基于人工智能的军事卫勤云体系建设研究

杨晓江,孟 嘉,赵建宁,包倪荣

0 引 言

当前,随着人工智能技术群在军事领域的广泛和深入运用,智能化浪潮正在逐步推动战争形态从机械化、信息化向智能化演变[1]。智能化在改变作战方式的同时,也直接和间接推进军事卫勤领域的变革[2]。构建智慧型军事卫勤,是智能化战争精准打击、多域协同、蜂群作战等全新作战方式对于军事卫勤保障提出的新要求。智慧型军事卫勤,是一种应用模式,是智慧管理理念在军事卫勤领域的实践运用[3-4],其核心是构建“军事卫勤云”,通过“云”实现对各类卫勤资源和力量的整合,为军事卫勤保障提供高效的智能化服务。

当前卫勤保障领域信息技术运用成效明显[5],但是仍然存在着与实战贴得不紧、与作战数据存在藩篱、平战数据集成度不高等问题,在很大程度上制约了卫勤保障质量效益的发挥。如何将人工智能技术群与军事卫勤进行深度结合,创新军事卫勤保障理念和模式,打造“军事卫勤云”,提高卫勤保障效益,这是当前军事卫勤研究的重要方向。

1 军事卫勤云的理论内涵

1.1 基本概念军事卫勤云的核心是云计算,在这种模式下,资源提供方便捷提供计算资源,而资源需求者便捷使用计算资源,提供方和需求方通过网络实现计算资源的交付[6-7]。所谓军事卫勤云,是以云计算理念为指导,以网络通信技术、虚拟化技术、分布式计算技术及负载均衡技术为支撑,对救护力量、卫勤装备、药品、卫勤数据等卫勤保障资源进行信息整合,对计算、存储等基础资源模块化和云池化,为用户提供灵活高效的军事卫勤数据、计算和应用等服务,实现对卫勤指挥、战场救治、资源调度等业务场景的服务支撑。

军事卫勤云与一般的云平台存在区别,一般的云平台是一个基础体系,主要为用户提供算力、存储等基础资源。而军事卫勤云是集基础平台与业务应用于一体的综合体系,不仅包括各类资源管理,而且包括使用这些资源展开各种卫勤保障信息化业务的管理。它的资源分为信息化资源和实体化资源,信息化资源主要包括各类卫勤数据[8]、服务器计算能力、存储器存储能力等,这些可以在军事卫勤云体系下进行虚拟化并提供给用户进行使用。而实体化资源主要指的是各类药品、医疗设备器械等等。实体化资源不能直接在军事卫勤云体系下分发使用,而是通过将信息数据纳入到卫勤信息管理中,用户通过管理各类实体资源信息,并将管理指令通过与业务系统的交互接口进行传递执行,实现对于各类实体化资源的统筹管理和运用。

1.2主要特点

1.2.1 更加先进的运行模式军事卫勤云本质上是一种云,具有云的先进理念和运行模式。它在运用上强调按需服务,以用户为中心,它所提供的数据即、软件即和基础设施即服务,在不同的作战保障任务中,能够按照卫勤保障的实际需求,对各类卫勤保障力量和资源进行优化组合,并将其打包形成服务提供给用户。通过预留开放接口的方式,实现对于各类卫勤力量和资源的统筹调度与弹性扩展。

1.2.2更加集成的管理体系军事卫勤云的构建目标即为提高卫勤保障资源提供和使用契合度,所以在构建和运行过程中尤其强调综合集成。通过虚拟化、异构系统交互接口等技术手段,实现对于医疗设备、药品、人员以及数据、计算、存储等各类资源的模块化、集成化管理,实现异构资源快速重组。

1.2.3更加严格的使用要求卫勤保障的时效救治理念对于军事卫勤云的服务时效性提出了非常高的要求。卫勤指挥人员基于军事卫勤云展开各类指挥控制活动,要求军事卫勤云所提供的各类资源信息服务必须准确及时。军事卫勤云直接用于作战卫勤保障,使用环境包括严酷的战场对抗环境,这对于基础网络体系的可靠性、安全性要求更高。

