人機(jī)協(xié)同軍事計(jì)劃技術(shù)綜述

雷霆，朱承，張維明

(國(guó)防科技大學(xué)信息系統(tǒng)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙410073)

軍事計(jì)劃是指指揮員根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)和所賦予的軍事任務(wù)，使用有限的作戰(zhàn)資源(兵力、武器裝備)，生成一系列行動(dòng)步驟和相關(guān)細(xì)節(jié)的過(guò)程，包含了多層次(與指揮組織層次對(duì)應(yīng))、多階段(計(jì)劃的生成、分析、執(zhí)行、調(diào)整)、多類型(如資源調(diào)度、路徑規(guī)劃)和多參與方.

軍事計(jì)劃一直是軍事決策的核心內(nèi)容，指揮部門(mén)決策主要圍繞著計(jì)劃的擬制與執(zhí)行展開(kāi).軍事計(jì)劃環(huán)境往往是高度壓力、不確定、多目標(biāo)、目標(biāo)變化的復(fù)雜非線性活動(dòng)[1].隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)正從機(jī)械化向信息化變革，軍事計(jì)劃問(wèn)題的復(fù)雜程度急劇增加，能否快速準(zhǔn)確地生成計(jì)劃成為影響戰(zhàn)爭(zhēng)成敗的關(guān)鍵所在.

軍事計(jì)劃問(wèn)題一直受到多學(xué)科領(lǐng)域的關(guān)注.心理與認(rèn)知科學(xué)領(lǐng)域從認(rèn)知層面研究人做計(jì)劃的問(wèn)題求解方式、描述結(jié)構(gòu)[2]，并基于指揮員認(rèn)知特征提出了軍事計(jì)劃過(guò)程模型[1]，但是在時(shí)間緊迫的戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境中，人難以快速處理大量決策細(xì)節(jié).其他學(xué)科則研究如何使用自動(dòng)化方法來(lái)解決計(jì)劃問(wèn)題.人工智能領(lǐng)域中的自動(dòng)規(guī)劃能模擬人的計(jì)劃方式，將計(jì)劃問(wèn)題視為搜索生成行動(dòng)序列，將問(wèn)題的初始狀態(tài)轉(zhuǎn)化為目標(biāo)狀態(tài)，并做了有限狀態(tài)、確定性、靜態(tài)、串行行動(dòng)等嚴(yán)格問(wèn)題的假設(shè)[3]，而不確定、動(dòng)態(tài)的軍事計(jì)劃問(wèn)題不能滿足這些假設(shè)，并且難以建立完備的領(lǐng)域知識(shí)，因此無(wú)法直接求解.管理科學(xué)領(lǐng)域主要使用運(yùn)籌學(xué)的方法對(duì)計(jì)劃問(wèn)題的相關(guān)要素特征進(jìn)行分析和建模，求解優(yōu)化結(jié)果.

由于軍事計(jì)劃問(wèn)題是非結(jié)構(gòu)化的問(wèn)題，問(wèn)題要素難以被建模和求解.這些自動(dòng)化方法不能體現(xiàn)指揮員的策略、經(jīng)驗(yàn)和偏好，并且整個(gè)過(guò)程對(duì)于用戶是一個(gè)“黑盒”，用戶無(wú)法控制和理解問(wèn)題的求解過(guò)程.單靠人或自動(dòng)化的方法均無(wú)法解決軍事計(jì)劃問(wèn)題，若能綜合利用人機(jī)各自的知識(shí)和問(wèn)題的解決能力，則能夠處理軍事計(jì)劃中的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性，提高計(jì)劃質(zhì)量.因此從多學(xué)科交叉的角度出發(fā)，分析人和自動(dòng)化之間如何協(xié)同解決軍事計(jì)劃問(wèn)題，具有重要的理論意義.這不僅能夠有助于軍事計(jì)劃問(wèn)題的求解，還能夠解決此類具備不確定性、動(dòng)態(tài)性和對(duì)抗性的復(fù)雜計(jì)劃問(wèn)題，如搶險(xiǎn)救災(zāi)、商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)等.

