刘伟
人机协同中的“猜”与“证” 精选
2025-10-20 11:15
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在人机协同的智能系统中,“态势感知”与“势态知感”分别承担计算性“证”与算计性“猜”的功能,二者通过动态互补形成完整的认知闭环,这种分工体现了数据驱动与经验驱动、客观验证与主观推理的辩证统一。

一、分工逻辑:计算性“证”与算计性“猜”的互补

1、态势感知(计算性“证”)

依赖历史数据训练,强调精确性与可重复性(如自动驾驶中雷达对障碍物的距离计算)。通过概率分布或置信区间量化不确定性(如网络安全中威胁检测的误报率评估)。利用反事实分析检验假设,如验证“若关闭某传感器,系统是否仍能维持安全状态”。基于多源数据(传感器、日志、用户行为等)及人员收集的信息进行实时采集与分析,通过算法模型(如机器学习、图神经网络)验证假设、识别模式,提供客观的态势描述与短期预测。

2、势态知感(算计性“猜”)

依赖领域知识与历史案例(如军事指挥官通过敌方补给线位置推测进攻意图)。常常处理非结构化信息(如社交媒体舆情中的潜在风险信号)进行模糊推理。结合伦理、战略目标调整决策优先级(如自动驾驶在紧急情况下选择避让行人而非遵守交通规则)。基于经验、直觉与价值目标,对模糊情境进行语义化解读,生成策略性假设并预判长期影响。

二、协同机制:动态博弈与闭环反馈

1、双向验证循环

态势感知→势态知感:计算结果为算计提供初始假设(如网络安全中检测到异常流量后,触发对攻击者意图的推测)。势态知感→态势感知:算计生成的策略通过实验验证(如模拟攻击路径后更新威胁模型)。

2、不确定性管理

计算性“证”缩小可能性空间:通过贝叶斯网络、强化学习量化事件概率(如预测敌方行动路径的置信度)。

算计性“猜”突破局部最优:引入反事实假设(如“若敌方佯攻A点,真实目标可能是B点”)拓展决策边界。

3、人机分工优化

机器主导计算性“证”:处理高维数据(如城市交通流量预测)。

人类主导算计性“猜”:解决价值冲突(如医疗AI需平衡诊断效率与患者隐私)。

三、技术实现:从单模态到多模态融合

1、计算性“证”的技术栈

数据层:多源异构数据采集(传感器、日志、文本)与人员收集的信息。

算法层:监督学习(分类/回归)、无监督学习(聚类/异常检测)、图神经网络(关系建模)。

验证工具:A/B测试、对抗样本攻击模拟。

2、算计性“猜”的技术栈

知识库构建:领域本体论、因果图谱(如军事作战规则库)。

推理引擎:贝叶斯推理、博弈论模型、元学习(快速适应新场景)。

交互设计:自然语言交互(NLG/NLU)、可视化推演(如战争沙盘模拟)。

3、融合技术

神经符号系统:结合神经网络的模式识别与符号系统的逻辑推理(如自动驾驶中同时处理摄像头图像与交通规则)。

因果推理框架:从相关性分析转向因果建模(如识别“用户点击广告”与“购买行为”的真实因果关系)。

四、应用场景与价值

1、军事领域

态势感知:电子战系统实时监测电磁频谱,识别敌方通信信号。

势态知感:指挥官通过“斩首行动”预判敌方高层动向,调整突袭路线。

2、网络安全

态势感知:SIEM系统聚合日志数据,检测DDoS攻击特征。

势态知感:安全分析师结合APT组织历史行为,预测下一步攻击目标。

3、智能制造

态势感知:工业物联网(IIoT)监控设备运行状态,预测故障。

势态知感:工程师根据供应链波动,动态调整生产计划。

五、挑战与未来方向

1、当前瓶颈

数据-知识鸿沟:如何将人类经验编码为机器可理解的规则(如中医诊断知识转化为AI模型)。对抗性博弈:敌方可能通过欺骗干扰态势感知(如生成虚假传感器数据)。

2、突破路径

动态认知架构:构建“感知-认知-决策”循环系统,支持实时策略迭代。

人机信任机制:通过可解释AI(XAI)增强人类对机器决策的信任。

跨域协同:整合物理空间、数字空间与社会空间数据,实现全域态势感知。

在人机协同中,“态势感知”与“势态知感”的分工本质上是数据理性与经验理性的辩证统一。计算性“证”为系统提供“硬支撑”,算计性“猜”赋予系统“软智慧”,二者的动态平衡是应对复杂环境的关键。未来智能系统的进化方向,将聚焦于如何通过算法创新与认知科学突破,实现从“人机协作”到“人机共生”的跃迁。

