技术发展的未来趋势

从上节关于坦克装甲车辆电子综合系统人机交互技术的发展历程可以看出，人机交互技术的发展和进步是在“需求牵引”和“技术推动”下，逐渐发展成熟的。一方面，随着坦克装甲车辆作战模式多样化、作战任务复杂化，乘员的人机交互需求越来越多，不但需要了解和掌握更多、更全面、更准确的信息，而且需要操控的设备和功能也越来越多；另一方面，各种高新技术的发展，如虚拟现实技术、脑电波控制技术等，都为人机交互的方法和途径提供了更多的选择，能够有力促进人机交互技术的发展。总体而言，坦克装甲车辆人机交互技术的发展趋势可概括为“以人为中心，以多通道为途径，以人机融合为最终目的”。

1.以人为中心的人机交互设计

如上文所述，在坦克装甲车辆人机交互系统设计中，必须重视人的因素，基于作战任务，以人为中心，开展人机交互设计，才能提高坦克装甲车辆这个人机复杂系统的作战效能。

在坦克装甲车辆领域，英国BAE系统公司和美国通用动力地面系统公司是两家居领先地位的大型公司，它们所采用的坦克装甲车辆现代设计方法具有代表性。不论是通用动力地面系统公司的四步骤方法（Four Step Process），还是BAE系统公司的SES（Simulation-Emulation-Stimulation）方法，均体现了“‘以乘员为中心的设计’贯穿于系统工程开发生命周期”这一先进设计理念。

就通用动力地面系统公司的四步骤方法而言，虚拟或实际的人和环境的使用贯穿于系统工程开发生命周期的各个阶段，具体视需要而定。图4-5所示为“以乘员为中心的设计”的4个步骤示意。这4个步骤分别是：

（1）CAD（计算机辅助设计）——虚拟环境-虚拟人。

（2）CAVE（沉浸式虚拟环境）——虚拟环境-人。

（3）Mock-up（半实物样机）——中逼真度环境-人。

（4）Vehicle（实物样机）——高逼真度环境-人。

图4-5　“以乘员为中心的设计”的4个步骤示意

“以乘员为中心的设计”是通用动力地面系统公司系统工程团队贯穿系统工程开发生命周期的目标。通过应用上述4个步骤可实现这个目标。不过，在设计过程中的具体应用是灵活的，并不一定总是需要或遵循上述所有4个步骤。这个过程匹配以适当的设计可视化和分析工作，即能够产生支持“以乘员为中心的设计”所需要的信息。

BAE系统公司美国作战系统分公司开发了基于物理的高保真度模拟模型的SES（Simulation-Emulation-Stimulation）方法，如图4-6所示。在Simulation阶段，仅利用建模工具建立车辆各种系统的模型，进行纯数字仿真设计、集成及试验；在Emulation阶段，进行半实物仿真、集成及试验；在Stimulation阶段，利用实际车辆硬件来无缝地取代仿真。

利用SES方法，BAE系统公司美国作战系统分公司开发了一个SES集成工程环境。它被设计成可模拟坦克装甲车辆各种系统而且可结合战术软件使用产生一个设置在实验室的虚拟坦克装甲车辆，以支持整个工程研制生命周期的工作，包括需求生成、概念原型生成、工程研制、最初接口和子系统集成、人-机接口评定、系统集成和实验室试验、坦克装甲车辆评定。

图4-6　SES方法示意

2.多通道人机交互技术

多通道人机交互是在传统人机交互界面上发展起来的一门新兴技术，是综合利用人的多个感觉和效应通道，力图使计算机能够“听”“说”“理解”用户的交互意图。除了视觉界面之外，听觉、触觉也是人类接收信息的通道。当系统越来越复杂时，视觉通道可能会超负荷，导致错误的出现，通过利用其他感官通道能减轻视觉通道提供所需信息的压力，从而改善交互效率。多种通道技术的综合应用能够有效地增加乘员与装备之间的自然交互，一方面可以通过手动、语音、眼神、表情甚至意念等方式更高效地帮助乘员输入指令，使系统“读懂”意图；另一方面能够通过视觉、听觉、触觉、嗅觉等多种感觉通道方式接收信息，减轻乘员的认知负担，提高认知效率。同时，对于多种通道方式的整合能够有效地消除信息的干扰与冗余。多通道交互的应用增加了人与计算机交互的“带宽”，使人机交互更像人与其所在日常环境的交互，使交互系统的应用更加自然。在坦克装甲车辆人机交互设计中使用多通道的交互方式有助于解决单通道信息负荷过大、提高认知表现以及沉浸式虚拟座舱环境的开发等问题。

