新一代智能化艦艇發(fā)展初步設想

朱世勇

(海軍裝備部駐上海地區(qū)第一軍事代表室，上海 201913)

0 引 言

未來海戰(zhàn)是“信息主導、體系支撐”下的聯(lián)合作戰(zhàn)[1]，新一代水面艦艇作為體系支撐的重要節(jié)點，需要將艦艇打造成海戰(zhàn)場網(wǎng)絡信息系統(tǒng)中的智能化節(jié)點，全時在網(wǎng)，實時互聯(lián)，既可自主行動、也可與編隊協(xié)同行動[2]。

1 國外智能化艦艇發(fā)展現(xiàn)狀

在國外智能化艦艇發(fā)展方面，美國通過人機系統(tǒng)集成項目正在測試封閉式艦橋減少瞭望團隊，作戰(zhàn)指揮室中心具備平臺集中監(jiān)控能力；2010年起，美國開始研發(fā)“海上獵人”號無人水面艇（USV,Ummanned Surface Vessel)，該無人艇采用光電傳感器、遠程/近程雷達，以及光探測/測距設備，利用人工智能與艇載傳感器進行導航，具有探測、跟蹤、告警、規(guī)避功能；2018年美國發(fā)布了1艘自動駕駛軍艦，能夠一次在世界海洋上巡邏長達3個月（無需船員），也無需遠程控制；歐洲EREMM多用途護衛(wèi)艦通過艦橋與平臺控制集成、與導航系統(tǒng)集成與互操作，實現(xiàn)駕駛室1人操船；英國“伊麗莎白”號（CVF），在最低戰(zhàn)備狀態(tài)下，能夠讓至少2個人操縱綜合平臺管理系統(tǒng)，而在最高戰(zhàn)備狀態(tài)下，多達65個人操縱該系統(tǒng)；荷蘭海軍推出無人巡航艦艇控制中心的研發(fā)項目，著名的綜合船橋系統(tǒng)L 3，Sperry，Raytheon，Anschutz，SAM和Kongsberg等公司的綜合艦橋系統(tǒng)在技術性能及應用方面處于領先地位，均支持1人航行艦橋。

目前國外民用船舶方面，美國ABS船級社綜合橋樓駕駛系統(tǒng)（NIBS）能夠?qū)崿F(xiàn)一人橋樓操縱船舶；康斯伯格、ABB、瓦錫蘭世界主流船舶自動化產(chǎn)品包括KongsbergMaritime推出的Fullpicture集成船舶控制系統(tǒng)，包括航行、通信和機械推進系統(tǒng)的自動化，以及用于監(jiān)測和提供精確詳細決策支援建議的先進船舶性能系統(tǒng)；ABBAbility?集成船舶自動化系統(tǒng)800xA實現(xiàn)了船舶從航行到動力電力系統(tǒng)的完全集成控制；瓦錫蘭的駕機一體NA COS系統(tǒng)集成導航與機艙自動化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了高度整合，將機械自動化，緊急關機和集成橋樓系統(tǒng)，同時通過船岸一體實現(xiàn)在岸上的遠

程維護、狀態(tài)監(jiān)視、辦公管理等功能，船舶上搭載上述系統(tǒng)均已實現(xiàn)無人值守機艙，集控1人值班甚至航行時駕駛室1人操船。民船智能化發(fā)展方面，英國羅·羅公司向業(yè)界提出了無人駕駛船舶設計概念，并發(fā)起智能船舶應用項目，其理念是通過裝設在船舶四周的全景攝像機和傳感器，把船舶所處的環(huán)境通過網(wǎng)絡和海事衛(wèi)星實時傳到陸地的遙控中心，由富有經(jīng)驗的船員通過遙控中心的虛擬環(huán)境來操縱船舶，從而達到無人駕駛的目的。