人機(jī)協(xié)同計(jì)劃技術(shù)在軍事決策中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，使軍事計(jì)劃朝著科學(xué)、高效、精確的方向發(fā)展，其應(yīng)用的發(fā)展可分為3個(gè)階段.第1個(gè)階段從20世紀(jì)90年代初至90年代中期.海灣戰(zhàn)爭(zhēng)之后，dARPA贊助的 ARPI(dARPA－Rome planning initiative)項(xiàng)目[4]研究了一系列人機(jī)協(xié)同計(jì)劃系統(tǒng)，輔助制定物資調(diào)度、應(yīng)急救援、空軍戰(zhàn)役等計(jì)劃，解決了人對(duì)計(jì)劃系統(tǒng)的控制問(wèn)題.第2個(gè)階段從20世紀(jì)90年代中期至90年代末，研究重點(diǎn)是增強(qiáng)計(jì)劃系統(tǒng)的透明性和可指導(dǎo)性，并將應(yīng)用的范圍擴(kuò)展到計(jì)劃的全周期，處理層次擴(kuò)充到非戰(zhàn)爭(zhēng)軍事行動(dòng)等[5].第3個(gè)階段從21世紀(jì)初至今，研究人員將人機(jī)協(xié)同計(jì)劃應(yīng)用到特種作戰(zhàn)行動(dòng)[6]、多國(guó)聯(lián)合行動(dòng)[7]等領(lǐng)域，能夠解決決策時(shí)間緊迫、態(tài)勢(shì)動(dòng)態(tài)變化的計(jì)劃

問(wèn)題，輔助聯(lián)合行動(dòng)計(jì)劃的協(xié)同.

國(guó)外學(xué)者對(duì)人機(jī)協(xié)同軍事計(jì)劃技術(shù)進(jìn)行了廣泛研究，但國(guó)內(nèi)學(xué)者在這一領(lǐng)域的研究還局限于對(duì)軍事計(jì)劃本體的描述，因此本文主要是在國(guó)外學(xué)者的相關(guān)文獻(xiàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行綜述.

1 人機(jī)協(xié)同軍事計(jì)劃的一般體系結(jié)構(gòu)

人機(jī)協(xié)同計(jì)劃過(guò)程既要處理不同層次、不同類型的決策計(jì)算間的影響，又要通過(guò)建立人與自動(dòng)化間的協(xié)同來(lái)改進(jìn)解決方案，因此是一個(gè)分層、分階段、迭代遞增的解決過(guò)程.本文針對(duì)軍事計(jì)劃的問(wèn)題特性，根據(jù)人機(jī)協(xié)同軍事計(jì)劃的流程，提出了人機(jī)協(xié)同軍事計(jì)劃技術(shù)的一般體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示.

圖1 人機(jī)協(xié)同軍事計(jì)劃體系結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of human-machine collaborative planning system

計(jì)劃模型描述模塊提供人機(jī)能共同理解的計(jì)劃描述，是人機(jī)協(xié)同的基礎(chǔ);方案生成模塊提供了計(jì)劃生成方法;方案調(diào)整模塊提供方案在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中執(zhí)行時(shí)的動(dòng)態(tài)調(diào)整方法;方案解釋模塊向用戶提供方案的決策原因解釋和展示.

本文從計(jì)劃模型描述、行動(dòng)方案生成、行動(dòng)方案解釋、行動(dòng)方案調(diào)整4個(gè)方面分析人機(jī)協(xié)同計(jì)劃策略在軍事計(jì)劃過(guò)程中的應(yīng)用.

2 計(jì)劃模型描述

人機(jī)協(xié)同計(jì)劃過(guò)程中需要讓人與系統(tǒng)之間能夠交流計(jì)劃信息，包括計(jì)劃過(guò)程、計(jì)劃結(jié)果等，而傳統(tǒng)計(jì)劃文書(shū)和圖表無(wú)法直接被系統(tǒng)使用，且智能規(guī)劃中基于狀態(tài)描述的模型也難以表達(dá)復(fù)雜軍事計(jì)劃，這就需要研究人機(jī)通用的計(jì)劃模型描述.

人機(jī)協(xié)同軍事計(jì)劃模型描述通過(guò)本體來(lái)實(shí)現(xiàn).本體被Studer[8]定義為共享概念模型的明確的形式化規(guī)范說(shuō)明，能夠被計(jì)算機(jī)所理解和使用.本體模型分為2類:1)面向過(guò)程描述的本體技術(shù)，其對(duì)計(jì)劃流程各方面領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行形式化描述，目的是促進(jìn)不同計(jì)劃系統(tǒng)、人與系統(tǒng)之間對(duì)計(jì)劃的共同理解，但難以用于組織間的計(jì)劃協(xié)同;2)面向約束描述的本體技術(shù)，其描述聯(lián)合軍事計(jì)劃，并且增加了對(duì)計(jì)劃理性的表示，用于促進(jìn)不同軍事組織之間的計(jì)劃協(xié)同.其中基本理性描述作出計(jì)劃決策的原因和依賴的假設(shè)，包括3類理性[9]:“因果關(guān)系”理性描述領(lǐng)域約束如何被應(yīng)用的推理步驟;“依賴性”理性描述計(jì)劃實(shí)體真值如何被維護(hù);“決策”理性關(guān)注于如何產(chǎn)生其他計(jì)劃實(shí)體的決策和假設(shè).

