成為一個(gè)幫助指揮官快速生成決策選擇的工具(雖然指揮官通常不希望機(jī)器生成行動(dòng)方案)。DARPA對(duì)“深綠計(jì)劃”的愿望是將大量計(jì)算和預(yù)測(cè)工作轉(zhuǎn)為讓人工智能機(jī)器來(lái)進(jìn)行,更進(jìn)一步提高效率和準(zhǔn)確性,幫助指揮官加快戰(zhàn)場(chǎng)決策節(jié)奏,但是到2014年驗(yàn)收時(shí),實(shí)際可使用的只有“草圖到計(jì)劃”功能?!吧罹G計(jì)劃”所面臨的問(wèn)題是計(jì)算機(jī)究竟能否理解戰(zhàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì),決策所依據(jù)的信息是否真實(shí)、是否全面、是否可量化,最困難之處還是對(duì)敵方的決策如何假定?!伴W電戰(zhàn)”的推演功能也存在推演偏離度過(guò)大的問(wèn)題,其魯棒性值得懷疑,并且敵方的作戰(zhàn)決策也在不斷調(diào)整,反身性的也同樣影響到“閃電戰(zhàn)”的推演結(jié)果。
2016年,美陸軍通信與電子研究、開(kāi)發(fā)和工程中心(CERDEC)啟動(dòng)了“指揮官虛擬參謀”項(xiàng)目,目的是采用工作流和自動(dòng)化技術(shù)幫助營(yíng)級(jí)指揮官和參謀監(jiān)控作戰(zhàn)行動(dòng)、同步人員處理、支持實(shí)時(shí)行動(dòng)評(píng)估。2018年,“指揮官虛擬參謀”完成了工作流程結(jié)構(gòu)組建工作,并實(shí)現(xiàn)了任務(wù)自動(dòng)化概念驗(yàn)證。
“指揮官虛擬參謀”借鑒了美國(guó)蘋(píng)果公司Siri、谷歌公司Google Now等人工智能語(yǔ)音系統(tǒng)產(chǎn)品的思路綜合應(yīng)用認(rèn)知計(jì)算、人工智能和計(jì)算機(jī)自動(dòng)化等智能化技術(shù),來(lái)應(yīng)對(duì)海量數(shù)據(jù)源及復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì),提供主動(dòng)建議、高級(jí)分析及針對(duì)個(gè)人需求和偏好量身剪裁的自然人機(jī)交互,從而為陸軍指揮官及其參謀制定戰(zhàn)術(shù)決策提供從規(guī)劃、準(zhǔn)備、執(zhí)行到行動(dòng)回顧,全過(guò)程的決策支持。根據(jù)美陸軍CERDEC所說(shuō),“指揮官虛擬參謀”將利用自動(dòng)化和認(rèn)知計(jì)算技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)上大量的數(shù)據(jù)源和高度復(fù)雜的態(tài)勢(shì),從而作為“參謀”幫助指揮官做出更準(zhǔn)確的決策。因此,“指揮官虛擬參謀”具有數(shù)據(jù)聚合、集成敏捷規(guī)劃、計(jì)算機(jī)輔助運(yùn)行評(píng)估、基于事件的當(dāng)前任務(wù)和態(tài)勢(shì)的持續(xù)預(yù)測(cè)等功能。
(1)數(shù)據(jù)聚合:通過(guò)與現(xiàn)有指揮系統(tǒng)的接口提供數(shù)據(jù)聚合,以根據(jù)需要整合和調(diào)解來(lái)自參謀計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、傳感器或前線士兵的數(shù)據(jù)信息,并為指揮官提供聚合數(shù)據(jù)收集;
(2)集成敏捷規(guī)劃:支持戰(zhàn)爭(zhēng)博弈、準(zhǔn)備、排演,及實(shí)現(xiàn)任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中的人機(jī)協(xié)作;
(3)計(jì)算機(jī)輔助運(yùn)行評(píng)估:基于當(dāng)前、未來(lái)及替代方案等,向指揮員持續(xù)提供計(jì)算機(jī)支持的在線評(píng)估;
(4)持續(xù)預(yù)測(cè):基于態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)和當(dāng)前計(jì)劃,識(shí)別和推理態(tài)勢(shì)的演變,生成告警,和具有一定置信度的未來(lái)態(tài)勢(shì)圖。
“指揮官虛擬參謀”運(yùn)用了機(jī)器學(xué)習(xí)和用戶配置算法,系統(tǒng)行為可以在機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練期間或?qū)嶋H應(yīng)用期間隨時(shí)調(diào)整?!爸笓]官虛擬參謀”的目標(biāo)包括學(xué)習(xí)和識(shí)別用戶行為習(xí)慣,測(cè)試和更新敵人戰(zhàn)術(shù)模型以及本地環(huán)境。通過(guò)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)豐富的指揮官的行為決策習(xí)慣,形成珍貴的數(shù)據(jù)記錄,最終可以生成供新指揮官參考使用的知識(shí)、作戰(zhàn)過(guò)程和作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。
“指揮官虛擬參謀”項(xiàng)目是美陸軍后方研究人員為指揮官提供指控支持的長(zhǎng)期愿景的一部分,并且直接支持美陸軍2020~2040作戰(zhàn)概念,作為陸軍執(zhí)行任務(wù)指揮、增強(qiáng)態(tài)勢(shì)理解、優(yōu)化人員績(jī)效、協(xié)助培養(yǎng)未來(lái)指揮官的關(guān)鍵技術(shù)支持??梢钥闯觯爸笓]官虛擬參謀”大量借鑒了美陸軍之前的研究積累,就包括“深綠計(jì)劃”的研究成果。CERDEC將“指揮官虛擬參謀”項(xiàng)目打造為一個(gè)開(kāi)放式架構(gòu)平臺(tái),可以與其他CERDEC或美國(guó)防部S&T平臺(tái)融合,還可以作為孵化器開(kāi)發(fā)一系列有用的數(shù)字決策支持功能。
