基于人工智能的軍事衛勤云體系建設研究

楊曉江,孟 嘉,趙建寧,包倪榮

0 引 言

當前,隨著人工智能技術群在軍事領域的廣泛和深入運用,智能化浪潮正在逐步推動戰爭形態從機械化、信息化向智能化演變[1]。智能化在改變作戰方式的同時,也直接和間接推進軍事衛勤領域的變革[2]。構建智慧型軍事衛勤,是智能化戰爭精準打擊、多域協同、蜂群作戰等全新作戰方式對于軍事衛勤保障提出的新要求。智慧型軍事衛勤,是一種應用模式,是智慧管理理念在軍事衛勤領域的實踐運用[3-4],其核心是構建“軍事衛勤云”,通過“云”實現對各類衛勤資源和力量的整合,為軍事衛勤保障提供高效的智能化服務。

當前衛勤保障領域信息技術運用成效明顯[5],但是仍然存在著與實戰貼得不緊、與作戰數據存在藩籬、平戰數據集成度不高等問題,在很大程度上制約了衛勤保障質量效益的發揮。如何將人工智能技術群與軍事衛勤進行深度結合,創新軍事衛勤保障理念和模式,打造“軍事衛勤云”,提高衛勤保障效益,這是當前軍事衛勤研究的重要方向。

1 軍事衛勤云的理論內涵

1.1 基本概念軍事衛勤云的核心是云計算,在這種模式下,資源提供方便捷提供計算資源,而資源需求者便捷使用計算資源,提供方和需求方通過網絡實現計算資源的交付[6-7]。所謂軍事衛勤云,是以云計算理念為指導,以網絡通信技術、虛擬化技術、分布式計算技術及負載均衡技術為支撐,對救護力量、衛勤裝備、藥品、衛勤數據等衛勤保障資源進行信息整合,對計算、存儲等基礎資源模塊化和云池化,為用戶提供靈活高效的軍事衛勤數據、計算和應用等服務,實現對衛勤指揮、戰場救治、資源調度等業務場景的服務支撐。

軍事衛勤云與一般的云平臺存在區別,一般的云平臺是一個基礎體系,主要為用戶提供算力、存儲等基礎資源。而軍事衛勤云是集基礎平臺與業務應用于一體的綜合體系,不僅包括各類資源管理,而且包括使用這些資源展開各種衛勤保障信息化業務的管理。它的資源分為信息化資源和實體化資源,信息化資源主要包括各類衛勤數據[8]、服務器計算能力、存儲器存儲能力等,這些可以在軍事衛勤云體系下進行虛擬化并提供給用戶進行使用。而實體化資源主要指的是各類藥品、醫療設備器械等等。實體化資源不能直接在軍事衛勤云體系下分發使用,而是通過將信息數據納入到衛勤信息管理中,用戶通過管理各類實體資源信息,并將管理指令通過與業務系統的交互接口進行傳遞執行,實現對于各類實體化資源的統籌管理和運用。

1.2主要特點

1.2.1 更加先進的運行模式軍事衛勤云本質上是一種云,具有云的先進理念和運行模式。它在運用上強調按需服務,以用戶為中心,它所提供的數據即、軟件即和基礎設施即服務,在不同的作戰保障任務中,能夠按照衛勤保障的實際需求,對各類衛勤保障力量和資源進行優化組合,并將其打包形成服務提供給用戶。通過預留開放接口的方式,實現對于各類衛勤力量和資源的統籌調度與彈性擴展。

1.2.2更加集成的管理體系軍事衛勤云的構建目標即為提高衛勤保障資源提供和使用契合度,所以在構建和運行過程中尤其強調綜合集成。通過虛擬化、異構系統交互接口等技術手段,實現對于醫療設備、藥品、人員以及數據、計算、存儲等各類資源的模塊化、集成化管理,實現異構資源快速重組。

1.2.3更加嚴格的使用要求衛勤保障的時效救治理念對于軍事衛勤云的服務時效性提出了非常高的要求。衛勤指揮人員基于軍事衛勤云展開各類指揮控制活動,要求軍事衛勤云所提供的各類資源信息服務必須準確及時。軍事衛勤云直接用于作戰衛勤保障,使用環境包括嚴酷的戰場對抗環境,這對于基礎網絡體系的可靠性、安全性要求更高。

