孫宇祥，周獻中，徐 爽，唐博建

（南京大學工程管理學院，南京 210093）

0 引言

自從智能計算等先進技術應用于指揮、控制、通信和情報系統(tǒng)以來，人在指揮作戰(zhàn)中的某些功能得到了補充、加強和發(fā)展。運用最新智能技術的系統(tǒng)有：具有自主敵我識別、自主分析敵情和自主決策能力的智能化武器系統(tǒng)、武器設備故障的自動診斷與排除系統(tǒng)、軍用人工智能語言自動翻譯系統(tǒng)、智能軍用圖形、圖像識別系統(tǒng)、軍事智能輔助決策支持系統(tǒng)、智能化作戰(zhàn)模擬訓練系統(tǒng)［1-3］。這些都對于指揮與控制系統(tǒng)的發(fā)展提供了功能上的進一步完善。人機混合智能作為人工智能2.0 的一個重要方向，是一種新型智能形式，它不同于人的智能，也不同于人工智能，是一種跨物種越屬性結合的下一代智能科學體系。人機混合智能旨在通過人機交互和協(xié)同，提升人工智能系統(tǒng)的性能，使人工智能成為人類智能的自然延伸和拓展，通過人機協(xié)同更加高效地解決復雜問題［4］。

但是，也應當看到，任何智能技術設備都不過是人的某些職能的物化而已，現階段的智能技術已經能在一定程度上實現創(chuàng)造性的勞動，但是在態(tài)勢理解方面仍然存在不足，還難以完全替代人［5］?，F階段研究的重點是如何將人的智能與計算智能有機融合，形成一個人機協(xié)同的智能指揮與控制系統(tǒng)，最大化地發(fā)揮智能指揮與控制系統(tǒng)的效用。針對當前指揮與控制系統(tǒng)，人的知識在態(tài)勢認知和態(tài)勢理解方面作用更大，比如可以更好地分析對手主攻方向，采用任務分配的時候，可以更充分地規(guī)劃現有任務［6-8］。因此，分析智能指揮與控制不同環(huán)節(jié)上智能算法與人的知識如何協(xié)同工作，對于未來智能指揮與控制系統(tǒng)的研究具有重要意義。

1 人與智能指揮與控制系統(tǒng)關系定位

在智能指揮與控制系統(tǒng)中，人和智能指控系統(tǒng)的職能劃分：人是系統(tǒng)的核心，主要任務是決策；而有關傳感器的操縱、數據收集、編排、顯示圖形和決策分發(fā)等工作是屬于日常重復性工作，另一部分作戰(zhàn)態(tài)勢的初步評估，作戰(zhàn)方案的生成、作戰(zhàn)方案的自推演等一系列具有創(chuàng)造性的工作，也應逐步由智能指控系統(tǒng)實現。但是任何一個指控系統(tǒng)都不能只依靠系統(tǒng)的操作和由它作出決策，還需要對新的數據或者模糊情況以及事先未預料到的情況進行處理，并作出相應的決策，這個決策應由人來完成。而且因決策是非常重要的任務，必須由人來進行監(jiān)督，以證實所有決策正確［9］。

在完整的系統(tǒng)回路中，人應該有3 個職責：第一，負責監(jiān)督操作；第二，負責處理機器不能解決的模糊信息；第三，負責處理數據詢問和數據檢索。人是系統(tǒng)行為的主體、人和機器共同完成指揮任務，這種共同性是不可分的。其詳細說明如下：

負責監(jiān)督工作：對系統(tǒng)中各模塊運行情況進行監(jiān)督，監(jiān)督系統(tǒng)日常的各模塊是否正常工作，制定相應應急措施，保證整個系統(tǒng)良好地運轉，同時對于決策的效果進行評估，以便及時糾正和改良。

負責處理機器不能解決的模糊信息：對系統(tǒng)未預料的信息進行收集整理，然后建模并分析處理信息，發(fā)現背后的規(guī)律，將各階段的信息數據進行對比，分析出決策是否出現問題，及時糾正問題或者指導接下來的決策。

負責處理數據詢問和數據檢索：建立數據庫查詢和檢索功能，對不同需求的數據進行分類處理，并建立相應的專用庫，綜合不同數據之間的關聯性，根據需求形成精準的多維數據分析報告。

