国外军用领域人工智能发展规划及舰船智能化技术运用

桂士宏，邹念洋，李 楠

(1.中国船舶集团有限公司，北京 100097；2.中国船舶集团有限公司第七一四研究所，北京 100101)

0 引 言

近年来，美国、日本、俄罗斯、英国等主要国家已将人工智能上升为国家战略进行布局，军方、政府和民间智库纷纷出台一系列军用领域人工智能战略规划，加大经费投入力度，加快推进人工智能相关技术在军用领域的发展应用。在舰船领域，智能化发展已成为共识。各国智能化技术的体系化布局和重点突破正推动舰船智能化向更深层次发展。

1 国外顶层规划

1.1 美国人工智能战略规划

美国在人工智能研究方面一直处于世界最前沿，其政府在人工智能研究中发挥了关键作用，商业部门也积极参与人工智能相关研发。美国的政府、智库发布了一系列人工智能顶层战略，规划人工智能在国防安全领域的应用，评估人工智能为国防安全带来的影响，美国国防部和各军兵种也发布了各自的人工智能战略或路线图。

1）国防部

2018 年8 月，美国国防部发布了《2017-2042 年无人系统综合路线图》，旨在为快速发展的无人系统技术领域制定为期30 年的指南，推动全局范围的协作和实现相关工作的标准化，该路线图意在发挥人工智能和机器学习的巨大潜力，同时解决将无人系统武器化所产生的政策挑战[1]；2019 年2 月，美国国防部发布了《2018 国防部人工智能战略概要》，着重强调了发展人工智能的重要意义，分析了美国国防部在人工智能领域面临的战略形势，阐明了美国防部部署人工智能的战略举措及重点领域。

表1 美国人工智能顶层战略Tab.1 The United States' top-level strategies on artificial intelligence

2）各军兵种

1995 年10 月，美国海军开始“智能舰”计划；1995 年11 月，美国海军司令部、海上系统司令部、海军水面战中心（NSWC）成立小组进行“智能舰”计划概念研究；1996 年2 月，美国海军作战部长批准智能舰计划；1999 年，美国海军提出“智能航母”计划，以“智能舰”计划为模板，将相关技术应用于未来新型航母CVX（即现在的“福特”级航母）上，同时也用于改装当时在役的航母。2018 年3 月，美国海军完成《无人系统战略路线图》，为无人系统纳入海军作战的各个方面提供指南，描述了海军部当前的无人系统状态，并展望无人系统的未来应用以及其将提供的能力[2]；2019 年9 月，美国海军发布了《海军人工智能框架》报告，介绍了美海军面临的挑战以及如何将人工智能应用与海军关键任务联系起来，并说明了人员配备和组织机构要求、政策考虑以及美海军高效使用人工智能所需的措施[3]。

2017 年3 月，美国陆军发布《机器人与自主系统战略》文件，详细描述了陆军如何将机器人与自主系统集成到未来部队中，使其成为陆军武器装备体系的重要组成部分。该战略确立了机器人与自主系统未来发展的5 个能力目标，明确了机器人与自主系统在近期、中期和远期的优先发展事项与投资重点。

2019 年9 月，美国空军发布了《2019 年度人工智能战略》，旨在推动未来预算和规划周期的决策，通过重点领域和目标发展空军人工智能生态系统，同时强调了人工智能能力对其执行21 世纪任务的重要性。

3）相关智库

2017 年7 月，美国哈佛大学肯尼迪政治学院发布《人工智能与国家安全》报告，分析了人工智能技术在军事、信息、经济等方面的变革潜力，并从国家安全角度对美国政府人工智能技术发展及管理提出了目标和建议[4]；2018 年4 月，美国战略与预算评估中心发布《未来地面部队人机编队》报告，报告主要从发展未来地面部队人机编队的主要推动因素、可使未来地面部队在战争中获得竞争优势的三大人机编队形式、发展未来人机编队面临的主要挑战，以及通过人机编队提高未来地面部队作战效能4 个方面对未来地面部队人机编队进行阐述[5]。

1.2 其他国家人工智能战略规划

除美国外，北约、英国、日本、俄罗斯也发布了一系列人工智能顶层战略，意在为本国军用领域人工智能技术设立发展目标、规划发展路线、制定应用举措。日本大力开展人工智能技术应用研究，将无人技术和智能化技术作为军事技术发展的重点方向；英国强调人工智能等前沿科技在国防与安全领域的重要作用；俄罗斯谋求在人工智能领域的世界领先地位，加快推进人工智能技术在国防领域的发展与应用。