美陆军在21世纪虚拟驾驶舱优化计划（Virtual Cockpit Optimization Program，VCOP）中指出其涉及的5项关键技术：彩色头盔显示器、三维音频、战术态势了解、语音识别和认知决策辅助。其目标就是要产生一个有“直觉”的驾驶舱，即把来自机内外的信息转换为飞行员无须进一步思考和判断的一种“直觉”。VCOP项目负责人称，VCOP的核心是一个全彩的高分辨率、高亮度头盔显示器，它以虚视网膜显示器（VRD）技术为特征，即采用对人眼安全的激光直接在飞行员的视网膜上成像。VRD提供的图像色彩亮度和分辨率是其他头盔显示器无可比拟的。它还能使系统显示三维活动地图，这将是虚拟驾驶舱环境的基础。

原麦·道公司著名战斗机驾驶舱设计师亚当提出的21世纪战斗机驾驶舱方案的主导思想是：以头盔显示器作为进行视距战术情况了解的主显示器；用大屏幕显示器实现超视距全局情况了解；采用握杆操纵控制、触敏控制、头位跟踪和控制技术实现多通道综合控制。其长远目标是“大图像”，即整个仪表板构成一个大屏幕触敏控制全景显示器，并采用头盔显示器和语音控制。波音公司的JSF驾驶舱布局是在F-22基础上的继承和提高，它不仅以头盔显示器取代了平显，而且采用了可分屏又可全屏显示的更大尺寸的有源阵液晶显示器。最引人瞩目的是以头盔显示器取代了传统的平视显示器。JSF的头盔显示器不仅显示全部基本飞行信息、防御威胁和瞄准攻击信息，而且能够显示机载红外探测器的全景夜视图像。不仅如此，作为JSF机内通话系统之一的语音识别系统也被综合进头盔显示器。驾驶员使用座舱内的语音识别系统可以用语音指令调用任意显示格式，也可以控制非关键性飞机功能，包括显示格式、通信频率变化和设置敌我识别器发送信号编码。例如，发一个简单的语音指令就可以把四分屏变为全屏显示。JSF的头盔显示器与语音警告和语音识别系统共同构成了综合头盔视听说系统，并且已于1996年在TAV-8B飞机上试飞成功，这表明可以增强态势感知能力、减轻工作负荷、提高攻击机作战效率和生存力。

资料显示，国外新一代战斗机可通过语音和虹膜控制人机交互界面进行信息播报和语音告警，实现语音命令识别和信息压缩以及视线火力瞄准等。可以预见，随着技术的成熟，多通道人机交互技术将在坦克装甲车辆上得到应用，以有效降低乘员处理繁杂战场信息的负担，提高坦克装甲车辆的作战效能。

3.人机交互的高级阶段——人机融合

随着计算机技术和人工智能技术的发展，坦克装甲车辆上配置的各种信息处理设备越来越多，能够智能地代替乘员完成一些任务，从而提高整车作战效能。但是高度智能化的平台不能完全替代人实现完全的自主。以无人车为例，虽然无人车与有人车相比具有零人员伤亡、持续作战能力强、全寿命周期成本低等优势，能够替代有人车完成枯燥、恶劣、危险、纵深等任务，但是由于人工智能的基础——数学模型和算法的提出大多是在经验假设基础上，是通过对实际问题的简化和抽象后形成的，所以无人车难以实际应用于坦克装甲车辆这种开放的复杂巨系统。

钱学森提出“综合集成研讨厅”方法论为解决上述人工智能与人之间的关系提供了解决思路，即“人机融合”。“人机融合”思想认为“智能计算机和智能人之间是一种同事关系，人和计算机各自完成自己最擅长的任务，系统的智能就是这种合作的产物”，它的解决对象多是大规模复杂系统问题，如本书所述的坦克装甲车辆电子综合系统。

人机融合是对传统人机交互的深化，关注的是人与信息系统之间的信息融合、知识融合，而不仅是简单的人对车辆的操作和控制。从信息处理的角度来考虑，“人机融合”把人的“性智”“量智”与计算机的“高性能”信息处理相结合，实现定性的（不精确的）与定量的（精确的）处理相互补充，达到从定性到定量的认识。在解决复杂问题的过程中，能够形式化的工作尽量让计算机去完成，一些关键的、无法形式化的工作，则靠人的直接参与或间接作用，实现“人机融合，从定性到定量的综合集成”。在当前计算机技术和人工智能技术尚未成熟之时，坦克装甲车辆电子综合系统的发展必须充分发挥计算机和人各自的优势，通过人机融合，形成系统智能。

“人机融合”在坦克装甲车辆中的应用主要包括体系级和平台级两个层次。

1）人机融合在体系级“综合集成研讨厅”中的应用

体系级“综合集成研讨厅”的目的是实现坦克装甲车辆的指挥自动化。随着信息化战场环境越来越复杂，单纯依靠指挥人员用人力作出高效、正确的决策越来越困难，所以迫切需要进行人机融合，即通过智能化的作战决策技术来辅助指挥人员完成指挥和决策任务。

