人工智能（AI）輔助指控系統(tǒng)決策支持

引言：人工智能（AI）是機(jī)器表現(xiàn)出的智能行為。AI的關(guān)鍵問題包括推理、規(guī)劃和學(xué)習(xí)。在軍事應(yīng)用中，AI可應(yīng)用于從戰(zhàn)斗級別到戰(zhàn)術(shù)和作戰(zhàn)級別的場合，如應(yīng)用在營級和旅級決策支持系統(tǒng)中。

本文探討如何在指揮控制系統(tǒng)中使用AI，討論了如何利用AI方法輔助作戰(zhàn)指揮決策。在指揮控制系統(tǒng)中應(yīng)用AI系統(tǒng)，可以快速獲取準(zhǔn)確信息，更快地做出決策，并在作戰(zhàn)中獲得優(yōu)勢。

01AI對指揮控制的影響

隨著近年來AI技術(shù)的不斷進(jìn)步，在某些任務(wù)上它超越了人類，特別是在深度學(xué)習(xí)（DL）領(lǐng)域。 所謂深度學(xué)習(xí)是指由多層非線性處理單元組成的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。所有基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)被稱為深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）。大量數(shù)據(jù)的獲取與強(qiáng)大計(jì)算機(jī)的結(jié)合，再加上一系列創(chuàng)新（如初始化策略和數(shù)據(jù)歸一化），使得這些大容量網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練取得了成功。使用DL和DNN，將使人們不再需要手動創(chuàng)建特定任務(wù)所需要的特征。取而代之的是，在DNN的訓(xùn)練過程中自動學(xué)習(xí)和識別特征。 需要強(qiáng)調(diào)的是，DNN并不是解決所有AI問題的靈丹妙藥，根據(jù)具體場景和任務(wù)，還需要結(jié)合其他AI概念和機(jī)器學(xué)習(xí)模型。 戰(zhàn)場致勝的關(guān)鍵在于比敵人更快速進(jìn)行指揮控制，迫使敵人做出反應(yīng)而不是采取行動。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的先決條件是能夠快速處理大量信息，并對不確定因素進(jìn)行有效建模。 對于軍事部門來說，將AI納入指揮控制系統(tǒng)的好處在于，當(dāng)時間緊迫或選項(xiàng)過多、人們無法分析備選行動方案時，AI可以提供關(guān)鍵的系統(tǒng)支持。因此，在戰(zhàn)術(shù)和作戰(zhàn)層面使用AI的戰(zhàn)略重要性不言而喻。與以往的軍事能力變革一樣，AI有可能極大地改變軍事戰(zhàn)略平衡。

02指揮控制系統(tǒng)的OODA環(huán)

對于特定的軍事任務(wù)而言，指揮控制過程是一個高度動態(tài)的過程，可在一定程度上將其建模為一個動態(tài)的觀察、定位、決策和行動環(huán)（即OODA環(huán)）。如圖1所示，傳感器會對效果進(jìn)行觀察，一起收集傳感器數(shù)據(jù)與系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)數(shù)據(jù)（如任務(wù)進(jìn)度）。在推理/感知過程中，一起確定對任務(wù)至關(guān)重要的事件，同時確定任務(wù)、資源和限制條件。

圖1 OODA環(huán)

最后，確定計(jì)劃、分配資產(chǎn)、評估風(fēng)險。這個循環(huán)過程一直持續(xù)到任務(wù)完成、失敗或撤銷。整個OODA 環(huán)中的所有階段都與指揮控制系統(tǒng)必須考慮的不確定性有關(guān)。

03AI的發(fā)展機(jī)遇

目前，民用部門正在推動著AI創(chuàng)新。其開發(fā)的AI技術(shù)和概念也適用于軍事系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)良好的指揮決策支持，目前最重要的是為要解決的問題構(gòu)建適當(dāng)?shù)闹R體系。這種知識體系為AI方法的運(yùn)用提供了框架。構(gòu)建知識體系是一個智力問題。如果能很好地完成這項(xiàng)工作，指揮決策支持的剩余工作就是在體系框架內(nèi)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，并為決策者提供良好的演示。

