無人機(jī)自主性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)淺析

賈勤康

隨著人工智能等技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)體現(xiàn)出越來越強(qiáng)的自主性。這直接影響到了人與無人機(jī)的交互與控制關(guān)系。不同自主性強(qiáng)度的無人機(jī)在這些方面體現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。因此從理論上對(duì)無人機(jī)進(jìn)行自主性等級(jí)劃分對(duì)研究無人機(jī)的指揮控制有著重要的意義。本文對(duì)無人機(jī)自主性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，總結(jié)出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的劃分依據(jù)，為今后的無人機(jī)研究提供理論支持。

一、無人機(jī)自主性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)研究現(xiàn)狀

關(guān)于無人機(jī)自主性等級(jí)的劃分，國外研究較多。比較典型的有Sheridan的自動(dòng)裝置等級(jí)（LOA）、自主控制水平等級(jí)（ACL）、無人系統(tǒng)自主性等級(jí)（ALFUS）、人-機(jī)權(quán)限四級(jí)模型和自主系統(tǒng)參考框架等。

Sheridan的自動(dòng)裝置等級(jí)主要通過計(jì)算機(jī)與人對(duì)決策的影響程度對(duì)自主性進(jìn)行劃分。最低的自主性等級(jí)下，計(jì)算機(jī)不提供任何幫助，人應(yīng)該處理所有的工作。而最高的自主性等級(jí)下，計(jì)算機(jī)不受人支配，自主決定每一件事情。

自主控制水平等級(jí)是美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室為了研究無人機(jī)的自主性而定義的。經(jīng)歷了多個(gè)版本的修改。十個(gè)自主性等級(jí)分別為：遙控引導(dǎo)、實(shí)時(shí)故障診斷、飛行狀態(tài)自適應(yīng)、機(jī)上航路重規(guī)劃、機(jī)群協(xié)同、群戰(zhàn)術(shù)重規(guī)劃、機(jī)群戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)、分布式控制、機(jī)群戰(zhàn)略目標(biāo)、完全自主集群。該自主性等級(jí)聚焦于無人機(jī)的自主性能力，根據(jù)無人機(jī)的自主性能力由強(qiáng)到弱對(duì)自主性等級(jí)進(jìn)行劃分，與Sheridan自動(dòng)裝置等級(jí)相比更加針對(duì)無人機(jī)這一特定的自動(dòng)裝置。

美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所智能系統(tǒng)部對(duì)ALFUS框架進(jìn)行了研究。該框架用于對(duì)無人系統(tǒng)自主能力進(jìn)行通用量化評(píng)估。該框架主要從任務(wù)復(fù)雜度、環(huán)境復(fù)雜性、人機(jī)交互程度三個(gè)方面對(duì)無人機(jī)的自主性等級(jí)進(jìn)行評(píng)判。任務(wù)復(fù)雜度，通過子任務(wù)處理、協(xié)作水平、知識(shí)和態(tài)勢(shì)感知要求等方面進(jìn)行衡量，環(huán)境復(fù)雜性通過障礙物尺寸、地形復(fù)雜度、通信干擾條件等方面進(jìn)行進(jìn)行評(píng)價(jià)。人機(jī)交互程度通過交互的時(shí)間和頻率、交互的工作量、技術(shù)要求水平等方面進(jìn)行衡量。這三個(gè)指標(biāo)構(gòu)成了一個(gè)無人機(jī)自主性能力的向量空間，可以更加全面地評(píng)價(jià)無人機(jī)的自主性。

人-機(jī)四級(jí)權(quán)限模型是美國國防部在2011年的《無人系統(tǒng)綜合路線圖》中提出的。回避了自主能力分級(jí)問題，以人-機(jī)權(quán)限視角將自主性等級(jí)分為人操作、人委派、人監(jiān)督、完全自主四個(gè)等級(jí)。四個(gè)等級(jí)人的權(quán)限越來越低，機(jī)器的權(quán)限越來越高。

自主系統(tǒng)參考框架是2012年美國國防科學(xué)委員會(huì)提出的，從認(rèn)知層次、任務(wù)時(shí)間軸、人-機(jī)系統(tǒng)權(quán)衡空間3個(gè)角度定義的自主性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。強(qiáng)調(diào)自主性問題要更多的關(guān)注指揮官、操作員和開發(fā)人員三者的協(xié)調(diào)問題。

二、不同自主性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)分析

以上介紹的各種無人機(jī)自主性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)各有特點(diǎn)。Sheridan的自動(dòng)裝置等級(jí)是一種通用的自主性分類方法。不光可以用于無人機(jī)的自主性分級(jí)，也可以用于其他自動(dòng)裝置。其自主性的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來源于人與機(jī)器對(duì)決策的參與程度。顯然，這是一種宏觀抽象的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。不同場景下，人和機(jī)器參與決策的方式各不相同，如何評(píng)價(jià)人和機(jī)器參與決策的程度，也沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)。因此該分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如果要應(yīng)用于之后的無人機(jī)自主性研究，還需要進(jìn)一步結(jié)合具體情境對(duì)每個(gè)自主性等級(jí)進(jìn)行詳細(xì)闡釋。

