國外軍用領域人工智能發展規劃及艦船智能化技術運用

桂士宏，鄒念洋，李 楠

(1.中國船舶集團有限公司，北京 100097；2.中國船舶集團有限公司第七一四研究所，北京 100101)

0 引 言

近年來，美國、日本、俄羅斯、英國等主要國家已將人工智能上升為國家戰略進行布局，軍方、政府和民間智庫紛紛出臺一系列軍用領域人工智能戰略規劃，加大經費投入力度，加快推進人工智能相關技術在軍用領域的發展應用。在艦船領域，智能化發展已成為共識。各國智能化技術的體系化布局和重點突破正推動艦船智能化向更深層次發展。

1 國外頂層規劃

1.1 美國人工智能戰略規劃

美國在人工智能研究方面一直處于世界最前沿，其政府在人工智能研究中發揮了關鍵作用，商業部門也積極參與人工智能相關研發。美國的政府、智庫發布了一系列人工智能頂層戰略，規劃人工智能在國防安全領域的應用，評估人工智能為國防安全帶來的影響，美國國防部和各軍兵種也發布了各自的人工智能戰略或路線圖。

1）國防部

2018 年8 月，美國國防部發布了《2017-2042 年無人系統綜合路線圖》，旨在為快速發展的無人系統技術領域制定為期30 年的指南，推動全局范圍的協作和實現相關工作的標準化，該路線圖意在發揮人工智能和機器學習的巨大潛力，同時解決將無人系統武器化所產生的政策挑戰[1]；2019 年2 月，美國國防部發布了《2018 國防部人工智能戰略概要》，著重強調了發展人工智能的重要意義，分析了美國國防部在人工智能領域面臨的戰略形勢，闡明了美國防部部署人工智能的戰略舉措及重點領域。

表1 美國人工智能頂層戰略Tab.1 The United States' top-level strategies on artificial intelligence

2）各軍兵種

1995 年10 月，美國海軍開始“智能艦”計劃；1995 年11 月，美國海軍司令部、海上系統司令部、海軍水面戰中心（NSWC）成立小組進行“智能艦”計劃概念研究；1996 年2 月，美國海軍作戰部長批準智能艦計劃；1999 年，美國海軍提出“智能航母”計劃，以“智能艦”計劃為模板，將相關技術應用于未來新型航母CVX（即現在的“福特”級航母）上，同時也用于改裝當時在役的航母。2018 年3 月，美國海軍完成《無人系統戰略路線圖》，為無人系統納入海軍作戰的各個方面提供指南，描述了海軍部當前的無人系統狀態，并展望無人系統的未來應用以及其將提供的能力[2]；2019 年9 月，美國海軍發布了《海軍人工智能框架》報告，介紹了美海軍面臨的挑戰以及如何將人工智能應用與海軍關鍵任務聯系起來，并說明了人員配備和組織機構要求、政策考慮以及美海軍高效使用人工智能所需的措施[3]。

2017 年3 月，美國陸軍發布《機器人與自主系統戰略》文件，詳細描述了陸軍如何將機器人與自主系統集成到未來部隊中，使其成為陸軍武器裝備體系的重要組成部分。該戰略確立了機器人與自主系統未來發展的5 個能力目標，明確了機器人與自主系統在近期、中期和遠期的優先發展事項與投資重點。

2019 年9 月，美國空軍發布了《2019 年度人工智能戰略》，旨在推動未來預算和規劃周期的決策，通過重點領域和目標發展空軍人工智能生態系統，同時強調了人工智能能力對其執行21 世紀任務的重要性。

3）相關智庫

2017 年7 月，美國哈佛大學肯尼迪政治學院發布《人工智能與國家安全》報告，分析了人工智能技術在軍事、信息、經濟等方面的變革潛力，并從國家安全角度對美國政府人工智能技術發展及管理提出了目標和建議[4]；2018 年4 月，美國戰略與預算評估中心發布《未來地面部隊人機編隊》報告，報告主要從發展未來地面部隊人機編隊的主要推動因素、可使未來地面部隊在戰爭中獲得競爭優勢的三大人機編隊形式、發展未來人機編隊面臨的主要挑戰，以及通過人機編隊提高未來地面部隊作戰效能4 個方面對未來地面部隊人機編隊進行闡述[5]。

1.2 其他國家人工智能戰略規劃

除美國外，北約、英國、日本、俄羅斯也發布了一系列人工智能頂層戰略，意在為本國軍用領域人工智能技術設立發展目標、規劃發展路線、制定應用舉措。日本大力開展人工智能技術應用研究，將無人技術和智能化技術作為軍事技術發展的重點方向；英國強調人工智能等前沿科技在國防與安全領域的重要作用；俄羅斯謀求在人工智能領域的世界領先地位，加快推進人工智能技術在國防領域的發展與應用。