3.1 AI分析

在分析階段，人們要處理和組合信息，構(gòu)建一個通用的通用作戰(zhàn)圖（COP）。包括對接收到的信息進(jìn)行分類、識別當(dāng)前態(tài)勢、構(gòu)建動態(tài)更新的COP，以及檢查自身系統(tǒng)是否被欺騙。 使用信息融合技術(shù)可以根據(jù)接收到的一系列情報報告自動生成戰(zhàn)術(shù)共同行動計(jì)劃。因此，分析階段本身就很重要，但它還有一個目的，即所分析的結(jié)果可輸入后續(xù)的規(guī)劃和執(zhí)行階段，輔助決策支持。

3.2 AI任務(wù)規(guī)劃

對于任務(wù)規(guī)劃而言，需要規(guī)劃軍事行動的人進(jìn)行“假設(shè)”，盡可能真實(shí)地模擬軍事行動將產(chǎn)生的不同影響，評估不同計(jì)劃的預(yù)期效果。這既包括對戰(zhàn)場態(tài)勢的影響，也包括對道德、后勤和難民等其他因素的影響。 同樣重要的是，在演習(xí)中獲得的軍事知識可以作為規(guī)劃決策支持系統(tǒng)的輔助手段。在制定計(jì)劃時，需要這些知識來確定要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，有效地分配資源；在執(zhí)行任務(wù)時，需要這些知識來監(jiān)測任務(wù)的進(jìn)程，并根據(jù)需要提出重新規(guī)劃任務(wù)的建議。 在計(jì)劃執(zhí)行過程中和執(zhí)行前，可以使用定性或定量方法進(jìn)行分析。在分析行動方案（COA）的定性方法中，可以使用一個突出論證模型之間異同的框架來選擇和完善軍事行動方案。 另一種方法是使用定量方法。其中一個例子是將AI和多代理系統(tǒng)結(jié)合起來。如在紅藍(lán)對抗系統(tǒng)訓(xùn)練中，藍(lán)隊(duì)代表我方的目的、目標(biāo)和利益，而敵方則由紅隊(duì)代表。假定紅隊(duì)在軍事規(guī)劃和決策中有著悠久的傳統(tǒng)，通過讓紅隊(duì)模仿敵方的動機(jī)、意圖、行為和預(yù)期行動，己方就可以測試和評估行動方案，找出利用敵方弱點(diǎn)的機(jī)會，并學(xué)習(xí)了解藍(lán)紅雙方的互動動態(tài)。這里，AI和多代理系統(tǒng)可以結(jié)合起來，為決策和規(guī)劃提供支持。它使決策者能夠探索可能影響目標(biāo)的事件發(fā)展情況，發(fā)現(xiàn)和評估自身的弱點(diǎn)，學(xué)習(xí)了解敵人的行為，并找到獲勝的策略。