智能指揮與控制系統(tǒng)的根本定位是為人服務的，這是最基本也是最重要的。當然，人也要適應智能指控系統(tǒng)的特性，充分發(fā)揮智能指控系統(tǒng)對人的感官（視覺、聽覺、觸覺等）、腦力（記憶、思維、智能等）的延伸與倍增作用，并受機器運轉規(guī)律的制約［10］。因而，智能指揮自動化系統(tǒng)中應建立使人與指控系統(tǒng)充分結合的人機界面，并在人機界面設計中確立以人為中心的指導思想。

2 智能指揮與控制系統(tǒng)框架及各模塊中人的地位和作用

2.1 情報子系統(tǒng)

情報子系統(tǒng)是決策指揮的重要依據，是指揮員定下作戰(zhàn)決心的基礎?，F代情報傳感器包括雷達、聲納、激光、紅外設備、空中預警機、偵察和預警威脅等，在傳感器接收到戰(zhàn)爭信號后統(tǒng)一傳輸到接收機進行統(tǒng)一接受，接收機把接收到的信息提供給預加工模塊。預加工模塊按規(guī)定要求進行正確性檢查，若報知格式符合規(guī)定要求則往下處理，否則將舍棄；對于以各種坐標形式報來的目標情報數據進行坐標轉換，轉換成統(tǒng)一的以情報中心為原點的直角坐標，以利于內加工模塊進行處理。內加工模塊是機器對情報進行綜合處理工作過程的精加工程序，其功能是對上述已經預加工處理的目標情報進行編批、去重復處理，以及目標航向、航速等運動要素的相關平滑處理，并產生送顯示模塊的表格，以便輸出模塊顯示所掌握的各類目標的當前態(tài)勢。人工干預模塊的主要功能是解釋各種干預命令，以人機結合的方式和內加工程序一起實現對情報的綜合處理。它主要有編批、去重復命令、調看顯示命令、更改命令和清批命令等。顯示模塊是將綜合處理后的情報信息進行輸出處理。一方面將情報信息送本級情報處理中心的顯示設備進行態(tài)勢顯示，以供指揮員實施決策指揮；另一方面根據各種情報的輸出原則及各部門對情報的需求情況，確定傳輸信道、傳輸方式和傳輸密度，上報上級情報中心，通報友鄰部隊和下屬部門，如圖1 所示。

圖1 指揮與控制情報子系統(tǒng)

2.2 輔助決策子系統(tǒng)

輔助決策系統(tǒng)是對指揮員面臨的決策問題能直接提供求解方法和策略支持的人-機系統(tǒng)。輔助決策級的任務應是根據當前的狀況和將要出現的趨勢，向指揮人員提供有效即最佳的或令人滿意的作戰(zhàn)方案。由此分析可得出，輔助決策系統(tǒng)并不是作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的一個獨立分系統(tǒng)，而是現有指揮自動化系統(tǒng)的一個內嵌系統(tǒng)。智能指揮與控制系統(tǒng)的輔助決策子系統(tǒng)由軍事運籌庫和人工智能庫兩部分組成，如圖2 所示。

軍事運籌庫是應用數學方法及現代計算機技術研究作戰(zhàn)活動中的數量關系。軍事運籌庫的框架架構基本上由數據庫管理系統(tǒng)、模型庫管理系統(tǒng)和人機交互系統(tǒng)3 部分組成。模型庫中存放著各類作戰(zhàn)模型，包括計算戰(zhàn)斗時間的網絡模型、分配兵力和兵器的線性規(guī)劃模型以及比較作戰(zhàn)方案的戰(zhàn)役、戰(zhàn)術模型等。數據庫中主要存放敵、友、我各方武器系統(tǒng)性能數據、兵力編制數據、地形和氣象數據等。人機交互系統(tǒng)是人與計算機的接口，計算機可以通過多通道的形式告訴指揮員，它可以做什么工作，如何實現對某些問題的決策，不斷地詢問指揮員需要解決的問題，以及數據和參數的選擇、模型的選擇等。該軍事運籌庫中人機交互方式，可以充分調動和發(fā)揮決策者的主觀能動性，使作戰(zhàn)充分體現決策者意志的決策方案。

