自主交互集群技术在战场上的应用

季自力 王文华

以移动互联、量子信息、人工智能、无人系统、大数据、云计算等为代表的颠覆性技术的迅猛发展及其在各个领域的广泛应用，将不断推动智能化、无人化作战平台的创新发展和运用，平台之间将实现自主快速交互，自主交互集群技术将在战场上得到广泛运用，产生重要而深远的影响。

自主交互集群技术的内涵

自主交互集群技术，是利用智能化、无人化平台的自主交互、能力聚合和动态编组等功能进行运作的新一代信息技术。对自主交互集群的研究起始于1959年法国生物学家PierrePaul Grasse，他研究发现，昆虫之间存在高度结构化组织，可以完成远远超出个体能力的复杂任务。蚁群的工作模式就是这种智能集群的经典代表，它们通过单体之间简单的相互沟通协调，表现出大规模集群的智能行为。通过对昆虫间智能集群行为的探索，逐渐涌现了诸多智能集群算法，如蚁群算法和粒子群优化算法。自主交互集群技术就是基于生物集群行为，通过彼此的感知交互、信息传递、协同工作，完成多样性的复杂任务。其关键技术主要包括：环境感知与认识、多机协同任务规划与决策、信息交互与自主控制、人机智能融合与自适应学习技术、人机综合显控技术、基于故障预测的任务规划技术等。

自主交互集群的技术原理是“集群智能”，即众多机器个体通过相互之间的协同合作所表现出来的集体智能行为。在群体行为中，单个个体未必具有指挥官般的“智慧”，但通过个体之间交互作用和协作行为，使得整体可以通过组织协作完成复杂任务，即实现1+1＞2的聚优效应。自主交互集群的典型特点是分布式的，没有明显的中心控制，其中单体行为是相对简单的，而系统运行则是自组织的，数据交互是激活式的，涉及的指挥行为也属于局部范围的分布式指挥。

单人运用自主交互集群技术可操纵百架无人机

按发展阶段，可以将自主交互集群技术分为半自主交互集群技术、全自主交互集群技术。半自主交互集群技术是在智能化、无人化平台的自主交互、能力聚合和动态编组等功能不完善的条件下，需要在人的主导或干预下进行运作；而全自主交互集群技术是在智能化、无人化平台的自主交互、能力聚合和动态编组等功能完善的条件下，基本不需要或完全不需要在人工干预下进行运作。

无论是半自主交互集群技术还是全自主交互集群技术，在技术运用过程中人都是始终处于支配地位，智能化、无人化平台始终处于被支配的地位。全自主交互集群技术强调的是人对战场态势能够进行可视化、实时化、精确化的监控，由于参与力量高度智能化、自主化，基本不需要或完全不需要人工干预行动，但在必要时也可以在人的积极干预下，对各种行动进行临机调控。

人机融合问题实际上是一个身心问题，即生理身与物理身、自我心与他我芯之间的一致性问题，这种身心问题必然要涉及到与自然环境/社会环境的交互协同。交互是机器学习的重要途径，自主交互活动的关键在于充分发挥机器的客观能动性，不仅仅能适应机器的良好运行，还能促进不同阶段机器学习的进化。在自主交互活动中，机器智能的约束力、理解力、执行力等存在不足，难免会产生问题。只有人的有效介入，才能确保自主交互活动的顺利开展，才能更好地促进机器更加积极、主动地深入到解决问题过程中。

自主交互集群技术可应用于无人机群

自主交互集群技术的优势

自主交互集群技术通过协作行为与信息交互方式，以自主化和智能化的整体协同方式完成作战任务，具有三个明显的优势。

一是信息情报优势。自主交互集群具有广泛分布的传感器，多平台能够相互协作完成对战场目标的精准定位。比如，当实施图像侦察时，各个平台从不同角度完成对战场目标的全方位侦控，实现相互印证和信息补充；当需要电子探测时，平台间可用频率、波段不同的雷达进行全频谱探测。而且，自主交互集群内各作战平台联网行动，能够实现平台间的数据信息共享，可以达到“一点发现、全网皆知”，为实现协同作战奠定基础。