2 智能化艦艇發(fā)展特點

結(jié)合國外現(xiàn)狀進行分析可知，國外先進的軍船目前已實現(xiàn)了高度自動化，正在進行智能化轉(zhuǎn)型，船員主要精力用于高級決策，各國海軍主要艦艇基本實現(xiàn)了無人值守機艙，也正在發(fā)展無人巡航集控室、全自動化損管、一人值班船橋、緊急指揮控制中心等；民船方面，岸上駕駛員監(jiān)管多條無人駕駛船是其智能化發(fā)展特征?？傮w來說，新一代智能化艦艇的主要技術特點如下：

1）采用創(chuàng)新的設計方法與技術手段實現(xiàn)“軟件定義艦艇”。采用全新智能技術架構(gòu)，實現(xiàn)艦艇信息基礎設施、數(shù)據(jù)服務、智能應用的一體化集成設計；將信息基礎設施等資源進行虛擬化，通過可編程的方式實現(xiàn)靈活可定制的資源管理，并凝練和承載艦艇作戰(zhàn)使用和平臺管理業(yè)務領域的共性，支持艦艇功能軟件的自適應動態(tài)加載、插接式集成和動態(tài)部署，實現(xiàn)艦艇平臺設計、建造和作戰(zhàn)能力建設的相對分離。

2）賦予艦艇智慧以實現(xiàn)減員增效和作戰(zhàn)能力的持續(xù)提升。豐富的傳感器數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、集成控制是艦艇智能化的核心，在實現(xiàn)感知-判斷-決策-打擊環(huán)高度自主化、智能化的同時，達到艦艇整體運轉(zhuǎn)的自主化、少人化等目的。

3 新一代智能化艦艇初步架構(gòu)

基于網(wǎng)絡信息系統(tǒng)的新一代智能化艦艇的組成可劃分為智能化傳感器[10-13]、智能化控制中心[14-16]、智能化武器[17-22]、信息基礎設施和智能化平臺，初步架構(gòu)如圖1所示。

3.1 智能化傳感器

分為外部傳感器和內(nèi)部傳感器，外部傳感器在傳統(tǒng)單節(jié)點的射頻/聲頻/光頻傳感器基礎上，利用信息網(wǎng)絡和多傳感器協(xié)同探測技術，實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的外部傳感器協(xié)同探測、陣源共用；內(nèi)部傳感器實時監(jiān)測采集本平臺各設備狀態(tài)，為本平臺運行提供基礎數(shù)據(jù)支持。

3.2 智能化控制中心

圖1 新一代智能化艦艇初步架構(gòu)示意圖Fig.1 A new generation of intelligent ships

智能化控制中心作為本艦的大腦和編隊中的智能節(jié)點，對全艦進行綜合管理。有人時，輔助艦員實現(xiàn)對艦艇的智能控制；無人時，按預定方案自主控制艦艇行動；作為編隊智能節(jié)點，可以實時共享全局態(tài)勢和參與編隊作戰(zhàn)。

3.3 智能化武器

基于信息網(wǎng)絡，實現(xiàn)本平臺中遠程、近程、末端防御和打擊武器的智能控制，實現(xiàn)編隊內(nèi)武器的智能管控和分布式打擊。

3.4 信息基礎設施

信息基礎設施包含通信、導航、信息安全防護等設備，實現(xiàn)艦艇導航定位、對外信息交互和信息安全防護等功能。

3.5 智能化平臺

在現(xiàn)有平臺管理系統(tǒng)設備基礎上應用數(shù)據(jù)分析、CPS（Cyber-Physical System：網(wǎng)絡-實體系統(tǒng)技術）平行智能[23-26]、智能學習等技術，建立平臺管理系統(tǒng)面向指揮決策的綜合認知管控、面向航行操縱的智能航行、面向裝備用管維一體的智能運維、面向數(shù)據(jù)與應用靈活集成升級的智能信息平臺，實現(xiàn)基于任務的平臺智能認知決策、高效控制與精準保障能力，提高平臺狀態(tài)感知、實時分析、科學決策與精準執(zhí)行的效率，減少平臺管理相關人員的決策、運維與管控壓力。

