陶 偉，高貴朋，羅 浩，汪匯川

(1.海軍研究院,北京 100161;2.江蘇自動(dòng)化研究所,江蘇 連云港 222061)

1 指控智能人機(jī)交互的需求分析

1.1 智能化的作戰(zhàn)決策需求

隨著現(xiàn)代海戰(zhàn)作戰(zhàn)域深度、廣度以及裝備技術(shù)的發(fā)展,艦艇的作戰(zhàn)使命也由原來(lái)的單艦作戰(zhàn)演變?yōu)榫庩?duì)作戰(zhàn),對(duì)作戰(zhàn)指控功能和性能提出更高要求。在信息化、網(wǎng)絡(luò)化的作戰(zhàn)條件下,艦艇在執(zhí)行復(fù)雜作戰(zhàn)任務(wù)時(shí),指控系統(tǒng)接收、處理、分析海量目標(biāo)數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù),并結(jié)合戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)控制多種武器完成全方位立體作戰(zhàn)[1-3]。如何輔助指揮員從海量數(shù)據(jù)里面提取有用的作戰(zhàn)指揮信息,并做出快速反應(yīng)和正確的決策是指控系統(tǒng)人機(jī)交互中第一要?jiǎng)?wù)。

1.2 高效、便捷指控操作的需求

現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)瞬息萬(wàn)變,反應(yīng)時(shí)間越短,在作戰(zhàn)過(guò)程中占據(jù)的優(yōu)勢(shì)就越大;反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),則會(huì)增加敵方采取發(fā)現(xiàn)、規(guī)避甚至反擊的機(jī)會(huì)。緊急遭遇情況下,操作人員在嘈雜的環(huán)境中,因緊張、精神疲勞等因素極易造成操作失誤,導(dǎo)致大大增加操作時(shí)間,降低操作效率。指控系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間由數(shù)據(jù)處理時(shí)間、人機(jī)交互時(shí)間、武器反應(yīng)時(shí)間等幾部分組成,現(xiàn)有技術(shù)體系下,數(shù)據(jù)處理和武器的反應(yīng)時(shí)間大幅提高空間非常有限,而智能人機(jī)交互的研究還處于起步階段,所以便捷高效的人機(jī)操控可有效縮短作戰(zhàn)反應(yīng)時(shí)間。根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)組織用戶人機(jī)交互界面,向指揮員呈現(xiàn)關(guān)注的信息,根據(jù)具體特定需求、特定事件、特定時(shí)間、特定方式,向指揮員推送特定的信息,便于指揮員進(jìn)行決策;或者通過(guò)分析平時(shí)訓(xùn)練過(guò)程中各種態(tài)勢(shì)下記錄的系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)據(jù),分析操作手的操作習(xí)慣以及作戰(zhàn)任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中的上下文信息,自動(dòng)判斷系統(tǒng)要完成的功能,自動(dòng)對(duì)人機(jī)交互界面進(jìn)行調(diào)度,提高操作手的操作精度和準(zhǔn)度,實(shí)施快速指揮。

2 基于MAS的智能人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)方法

2.1 MAS技術(shù)

MAS是多智能體集合,利用多智能體之間相互協(xié)作,感知并響應(yīng)環(huán)境的變化,并做出主動(dòng)、理性的行動(dòng),通過(guò)學(xué)習(xí)、推理、相互協(xié)作解決問(wèn)題[4]。MAS模型如圖1所示。

MAS能夠感知外界的環(huán)境信息,隨環(huán)境、上下文以及語(yǔ)境的變化做出響應(yīng);能夠與使用者、其他Agent交互溝通和協(xié)作;能夠按照自由規(guī)律獨(dú)立運(yùn)行,自主進(jìn)行判斷,根據(jù)運(yùn)行預(yù)期進(jìn)行修正反饋[5]。上述特點(diǎn)使得人們可以有效地利用MAS解決智能人機(jī)交互問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)指控人機(jī)交互界面自動(dòng)調(diào)度、參數(shù)智能推薦以及作戰(zhàn)信息的智能推送。

2.2 智能人機(jī)交互系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)指控系統(tǒng)人機(jī)交互的智能化、便捷化,需充分繼承已有應(yīng)用子集,利用多種數(shù)據(jù)庫(kù)提供的大數(shù)據(jù)支持下,利用MAS等多智能體之間協(xié)調(diào)、分析、處理,進(jìn)而得到一個(gè)最優(yōu)的人機(jī)交互處理方案并反饋給指揮員，如圖2所示,主要包括基礎(chǔ)設(shè)施層、基于MAS的智能交互集與應(yīng)用子集、作戰(zhàn)任務(wù)包等三層。

