無人智能化裝備建設與運用研究

楊 勇，朱安石，路明磊

(1.中國人民解放軍63936部隊，北京100093；2.國防大學聯合勤務學院，北京100858)

0 引言

無人化裝備已逐步取代人類充當戰場前鋒，目前人工智能技術是軍事發展中最活躍、最革命性的因素之一，無人化裝備與智能化算法相結合形成的無人智能化裝備必將重構從“傳感器”到“射手”的各個環節，引起戰爭形態和作戰方式的深刻變革，為各國軍事發展注入新的動能。世界各軍事強國紛紛建立無人智能化研究機構，科學地制定發展路線圖，前瞻部署重大無人智能化項目，加強無人智能化裝備的建設與運用研究，爭取在新一輪科技革命浪潮的推動下實現“抵消戰略”和“降維攻擊”。

1 加強無人智能化裝備平臺建設，提升無人智能化裝備體系作戰能力

美國國防部在“第三次抵消戰略”中提出要聚焦人工智能與自主技術，開發驗證無人機蜂群作戰、人機協同作戰、智能認知作戰、數據開源作戰和全域滲透作戰等作戰模式，提升作戰平臺的智能化、無人化和自主化。美國、俄羅斯、日本和英國等軍事強國已將無人智能化裝備的發展上升為國家戰略，從陸地、水面、水下和空中各領域加速推進無人智能化裝備的普遍智能化。

1.1 無人智能化陸上裝備體系建設

美國波士頓動力(Boston Dynamics)公司[1]致力于研究人工智能仿真和具有高機動性、靈活性和移動速度的先進機器人[2]，研制了SpotMini，Spot，Atlas和Handle等機器人，SpotMini能夠行走、小跑和上樓梯，被踢之后還能恢復姿勢，Spot在24 h不補給的情況下可攜帶181.44 kg負載行進32.18 km，Handle雙足輪式機器人可平穩靈活地越過各種障礙物，還可以跳上1.2 m高的平臺。俄羅斯戰略導彈部隊研制的“狼-2”移動式機器人系統，能夠在35 km/h的行進情況下瞄準目標并開火，還可以完成重點區域的巡邏、偵察警衛等任務，是核武器和彈道導彈的“金牌保鏢”。日本的阿西莫(ASIMO)人形機器人不但能跑能走、上下階梯，還會踢足球和開瓶倒茶倒水，更具備了人工智能，是最先進的仿人行走機器人之一。我國民用陸上無人智能化平臺[3]發展較快，百度旗下自動駕駛平臺Apollo于2015年12月在北京進行了高速公路和城市道路的全自動駕駛測試，2020年前逐步開發至高速公路和普通城市道路上的全自動駕駛。2018年，京東的無人配送車已經開上了街頭，在解決最后一公里的配送難題上邁出了實質性一步。無人智能化陸上裝備建設應立足打贏未來智能化戰爭，建設無人智能化陸上裝備體系，為適應未來智能化作戰貢獻陸上方案。

1.2 無人智能化水面裝備體系建設

伴隨科技的飛速發展，無人艦艇[4-6]開始嶄露頭角，它不受人員體力限制，遭受攻擊時不會造成人員損失，運行成本低，生存能力強，還可與有人平臺配合形成高效反潛模式，彌補潛艇和水面有人艦艇搜潛力量不足的問題。以色列2009年率先啟用現代化無人艦艇，“保護者”無人水面艇被用于沿黎巴嫩海岸巡邏并監控特定對象的活動，機動性很高，最高時速50節。美國2016年將第一艘反潛戰持續跟蹤無人艇命名為“深海獵鯊”號，可航行幾個月、數千海里，在12節航速下，能航行10 000海里，該艇能自主航行監視，全天候在載人艦船附近進行安全航行，運行成本1.5～2萬美元/天。2018年美軍接收了“海上獵人”無人駕駛軍艦，長40 m，航速最高可達27節，裝備多種傳感器和先進光學設備，專為探測跟蹤無聲柴電潛艇設計制造。2018年12月在上海的展覽會上，中國展示了世界上最快的“天星-1”海上無人艇，該艇排水量7 500 kg，長12.2 m，用于海上巡邏，裝備遙控戰斗組件，它包括1挺88式(QJC88)12.7 mm機槍和1個光電站。和無人機一樣，無人艦艇進入艦隊編制后，海上戰場迷霧難以維持，指揮官的戰場視野將顯著提升，無人艦艇有望在未來變革海上戰爭形態。