ACL自主性等級(jí)則是專門針對(duì)無人機(jī)的自主性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。其分級(jí)的依據(jù)是無人機(jī)的自主性能力。根據(jù)無人機(jī)自主性能力的強(qiáng)弱對(duì)自主性等級(jí)進(jìn)行劃分。這樣的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)顯然比Sheridan自動(dòng)裝置等級(jí)更為具體，具有更強(qiáng)的針對(duì)性。但是該分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)也存在著具體分級(jí)方法不夠明確的問題。無人機(jī)存在各種各樣的自主性能力，究竟什么樣的自主性能力等級(jí)低，什么樣的自主性能力等級(jí)高并沒有較為明確統(tǒng)一的說法。不同等級(jí)之間究竟有多大的差距也無法進(jìn)行量化。而且隨著無人機(jī)自主性的不斷提高，新的自主性能力出現(xiàn)后該分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可能需要進(jìn)一步完善。

ALFUS框架與ACL分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相比，分級(jí)的完備性較強(qiáng)。從三個(gè)維度構(gòu)建了自主性等級(jí)的向量空間，反映了不同自主性等級(jí)在任務(wù)復(fù)雜度、環(huán)境復(fù)雜性、人機(jī)交互程度方面的不同特點(diǎn)。但是該分級(jí)框架最終僅僅給出了三種較為典型的自主性等級(jí)。即任務(wù)復(fù)雜度、環(huán)境復(fù)雜性、人機(jī)交互程度分別取低、中、高時(shí)的自主性等級(jí)，而對(duì)于向量空間中的其他自主性等級(jí)沒有進(jìn)行詳細(xì)描述。除此之外，該分類方法雖然在邏輯上較為完備，但是三個(gè)方面等級(jí)的具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)也難以明確。

人機(jī)四級(jí)權(quán)限模型類似于Sheridan的自動(dòng)裝置等級(jí)，但是與之相比更為具體，對(duì)無人機(jī)自主性等級(jí)的評(píng)價(jià)更具針對(duì)性。而與ACL自主性等級(jí)相比，該分級(jí)方法具有更強(qiáng)的邏輯性與完備性，解決了ACL分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)過于離散、相互之間聯(lián)系性不強(qiáng)的問題。但是該方法還是存在著分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)模糊不清，主觀性太強(qiáng)的問題，四個(gè)自主性等級(jí)的量化仍然依賴具體情況下的建模。

自主系統(tǒng)參考框架則是將無人機(jī)的自主性等級(jí)放在從開發(fā)到操作，再到整個(gè)任務(wù)行動(dòng)的大背景下進(jìn)行考察。指出無人機(jī)的自主性是開發(fā)人員、操作人員和指揮官在特定情景下互相配合的結(jié)果。這些要素都缺一不可。顯然這樣的分級(jí)方法結(jié)合了無人機(jī)的具體應(yīng)用場景，對(duì)影響自主性表現(xiàn)的各個(gè)因素都加以分析。該方法的分級(jí)方式較為全面和客觀，但是必須結(jié)合具體情景，而且較難進(jìn)行定量分析。

三、對(duì)無人機(jī)自主性研究的思考

通過對(duì)以上的分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究分析，對(duì)無人機(jī)自主性有以下三點(diǎn)思考：

一是無人機(jī)的自主性必須結(jié)合具體的應(yīng)用情景進(jìn)行分析。無人機(jī)的自主性不是孤立的特性，必須與環(huán)境結(jié)合起來。在一種作戰(zhàn)情境下可能高的自主性等級(jí)有著較好的表現(xiàn)，但是在其他情景下可能反而表現(xiàn)不好。相同的算法在遇到不同的環(huán)境因素時(shí)可能產(chǎn)生截然不同的表現(xiàn)。抽象的無人機(jī)自主性分級(jí)意義不大。

二是要充分考慮到人對(duì)無人機(jī)控制地位。不管無人機(jī)具備再強(qiáng)的自主性，始終是人來控制機(jī)器。只是自主性等級(jí)高時(shí)，可以將簡單工作完全交給無人機(jī)進(jìn)行處理。而直接操作無人機(jī)的操作人員與控制整個(gè)任務(wù)行動(dòng)的指揮人員都會(huì)對(duì)無人機(jī)的行為產(chǎn)生干預(yù)。自主性等級(jí)的提高首先取代的是操作人員，而后可以完成部分指揮人員的操作。但是不論如何，始終要有人在回路中監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的行為。

三是無人機(jī)自主性的發(fā)展必須要結(jié)合最需要的應(yīng)用場景，而不是完全替代人。人工智能永遠(yuǎn)只能輔助人的工作，而不能完全取代人。再高的自主性等級(jí)也只能是人控制無人機(jī)的輔助手段，無人機(jī)不可能具備完全獨(dú)立的指控能力。自主性分級(jí)的最終目的是確定相關(guān)能力對(duì)人控制無人機(jī)水平的提升程度。