从本质上来说，指挥是对作战信息的搜集、处理和传递，而决策则是人脑对信息的加工处理，指挥中最重要的信息处理就属于决策。因此，要在指挥与决策中实现人机融合，就必须分析在作战决策中计算机能够做什么、能够模拟人脑的哪些思维活动。计算机能够模拟人类的思维活动越多，就能够越深入地参与到作战决策中，代替指挥人员完成更多的任务。但由于目前普遍使用的计算机的工作机制与人脑思维截然不同，无法真实模拟人脑的思维过程，而只能从效果上近似，因此，计算机目前还无法代替人脑实现自动化的作战决策。

因此，在体系级的“综合集成研讨厅”中，只有通过人机融合，才能充分发挥人和计算机各自的特长，将人的指挥艺术和计算机的支持完美结合起来。

2）人机融合在平台级“综合集成研讨厅”中的应用

坦克装甲车辆人机系统是由乘员、机器系统和环境在运行过程中组成的系统，其中乘员指车长、炮长、驾驶员等；机器系统包括坦克装甲车辆的推进系统、感知系统、武器系统、防护系统等；环境包括作战环境和乘员舱等。坦克装甲车辆作战的过程本质上就是人机系统运作的过程，是人-机-环境三者信息交互的过程。

要实现平台级“综合集成研讨厅”，人机之间的深度结合是关键，不但要实现信息的交互，更重要的是实现知识的融合，以将人的形象思维、经验、心智、创造力等抽象的、无法量化的知识与计算机有机融合为一体，充分发挥人与计算机各自的特长，实现人与机之间的无缝综合集成，以提高坦克装甲车辆的智能化和整体作战效能。

综上所述，人机融合是解决坦克装甲车辆电子综合系统人机交互系统这类复杂问题的一种有效的途径，但是受限于坦克装甲车辆这类复杂装备所处战场环境和作战任务的复杂性，以及电子信息技术、计算机技术等关键技术的成熟度，坦克装甲车辆人机交互系统在向“人机融合”发展的过程中，应循序渐进，并关注以下几方面内容。

1）合理划分人机界面

人机融合的目的是通过“人”与“机”的结合，发挥人机各自特长。但在工程实际中，如何根据计算机的技术水平和人的能力特点，合理地划分人机界面，即进行人、机功能分配，是人机融合的一个关键技术问题。

以坦克装甲车辆的目标搜索打击为例，包含目标搜索、识别、瞄准、选弹、装弹、击发等多个活动，如果全部都由人来完成，则乘员的工作负荷会非常重，且效率极低，甚至无法完成（如弹道解算）；反之，如果全部由计算机来完成，则由于陆战场地理环境复杂，以及陆战场目标自动搜索和识别等技术水平的限制，可能会出现虚警、漏警或误伤等情况。因此，必须合理划分人机界面，以在利用自动化技术提高效率的同时，保证结果的正确性。

但从长远来看，人机之间的界面不是一成不变的，随着科学技术的发展，计算机将能够代替人完成更多的任务，人的工作负荷将越来越低，从而有更充裕的时间和精力完成谋划、推理、决策等高度智慧的活动。

2）人机融合，以人为本

虽然计算机技术和人工智能的发展将大大提高坦克装甲车辆的智能化水平，并代替人类完成更多的任务，但需清醒地认识到，计算机还不能真实地模拟人脑的思维活动，无法像人类一样进行思考和决策。

以陆战场目标搜索为例，由于地面环境存在地形、地貌复杂，威胁目标空间轮廓小、易于伪装，且受气候与天气影响大等特点，基于目前的图像和雷达技术，难以实现地面目标的自动搜索和识别，必须由乘员来完成真假目标的辨识和确认，以保证搜索结果的正确性。

因此，在充分发挥计算机优势的基础上，无论是在体系级还是平台级的“综合集成研讨厅”，战场上坦克装甲车辆中人机融合的最终决策一定要以人为本。

3）人机融合不能以提高系统复杂性为代价

坦克装甲车辆的人机融合，强调的是知识的融合，是综合作战能力的提升；如果在工程实际中，以一味提高系统复杂性来换取人机融合水平的提高，将得不偿失。例如，为提高基于图像的目标自动搜索能力而采用昂贵的传感器和构建庞大的目标图像数据库，会在提高自动化/智能化水平的同时也提高了系统的复杂度，所以在设计时应谨慎决策。

人机融合是一种思想，是一种用来解决坦克装甲车辆这种复杂系统的一种手段。任何人机融合技术的应用都应以简化控制系统的复杂度为目标，只有通过越来越简单高效的人机交互系统实现人机融合，才能有效地提高系统的整体作战效能。