1.3 無人智能化水下裝備體系建設

無人水下航行器(UUV)[7-8]在結構設計上不受潛艇人員的生理限制，能夠在極端惡劣的戰場環境下以“零傷亡”完成預定任務。由于在體積、使用和維護上的綜合優勢，其在戰場中的力量配置和戰術運用更靈活，更適合在重防區域、不明海域等非常規作戰環境執行相應軍事任務。2019年2月13日，美國海軍授予波音公司建造4艘“虎鯨”超大型無人潛航器，該潛航器長51英尺，可自主航行6 500海里，用于水下偵查、水雷戰、反潛戰、電子戰和打擊任務，在一定程度上填補了美海軍打擊武器裝備系統的空白。我國研制的“海翼”系列水下滑翔機能夠搭載多種載荷，具備在大洋進行海洋探測的能力，能為大洋水文資料和海底地形獲取提供了重要手段。隨著水下無人潛航器的快速發展，水下戰場將呈現無人化趨勢，水下無人潛航器作戰應用范圍和深度不斷拓展，將改變傳統水下作戰模式，催生新型作戰力量，模糊戰爭和非戰爭界限，對未來戰爭產生深遠影響。

1.4 無人智能化空中裝備體系建設

無人機[9-11]由于不考慮飛行員生理極限、傷亡少和造價經濟等特點，備受各軍事強國青睞，數量、種類持續快速增長，功能不斷拓展。美軍高度重視無人機發展，研發的RQ-21A，RQ-7，MQ-8B/C等無人機可提供中低空戰術情報監視偵查能力，MQ-4C，RQ-4，MQ-1等無人機可提供全球全天候的高空情報監視偵查能力，X47-B可航母起降的新型隱身無人機，可以航母起降，自動空中加油，全天候精確打擊，MQ-25無人機是能航母起降的無人加油機，能夠有效提升航母艦載機作戰半徑。美國DARPA5月8日消息，該局啟動“空戰演化(Air Combat Evolution，ACE)”項目，旨在讓飛行員更快地從戰斗機操作者轉變為任務戰斗指揮官，將動態變化的空戰任務交給駕駛艙的無人、半自動空中設施托管，把飛行員解放出來，關注更宏觀的空戰。我國在無人智能化裝備和產品的研制、生產和應用進步顯著。未來無人機必將得到人工智能技術的加持，會變得更加靈活、聰明，無人機集群技術會得到廣泛關注，以極小的代價實現飽和突防的目的。

2 智能化算法建設

算法和彈藥同樣重要，人工智能算法[12]從應用角度主要包括視覺類、語音類和自然語言處理類算法，3類算法在軍事領域的應用必將對戰爭產生深遠影響。

2.1 計算機視覺類算法

計算機視覺類算法[13-15]主要以聯結主義學派的深度學習[16]算法為基礎，廣泛應用于圖像和視頻處理，目前在軍事領域已逐步得到應用。2017年4月，美國防部簽署了“知識積累項目(Project Maven)”備忘錄，建立“算法戰跨職能小組”，利用人工智能技術，從大數據中快速獲取軍事情報，應對軍事行動中海量數據處理壓力，加速推動人工智能、大數據和機器學習等關鍵技術在軍事領域應用，以全面提高裝備智能化程度和自主決策能力。我國計算機視覺算法在軍事領域應用較民用領域發展慢，民用領域主要用于無人駕駛、安防和電商零售等領域。國內AI公司商湯科技在自動駕駛領域競爭優勢明顯。安防領域，格靈深瞳和神州云海等國內AI公司很多產品已投入使用。電商零售領域，京東無人超市已在西安投入使用。計算機視覺是一個非常廣闊的發展領域，已成為人工智能領域最為活躍的研究方向之一，我國計算機視覺技術基礎已經具備，各種應用場景進展順利，應繼續推進產業發展，逐步引導計算機視覺從民用逐步走向軍事應用。

2.2 語音類智能化算法

語音類算法[17]已經成為人工智能的主流算法之一，每天有數百萬人通過與語音識別系統交互來完成語音郵件系統導航、用手機進行網上搜索以及其他應用。民用領域的語音助手也很多，例如蘋果公司的Siri、谷歌公司的Assistant、微軟的小冰、三星公司的Bixby、華為公司的小E助手和小米公司的小愛同學等，這些智能應用能夠通過智能對話與即時問答的智能交互，幫助用戶解決問題。科大訊飛在語音合成、語音識別、機器口語翻譯及語音評測等技術領域中都處于國際領先水平。2018年科大訊飛的語音合成技術已經讓機器開口說話，可用機器模仿國外領導人講話。隨著人工智能技術的不斷進步，語音類智能化算法的應用場景將不斷拓展。