2.3 MAS人機(jī)交互子集設(shè)計(jì)

在上述三層結(jié)構(gòu)中,MAS智能人機(jī)交互集的設(shè)計(jì)是重中之重。在既定的指控系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用子集和各種作戰(zhàn)任務(wù)前提下,通過(guò)設(shè)計(jì)MAS智能人機(jī)交互集,利用多智能體之間以及現(xiàn)有應(yīng)用子集的協(xié)調(diào)、處理,最終得到人機(jī)交互處理方案。其中任務(wù)分解Agent將作戰(zhàn)任務(wù)根據(jù)人機(jī)交互需求分解為若干子功能,之后通過(guò)功能Agent、意圖Agent、上下文分析Agent三部分針對(duì)每個(gè)子功能建模、分析、迭代匹配進(jìn)行作戰(zhàn)意圖預(yù)判,并通過(guò)交互整合Agent自動(dòng)對(duì)人機(jī)交互進(jìn)行調(diào)度輸出,自學(xué)習(xí)Agent是對(duì)訓(xùn)練過(guò)程進(jìn)行自我記憶進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的精度和準(zhǔn)度。最后下面簡(jiǎn)單對(duì)任務(wù)分解Agent、功能模型Agent、意圖分析Agent、上下文分析Agent、交互整合Agent、自學(xué)習(xí)Agent展開(kāi)設(shè)計(jì)。

任務(wù)分解Agent首先對(duì)任務(wù)輸入進(jìn)行分析,并根據(jù)輸入的指令,將戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息等進(jìn)行整合分析,利用匹配模型和模型庫(kù)中已有模型進(jìn)行匹配,確定與任務(wù)關(guān)聯(lián)的子任務(wù),其流程圖見(jiàn)圖3。

功能模型Agent以任務(wù)分解Agent的輸出項(xiàng)為輸入,根據(jù)子功能的輸入、輸出以及特性提取特征,與模型庫(kù)中已有模型的特征進(jìn)行匹配,確定與任務(wù)關(guān)聯(lián)的子任務(wù),一般子任務(wù)為指控系統(tǒng)軟件應(yīng)用子集的子類(lèi),其流程圖見(jiàn)圖4。

意圖分析Agent首先根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)和戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì),明確所處各個(gè)作戰(zhàn)階段的輸入輸出,分析戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì),并對(duì)所處環(huán)境等因素進(jìn)行攻防決策分析,此時(shí)需對(duì)典型態(tài)勢(shì)庫(kù)、海洋環(huán)境庫(kù)等進(jìn)行檢索和匹配,根據(jù)匹配結(jié)果進(jìn)行作戰(zhàn)指令分析,最后通過(guò)構(gòu)建求解意圖模型,形成作戰(zhàn)意圖,移交至上下文分析Agent進(jìn)行上下文分析,其流程見(jiàn)圖5。

上下文分析Agent根據(jù)作戰(zhàn)意圖及個(gè)人偏好分析下一步作戰(zhàn)指令,進(jìn)而形成自適應(yīng)作戰(zhàn)命令,進(jìn)一步對(duì)需要裝訂的各項(xiàng)參數(shù),根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)對(duì)參數(shù)庫(kù)中的參數(shù)進(jìn)行檢索和匹配,消除沖突,自動(dòng)給出作戰(zhàn)參數(shù),并將輸出結(jié)果移交給交互整合Agent,其流程見(jiàn)圖6。

交互整合Agent通過(guò)對(duì)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、功能鍵等輸入通道的輸入信息以及語(yǔ)音、顯示器、大屏等輸出通道的輸出信息進(jìn)行統(tǒng)一優(yōu)化整合。對(duì)于輸入信息,基于時(shí)序、通道優(yōu)先級(jí)及使用者的習(xí)慣等因素進(jìn)行句法和詞法的整合、分析、檢索和匹配,形成確切的作戰(zhàn)指令,移交功能子集進(jìn)行處理。對(duì)于輸出信息,同樣基于時(shí)序、通道優(yōu)先級(jí)及使用者的習(xí)慣對(duì)輸出信息進(jìn)行優(yōu)化整合,自適應(yīng)的向指揮員(或操作手)推送特定的指揮信息,其流程見(jiàn)圖7。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)艦艇指控系統(tǒng)人機(jī)交互現(xiàn)狀和需求進(jìn)行了分析,面向未來(lái)的海上信息化作戰(zhàn),為滿足高效、便捷作戰(zhàn)指控需求,提出了一種基于MAS技術(shù)的指控智能化人機(jī)交互框架,并開(kāi)展Agent設(shè)計(jì),為未來(lái)艦艇指控系統(tǒng)智能化提出了一種有效的解決方案。