二是决策与行动速度优势。自主交互集群具有自主决策能力，可以根据战场态势，在线自动分解任务，并赋予相应的作战平台。各功能平台能迅速作出反应，协同实施干扰压制、火力打击、毁伤评估等行动，缩短了战场“感知—决策—行动”周期，提高了战场行动的速度，大大加快了作战进程。

三是协同作战优势。自主交互集群中各作战平台能够自适应协同，可一致进行机动突击与防御作战。在进攻作战中，能够高度协调的从多个方向连续或同时对预定目标实施攻击，在诱骗、干扰、电子攻击等软杀伤行动中自动协调最佳攻击时机，有效避免相互影响，提高整体作战效能。在防御作战中，运用自主交互集群技术建立多层次防御网，可以动态实施外围警戒，对威胁目标进行灵活打击，保护重要目标安全。

2015年8月，美国国防高级研究计划局宣布启动一个旨在实现空中可回收无人系统的“小精灵”项目。该项目的目标是研究低成本的无人机群，以高效、快速替代的方式搭载情报、监视、侦察等任务载荷，同时在载机平台中开发一个可以空中实现无人机集群快速发射和回收的装置，使得未来的作战飞机可以快速部署廉价、可重复使用的无人机集群，并进行概念验证飞行演示。集群可以通过载机平台的指挥控制及内部信息协同共享，突破敌方防御系统，快速展开任务执行计划，任务完成后进行回收。

人机交互颠覆了用户交互体验

自主交互集群技术在战场上应用的主要特征

力量构成的整体性战场力量编组、构成、功能及其相互间的组合和运行方式，决定着战场力量的整体功能和作用的发挥。自主交互集群技术在战场上的应用，将改变以往战场力量先组合成有形整体、然后再发挥整体力量作用的“有形合成”模式，而是采取一种在能力聚合基础上的量功能耦合的“无形合成”模式，形成整体性的战场力量构成，能够实现战场力量整体结构的最优化和整体效能发挥的最大化。利用集群战法，精确选择目标，快速机动、多维攻击，融合相关作战要素，打通“侦察—控制—打击—评估”链路，形成敏捷、高效、精确的新型作战力量体系，通过信息实时交互、动态自主组合、集群协同突防等方式，最终完成高效饱和攻击。将多类作战力量和配套保障条件等进行深度融合，提升多目标对抗、主被动干扰对抗、物理域/虚拟域一体化对抗等能力。

指挥控制的实时性自主交互集群技术的应用带来的自主交互和安全通信能力提升，将使战场作战指挥体系更加扁平，实现战场信息流程最优化，战场信息流转即时化、高效化，战场信息采集、传递、处理、存储和使用一体化。特别是无人作战平台在战场上的广泛运用，凭借其自主交互和联动响应的优势，能够最大限度地减少作战指挥层次，缩短战场信息流程，实现横向联通、纵横一体，大大提高作战指挥控制的效率。根据作战任务属性、作战人员背景对辅助决策要素进行自适应调整，确保人机间的高效协同互补，更好地发挥人作为制胜决定性因素的主动性，提升作战指挥决策的快速性和精准性。

协同方式的自主性自主交互集群技术大大提升了自主无人系统的自主感知、自主决策、自主控制、自主评估等能力，为战场上的各种作战力量自主协同提供了前所未有的技术支持，使分散配置的各种力量、单元和要素能够自动根据战场态势的实时变化，围绕统一的目的，更加及时、主动地协调行动。利用语音、手势、表情、眼动、脑电和肌电等先进的自主交互技术和设备，通过多通道的交互验证和相互补充，可以最大限度地实现人机交互的自然、方便与快捷，充分发挥战场信息系统的整体效能。美国国防高级研究计划局提出的“拒止环境中协同作战”项目，旨在搭建一套包含编队协同算法的模块化软件系统，适应带宽限制和通信干扰等电磁环境，利用合理的方式将各类功能载荷集成到无人机集群编队中，在单一平台功能受损的情况下集群仍可以有序的执行任务。美国国防高级研究计划局的“集群挑战”计划开发自主集群作战算法，在无需生成大量认知数据情况下，提高集群在复杂战场环境下的作战能力。