2 軍事衛勤云的體系架構

軍事衛勤云是實現智慧衛勤管理模式的核心部分,是推進軍事衛勤保障模式創新、提高衛勤保障質量的重要支撐。通過構建軍事衛勤云,將衛勤保障力量、衛勤保障資源與業務應用進行充分融合,其規劃構建是將信息化技術、人工智能技術、醫療救護技術與軍事運籌學理論、衛勤保障理論相融合的復雜系統工程。

按照功能作用區分,軍事衛勤云體系架構主要分為設施資源層、網絡支撐層、信息服務層、應用層、業務層等5個層次,見圖1。

圖 1 軍事衛勤云體系架構圖Figure 1 Architecture of military medical service cloud system

2.1設施資源層設施資源層由支撐整個軍事衛勤云體系運行的設施設備和衛勤資源組成。設施設備主要包括服務器計算設備、磁盤陣列存儲設備、多媒體設備、計算機終端、UPS設備、音視頻采集設備,以及分布在各類衛勤裝備和作戰人員身上的、用以智能感知的傳感器設備。衛勤資源主要包括衛勤裝備、醫療器材、戰救藥材、衛勤人員、衛勤倉庫、衛勤數據庫,以及支援配屬的部分民用醫療保障設備。

2.2網絡支撐層作為軍事衛勤云體系運行的“神經”和“血管”,網絡支撐層發揮著關鍵作用,各類信息的交互均通過網絡層來實現,具體由網絡設備、光纖網、交互中間件,以及各類網絡協議和接口等組成。在實現形式上,軍事綜合信息網、作戰指揮網、衛勤指揮網、戰地無線接入網、管理局域網等多種組網形式并存,保證軍事衛勤云體系支撐下的用戶、設備、系統之間的信息交互。

2.3信息服務層信息服務層主要為各類業務系統和應用提供信息服務,主要包括數據服務、云計算服務、仿真引擎服務、時統服務、信息管理服務,以及相關的設備運維服務等。

2.4應用層應用層主要包括用于軍事衛勤業務的各類信息系統,包括衛勤指揮系統、數據管理系統、衛勤門戶網站、理論學習系統、遠程醫療系統、衛勤訓練系統戰場搜救系統、衛材管理系統等等。這些系統在信息服務層的支撐下實現信息互通、功能互補,面向衛勤指揮人員、管理人員以及戰場一線救治人員等進行使用。

2.5業務層業務層主要是各類衛勤系統面向不同的衛勤保障業務時進行互聯和組合,構設專項化衛勤保障服務場景,以滿足不同衛勤指揮和保障人員的實際需求。圍繞著軍事衛勤云體系的功能定位,根據用戶和具體業務內容的區別,分為理論學習、衛勤指揮、戰地救護、遠程醫療、戰場搜救、衛勤專項演練、全要素實兵演習等類型。

3 關鍵技術分析

軍事衛勤云體系的最大優勢是對衛勤保障資源進行高效的信息整合和運用,需要通過物聯感知、異構數據融合等方式實現信息的集成,通過數據分析挖掘、智能規劃實現信息的運用。在體系構建過程中,主要解決以下關鍵技術。

3.1集成化數據處理技術衛勤數據來源復雜多樣,不同類型的數據獲取機制不同,在數據的采集和匯總過程中存在著大量誤差。因此,在構建軍事衛勤云的統一數據庫時,需要采用數據工程相關技術實現對于各類衛勤數據的集成。在采集和導入不同來源、時間、類型的衛勤數據之后,按照衛勤數據的特點,通過ETL技術,制定ETL轉換策略并構建靈活的數據轉換方法,實現大量重復、冗余、錯誤數據的清洗、整合、轉換和加載。通過數據倉庫技術按照人員、事件等主題對衛勤數據進行重組,便于后續的查詢處理、分析挖掘。通過構建元數據,對衛勤數據的量綱、格式等內容進行規范化約束,制定數據字典,確保衛勤數據的管理和擴展。