描述軍事計(jì)劃內(nèi)容的本體已有大量的研究，代表性的有20世紀(jì)90年代dARPA開(kāi)發(fā)的核心計(jì)劃描述CPR[10]，它從過(guò)程的角度對(duì)計(jì)劃進(jìn)行建模，是描述計(jì)劃、過(guò)程、活動(dòng)通用信息的模型.接著Gil等[11]提出了計(jì)劃本體PLANET，能夠描述計(jì)劃上下文和構(gòu)成計(jì)劃問(wèn)題背景的約束、計(jì)劃問(wèn)題中關(guān)于環(huán)境初始狀態(tài)和目標(biāo)的信息，并在外部約束和計(jì)劃承諾之間做了明顯區(qū)分.

描述軍事計(jì)劃領(lǐng)域中實(shí)體(如資源、時(shí)間、可視模式)的本體與具體應(yīng)用相關(guān).Smith[12]建立了調(diào)度領(lǐng)域?qū)ο蟊倔wOZONE，能描述活動(dòng)、資源和相關(guān)約束，并建立了在計(jì)劃器層時(shí)間約束網(wǎng)絡(luò)中“環(huán)”的距離約束描述(將它們描述為活動(dòng)時(shí)間相互依賴集、活動(dòng)次序依賴)，用于面向用戶的計(jì)劃解釋創(chuàng)建.Lino[13]提出了用于計(jì)劃可視化模式的語(yǔ)義模型，包括對(duì)可視化模式、計(jì)劃過(guò)程信息、移動(dòng)顯示設(shè)備特征、用者Agent特征、環(huán)境的描述.

在基于本體的計(jì)劃描述的基礎(chǔ)上，研究人員提出了基于約束的聯(lián)合計(jì)劃描述方法.Tate[14]使用基于約束的描述方法，將計(jì)劃認(rèn)為是在約束內(nèi)滿足任務(wù)目標(biāo)的設(shè)計(jì)，提出了＜I－N－C－A＞ 計(jì)劃描述框架(前身是＜I－N－OVA＞)，將計(jì)劃內(nèi)容描述為議題(issue)、節(jié)點(diǎn)(node)、約束(constraint)和標(biāo)注(annotation)，能被規(guī)劃器和計(jì)劃人員所共同理解，并且標(biāo)注部分能夠描述記錄計(jì)劃過(guò)程中處理議題的理性.＜I－N－CA＞已被應(yīng)用到多國(guó)聯(lián)合行動(dòng)計(jì)劃實(shí)驗(yàn)中.

Allen 等[15]在 PLANET 和＜I－N－OVA＞ 計(jì)劃描述語(yǔ)言的基礎(chǔ)上，提出了協(xié)同計(jì)劃模型(collaborative planning model，CPM)，使用邏輯描述語(yǔ)言O(shè)WL形式化描述軍事計(jì)劃內(nèi)容，并能夠描述計(jì)劃基本理性，適合表達(dá)限定計(jì)劃相關(guān)決策的不同形式的上下文信息.

國(guó)內(nèi)的楊建池等[16]討論了軍事領(lǐng)域本體的構(gòu)建;錢(qián)猛等[17]描述了本體技術(shù)在作戰(zhàn)計(jì)劃系統(tǒng)中的應(yīng)用.

軍事計(jì)劃模型描述依據(jù)本體技術(shù)，從面向過(guò)程和面向約束2種角度出發(fā)描述計(jì)劃內(nèi)容，為人機(jī)協(xié)同計(jì)劃中人機(jī)交互提供了計(jì)劃共享上下文和內(nèi)容，是進(jìn)行行動(dòng)方案生成、解釋、校驗(yàn)和調(diào)整的基礎(chǔ).

3 行動(dòng)方案生成

在行動(dòng)方案生成中，根據(jù)計(jì)劃問(wèn)題空間的搜索策略的不同可將計(jì)劃生成方法分為:1)交互約束計(jì)劃方法，由人機(jī)添加各種約束，填補(bǔ)計(jì)劃細(xì)節(jié)等[18];2)基于指導(dǎo)的計(jì)劃方法，由人提供高層指導(dǎo)，機(jī)器快速填充具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié).