1）日本

2016 年3 月，日本野村綜合研究所發布了《至2020 年人工智能技術路線圖》報告，預測了日本未來5 年左右在語音識別、圖像識別、自然語言處理等技術的發展與應用情況；2016 年8 月，日本防衛省發布《防衛技術戰略》，提出應根據智能化、網絡化和無人化技術的發展趨勢，發展滿足自衛隊未來作戰需求的武器裝備[6]；2016 年8 月，日本防衛省發布《中長期技術規劃》，將地面、空中和海上無人系統列入重點發展的軍事技術領域，將無人技術和智能化技術作為軍事技術發展的重點方向。

2）英國

2017 年10 月，英國國防部發布《科學與技術戰略2017》，突出強調了人工智能等前沿科技在英國國防與安全中的重要作用，并提出推動國防科技創新的政策舉措；2019 年9 月，英國國防部發布《國防創新技術框架》文件，確定了英國重點發展的國防創新技術，包括先進材料、人工智能等七大技術群，并闡述其最具潛能的軍事應用領域。

3）俄羅斯

2016 年，俄羅斯國防部發布《2025 年前發展軍事科學綜合體構想》，明確提出將分階段強化國防科研體系建設，以促進創新成果產出，并將人工智能技術、無人自主技術作為俄軍事技術在短期和中期的發展重點；2017 年，俄羅斯國防部發布《2018-2025 年國家武器裝備計劃》，提出為俄羅斯武裝力量提供基于新物理原理的武器，以及超高聲速武器樣機、智能化機器人系統和新一代常規武器裝備。

表2 其他國家人工智能頂層戰略Tab.2 Other countries' top-level strategies on artificial intelligence

2 技術應用

感知、處理、反饋等人工智能基礎技術的日趨成熟，促進了艦船智能化技術的發展[7]。20 世紀末，以美國為首的西方國家逐步開展“智能艦”計劃等研究工作，拉開了智能艦船技術發展的帷幕。進入21 世紀，美海軍開展大量項目研發，加速推進艦船智能化技術的轉化運用，包括船舶狀態監控、船舶智能操控、目標探測識別和作戰輔助決策等多項技術得到了重點應用。

2.1 船舶狀態監控技術

船舶狀態監控通常由智能化船舶數據管理系統來實現。智能化船舶數據管理系統綜合應用物聯網傳感技術、監控技術、船載衛星寬帶通信技術，從而實現船、岸兩端對船上各專業設備運行工況的實時監控。目前船舶狀態監控技術已在美國海軍的綜合狀態評估系統（ICAS）和企業級遠程監控系統（ERM）上得到應用。

美國海軍的綜合狀態評估系統（ICAS）配置了與專業導航設備相連接的故障排除邏輯電路，可預測和探測即將來臨的故障，診斷特殊故障模塊，并提出專業解決方案。其利用船舶狀態監控技術，可為智能艦上的各種機械設備提供狀態評估、診斷、趨勢分析和維護管理能力。此外，ICAS 還可通過陸地網絡或衛星與岸上美國海軍維護數據庫相連，以實時接收艦艇狀態數據，為岸上基地做出艦艇的保養規劃提供參考。

企業級遠程監控系統（ERM）是美國海軍基于狀態維修系統（CBM）的新一代船舶狀態監控系統，ERM 的首次部署是將該系統集成到DDG-1 000 驅逐艦架構中，并將逐步在其他艦船中改裝。ERM 的運作依附于DDG-1 000 的全艦計算環境（TSCE），TSCE 對ERM 運行的硬件具有控制權。利用船舶狀態監控技術，ERM 系統可實現故障預測、增強性能分析、自動數據訪問、拓展登入功能、傳感器計算分析等功能。

2.2 船舶智能操控技術

船舶智能操控依托于對艦船的駕駛室、控制室、態勢感知室等進行智能化融合，可實現全艦平臺信息的集成，縮短了艦船對環境和威脅的反應時間，也可減少對艦員數量的需求。

2015 年，法國艦艇建造局（DCNS）在歐洲海軍裝備展上發布了XWIND 4 000“全數字化”概念艦設計方案，該方案運用了語音控制技術、體感技術、增強現實技術，使艦員在艦橋上擁有360°全方位視野。所有的數字化系統均運行于安全的數據中心體系結構上，該體系結構處于能根據作戰需求變化而分配相應資源的虛擬環境中。

圖1 XWIND 4 000 概念艦模型Fig.1 XWIND 4 000 concept ship model

2018 年，米克洛斯系統公司成功為“自由”號近海戰斗艦（LCS-1）安裝并測試AN/SYM-3 系統，該系統運用了船舶智能操控技術，采用智能傳感器，其可基于模型的預測架構將大量數據整合、分析并轉換成可用于操作、維護和后勤保障的信息。