人工智能庫是在新技術高速發(fā)展的背景下，利用深度學習、強化學習等相關人工智能技術解決作戰(zhàn)態(tài)勢評估問題、作戰(zhàn)方案生成、作戰(zhàn)方案選擇和作戰(zhàn)方案自推演等問題。這是人工智能從學術研究走向實際應用的關鍵步驟，是取代某個目標領域的人類專家活動的人工智能系統(tǒng)。人工智能庫在判定作戰(zhàn)態(tài)勢的基礎上，把作戰(zhàn)態(tài)勢信息進行加工處理，輸入作戰(zhàn)方案生成模塊，該模塊通過模型求解與作戰(zhàn)態(tài)勢模板，匹配最相近的作戰(zhàn)態(tài)勢方案，并利用深度強化學習技術對作戰(zhàn)方案進行自推演，得出最佳作戰(zhàn)方案反饋給指揮員，供指揮員進行最終判斷，是否根據該方案進行決策，或指揮員稍作修改進而實施。作戰(zhàn)方案自推演是指揮與控制系統(tǒng)智能決策的核心，通過對方案進行自推演，生成一系列未來可能的結果，根據預測的多個作戰(zhàn)方案可能的結果和可行性返回評估值，供指揮員進行決策。人工智能庫中人機關系還是以指揮員為主導，指揮員具有最終決定權，其可以對機器生成作戰(zhàn)方案進行選擇、完善甚至最終取消的權利。

圖2 指揮與控制輔助決策子系統(tǒng)

2.3 武器控制子系統(tǒng)

武器控制子系統(tǒng)是根據作戰(zhàn)指揮模型下達的命令，協(xié)同控制各種武器系統(tǒng)完成攻擊作戰(zhàn)任務，其主要分為指揮引導模塊和武器控制模塊。指揮引導模塊就是運用指揮與控制系統(tǒng)和方法，指引作戰(zhàn)實體進行作戰(zhàn)出航、機動、攔截等戰(zhàn)術動作，并適時將解算出的數據，通報給我方作戰(zhàn)單位，使按指揮員通報的數據和作戰(zhàn)運動諸元駛向目標，發(fā)現目標，并占據有利攻擊位置，對敵進行攻擊，達到戰(zhàn)術效果。其主要包括情報處理模塊、作戰(zhàn)預案模塊和引導結算模塊。武器控制模塊是按照指揮命令對作戰(zhàn)目標進行武器分配和火力打擊等，這類戰(zhàn)術武器系統(tǒng)，一般自身具有一套完整的控制系統(tǒng)，所以指揮與控制系統(tǒng)只要根據總的戰(zhàn)術意圖對其進行控制和管理即可，其主要包括武器解算模塊、武器分配模塊、目標指示模塊、航路計算模塊和武器執(zhí)行模塊等。武器控制系統(tǒng)需要由人來進行操作控制，在收到指控命令后，可以按照指控命令執(zhí)行，但同時也應該保證人可進行干預，防止意外情況出現，如圖3 所示。

圖3 指揮與控制武器控制子系統(tǒng)

3 建立智能指揮與控制人機混合模型

3.1 作戰(zhàn)指揮過程

作戰(zhàn)指揮的首要任務是搜集和處理情報，這是作戰(zhàn)指揮的第一個環(huán)節(jié)。指揮員根據空中偵察、衛(wèi)星偵察和雷達偵察等各種偵察手段得到的情報判斷敵情。在指揮與控制系統(tǒng)中，已有敵我雙方的許多情報數據（如編制人數、武器戰(zhàn)術技術性能等），通常稱為靜態(tài)數據庫［11］。而在戰(zhàn)斗準備階段，指揮與控制系統(tǒng)通過各種偵察手段獲得新的情報信息經過通信設備傳送到指揮所，并將其轉換為數字化信息和規(guī)格化數據后存入指控系統(tǒng)的動態(tài)數據庫中。然后情報子系統(tǒng)對所有接收到的情報信息進行比較、分析、去重復、性質識別、威脅判斷等綜合處理后，作出對情報判斷的結論，存儲備查或分發(fā)到有關指揮員的席位上，同時在態(tài)勢顯示作戰(zhàn)臺位顯示出來，以供指揮決策使用，并上報上級指揮所和通報友鄰部隊及下屬部隊。