3.1 交互約束方法

交互約束方法又可分為層次式和機(jī)會(huì)式2種.前者使用最小承諾策略，人機(jī)協(xié)同遞增、自頂向下地精化;后者是盡可能快地“跳躍”到一個(gè)解決方案，機(jī)會(huì)式地解決計(jì)劃問(wèn)題[2].層次式計(jì)劃方法應(yīng)用于具備良好層次結(jié)構(gòu)的計(jì)劃領(lǐng)域，常采用HTN這種層次式計(jì)劃方法[8]，因?yàn)镠TN符合軍事計(jì)劃活動(dòng)中人的逐層精化思想.機(jī)會(huì)式計(jì)劃模型面向的是病態(tài)結(jié)構(gòu)計(jì)劃領(lǐng)域，需要處理動(dòng)態(tài)變化的計(jì)劃約束.Ferguson等[19]借鑒人與人之間協(xié)同計(jì)劃的對(duì)話方式，采用混合主動(dòng)(即系統(tǒng)中“主動(dòng)性”是共享的，每方都能貢獻(xiàn)于計(jì)劃的開(kāi)發(fā)和管理，而無(wú)需被明確要求[20])的方式機(jī)會(huì)式地生成計(jì)劃.Smith[21]研究了在約束不確定的情況下計(jì)劃生成的方法，將活動(dòng)和時(shí)序約束描述為簡(jiǎn)單時(shí)序問(wèn)題(simple temporal problem，STP)，約束網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間邊，當(dāng)用戶決策增加或調(diào)整了約束，約束傳播更新受影響的節(jié)點(diǎn)邊界，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)劃的遞增式生成.

這種計(jì)劃模型問(wèn)題解決的方式是迭代遞增的，關(guān)注人機(jī)交替約束計(jì)劃的細(xì)節(jié).但在實(shí)際軍事計(jì)劃中，用戶更擅長(zhǎng)高層計(jì)劃策略的探索，而由計(jì)劃器來(lái)填充細(xì)節(jié).這種通過(guò)目標(biāo)調(diào)整來(lái)獲得計(jì)劃的方式更符合指揮員的習(xí)慣[22].因此研究人員又將注意力投向了基于指導(dǎo)的計(jì)劃生成方法.

3.2 基于指導(dǎo)的計(jì)劃方法

基于指導(dǎo)的計(jì)劃方法可分為:1)基于目標(biāo)操縱:人根據(jù)資源性能和約束，在目標(biāo)空間中不斷調(diào)整，由計(jì)劃器反饋目標(biāo)的可行性，以搜索到可行的目標(biāo)[22];2)基于草圖(sketch)的計(jì)劃方法:人給出高層的問(wèn)題解決策略(草圖)，由計(jì)劃器來(lái)快速填充其他的計(jì)劃內(nèi)容，或提出策略的修復(fù)建議.

基于目標(biāo)操縱的計(jì)劃模型主要研究用戶級(jí)目標(biāo)描述到計(jì)劃器目標(biāo)的轉(zhuǎn)換.Cox等[23]描述目標(biāo)為行動(dòng)謂詞，并基于目標(biāo)層次定義了目標(biāo)空間轉(zhuǎn)換操作，包括目標(biāo)類型轉(zhuǎn)換(如實(shí)例化)、目標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換和價(jià)(valence)轉(zhuǎn)換，并且為使得目標(biāo)謂詞能夠?yàn)榛跔顟B(tài)空間推理的計(jì)劃器所使用，將目標(biāo)中的行動(dòng)映射為計(jì)劃器中操作符的效果狀態(tài)文字(literal).

基于草圖的計(jì)劃模型主要研究如何識(shí)別草圖，將其轉(zhuǎn)化為計(jì)劃生成過(guò)程和結(jié)果上的各類約束和控制.草圖可分為:

1)所需計(jì)劃過(guò)程特性.Myer[24]提出了描述計(jì)劃高層屬性的元級(jí)理論，構(gòu)建了3類結(jié)構(gòu):角色(操作符中對(duì)象功能)、特征(操作符屬性)和度量，并定義2類策略建議[25]:a)角色建議:指出哪種角色填充是需要的或者限制在具體活動(dòng)中;b)方法建議:規(guī)定或禁止計(jì)劃內(nèi)具體活動(dòng)的使用.為使策略建議能指導(dǎo)計(jì)劃器，Myer[25]根據(jù)HTN計(jì)劃精化結(jié)構(gòu)，在角色填充滿足和活動(dòng)匹配的概念上定義計(jì)劃約束滿足，并通過(guò)考慮HTN節(jié)點(diǎn)的操作符選擇和環(huán)境狀態(tài)、當(dāng)前部分計(jì)劃精化結(jié)構(gòu)上下文，將建議約束轉(zhuǎn)化為操作符使用約束和計(jì)劃過(guò)程約束.