2 军事卫勤云的体系架构

军事卫勤云是实现智慧卫勤管理模式的核心部分,是推进军事卫勤保障模式创新、提高卫勤保障质量的重要支撑。通过构建军事卫勤云,将卫勤保障力量、卫勤保障资源与业务应用进行充分融合,其规划构建是将信息化技术、人工智能技术、医疗救护技术与军事运筹学理论、卫勤保障理论相融合的复杂系统工程。

按照功能作用区分,军事卫勤云体系架构主要分为设施资源层、网络支撑层、信息服务层、应用层、业务层等5个层次,见图1。

图 1 军事卫勤云体系架构图Figure 1 Architecture of military medical service cloud system

2.1设施资源层设施资源层由支撑整个军事卫勤云体系运行的设施设备和卫勤资源组成。设施设备主要包括服务器计算设备、磁盘阵列存储设备、多媒体设备、计算机终端、UPS设备、音视频采集设备,以及分布在各类卫勤装备和作战人员身上的、用以智能感知的传感器设备。卫勤资源主要包括卫勤装备、医疗器材、战救药材、卫勤人员、卫勤仓库、卫勤数据库,以及支援配属的部分民用医疗保障设备。

2.2网络支撑层作为军事卫勤云体系运行的“神经”和“血管”,网络支撑层发挥着关键作用,各类信息的交互均通过网络层来实现,具体由网络设备、光纤网、交互中间件,以及各类网络协议和接口等组成。在实现形式上,军事综合信息网、作战指挥网、卫勤指挥网、战地无线接入网、管理局域网等多种组网形式并存,保证军事卫勤云体系支撑下的用户、设备、系统之间的信息交互。

2.3信息服务层信息服务层主要为各类业务系统和应用提供信息服务,主要包括数据服务、云计算服务、仿真引擎服务、时统服务、信息管理服务,以及相关的设备运维服务等。

2.4应用层应用层主要包括用于军事卫勤业务的各类信息系统,包括卫勤指挥系统、数据管理系统、卫勤门户网站、理论学习系统、远程医疗系统、卫勤训练系统战场搜救系统、卫材管理系统等等。这些系统在信息服务层的支撑下实现信息互通、功能互补,面向卫勤指挥人员、管理人员以及战场一线救治人员等进行使用。

2.5业务层业务层主要是各类卫勤系统面向不同的卫勤保障业务时进行互联和组合,构设专项化卫勤保障服务场景,以满足不同卫勤指挥和保障人员的实际需求。围绕着军事卫勤云体系的功能定位,根据用户和具体业务内容的区别,分为理论学习、卫勤指挥、战地救护、远程医疗、战场搜救、卫勤专项演练、全要素实兵演习等类型。

3 关键技术分析

军事卫勤云体系的最大优势是对卫勤保障资源进行高效的信息整合和运用,需要通过物联感知、异构数据融合等方式实现信息的集成,通过数据分析挖掘、智能规划实现信息的运用。在体系构建过程中,主要解决以下关键技术。

3.1集成化数据处理技术卫勤数据来源复杂多样,不同类型的数据获取机制不同,在数据的采集和汇总过程中存在着大量误差。因此,在构建军事卫勤云的统一数据库时,需要采用数据工程相关技术实现对于各类卫勤数据的集成。在采集和导入不同来源、时间、类型的卫勤数据之后,按照卫勤数据的特点,通过ETL技术,制定ETL转换策略并构建灵活的数据转换方法,实现大量重复、冗余、错误数据的清洗、整合、转换和加载。通过数据仓库技术按照人员、事件等主题对卫勤数据进行重组,便于后续的查询处理、分析挖掘。通过构建元数据,对卫勤数据的量纲、格式等内容进行规范化约束,制定数据字典,确保卫勤数据的管理和扩展。