3.3 AI參與作戰(zhàn)任務(wù)

AI看法基于他們對當(dāng)前局勢的看法以及可以采取的替代行動。該模型可用于高級模擬，以評估決策支持系統(tǒng)框架內(nèi)的行動。 DARPA最近開展了一個名為“實(shí)時對抗智能與決策”（RAID）的研究項(xiàng)目，利用預(yù)測分析、AI和模擬來分析對手的行動。RAID開發(fā)的技術(shù)可協(xié)助戰(zhàn)術(shù)指揮官評估敵對部隊(duì)的位置、兵力和目的，并預(yù)測其可能的戰(zhàn)術(shù)行動，從而有效實(shí)施打擊對手的行動。這包括識別對手的意圖、預(yù)測對手的戰(zhàn)略、發(fā)現(xiàn)欺騙行為、規(guī)劃己方的欺騙行為、生成戰(zhàn)略規(guī)劃等。這些問題出現(xiàn)在軍事行動計(jì)劃、行動執(zhí)行、情報分析等方面。為此，RAID將AI規(guī)劃與認(rèn)知建模、博弈論、控制論和機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合。 機(jī)器學(xué)習(xí)還可用于制定作戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)。Q-learning是一種強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法，已成功用于空戰(zhàn)目標(biāo)分配。AI還有助于讓工作人員更高效地工作，其中一個應(yīng)用是自動生成報告總結(jié)。這種需求來自于層級式的組織結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，每個上層人員都會收到來自下層人員的報告。因此，如果不進(jìn)行總結(jié)，向上傳遞的信息量可能會呈指數(shù)級增長。過去，自動文本摘要屬于提取類型，即從原始文檔中剪切和粘貼相關(guān)的完整句子。最近，隨著序列到序列建模的深度學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了用于摘要的抽象方法。抽象方法能夠生成摘要。 另一個應(yīng)用是將語音轉(zhuǎn)錄為文本。自計(jì)算機(jī)興起以來，機(jī)器學(xué)習(xí)一直是語音識別系統(tǒng)的基礎(chǔ)。當(dāng)今最先進(jìn)的算法都基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)。

04AI的可行性

當(dāng)前，基于AI的后勤規(guī)劃工具“部署與執(zhí)行聯(lián)合助理”（JADE）已被美國軍方使用，美海軍JADE也已應(yīng)用了很長時間。美軍研究實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種名為Sniper-RT3的任務(wù)規(guī)劃和培訓(xùn)工具，以三維地形數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，這些信息在布置傳感器或部隊(duì)防衛(wèi)時至關(guān)重要。 AI的自動語音識別技術(shù)也已經(jīng)日漸成熟。微軟、谷歌、亞馬遜等公司都有利用最新深度學(xué)習(xí)技術(shù)的產(chǎn)品，用于語音對話系統(tǒng)。 正如AI領(lǐng)域的最新進(jìn)展所證明的那樣，海量數(shù)據(jù)的可用性是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大AI系統(tǒng)的基礎(chǔ)。在不同的場景或應(yīng)用中，特別是在某些軍事環(huán)境中這可能是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。在數(shù)據(jù)稀缺的情況下，遷移學(xué)習(xí)等技術(shù)將對許多軍事應(yīng)用非常重要。在遷移學(xué)習(xí)中，針對類似但不同的應(yīng)用所訓(xùn)練出來的機(jī)器學(xué)習(xí)模型將可以被重復(fù)使用并適應(yīng)新的問題。例如，軍事報告和摘要不同于民用報告和摘要，然而，考慮到兩者的相似性，可以預(yù)期，在非軍事文本上訓(xùn)練總結(jié)算法將是機(jī)器學(xué)習(xí)模型學(xué)習(xí)特定軍事用例總結(jié)的良好起點(diǎn)。

05結(jié)論

本文介紹了如何利用AI來增強(qiáng)未來指揮控制系統(tǒng)的決策支持功能。指出了AI可以發(fā)揮作用的領(lǐng)域。從指揮控制系統(tǒng)建模的角度來看，本文指出了指揮控制流程中需要考慮AI功能的三項(xiàng)主要活動，即：感知決策、規(guī)劃、軍事活動。為促進(jìn)感知決策過程，可以利用各種不同的智能信息處理工具實(shí)現(xiàn)信息優(yōu)勢。在規(guī)劃方面，用于處理戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)庫（地形、后勤、理論等）的工具可與決策支持工具相結(jié)合，使指揮官能夠在不同的抽象層次上評估不同的行動方案。最后，AI對執(zhí)行的支持內(nèi)容包括為指揮官評估備選行動，以及在執(zhí)行行動期間為不同類型的參謀工作提供便利，例如使用語音轉(zhuǎn)文字工具快速、正確地傳達(dá)不同的簡報。 從最終用戶的角度看，有些AI工具，如語音到文本工具、地形分析功能等智能工具，已經(jīng)非常成熟；而在其他領(lǐng)域，如推理對手的博弈論工具，還需要進(jìn)一步進(jìn)行深入研究才能實(shí)現(xiàn)其實(shí)際功能。