在掌握大量情報的基礎上，作戰(zhàn)指揮的第2 個環(huán)節(jié)是制定作戰(zhàn)方案。指揮員根據受領的任務和情報分系統(tǒng)所提供的情報信息，提出決心方案，包括執(zhí)行任務的方法、作戰(zhàn)部署、協(xié)同和指揮的程序等。操作人員將作戰(zhàn)目標輸入指控系統(tǒng)，指揮與控制系統(tǒng)根據戰(zhàn)場實際情況生成多個作戰(zhàn)方案，并進行自推演，評估最優(yōu)方案反饋給指揮員，并用圖形、文字顯示出來。指揮員根據自己的作戰(zhàn)經驗和知識，最終選擇最佳方案，這就是指揮與控制系統(tǒng)的輔助決策過程。

指揮員下定決心后，指揮與控制系統(tǒng)按照指揮員選定的最佳方案，自動、高速地進行作戰(zhàn)計算、戰(zhàn)斗命令擬制、密碼編擬，這些經指揮員確認后，行動要素和作戰(zhàn)命令即可通過通信設備自動迅速地發(fā)出，在執(zhí)行命令的各個下一級指控系統(tǒng)終端上顯示出來，進而按照指令執(zhí)行作戰(zhàn)活動［12-14］。

圖4 作戰(zhàn)指揮過程示意圖

3.2 智能指揮與控制系統(tǒng)人機混合模型

智能指揮與控制系統(tǒng)人機交互模型主要由人工智能庫和軍事運籌庫兩部分組成，其中人工智能庫包含了戰(zhàn)場態(tài)勢顯示模塊、目標空間位置模塊、作戰(zhàn)方案選擇模塊、作戰(zhàn)方案生成模塊和作戰(zhàn)方案自推演模型和威脅目標分析模塊。其中主體是二維俯視角的戰(zhàn)場態(tài)勢顯示模塊，該模塊可分層顯示疊加目標、航線圖和相關地圖標注信息，通過二維顯示更加清晰高效地展示出戰(zhàn)場情況，方便指揮員快速了解局部戰(zhàn)場態(tài)勢情況，初步確定指揮決心。目標空間位置模塊主要針對某一威脅目標進行坐標方位的具體顯示，如下頁圖5 選定7021 批次目標，橫縱坐標分別顯示威脅目標的距離信息和高度信息，通過這兩個關鍵信息迅速輔助指揮員確定該目標的威脅程度，并作為關鍵態(tài)勢信息輸入作戰(zhàn)方案選擇模塊，其中陰影部分為我方打擊范圍。作戰(zhàn)方案選擇模塊根據作戰(zhàn)態(tài)勢輸入的信息（如當前任務、周圍環(huán)境、可能威脅目標類型、既定戰(zhàn)術、交戰(zhàn)規(guī)則）進行自主選擇，篩選出1 套或多套作戰(zhàn)預案來加載，進而進入作戰(zhàn)預案生成模塊，作戰(zhàn)預案生成模塊可以看到一條紅線貫穿生成的作戰(zhàn)預案甘特圖，甘特圖的橫坐標是目標與本方的距離，而若干灰色模塊為上一階段根據態(tài)勢信息加載出的各種軟硬對抗手段，根據目標距離的接近，梯次采取各種應對。值得注意的是，在這一部分可以簡潔快速地展示給指揮員所需進行的行動，并按照甘特圖依次執(zhí)行進而形成作戰(zhàn)方案，同時指揮員也可以直接在該模塊手動操作，快速刪除和添加指揮員認為應該執(zhí)行的模塊，較好地實現了指揮與控制系統(tǒng)的人機混合，實現機器輔助，指揮員決定作戰(zhàn)方案的目標。選定作戰(zhàn)方案后進入自推演模塊，該模塊根據指揮員和機器確定的作戰(zhàn)預案進行快速推演，評估出該方案的推演結果以及成功概率，并給出相應的執(zhí)行建議。下方的8 個目標為智能指控系統(tǒng)給出的8 個威脅目標，根據各目標的具體信息顯示出前4 個為高威脅目標，以及后4 個為低威脅目標。并在各威脅目標板上顯出目標批號、類型、方位、距離、是否接近我方、敵我識別以及實時提示信息，選中各威脅目標板會顯示出目標更詳盡的態(tài)勢信息。