3.2個性化人機交互技術軍事衛勤云作為云平臺技術在衛勤領域的應用體系,其顯著特點是以用戶為中心,這就決定了體系提供給不同類型的衛勤人員的服務是有區別的。通過知識圖譜和用戶畫像技術為不同的衛勤人員進行畫像,按照專家領域知識構建典型用戶標準,以衛勤人員基礎數據和業務數據進行處理形成用戶行為數據。通過語義模型生成用戶的標準集合,確定用戶的畫像。以用戶畫像為基礎,設計具有個性化特征的軍事衛勤云體系智能化人機交互界面,具備面向用戶智能提示功能的交互方式。按照衛勤人員以及其開展衛勤業務的類型推斷用戶意圖和需求,及時推送用戶所需的各類數據資源,形成具有操作智能導航、命令參數自動提示的智能化交互模式。

3.3智能化感知決策技術在設施資源層和網絡支撐層的支撐下,軍事衛勤云相關應用系統基于物聯網技術,實時獲取分布在不同區域的、執行不同衛勤保障任務的醫療設備和單兵傳感器傳來的狀態數據,構建覆蓋整個衛勤保障任務空間的全維信息感知、采集和識別手段。將數據挖掘、語義分析、知識工程等技術與衛勤保障相關理論進行結合,構建衛勤保障相關行為模式的知識庫。針對當前不同作戰行為、保障行為的時空關聯關系,通過模式匹配對戰斗減員率、戰傷分布做出預測?；谏疃葘W習、神經網絡、排隊論等相關技術手段,解決不同衛勤保障資源在時空尺度下的優化組合問題,輔助衛勤指揮員制定相關方案計劃。

4 實踐運用模式

軍事衛勤云能夠為軍事衛勤指揮以及保障活動的籌劃、組織、實施等不同階段不同用戶提供高效信息服務,通常部署在聯合保障部隊的衛勤指揮機關和具體衛勤保障單位。

4.1衛勤指揮輔助決策智能化時代的戰爭,作戰兵力在海陸空等多域展開攻防轉換,要求衛勤指揮機構對整個戰場態勢進行全面感知、高效決策,并迅速指揮控制戰場上的醫療編組按照傷情進行精準投送、及時施救。通過軍事衛勤云,依托戰場單兵生命體征監控裝置、戰術互聯網、衛勤數據庫等設施資源構建衛勤態勢感知和輔助決策平臺,全維采集戰場單兵生命體征、地理位置信息,快速識別、定位危重癥病員。將衛勤云接入作戰指揮平臺,基于實施作戰態勢和衛勤態勢,預測主要減員方向、主要傷員流分布,從而輔助衛勤指揮員實時調整衛勤保障方案,并快速制定預防搜救、傷情救治、轉運后送等行動計劃。

4.2戰場救護輔助實施通過構建軍事衛勤云,牽引衛勤網絡信息體系標準化建設,實現從戰術到戰略全系統的上下通聯指揮體系,確保作戰任務延伸與衛勤保障網絡同步?；谲娪靡苿泳W絡和加密基站,配發單兵生命體征監控裝置、衛勤通信終端,構設戰場衛勤保障全維通信網,在衛勤指揮員和輔助決策平臺的調控下,實現衛勤野戰醫療隊在戰場上的小型化、靈活性配置,按照戰場傷情優化調配野戰醫療力量,盤活醫療資源,實現戰場救護的高效化和精準化服務。在針對具體傷病員進行救治時,云體系將從大數據平臺中篩選傷病員個人血型、病史等相關信息,輔助醫療人員實施救治。

4.3醫療后送優化配置軍事衛勤云通過接入作戰指揮系統、后勤指揮系統,依托傳感器設備以及系統接口,實現對于各類醫療運輸工具、其他軍兵種的運輸保障工具信息的全面掌握。在收到醫療轉運后送的需求后,通過多目標優化算法確定最優的轉運工具、轉運路線,并通過與軍事衛勤云相匹配的指揮協調機制,向非建制和配屬的轉運工具指揮機構發送協調指令,快速完成轉運后送力量編組并組織實施,從而縮短后送救治時間。

5 結 語

本文針對軍事衛勤保障領域存在的現實問題,前瞻提出了軍事衛勤云的理念,并提出了軍事衛勤云的理論概念和主要特點。在理論分析的基礎上,對軍事衛勤云的體系架構進行了設計,明確了各體系層級的主要建設內容。最后圍繞著軍事衛勤云的構建關鍵技術和實踐運用模式進行了分析。這對于軍事衛勤保障條件建設和發展具有指導作用,對衛勤保障模式創新也具有一定的啟發意義。