2)所需計(jì)劃結(jié)果特性.Myer等[26]以 HTN 作為計(jì)劃算法基礎(chǔ)，使用一階謂詞描述要完成的任務(wù)，并提出草圖擴(kuò)充算法:先使用演繹式的計(jì)劃識(shí)別方法，將草圖中各成分關(guān)聯(lián)到候選高層目標(biāo)，再基于此關(guān)聯(lián)將所選高層目標(biāo)集擴(kuò)展為全部計(jì)劃.Kott[27]研究了將軍事行動(dòng)時(shí)空策略擴(kuò)展為可執(zhí)行計(jì)劃的方法，基于HTN將行動(dòng)、調(diào)度等計(jì)算緊密交叉遞增，分解當(dāng)前任務(wù)，產(chǎn)生受限遞增的任務(wù)集，再由調(diào)度步驟執(zhí)行時(shí)序約束傳播，并調(diào)度新增加活動(dòng)到可用資源和時(shí)間階段.

基于目標(biāo)操縱的計(jì)劃方法能夠處理計(jì)劃目標(biāo)在態(tài)勢(shì)動(dòng)態(tài)變化下需動(dòng)態(tài)調(diào)整的情況，這種方法可根據(jù)資源性能約束靈活調(diào)整目標(biāo)，但其缺點(diǎn)是將用戶和計(jì)劃細(xì)節(jié)完全隔開(kāi).基于草圖的計(jì)劃方法能夠指出計(jì)劃過(guò)程和結(jié)果需要實(shí)現(xiàn)的策略，但是草圖中可能存在的不一致性(如多個(gè)建議之間的沖突)會(huì)增加對(duì)草圖的反復(fù)調(diào)整過(guò)程.

表1列舉了本節(jié)所討論的行動(dòng)方案生成技術(shù).

表1 行動(dòng)方案生成技術(shù)Table 1 Plan generation technology

行動(dòng)方案生成的研究從智能規(guī)劃技術(shù)出發(fā)，通過(guò)將人對(duì)規(guī)劃算法細(xì)節(jié)的操縱和高層策略的指導(dǎo)實(shí)現(xiàn)，在計(jì)劃中體現(xiàn)人的經(jīng)驗(yàn)、偏好，其中基于指導(dǎo)的計(jì)劃方法避免了人在計(jì)劃細(xì)節(jié)調(diào)整中可能存在的前后不一致性，能夠快速生成行動(dòng)計(jì)劃.但是這種方式限制了用戶對(duì)細(xì)節(jié)調(diào)整的靈活性，在實(shí)際應(yīng)用中需要其與交互約束計(jì)劃方法結(jié)合使用.

4 行動(dòng)方案解釋

在生成行動(dòng)方案的過(guò)程中，系統(tǒng)需向用戶提供對(duì)計(jì)劃系統(tǒng)決策的解釋，并對(duì)計(jì)劃內(nèi)容進(jìn)行抽象、概括和展示.解釋一方面能增強(qiáng)用戶對(duì)系統(tǒng)方案的理解和信任，另一方面當(dāng)系統(tǒng)決策失敗時(shí)，對(duì)問(wèn)題原因的解釋能夠讓用戶選擇可行的修復(fù)策略.

當(dāng)系統(tǒng)需要向用戶解釋問(wèn)題解決過(guò)程中的搜索失敗或方案不一致時(shí)，通常使用抽象領(lǐng)域模型將內(nèi)部的系統(tǒng)描述映射到用戶級(jí)的行動(dòng)中，映射方式與底層計(jì)劃系統(tǒng)描述和上層本體相關(guān).

目前的系統(tǒng)解釋研究多集中于基于約束推理的計(jì)劃器上的產(chǎn)生約束沖突的解釋.Smith等[28]利用時(shí)間約束網(wǎng)絡(luò)中“環(huán)”在距離約束上的結(jié)構(gòu)，通過(guò)計(jì)算形成解釋的約束集和識(shí)別用戶能用來(lái)解決調(diào)度中沖突的約束松弛選項(xiàng)，提供內(nèi)容創(chuàng)建關(guān)于沖突的解釋.Siebra[29]以＜I－N－C－A ＞計(jì)劃本體為基礎(chǔ)，通過(guò)捕獲與計(jì)劃的約束處理失敗相關(guān)聯(lián)的事件，為事件獲取解釋模板并將其實(shí)例化，為計(jì)劃的失敗作出解釋.但這種面向用戶的解釋技術(shù)目前較少被研究，較多的是集中于面向底層描述的解釋技術(shù)，如在約束滿足問(wèn)題解決領(lǐng)域解釋的創(chuàng)建通常是面向單個(gè)決策變量和約束[30].