2.3 自然語言處理類算法

自然語言處理[18]是計算機科學與人工智能領域中的一個重要方向，研究能實現人與計算機之間用自然語言進行有效通信的各種理論和方法，主要應用于機器翻譯、文本挖掘和情感分析等。隨著數據量的激增，互聯網公司紛紛成立機器翻譯研究組，研發了基于互聯網大數據的機器翻譯系統，從而使機器翻譯真正走向實用，例如“百度翻譯”“谷歌翻譯”等，隨著深度學習的進展，機器翻譯技術得到了進一步發展，促進了翻譯質量的進一步提升，在口語等領域的翻譯更加地道流暢。文本數據挖掘是指從文本數據中抽取有價值的信息和知識的計算機處理技術，民用領域可用于分析客戶體驗、客戶洞察、產品研發和口碑評測等，軍事領域可用于軍事網站爬取、輿情監測和情報搜集等。情感分析是近年來國內外研究的熱點，任務是幫助用戶對帶有情感色彩的主觀性文本進行分析、處理、歸納和推理，民用領域可應用于企業分析消費者對產品的反饋信息、差評信息等，軍事領域應用較少。

3 創新無人智能化裝備的運用模式

隨著世界新一輪科技革命、產業革命和新軍事革命交織推進，戰爭形態發生了根本性改變，無人智能化裝備逐漸從實驗室走向戰場前沿，催生在不同作戰樣式、作戰任務和作戰活動下無人智能化裝備運用新模式。

3.1 無人/有人協同作戰

人類與機器人編隊的核心在于人類與機器人的伙伴關系和對實現人與機器人伙伴之間互動的組織學習[19]。2015年法軍數架神經元可同時接受1架陣風戰斗機的指揮控制，解決了編隊控制、信息融合、機間數據通信以及戰術決策等技術，實現了自主編隊飛行。2016年美軍陸軍啟動了“指揮官虛擬參謀”項目，目的是應對海量數據及復雜戰場態勢，提供主動建議，高級分析及人機交互，為指揮官及其參謀制定戰術決策提供從規劃、準備、執行到行動回顧全過程的決策支持。2017年9月DARPA公布了“飛行導彈導軌”的概念，可發射空空導彈的低成本無人機概念，目的是設計和制造一款可攜帶AIM-120空空導彈執行制空作戰任務的低成本無人機，該無人機與F-16和F/A-18戰斗機兼容、可掛載至少1枚AIM-120先進中程空空導彈。該無人機可作為隨時激活的“忠誠僚機”，一方面可協助有人駕駛的戰斗機脫離敵方活力，另一方面可以在戰場局部空域構成數量優勢，有助于打破美軍當前空戰模式，使得打擊距離更遠、致命性更強以及人員傷亡更小。2030年的典型地面戰斗群將有250～300個人類戰士和數千個不同大小、功能各異的機器人構成。無人裝備充分發揮自主作戰能力，人類充分發揮決策優勢，無人/有人協同作戰必將成為弱人工智能時代作戰的主要樣式。

3.2 無人系統集群式作戰

隨著微電子技術、人工智能技術以及通信導航技術的不斷發展，現代戰場無人自主武器層出不窮，在無人系統蜂群作戰[20-21]技術發展上，目前美軍位居前列。2014年10月15日，美國智庫“新美國安全中心”發布了《戰場機器人Ⅱ：即將到來的蜂群》報告，首次系統地提出了無人系統蜂群戰術。“蜂群戰術”顧名思義，就像自然界中的蜜蜂一樣，一旦遭到攻擊，即傾巢出動，發揮數量多、體積小、機動靈活和協同一致的優勢成群結隊地攻擊同一目標。2017年1月，美國戰略能力辦公室利用3架F/A-18F“超級大黃蜂”戰機投放103架“灰山鶉”微型無人機，通過集體決策、編隊飛行等，展示了先進的群體協同能力。2017年10月，DARPA開展進攻性蜂群戰術(OFFSET)項目，開展物理和虛擬環境中為蜂群技術設計開發和使用的一個開放式架構。除空中蜂群外，美軍還積極針對陸地和海上蜂群進行布局，2017年3月，美國陸軍發布了《美國陸軍機器人與自主系統戰略》，描繪了美國陸軍機器人與自主系統未來25年的發展路線圖，其中，中遠期目標是提高蜂群的自主能力和發展蜂群作戰技術。2014年，美海軍在弗吉尼亞州的一次演習中使用了13艘無人水面艇進行了蜂群作戰試驗，當前美海軍正在聯合開展“海上集群”項目，核心是研發無人水面艇蜂群戰術。

3.3 分布式作戰

2015年DARPA啟動“體系集成技術和試驗”項目，發展“分布式空戰”概念，分布式作戰的核心思想是將大型平臺的作戰任務分解到多個小型平臺上，通過自主協同技術達到相同或者更高的作戰能力。“分布式作戰”概念對未來作戰和無人智能化裝備發展將產生重要影響。一方面，可以通過將作戰能力分散到多個或多種無人智能化裝備平臺，在提升無人智能化裝備體系彈性和抗毀傷能力的同時，也增強無人智能化裝備體系的作戰能力；另一方面，采用開放式體系架構，可實現任務模塊的快速升級和替換，提高智能化作戰的靈活性。