2019 年，日本三菱重工在海空天防務展發布了將用于日本30DX 護衛艦上的“先進綜合戰情中心”設計方案，該方案運用了船舶智能操控技術、增強現實技術，通過360°環狀屏幕墻將駕駛室、態勢感知室、主機和動力控制室、戰情中心聯合在一起，提供全景展示環境，使戰斗指揮員及時獲取和利用最新的情況信息，同時還可以讓艦員通過多功能控制界面執行作戰、導航和通信等幾乎全部的艦上指揮與控制工作。

圖2 30DX 護衛艦的先進集成戰情中心設計方案Fig.2 30DX frigate's advanced integrated CIC design

2.3 目標探測識別技術

目標探測識別依托圖像處理技術，對敵方情報及圖像進行識別、分類和信息處理，自動提供輔助決策建議，可以依靠計算機軟件迅速準確地發現和識別符合打擊要求的目標[8]。

美國Genex 技術公司為美國海軍研制一型名為OmniEye CerberusTM 的智能化視頻/紅外全景監視系統，該系統運用了目標探測識別技術，可實現目標探測、跟蹤、分類、告警設置、數字記錄和視頻分析，適合停泊在港口的艦船，用于探測跟蹤非法進入的人員和船只。

美國Knexus 公司與美國海軍研究實驗室（NRL）聯合開發了“海上活動分析工作臺”（MAAW）系統，該系統是一種實時海上視頻監視工具，運用了目標探測識別技術，可在海軍艦船進入海港、海灣和港口等近海區域以及各種內陸水道時為艦船值更官和軍官提供安全防護決策支持。

2013 年，DARPA 戰術技術辦公室（TTO）啟動“戰術偵察節點”（TERN）項目，并與美國海軍聯合開展研究，旨在發展一種中小型水面艦艇搭載的中空長航時（MALE）固定翼無人機，該無人機運用了發射回收技術、目標識別技術，可依靠視頻監視系統對海上目標艦艇進行長時間情報監視偵察，或實施打擊。TERN 項目的無人機已于2018 年底進行一系列海上飛行試驗，計劃于2022 年批量生產，2024 年形成作戰能力。

圖3 “戰術偵察節點”無人機示意圖Fig.3 The schematic diagram of tactically exploited reconnaissance node (TERN) UAV

2.4 作戰輔助決策技術

人工智能技術中的機器學習、神經網絡、預測分析等技術，已廣泛用于作戰輔助決策領域，可加快數據處理速度，實現機器語言與人類語言間的轉化，提高人機交互水平。面對現代戰爭空前苛刻的戰場響應和精準指揮要求，具備高速計算與方案規劃能力的人工智能可扮演戰場指控系統的“神經中樞”，實現對戰場態勢的智能感知。未來，智能指揮決策系統可高效處理海量戰場數據信息，提供輔助決策，將對作戰樣式產生變革性影響。

2014 年，美國海軍啟動“智能協同作戰”（ICE）項目，包括“聯合電子攻擊”（CEA）和“聯合反艦作戰”（CASE）2 個系統，該項目運用了作戰輔助決策技術，可通過自主結合防區內電子戰和動能殺傷武器，摧毀拒止圈內的艦艇。

2017 年1 月，美國海軍海上系統司令部授予ASSETT 公司“海軍未來作戰系統”（CSoF）項目，負責改進AN/BYG-1 潛艇戰術控制系統等現有作戰系統。改進后的AN/BYG-1 系統運用了體系架構軟件設計和作戰輔助決策技術，提高指控與輔助決策能力。

2019 年，英國BAE 系統公司提出了“海軍未來作戰系統”構想，該系統運用了增強現實技術、作戰輔助決策技術，將人工智能工具整合到作戰系統，方便艦員快速處理信息，加快作戰決策速度，提高海軍艦艇作戰能力。

2019 年，西班牙國防部軍備物資局授予英德拉公司Soprene 項目合同，該項目為期2 年，運用了作戰輔助決策技術，利用神經網絡算法進行艦載傳感器大數據信息處理，利用分析結果提高預防性維護能力，保障艦艇的可靠性。

3 結 語

未來，艦船智能化正朝著網絡互聯、數據支撐、智能控制、自主決策、多域一體協同的方向發展。除當前重點應用的船舶狀態監控、船舶智能操控、目標探測識別和作戰輔助決策等領域外，無人自主作戰、人員作戰訓練等領域也將在未來得到重點發展。我國艦船智能化技術的研究與應用尚處于起步階段，現階段有必要做好艦船智能化技術發展的頂層規劃論證，形成體系化建設發展思路，明確技術發展路線圖，逐步解決相關技術問題，從而不斷推動艦船智能化水平提升。