1）日本

2016 年3 月，日本野村综合研究所发布了《至2020 年人工智能技术路线图》报告，预测了日本未来5 年左右在语音识别、图像识别、自然语言处理等技术的发展与应用情况；2016 年8 月，日本防卫省发布《防卫技术战略》，提出应根据智能化、网络化和无人化技术的发展趋势，发展满足自卫队未来作战需求的武器装备[6]；2016 年8 月，日本防卫省发布《中长期技术规划》，将地面、空中和海上无人系统列入重点发展的军事技术领域，将无人技术和智能化技术作为军事技术发展的重点方向。

2）英国

2017 年10 月，英国国防部发布《科学与技术战略2017》，突出强调了人工智能等前沿科技在英国国防与安全中的重要作用，并提出推动国防科技创新的政策举措；2019 年9 月，英国国防部发布《国防创新技术框架》文件，确定了英国重点发展的国防创新技术，包括先进材料、人工智能等七大技术群，并阐述其最具潜能的军事应用领域。

3）俄罗斯

2016 年，俄罗斯国防部发布《2025 年前发展军事科学综合体构想》，明确提出将分阶段强化国防科研体系建设，以促进创新成果产出，并将人工智能技术、无人自主技术作为俄军事技术在短期和中期的发展重点；2017 年，俄罗斯国防部发布《2018-2025 年国家武器装备计划》，提出为俄罗斯武装力量提供基于新物理原理的武器，以及超高声速武器样机、智能化机器人系统和新一代常规武器装备。

表2 其他国家人工智能顶层战略Tab.2 Other countries' top-level strategies on artificial intelligence

2 技术应用

感知、处理、反馈等人工智能基础技术的日趋成熟，促进了舰船智能化技术的发展[7]。20 世纪末，以美国为首的西方国家逐步开展“智能舰”计划等研究工作，拉开了智能舰船技术发展的帷幕。进入21 世纪，美海军开展大量项目研发，加速推进舰船智能化技术的转化运用，包括船舶状态监控、船舶智能操控、目标探测识别和作战辅助决策等多项技术得到了重点应用。

2.1 船舶状态监控技术

船舶状态监控通常由智能化船舶数据管理系统来实现。智能化船舶数据管理系统综合应用物联网传感技术、监控技术、船载卫星宽带通信技术，从而实现船、岸两端对船上各专业设备运行工况的实时监控。目前船舶状态监控技术已在美国海军的综合状态评估系统（ICAS）和企业级远程监控系统（ERM）上得到应用。

美国海军的综合状态评估系统（ICAS）配置了与专业导航设备相连接的故障排除逻辑电路，可预测和探测即将来临的故障，诊断特殊故障模块，并提出专业解决方案。其利用船舶状态监控技术，可为智能舰上的各种机械设备提供状态评估、诊断、趋势分析和维护管理能力。此外，ICAS 还可通过陆地网络或卫星与岸上美国海军维护数据库相连，以实时接收舰艇状态数据，为岸上基地做出舰艇的保养规划提供参考。

企业级远程监控系统（ERM）是美国海军基于状态维修系统（CBM）的新一代船舶状态监控系统，ERM 的首次部署是将该系统集成到DDG-1 000 驱逐舰架构中，并将逐步在其他舰船中改装。ERM 的运作依附于DDG-1 000 的全舰计算环境（TSCE），TSCE 对ERM 运行的硬件具有控制权。利用船舶状态监控技术，ERM 系统可实现故障预测、增强性能分析、自动数据访问、拓展登入功能、传感器计算分析等功能。

2.2 船舶智能操控技术

船舶智能操控依托于对舰船的驾驶室、控制室、态势感知室等进行智能化融合，可实现全舰平台信息的集成，缩短了舰船对环境和威胁的反应时间，也可减少对舰员数量的需求。

2015 年，法国舰艇建造局（DCNS）在欧洲海军装备展上发布了XWIND 4 000“全数字化”概念舰设计方案，该方案运用了语音控制技术、体感技术、增强现实技术，使舰员在舰桥上拥有360°全方位视野。所有的数字化系统均运行于安全的数据中心体系结构上，该体系结构处于能根据作战需求变化而分配相应资源的虚拟环境中。

图1 XWIND 4 000 概念舰模型Fig.1 XWIND 4 000 concept ship model

2018 年，米克洛斯系统公司成功为“自由”号近海战斗舰（LCS-1）安装并测试AN/SYM-3 系统，该系统运用了船舶智能操控技术，采用智能传感器，其可基于模型的预测架构将大量数据整合、分析并转换成可用于操作、维护和后勤保障的信息。