軍事運籌庫主要由數據庫管理系統(tǒng)和模型庫管理系統(tǒng)組成，分別包括了武器系統(tǒng)性能數據、兵力編制數據、地形和氣象數據，以及戰(zhàn)斗時間計算模型、兵力兵器分配模型、作戰(zhàn)方案比較模型等。智能指揮與控制系統(tǒng)通過語音、觸摸屏以及鍵盤多通道進行操作，指揮員可以進行參數選擇、模型選擇、態(tài)勢信息輸入、作戰(zhàn)預案選擇、作戰(zhàn)預案生成干預等，最終在智能指揮與控制系統(tǒng)的輔助決策下形成作戰(zhàn)決心，如圖5 所示。

4 智能指揮與控制系統(tǒng)人機混合模型優(yōu)化方法

人具有觀察注意力、記憶理解力、思維想象力和實踐創(chuàng)造力等。人的這些特性表現在作戰(zhàn)指揮上，則是具有深刻的分析判斷能力、實踐創(chuàng)造性指揮以及在危急情況下果斷采取措施和糾正錯誤的能力等。軍事活動是極其復雜的，在很多情況下，都需要指揮員發(fā)揮創(chuàng)造性，去尋找解決特殊問題的途徑。指揮員在復雜緊張的作戰(zhàn)中的冷靜沉著、靈活機動指揮，是任何智能計算設備所不能替代的。另一方面，也應當看到人的短處，如容易疲乏、注意力易分散、對信息的記憶能力低、記憶容量小、單位時間內的工作效率不高、情感因素影響等。智能指揮與控制可以有效解決這些問題，因此，只有人機二者有機融合，更好地優(yōu)化人機混合模型，才能更好地發(fā)揮指控系統(tǒng)的整體作用。

圖5 智能指揮與控制系統(tǒng)人機混合模型

4.1 人機結合，必須科學分工，密切協(xié)調

人機結合，科學的人機功能分工是智能指揮控制系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，根據人和機器在完成指控系統(tǒng)的不同任務時各自的功能特點進行合理分工，達到人與機器的最佳配合，能使人機系統(tǒng)可靠、有效地發(fā)揮作用。在復雜緊張的作戰(zhàn)中，指揮員冷靜沉著、靈活機動的指揮，是任何智能計算設備所不能替代的，因此，應當充分發(fā)揮人類在解決非結構性和半結構性問題的優(yōu)勢［15］。另一方面，也應當看到人的短處，人的能力受其自身的先天條件、行為習慣、情感因素等多方面影響，尤其是在高對抗的作戰(zhàn)環(huán)境中，指揮員容易疲乏、注意力易分散，導致對信息的記憶能力降低、記憶容量變小、單位時間內的工作效率降低，而智能指揮與控制可以有效解決這些問題。因此，只有人機二者有機融合，才能有效發(fā)揮指控系統(tǒng)的整體作用，最大化地提高指揮與控制系統(tǒng)效能。

在智能指揮與控制系統(tǒng)中，人和機器各有自己的能力和長處，歸納起來如表1 所示：

表1 人和機器能力對比

由表1 分析可知，在人機分工方面，原則上人應盡量將更多的日常重復性工作交由機器執(zhí)行，在指揮人員的監(jiān)控下將信息處理、方案評估、輔助決策、制定計劃等部分指揮權限交給智能指揮控制系統(tǒng)，同時充分發(fā)揮指揮員的創(chuàng)新認知能力，實現科學合理的分工。