3.4 跨域協同作戰

隨著戰爭樣式的不斷演進，未來無人智能化裝備必然會向體系化發展，無人智能化聯合作戰會成為新的作戰樣式。美國國防部提出了“幽靈艦隊”概念，旨在將空中無人機蜂群、水面無人艦艇和水下潛航器蜂群集合到一起，由空中無人機提供情報、監視與偵查，由水面無人艦艇和水下潛航器組成攻擊蜂群，以飽和攻擊方式摧毀敵方目標。2017年6月，法國艦艇制造公司實現3種無人系統的協同作戰，利用I4 Drones任務系統，指揮控制無人機、無人艇和無人潛航器協同作戰，成功探測、識別和摧毀了目標。2017年8月，美國海軍“先進海軍技術演習”期間，演示了“無人潛航器-無人機”跨域協同作戰能力。無人系統作戰能力的發展，將顛覆未來作戰樣式，變革裝備體系和力量編成。

4 無人智能化裝備未來發展的思考

4.1 建立跨職能綜合領導機構，加強頂層設計

人工智能是新一輪科技革命的主要推手，世界各軍事強國紛紛成立人工智能管理機構，出臺相關規劃，進行戰略布局[22-23]。2017年7月新美國安全中心和哈佛大學聯合發布了《人工智能與國家安全》。2018年5月，政府層面，美國白宮成立“人工智能專門委員會”。同年6月，軍隊層面，美國國防部成立“聯合人工智能中心”。2019年2月，發布“維持美國在人工智能領域的領導地位”行政命令，啟動“美國人工智能倡議”。2019年2月美國防部公布了“2018年國防部人工智能戰略概要：利用人工智能促進我們的安全與繁榮”。2015年5月國務院印發《中國制造2025》，明確提出建設重點領域智能工廠，建立智能制造標準體系，搭建智能制造網絡系統平臺，提出了截止2020，2025年要實現的目標。2017年7月國務院發布了《新一代人工智能發展規劃》，提出了面向2030年我國新一代人工智能發展的指導思想、戰略目標、重點任務和保障措施，加快建設創新型國家和世界科技強國。要想真正通過前瞻顛覆性技術實現“彎道超車”，必須得到頂層跨職能綜合管理機構的加持，以此來加強政府和軍隊人工智能項目的協調、推進和管理。

4.2 提升OODA環迭代速度，統籌大項目布局

人工智能在信息處理和輔助決策等軍事領域應用廣泛，本質是讓機器發揮其計算能力，讓人專注于決策能力發揮，實現技術與藝術的完美結合。美國通過國防部、DARPA、IARPA等機構布局了很多大項目，例如“進攻性蜂群戰術(OFFSET)”、“心靈之眼(Mind’s Eye)”、“虛擬指揮官(CVS)”、“小精靈(Gremlins)”、“洞悉(Insight)”和“終身學習機器(Life-learn Machine)”等項目。我軍人工智能發展速度普遍滯后于地方，應從政府和軍隊層面，通過前瞻性項目的布局，加速推進人工智能在軍事領域落地。目前，美國的Maven項目已開發出用于無人機視頻自動目標識別與追蹤的算法，準確率達到80%并在不斷升級優化中。

4.3 創新合作模式，促進產學研融合發展

隨著科學技術的不斷進步，越來越多的高精尖技術被率先應用到軍事領域，但是，如何加速高精尖技術從實驗室走向軍事應用，需要創新合作模式。美國深度學習泰斗級人物Hinton教授在多倫多大學和Google公司身兼兩職，負責Google大腦的研發。斯坦福大學李飛飛教授是斯坦福大學人工智能研究所的教授，也在Google公司擔任職務，創建了ImageNet網站，提高了科研人員開展人工智能研究的效率。因此，工業界、學術界和國際社會需要密切合作，大型工業合作伙伴、小型初創和風險投資公司開展大膽的人工智能創新，才能引導產學研機構跨域融合，加速基于AI的商業和軍事交付能力。

5 結束語

“作戰力量的有效聚合”是戰爭的制勝機理之一，無人智能化裝備作為新興的作戰力量必將顛覆未來的作戰樣式，無人智能化裝備體系建設為主動設計戰爭的“工具箱”增添了“殺手锏”，無人智能化裝備的運用讓無人智能化裝備體系形成有效聚合，為打贏智能化條件下的聯合作戰打造新優勢。