行动部署的动态性行动部署的动态性，就是强调战场力量的动态编组、适时聚散和灵活机动。信息化战争条件下作战的高速度和快节奏，使战斗进程极大缩短，要求广泛机动、动中作战，以实时化的作战行动来打击敌人、保存自己。自主交互集群技术可大大促进战场作战系统机动能力的提升和指挥控制能力的增强，为行动部署的动态性提供了坚实的基础。行动部署的动态性主要体现在战场上各种力量的动中集结、动中形成，配置地域适时变换。

各种行动的并行性随着人工智能技术不断融入战场，传统作战中需要耗费大量时间精力的观察、判断、决策、打击流程大幅压缩，在统一智慧战场态势感知牵引下，各种作战行动高度耦合、并发进行成为可能，一体化并行作战将成为未来战争新的作战形式。在自主交互集群智能算法中，并行性能够增强系统的灵活性，能够在同时处理复杂任务不同方面的集群中自行组织。用于侦察监视、跟踪识别、评估判定等目的的传感器材，能够及时发现多维空间内的各种目标和对方的行动，信息处理、传输、分发的实时化，使参与作战的各种力量能够根据情况变化，在不同的空间、以不同的手段，围绕统一任务和共同目的，利用以新一代信息技术为支撑的作战指挥信息系统，迅速做出判断和决策，并及时果断采取行动，从而实现战场上各种力量之间自主协同基础上的并行行动。

战场保障的及时性以3D打印技术、人体机能改良、传感技术、新生物医学技术为代表的颠覆性技术的快速发展，将给战场保障带来颠覆性的革命，最为显著的特征就是可实现“随时随地”的及时保障。将3D打印技术、自主系统和人工智能等颠覆性技术进行有机融合集成，可使部队就地利用可用材料，快速“打印”武器装备特定的零部件、配件，显著改变武器装备制造与维护的流程，提高武器装备的战术适应性。对主战装备增加内置式或外接式传感器和其他状态监控装置，充分运用车载监控系统、自动检测系统、装备损伤评估系统，可以对武器装备使用和故障状况进行适时监控。

视频内交互技术

小胖机器人具有自主交互功能

自主交互集群技术在战场上的运作机理

战场系统自主交互随着机器人技术、人工智能、软件和移动通信网络等支持自主无人系统的底层技术的迅速发展，将产生更多种类的自主无人系统，并将使系统更小、成本更低，并且能够实现云操作。日趋成熟的标记技术、跟踪技术、定位功能以及其他情报监视与侦察技术的发展，加速了自主无人系统在战场上的实战运用。自主无人系统是基于人脑的思维方式，具有自主识别、自主跟踪、自主响应、自主决策、自主打击、自主学习等特性。正是由于自主无人系统具有的自主认知能力，可以实现战场力量、单元和要素之间的自主交互和快速联动，在复杂目标环境中通过单机情报信息的实时共享与交互，进行任务执行的调整、自主控制的迭代，以快速适应新环境、合理规划路径、高效完成作战任务。

作战能力交融聚合在传统技术条件下，攻击能力、防护能力、机动能力和信息能力的发挥，主要是通过单个能力或几种能力的组合实现的。随着自主交互集群技术在战场上的广泛应用，攻击能力、防护能力、机动能力和信息能力等最大限度地实现了交融聚合，并在作战实践中显现出了巨大的优势。随着单机系统自主控制能力和智能化水平的提高，通过人机系统智能融合和集群自适应学习，可以实现智能集群和有人系统的高效协同作战。无人系统的运用以及不同单元之间的自主交互和快速联动，不仅有力提高了防护能力、机动能力和信息能力，而且通过各种能力的交融聚合，实现了作战指挥与战场行动的无缝衔接。

战场力量动态编组随着人工智能和自主无人技术的发展，为战场各种力量组织实施基于任务优先的动态编组提供了强大的技术支持。在自主无人系统的自主决策和控制下，战场上的各种力量、单元和要素有机融合、群体协作，基于态势和统一任务，实施动态编组，并根据实施过程中作战任务的变化，进行灵活自主调控和随机结构重组。自主交互集群任务分配一般按照保证最大益损比和任务均衡的原则进行，综合考虑任务空间聚集性、单机运动有序性以及目标环境适应性，以集群编队整体最优效率完成最大任务数量，充分体现集群协同作战的优势。通过力量动态编组，可以最大限度发挥战场作战平台和系统的整体优势，实现战场力量体系重构，以随时应对各种不确定性因素给作战行动带来的影响。