3.2个性化人机交互技术军事卫勤云作为云平台技术在卫勤领域的应用体系,其显著特点是以用户为中心,这就决定了体系提供给不同类型的卫勤人员的服务是有区别的。通过知识图谱和用户画像技术为不同的卫勤人员进行画像,按照专家领域知识构建典型用户标准,以卫勤人员基础数据和业务数据进行处理形成用户行为数据。通过语义模型生成用户的标准集合,确定用户的画像。以用户画像为基础,设计具有个性化特征的军事卫勤云体系智能化人机交互界面,具备面向用户智能提示功能的交互方式。按照卫勤人员以及其开展卫勤业务的类型推断用户意图和需求,及时推送用户所需的各类数据资源,形成具有操作智能导航、命令参数自动提示的智能化交互模式。

3.3智能化感知决策技术在设施资源层和网络支撑层的支撑下,军事卫勤云相关应用系统基于物联网技术,实时获取分布在不同区域的、执行不同卫勤保障任务的医疗设备和单兵传感器传来的状态数据,构建覆盖整个卫勤保障任务空间的全维信息感知、采集和识别手段。将数据挖掘、语义分析、知识工程等技术与卫勤保障相关理论进行结合,构建卫勤保障相关行为模式的知识库。针对当前不同作战行为、保障行为的时空关联关系,通过模式匹配对战斗减员率、战伤分布做出预测。基于深度学习、神经网络、排队论等相关技术手段,解决不同卫勤保障资源在时空尺度下的优化组合问题,辅助卫勤指挥员制定相关方案计划。

4 实践运用模式

军事卫勤云能够为军事卫勤指挥以及保障活动的筹划、组织、实施等不同阶段不同用户提供高效信息服务,通常部署在联合保障部队的卫勤指挥机关和具体卫勤保障单位。

4.1卫勤指挥辅助决策智能化时代的战争,作战兵力在海陆空等多域展开攻防转换,要求卫勤指挥机构对整个战场态势进行全面感知、高效决策,并迅速指挥控制战场上的医疗编组按照伤情进行精准投送、及时施救。通过军事卫勤云,依托战场单兵生命体征监控装置、战术互联网、卫勤数据库等设施资源构建卫勤态势感知和辅助决策平台,全维采集战场单兵生命体征、地理位置信息,快速识别、定位危重症病员。将卫勤云接入作战指挥平台,基于实施作战态势和卫勤态势,预测主要减员方向、主要伤员流分布,从而辅助卫勤指挥员实时调整卫勤保障方案,并快速制定预防搜救、伤情救治、转运后送等行动计划。

4.2战场救护辅助实施通过构建军事卫勤云,牵引卫勤网络信息体系标准化建设,实现从战术到战略全系统的上下通联指挥体系,确保作战任务延伸与卫勤保障网络同步。基于军用移动网络和加密基站,配发单兵生命体征监控装置、卫勤通信终端,构设战场卫勤保障全维通信网,在卫勤指挥员和辅助决策平台的调控下,实现卫勤野战医疗队在战场上的小型化、灵活性配置,按照战场伤情优化调配野战医疗力量,盘活医疗资源,实现战场救护的高效化和精准化服务。在针对具体伤病员进行救治时,云体系将从大数据平台中筛选伤病员个人血型、病史等相关信息,辅助医疗人员实施救治。

4.3医疗后送优化配置军事卫勤云通过接入作战指挥系统、后勤指挥系统,依托传感器设备以及系统接口,实现对于各类医疗运输工具、其他军兵种的运输保障工具信息的全面掌握。在收到医疗转运后送的需求后,通过多目标优化算法确定最优的转运工具、转运路线,并通过与军事卫勤云相匹配的指挥协调机制,向非建制和配属的转运工具指挥机构发送协调指令,快速完成转运后送力量编组并组织实施,从而缩短后送救治时间。

5 结 语

本文针对军事卫勤保障领域存在的现实问题,前瞻提出了军事卫勤云的理念,并提出了军事卫勤云的理论概念和主要特点。在理论分析的基础上,对军事卫勤云的体系架构进行了设计,明确了各体系层级的主要建设内容。最后围绕着军事卫勤云的构建关键技术和实践运用模式进行了分析。这对于军事卫勤保障条件建设和发展具有指导作用,对卫勤保障模式创新也具有一定的启发意义。