除了向用戶提供計(jì)劃決策解釋之外，計(jì)劃系統(tǒng)還需以多視角將計(jì)劃視圖展現(xiàn)給用戶.包括:1)計(jì)劃內(nèi)容的多種視角.常用的計(jì)劃視角類型包括:任務(wù)(行動(dòng)網(wǎng)絡(luò))視角、資源視角、時(shí)空視角等.2)面向用戶角色的多視角.不同職責(zé)權(quán)限人員的計(jì)劃視圖不同.3)面向顯示設(shè)備的多視角.Lino[13]使用計(jì)劃可視化的語(yǔ)義模型和推理機(jī)制來(lái)支持協(xié)同計(jì)劃中的多?？梢暬?該方法從可視化角度來(lái)組織和建模計(jì)劃領(lǐng)域，并且為信息描述提供了可裁剪的支持.

當(dāng)計(jì)劃方案的要素?cái)?shù)量眾多并且難以展現(xiàn)時(shí)，需要經(jīng)過(guò)近似、抽象等操作，使得用戶能夠理解計(jì)劃方案的特征.常使用的方法有:1)近似計(jì)劃結(jié)果，以簡(jiǎn)化視圖.如Bresina[31]中對(duì)于計(jì)劃調(diào)度結(jié)果數(shù)量巨大、具有靈活開(kāi)的始時(shí)間范圍，設(shè)計(jì)的視圖中只顯示調(diào)度的固定開(kāi)始時(shí)間;2)提取計(jì)劃統(tǒng)計(jì)特征.如M－yer[32]提出了興趣時(shí)序?qū)傩愿爬?summarization of interesting temporal properties，SITP)的框架，對(duì)計(jì)劃中的時(shí)序特征(如任務(wù)頻率、時(shí)序模式)進(jìn)行分析，以提升用戶對(duì)計(jì)劃的理解.3)提取計(jì)劃高層特征.如Myer[24]研討了利用計(jì)劃元理論從計(jì)劃結(jié)果中抽取高層屬性的可能.

表2羅列了所討論的行動(dòng)方案解釋技術(shù).

表2 行動(dòng)方案解釋技術(shù)Table 2 Plan explanation technology

行動(dòng)方案解釋技術(shù)是研究如何將智能規(guī)劃系統(tǒng)的問(wèn)題解決過(guò)程和問(wèn)題的解決結(jié)果以用戶可理解的方式展現(xiàn)的方法，其中關(guān)于對(duì)系統(tǒng)生成計(jì)劃的抽象、概括方面的研究目前還較少.

5 行動(dòng)方案調(diào)整

在開(kāi)始執(zhí)行方案后，由于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化，計(jì)劃執(zhí)行可能會(huì)受到阻礙或需處理新目標(biāo)，這就需要及時(shí)對(duì)行動(dòng)方案進(jìn)行調(diào)整，以使方案能夠適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境.

戰(zhàn)場(chǎng)的態(tài)勢(shì)信息是海量和動(dòng)態(tài)變化的，需將與計(jì)劃執(zhí)行相關(guān)的信息過(guò)濾、傳遞給用戶，使用戶決定如何調(diào)整計(jì)劃.監(jiān)控的內(nèi)容不僅包括方案中行動(dòng)的執(zhí)行狀況，還包括計(jì)劃所依賴的基本理性(即所依賴的事實(shí)和假設(shè))相關(guān)信息.

監(jiān)控信息是由計(jì)劃結(jié)構(gòu)中行動(dòng)間的因果關(guān)系、行動(dòng)與事實(shí)間的依賴關(guān)系、決策理性等理性推導(dǎo)得出，與計(jì)劃器的形式化描述和推理方式相關(guān).Drabble等[33]采用因果鏈接描述計(jì)劃的結(jié)構(gòu)，記錄計(jì)劃中行動(dòng)的效果和行動(dòng)間的依賴關(guān)系(一個(gè)行動(dòng)效果建立后面某些行動(dòng)的前提)，通過(guò)行動(dòng)前提將計(jì)劃相關(guān)信息過(guò)濾給用戶，并根據(jù)計(jì)劃修復(fù)上下文(行動(dòng)當(dāng)前進(jìn)度)，從目標(biāo)結(jié)構(gòu)推導(dǎo)行動(dòng)執(zhí)行失敗與外界事件對(duì)行動(dòng)的影響范圍;Myer[34]基于HTN計(jì)劃結(jié)構(gòu)，從每一個(gè)節(jié)點(diǎn)搜集動(dòng)態(tài)的(如部隊(duì)運(yùn)動(dòng)位置)且沒(méi)被包含在先前節(jié)點(diǎn)效果中的前提條件作為監(jiān)視內(nèi)容;Veloso等[35]在基于狀態(tài)空間的計(jì)劃器(基于后向鏈方式)算法中的決策點(diǎn)(行動(dòng)選擇、行動(dòng)實(shí)例化、子目標(biāo)選擇)處創(chuàng)建3類影響決策的信息監(jiān)視:子目標(biāo)、行動(dòng)可行性前提和行動(dòng)量化前提監(jiān)視;Asuncion等[36]在部分序因果鏈接(partial order causal link，POCL)計(jì)劃算法中，記錄了行動(dòng)間因果關(guān)聯(lián)和每個(gè)因果關(guān)聯(lián)被加入的時(shí)間順序點(diǎn)(chronological point)作為計(jì)劃理性，并在環(huán)境狀態(tài)中文字(literal)或行動(dòng)效果中文字被刪時(shí)，為受影響的因果關(guān)聯(lián)創(chuàng)建重計(jì)劃子目標(biāo)，推導(dǎo)無(wú)法執(zhí)行行動(dòng)和與其相關(guān)的不穩(wěn)定行動(dòng);Susanne[37]的混合計(jì)劃技術(shù)結(jié)合了層次規(guī)劃和對(duì)行動(dòng)間因果依賴的明確推理，反應(yīng)了當(dāng)人在擬制計(jì)劃時(shí)所執(zhí)行的推理，使得失敗方案能夠被以一種保證穩(wěn)定性的方式修復(fù).