2019 年，日本三菱重工在海空天防务展发布了将用于日本30DX 护卫舰上的“先进综合战情中心”设计方案，该方案运用了船舶智能操控技术、增强现实技术，通过360°环状屏幕墙将驾驶室、态势感知室、主机和动力控制室、战情中心联合在一起，提供全景展示环境，使战斗指挥员及时获取和利用最新的情况信息，同时还可以让舰员通过多功能控制界面执行作战、导航和通信等几乎全部的舰上指挥与控制工作。

图2 30DX 护卫舰的先进集成战情中心设计方案Fig.2 30DX frigate's advanced integrated CIC design

2.3 目标探测识别技术

目标探测识别依托图像处理技术，对敌方情报及图像进行识别、分类和信息处理，自动提供辅助决策建议，可以依靠计算机软件迅速准确地发现和识别符合打击要求的目标[8]。

美国Genex 技术公司为美国海军研制一型名为OmniEye CerberusTM 的智能化视频/红外全景监视系统，该系统运用了目标探测识别技术，可实现目标探测、跟踪、分类、告警设置、数字记录和视频分析，适合停泊在港口的舰船，用于探测跟踪非法进入的人员和船只。

美国Knexus 公司与美国海军研究实验室（NRL）联合开发了“海上活动分析工作台”（MAAW）系统，该系统是一种实时海上视频监视工具，运用了目标探测识别技术，可在海军舰船进入海港、海湾和港口等近海区域以及各种内陆水道时为舰船值更官和军官提供安全防护决策支持。

2013 年，DARPA 战术技术办公室（TTO）启动“战术侦察节点”（TERN）项目，并与美国海军联合开展研究，旨在发展一种中小型水面舰艇搭载的中空长航时（MALE）固定翼无人机，该无人机运用了发射回收技术、目标识别技术，可依靠视频监视系统对海上目标舰艇进行长时间情报监视侦察，或实施打击。TERN 项目的无人机已于2018 年底进行一系列海上飞行试验，计划于2022 年批量生产，2024 年形成作战能力。

图3 “战术侦察节点”无人机示意图Fig.3 The schematic diagram of tactically exploited reconnaissance node (TERN) UAV

2.4 作战辅助决策技术

人工智能技术中的机器学习、神经网络、预测分析等技术，已广泛用于作战辅助决策领域，可加快数据处理速度，实现机器语言与人类语言间的转化，提高人机交互水平。面对现代战争空前苛刻的战场响应和精准指挥要求，具备高速计算与方案规划能力的人工智能可扮演战场指控系统的“神经中枢”，实现对战场态势的智能感知。未来，智能指挥决策系统可高效处理海量战场数据信息，提供辅助决策，将对作战样式产生变革性影响。

2014 年，美国海军启动“智能协同作战”（ICE）项目，包括“联合电子攻击”（CEA）和“联合反舰作战”（CASE）2 个系统，该项目运用了作战辅助决策技术，可通过自主结合防区内电子战和动能杀伤武器，摧毁拒止圈内的舰艇。

2017 年1 月，美国海军海上系统司令部授予ASSETT 公司“海军未来作战系统”（CSoF）项目，负责改进AN/BYG-1 潜艇战术控制系统等现有作战系统。改进后的AN/BYG-1 系统运用了体系架构软件设计和作战辅助决策技术，提高指控与辅助决策能力。

2019 年，英国BAE 系统公司提出了“海军未来作战系统”构想，该系统运用了增强现实技术、作战辅助决策技术，将人工智能工具整合到作战系统，方便舰员快速处理信息，加快作战决策速度，提高海军舰艇作战能力。

2019 年，西班牙国防部军备物资局授予英德拉公司Soprene 项目合同，该项目为期2 年，运用了作战辅助决策技术，利用神经网络算法进行舰载传感器大数据信息处理，利用分析结果提高预防性维护能力，保障舰艇的可靠性。

3 结 语

未来，舰船智能化正朝着网络互联、数据支撑、智能控制、自主决策、多域一体协同的方向发展。除当前重点应用的船舶状态监控、船舶智能操控、目标探测识别和作战辅助决策等领域外，无人自主作战、人员作战训练等领域也将在未来得到重点发展。我国舰船智能化技术的研究与应用尚处于起步阶段，现阶段有必要做好舰船智能化技术发展的顶层规划论证，形成体系化建设发展思路，明确技术发展路线图，逐步解决相关技术问题，从而不断推动舰船智能化水平提升。