2018年5月,美陸軍訓(xùn)練與條令司令部宣布,多域戰(zhàn)概念正式轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘤蜃鲬?zhàn);同年12月,美陸軍訓(xùn)練與條令司令部發(fā)布《2028多域作戰(zhàn)中的美國(guó)陸軍》,將多域作戰(zhàn)概念寫(xiě)入條令。多域作戰(zhàn)具有作戰(zhàn)領(lǐng)域多域化、作戰(zhàn)要素融合化、作戰(zhàn)編成彈性化、作戰(zhàn)體系去中心化等特點(diǎn),因此傳統(tǒng)的指揮控制經(jīng)典理論已經(jīng)難以適應(yīng)多域作戰(zhàn)的指揮控制。
2021年5月,美陸軍研究實(shí)驗(yàn)室(Army Research Laboratory)發(fā)布了《面向多域作戰(zhàn)(MDO)指揮控制(C2)的人工智能(AI)》倡議文件,指出美陸軍在2035年的多域作戰(zhàn)行動(dòng)中,需要具備敏捷、自適應(yīng)的人工智能指揮控制系統(tǒng),以快速同步多個(gè)作戰(zhàn)行動(dòng)。該系統(tǒng)可在復(fù)雜、快節(jié)奏和極度活躍的多域作戰(zhàn)中提供作戰(zhàn)規(guī)劃和決策支持功能,能夠分析敵方的活動(dòng);通過(guò)不斷地感知、識(shí)別和快速利用新出現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)窗口,持續(xù)對(duì)戰(zhàn)役進(jìn)行規(guī)劃、準(zhǔn)備、執(zhí)行與評(píng)估,從而使美陸軍的各種能力能夠快速響應(yīng)。隨著近些年來(lái)基于深度增強(qiáng)學(xué)習(xí)(Deep Reinforcement Learning)算法的發(fā)展,在多個(gè)戰(zhàn)略類(lèi)型游戲中已經(jīng)展現(xiàn)出了實(shí)力,未來(lái)在多域作戰(zhàn)指控領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。
美陸軍研究實(shí)驗(yàn)室還提出了一項(xiàng)“人工智能多域作戰(zhàn)指控應(yīng)用”的指揮官戰(zhàn)略倡議(“AI for C2 of MDO” Director’s Strategic Initiative),目標(biāo)是探討了基于深度增強(qiáng)學(xué)習(xí)算法可用于評(píng)估紅軍狀態(tài)、評(píng)估紅藍(lán)軍戰(zhàn)斗損失、預(yù)測(cè)紅軍的戰(zhàn)略和行動(dòng)、基于所有情況制定藍(lán)軍計(jì)劃的能力水平。采用基于深度增強(qiáng)學(xué)習(xí)算法的人工智能技術(shù),有可能為藍(lán)軍制定更具有創(chuàng)新性的作戰(zhàn)計(jì)劃,可以比經(jīng)驗(yàn)豐富的軍官更快的抓住潛在機(jī)會(huì)窗口。在倡議中,美陸軍研究實(shí)驗(yàn)室探索性的使用深度增強(qiáng)學(xué)習(xí)算法在作戰(zhàn)行動(dòng)之前制定詳細(xì)計(jì)劃,并在執(zhí)行期間生成實(shí)時(shí)計(jì)劃和建議。主要目標(biāo)是驗(yàn)證:基于深度增強(qiáng)學(xué)習(xí)算法的概念化設(shè)計(jì)和實(shí)施,看是否能夠生成與軍事指揮官一致的作戰(zhàn)計(jì)劃(或更優(yōu)化的作戰(zhàn)計(jì)劃);將“人”納入“命令和學(xué)習(xí)循環(huán)”,并評(píng)估這些“人在回路”(Human-in-the-loop)解決方案。
從美陸軍指揮控制系統(tǒng)的智能化成果上可以看出,這些指控系統(tǒng)主要針對(duì)的是戰(zhàn)術(shù)級(jí)指揮,基本還是基于OODA模型方法,重點(diǎn)在戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的自主研判及預(yù)測(cè)運(yùn)用、情報(bào)偵察智能分析、作戰(zhàn)籌劃智能決策、作戰(zhàn)過(guò)程精確描述、敏捷響應(yīng)等方面。2019年,美軍提出了“馬賽克戰(zhàn)”概念,融合了作戰(zhàn)云、多域作戰(zhàn)、忠誠(chéng)僚機(jī)等理念,更加需要依賴(lài)高度智能化的指揮控制系統(tǒng)。為適應(yīng)未來(lái)無(wú)人/有人協(xié)同的路戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,美陸軍十分重視人工智能在指揮控制領(lǐng)域的應(yīng)用,不僅在戰(zhàn)術(shù)層面,更加注重在戰(zhàn)略層面通過(guò)計(jì)算推演提高戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)認(rèn)知、判斷、決策,并且還能夠同步實(shí)現(xiàn)火力網(wǎng)的智能化指令控制。目前,美國(guó)谷歌公司旗下的DeepMind開(kāi)發(fā)的“Alpha”系列人工智能產(chǎn)品已經(jīng)具備自我博弈對(duì)抗學(xué)習(xí)、人機(jī)博弈對(duì)抗學(xué)習(xí)的能力,并且開(kāi)始在美陸軍指控系統(tǒng)中試驗(yàn)性應(yīng)用。(北京藍(lán)德信息科技有限公司 研究員 米佩?。?/strong>