由于單行動(dòng)的失敗不足以反映對(duì)復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中的計(jì)劃障礙，因此還需要用戶補(bǔ)充給出需要監(jiān)控的內(nèi)容.Myer[34]歸納了2種高層失敗模式:1)聚合級(jí)失敗:在許多情況下單個(gè)行動(dòng)失敗并不影響聚合級(jí)的失敗;2)不可歸屬失敗:雖然單個(gè)行動(dòng)沒(méi)有失敗，但是評(píng)估認(rèn)為計(jì)劃不適合，但還有更多的高層失敗模式需要?dú)w納.

當(dāng)用戶通過(guò)計(jì)劃監(jiān)控發(fā)現(xiàn)計(jì)劃執(zhí)行受阻或出現(xiàn)新的目標(biāo)時(shí)，必須及時(shí)修改計(jì)劃以適應(yīng)新的態(tài)勢(shì).當(dāng)前研究中計(jì)劃修復(fù)的主要原則是:修復(fù)過(guò)程應(yīng)當(dāng)盡量重用原計(jì)劃內(nèi)容，計(jì)劃修復(fù)對(duì)原計(jì)劃擾動(dòng)最小，以保持原有計(jì)劃的穩(wěn)定性[38].由于計(jì)劃受到阻礙的原因可能是復(fù)雜的，因此用戶的參與對(duì)于保證計(jì)劃的動(dòng)態(tài)調(diào)整過(guò)程滿足用戶的需求和偏好也是必要的[34].

人機(jī)協(xié)同計(jì)劃修復(fù)過(guò)程根據(jù)人機(jī)分工不同，可分為2種類型:1)相互約束的修復(fù).Drabble等[33]對(duì)于被外界破壞的計(jì)劃因果鏈接，通過(guò)尋找已有的可能促成因素或添加新的行動(dòng)來(lái)插入合適效果，提供修復(fù)選擇，由用戶選擇合適行動(dòng);Myer[34]基于對(duì)計(jì)劃依賴結(jié)構(gòu)的分析，確定失敗來(lái)源的根節(jié)點(diǎn)集，并為根節(jié)點(diǎn)重計(jì)劃其子任務(wù)節(jié)點(diǎn);Veloso[35]等對(duì)于計(jì)劃監(jiān)視被觸發(fā)的情況，動(dòng)態(tài)創(chuàng)建控制規(guī)則，啟發(fā)重引導(dǎo)計(jì)劃空間的搜索，以執(zhí)行計(jì)劃的轉(zhuǎn)換操作(增加、刪除、跳轉(zhuǎn));Asuncion[36]允許失敗后先由用戶給出修復(fù)建議(增刪行動(dòng)、增刪目標(biāo))，這些修復(fù)對(duì)計(jì)劃造成影響(相關(guān)行動(dòng)被增加、刪除或變?yōu)椴环€(wěn)定，或重計(jì)劃子目標(biāo)被增加)，系統(tǒng)利用具有時(shí)間戳的因果關(guān)聯(lián)來(lái)局部性地修復(fù)計(jì)劃.2)基于高層指導(dǎo)的修復(fù).Myer等[34]為了支持對(duì)不可歸屬等高層失敗的修復(fù)，允許用戶能直接指定需要重新規(guī)劃的根節(jié)點(diǎn)，并支持用戶直接給出基于策略建議[25]的計(jì)劃修復(fù)指導(dǎo);對(duì)于環(huán)境變化或資源問(wèn)題造成目標(biāo)無(wú)法完成的情況，Cox等[23]直接對(duì)目標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)全局的重計(jì)劃.

表3列出了所討論的行動(dòng)方案調(diào)整技術(shù).