4.2 智能指揮與控制系統(tǒng)各組成部分之間要密切關聯，提高整體效能

智能指揮與控制系統(tǒng)是由多個子系統(tǒng)組成的。要贏得未來高技術戰(zhàn)爭的勝利，僅靠幾件先進的武器裝備、技術手段和分散獨立的系統(tǒng)是不可能的，必須要有以指揮員為核心的一體化智能指揮控制系統(tǒng)。從高級指揮人員到基層作戰(zhàn)人員，從各軍兵種的部隊、人員、作戰(zhàn)平臺到指揮、情報偵察、預警探測、通信、電子戰(zhàn)和精確打擊的各個功能，都應統(tǒng)一在一個一體化的網絡之內。而實現這個一體化網絡的關鍵就是人的參與，指揮員是指揮控制系統(tǒng)的核心，應當在指揮員的引導下，加強指控系統(tǒng)各組成部分之間的聯系，實現無障礙、最快捷、最準確的信息傳遞，實現全網內信息共享，以確保協(xié)同指揮，充分發(fā)揮各種武器裝備、技術手段和系統(tǒng)的整體作戰(zhàn)效能。

4.3 人機結合的關鍵是發(fā)揮人的功能，實施創(chuàng)造性的指揮

人具有觀察注意力、記憶理解力、思維想象力和實踐創(chuàng)造力。人的這些特性表現在作戰(zhàn)指揮上，則是具有深刻的分析判斷能力、創(chuàng)造性指揮能力以及在危急情況下果斷采取措施和糾正錯誤等能力［16］。軍事活動是極其復雜的，在很多情況下，都需要指揮員發(fā)揮創(chuàng)造性，去尋找解決特殊問題的途徑。這尤其體現在作戰(zhàn)過程中的理解作戰(zhàn)意圖、選定決策類型、確定決策目標、制定約束條件、正確處理多目標問題等關鍵環(huán)節(jié)。作戰(zhàn)指揮是門藝術，科學計算必不可少，卻不是全部。要想通過智能機器建立準確的數學模型，來模擬指揮藝術的生成機制與作用機理，是很難做到的。因此，即使人工智能發(fā)展到高級階段，也只能做到“科學”地指揮，而非“藝術”地指揮。智能指揮與控制系統(tǒng)中人機結合的關鍵即是發(fā)揮人的功能，實施創(chuàng)造性的指揮。

4.4 智能決策的定位是輔助，而不能代替人

對于智能指揮與控制系統(tǒng)，完全用人或全部用系統(tǒng)來處理都不合適。這是由于現代戰(zhàn)爭快速多變，二者都不能滿足要求。因此，智能指揮與控制系統(tǒng)應是由機器處理日常事務和進行智能計算、輔助決策。尤其強調的是，對于智能指揮與控制系統(tǒng)中的智能決策功能，應該定位于輔助地位，而不是替代指揮員進行決策。智能指揮與控制系統(tǒng)在獲取作戰(zhàn)態(tài)勢信息后可以進行作戰(zhàn)預案的篩選，生成作戰(zhàn)方案，并在作戰(zhàn)方案確定后可進行自推演，但在各個階段都要保證指揮員可以進行人工干預，在人機混合模型中保留指揮員干預的接口，在每一個環(huán)節(jié)都可以確立人的主導地位。設立人工監(jiān)督模式，保證人可以主動干預決策，也可以取消系統(tǒng)提供的作戰(zhàn)方案，實現智能指揮與控制系統(tǒng)的人工監(jiān)督，將作戰(zhàn)指揮的核心權力——決策權牢牢抓在指揮員手里。

5 結論

在智能指揮與控制系統(tǒng)中，人和系統(tǒng)是兩個不可分割的組成部分，既要看到人是決定性的因素，又要看到智能系統(tǒng)的重要作用?？茖W技術確定了可能性的界限和基礎，而具有能動意識的人，則解決了把可能變?yōu)楝F實過程中的各種問題。直接攻克機器智能這條路艱難且漫長，只有通過人機結合，可以更多地體會到系統(tǒng)對智能指揮與控制系統(tǒng)的深刻影響與不同。充分發(fā)揮智能指控系統(tǒng)對人的感官（視覺、聽覺、觸覺等）、腦力（記憶、思維、智能等）的延伸與倍增作用。因而，智能指揮自動化系統(tǒng)中應建立使人與指控系統(tǒng)充分結合的人機界面，并在人機界面設計中確立以人為中心的指導思想，形成不過于強調人工智能，又對人的智能不能忽略，建立人機協(xié)同的智能指揮與控制系統(tǒng)交互模型，為未來智能指揮與控制系統(tǒng)的研究奠定基礎。