4 新一代智能化艦艇的主要技術特點

1）采用創(chuàng)新的設計方法與技術手段實現(xiàn)“軟件定義艦艇”。采用全新智能技術架構(gòu)，實現(xiàn)艦艇信息基礎設施、數(shù)據(jù)服務、智能應用的一體化集成設計；將信息基礎設施等資源進行虛擬化，通過可編程的方式實現(xiàn)靈活可定制的資源管理，并凝練和承載艦艇作戰(zhàn)使用和平臺管理業(yè)務領域的共性，支持艦艇功能軟件的自適應動態(tài)加載、插接式集成和動態(tài)部署，實現(xiàn)艦艇平臺設計、建造和作戰(zhàn)能力建設的相對分離。

2）賦予艦艇智慧以實現(xiàn)減員增效和作戰(zhàn)能力的持續(xù)提升。數(shù)據(jù)、計算能力、算法是艦艇人工智能集成應用的3個核心，各類渠道收集的數(shù)據(jù)通過共用存儲、按需共享滿足算法使用需求；計算能力依托艦艇公共計算環(huán)境，通過計算資源虛擬化集群滿足算法的需求；算法充分發(fā)揮人工智能技術能夠持續(xù)學習提升的優(yōu)勢，在實現(xiàn)感知-判斷-決策-打擊環(huán)高度自主化、智能化的同時，達到艦艇整體運轉(zhuǎn)的自主化、少人化等目的。

圖2 基于網(wǎng)信體系的智能艦艇編組示意圖Fig.2 A schematic diagram of a smart ship based on the web letter system

3）賦予艦艇編隊具有可重構(gòu)可快速響應的攻防作戰(zhàn)能力。智能化艦艇將是硬件和軟件的融合，是編隊數(shù)據(jù)云和無線互聯(lián)中的智能化節(jié)點。艦艇編隊將與無人作戰(zhàn)平臺相輔相成，形成數(shù)字化、網(wǎng)絡化、信息化、智能化的多域或跨域一體的作戰(zhàn)群，單個平臺的先進隱身、機動、裝載以及遠程打擊等能力都將變?yōu)榫庩犇芰Φ暮诵暮屯庋拥闹匾M成。艦艇編隊真正實現(xiàn)從“平臺為中心”向“以網(wǎng)絡為中心”的轉(zhuǎn)變。

5 對我國智能艦艇發(fā)展建議

我國海軍智能化艦艇的研究工作剛剛起步，與美軍相比，無論是技術基礎還是設計理念上均有較大差距，在平臺指揮管理方面，實現(xiàn)了對平臺動力、電力、損管等設備的綜合監(jiān)測、管理與初步輔助決策，但在智能化方面仍有一定差距，需進一步推動新一代智能化艦艇體系能力的逐步形成。開展現(xiàn)代艦艇智能化改進研究，突破自主安全操控、艦艇智能化集成控制等關鍵技術，通過智能機艙系統(tǒng)實現(xiàn)機艙無人值守，智能平臺管控系統(tǒng)實現(xiàn)輪機室一人值班，智能航行系統(tǒng)實現(xiàn)開闊水域駕駛室一人操船，岸基綜合管控系統(tǒng)實現(xiàn)裝備保障管理、航行管控及模擬訓練，為高效指揮、快速機動，平時減員增效、軍事演訓提供支撐。

6 結(jié) 語

智能艦艇是未來艦艇的發(fā)展趨勢，本文提出的新一代智能化艦艇由智能化傳感器、智能化控制中心、智能化武器、信息基礎設施和智能化平臺組成，具備軟件定義、減員增效、以網(wǎng)絡為中心的艦艇編隊作戰(zhàn)等技術特點，對實現(xiàn)我國海洋強國戰(zhàn)略具有重要意義。