表3 行動(dòng)方案調(diào)整技術(shù)Table 3 Plan repair technology

目前行動(dòng)方案調(diào)整研究的思路是依據(jù)計(jì)劃中包含的理性知識(shí)對(duì)計(jì)劃的執(zhí)行進(jìn)行監(jiān)控和局部修復(fù)調(diào)整，以保持計(jì)劃的穩(wěn)定性，在此過(guò)程中人能夠給出不同層次的建議.然而在聯(lián)合行動(dòng)中，由于外部的agent可能將其自身的計(jì)劃基于該agent所陳述的意圖(承諾)，所以計(jì)劃修復(fù)質(zhì)量的度量還與agent維持計(jì)劃承諾相關(guān)聯(lián)[39].但目前缺乏對(duì)維持計(jì)劃承諾度量下的人機(jī)協(xié)同方案調(diào)整的研究.

6 總結(jié)和展望

從文中介紹可以看出人機(jī)協(xié)同軍事計(jì)劃系統(tǒng)研究方興未艾，這項(xiàng)技術(shù)是充分發(fā)揮人機(jī)性能、提高軍事指揮效能的有效手段，成為了軍事輔助決策技術(shù)中的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容，在今后若干年中仍會(huì)是一個(gè)研究熱點(diǎn)，未來(lái)存在的技術(shù)趨勢(shì)有以下幾點(diǎn):

1)基于認(rèn)知科學(xué)的計(jì)劃過(guò)程中的人機(jī)任務(wù)分工.目前的計(jì)劃系統(tǒng)缺乏對(duì)軍事計(jì)劃環(huán)境下人的認(rèn)知特性和負(fù)荷、操作方式的量化分析，應(yīng)借鑒人機(jī)協(xié)同 決 策[40](human－machine collaborative decision making，HMCDM)和以人為中心的自動(dòng)化(humancentered automation)中的研究;對(duì)軍事行動(dòng)計(jì)劃生成中的人機(jī)任務(wù)分工進(jìn)行量化分析[40];對(duì)軍事計(jì)劃過(guò)程中人的操作進(jìn)行建模[41];確定計(jì)劃中人和系統(tǒng)的交互設(shè)計(jì)，降低用戶的認(rèn)知偏差和負(fù)擔(dān);研究以人為中心的計(jì)劃擬制技術(shù)，以滿足透明度、適度調(diào)整和基于事件反饋等原則[42].

2)不完備計(jì)劃模型下的計(jì)劃技術(shù).當(dāng)前的人機(jī)協(xié)同計(jì)劃中的系統(tǒng)仍需要完整的計(jì)劃領(lǐng)域知識(shí)描述，在面臨計(jì)劃模型不完備時(shí)，無(wú)法生成有效的行動(dòng)方案.未來(lái)應(yīng)研究在不完備計(jì)劃知識(shí)下人機(jī)如何協(xié)同生成計(jì)劃，降低計(jì)劃方案對(duì)知識(shí)不完備情況的敏感性.借鑒輕量級(jí)的計(jì)劃技術(shù)[43]，以降低領(lǐng)域建模負(fù)擔(dān).研究在計(jì)劃、目標(biāo)和偏好被完全定義之前，如何將計(jì)劃集成到一個(gè)迭代過(guò)程中[44];研究如何基于領(lǐng)域相關(guān)特征，生成多樣性的計(jì)劃方案[45];研究如何使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，使計(jì)劃系統(tǒng)在計(jì)劃過(guò)程中學(xué)習(xí)用戶實(shí)施計(jì)劃的經(jīng)驗(yàn)和偏好，系統(tǒng)還應(yīng)能夠?qū)W習(xí)計(jì)劃案例，提取其中的計(jì)劃理性.

3)動(dòng)態(tài)不確定環(huán)境下的分布式人機(jī)協(xié)同計(jì)劃技術(shù).當(dāng)前大部分研究關(guān)注單人單機(jī)計(jì)劃的生成，難以在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)復(fù)雜的組織計(jì)劃環(huán)境中使用.應(yīng)當(dāng)研究動(dòng)態(tài)不確定混合主動(dòng)環(huán)境的分布式計(jì)劃，在分布環(huán)境下靈活地計(jì)劃、重計(jì)劃和任務(wù)分配[7].

總之，人機(jī)協(xié)同計(jì)劃是解決軍事行動(dòng)計(jì)劃問(wèn)題的有效途徑，是在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中保持決策優(yōu)勢(shì)的重要方法.將人工智能、認(rèn)知科學(xué)、決策科學(xué)和運(yùn)籌學(xué)從不同學(xué)科角度對(duì)計(jì)劃的研究結(jié)合起來(lái)，將是未來(lái)人機(jī)協(xié)同軍事計(jì)劃技術(shù)研究的主要方式.

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