实例:城市智慧电网巡检中的协同决策

背景设定

某城市电网公司需对山区高压输电线路进行周期性巡检,传统人工巡检效率低且危险,现采用AI无人机+人类专家协同系统。在此场景中,态势感知(计算性“证”)与势态知感(算计性“猜”)分工如下:

1. 态势感知(计算性“证”):数据驱动的精准验证

输入数据:气象卫星数据:风速、降雨概率、温度梯度。历史数据库,过去5年同区域线路故障记录(如雷击、覆冰)。激光雷达(LiDAR)扫描导线三维坐标,构建厘米级精度的线路模型。红外热像仪检测接续管温度(精度±2℃),识别异常发热点。

计算过程

缺陷识别:AI算法比对5000张标准图像,标记接续管松动、绝缘子破损等隐患(准确率92%)。

风险量化:通过有限元分析模拟极端天气下导线张力变化,预测断线概率(如暴雨导致概率升至15%)。

路径优化:基于SLAM(同步定位与地图构建)技术,规划无人机最优巡检轨迹,避开林区禁飞区。

输出结果

生成标准化报告:标注隐患位置、温度数据、风险等级(高/中/低)。

实时推送告警:发现某段导线温度达85℃(阈值80℃),触发二级警报。

2. 势态知感(算计性“猜”):经验驱动的策略预判

输入信息

该区域近期计划扩建风电场,可能新增电磁干扰源。

历史记录:去年同一时段因山火导致3次跳闸。

人类专家经验:山区线路覆冰后易形成“冰闪”,需提前除冰。

态势感知结果:隐患位置、温度数据、风险概率。

算计推理

优先保障居民用电>降低运维成本。若仅按AI建议检修接续管,是否忽略山火风险?若提前除冰,能否降低覆冰导致的断线概率?

假设1:接续管异常发热可能由接触不良引发,需立即检修。

假设2:高温或为山火前兆,需联动消防部门排查。

优先处理高温接续管,同时部署红外监测车追踪周边温度变化。

联系气象局加密监测,评估山火风险,必要时提前断电避险。

3. 人机协同闭环:动态修正与验证

机器反馈

检修后无人机复测接续管温度降至55℃,验证检修有效性。

山火监测车未发现烟雾,排除火灾隐患,解除二级警报。

人类介入

专家根据风电场扩建计划,建议调整下季度巡检重点至电磁干扰敏感区。

更新风险模型:将“风电场建设期”纳入线路老化加速因子。

4. 关键协同机制

数据-意图鸿沟跨越

态势感知提供“硬数据”(如接续管温度85℃),但无法解释“为何近期温度波动异常”;势态知感结合风电场扩建信息,推测电磁干扰可能导致局部过热。

不确定性管理:计算性“证”量化风险(如山火概率10%),但无法预测具体触发条件;算计性“猜”引入模糊逻辑:若当地植被干燥(湿度<30%),则提升山火假设权重。

时间压力下的动态平衡:机器在10分钟内完成隐患识别与路径规划,人类在1小时内整合多源信息制定策略。

5. 结果验证

短期效果:接续管隐患及时修复,避免潜在停电事故。山火风险预警使消防部门提前部署,减少损失。

长期优化:将“风电场电磁干扰”纳入AI训练数据,提升未来隐患识别准确率。人类专家总结“高温+干燥”组合预警规则,嵌入势态知感逻辑库。

该案例是民用场景的智能共生范式,态势感知如同“电网之眼”,通过传感器与算法“证实”物理世界的客观状态;势态知感则如“决策大脑”,借助领域知识与外部信息“猜度”潜在风险。二者的协同体现为:机器高效处理结构化数据,提供确定性结论(如温度超标);人类整合非结构化信息(如政策变动、环境变化),预判复杂因果链。这种分工使系统既具备实时响应能力(证),又拥有战略适应能力(猜),为智慧城市基础设施的可靠性提供双重保障。

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