论智能人机交互技术在人防指挥中的应用

 随着空袭兵器的快速发展，空袭手段日趋多样，空袭作战已趋向大纵深、多方向、全空域连续实施，具有突然性大、时空范围广、攻击精度高、毁伤效应强的特点，给防空袭斗争的快速反应能力和指挥决策水平提出了严峻挑战。人防指挥信息系统是开展防空袭斗争的重要支撑，人与计算机的有机融合极大地影响防空袭斗争的指挥效能。如何应用先进的人机交互技术，促进人防组织指挥与信息系统有机融合，提高基于信息系统的体系防护能力，关系着防空袭斗争的成败，值得各级人防部门深入探索。

一、人机交互技术的发展与演变

人机交互技术是计算机用户界面设计的重要内容之一，它是通过计算机输入、输出设备，以有效的方式实现人与计算机对话的技术。人机交互经历了早期的手工作业阶段、作业控制语言及交互命令语言阶段、图形用户界面GUI阶段、网络用户界面阶段、智能人机交互阶段，目前正处于由网络用户界面阶段向智能人机交互阶段快速发展的时期。

与网络用户界面阶段相比，智能人机交互阶段有如下特点：

一是从精确交互向非精确交互演变。精确交互，是指用户的输入是标准的、可精确测量的，主要包括鼠标、键盘等方式。非精确交互，是指对用户的输入做精确测量既是不可能也是不必要的，主要包括语音识别、动作识别、视觉跟踪、头部跟踪等方式。从精确交互向非精确交互演变，拓宽了人机交互的渠道手段，降低了对操作人员理论知识和操作经验的要求。

二是从单通道交互向多通道交互演变。单通道交互，是指用户只能同时用一个交互通道进行人机交互，计算机到用户的通信带宽远大于用户到计算机的带宽。多通道交互，是指用户能同时用多个交互通道进行人机交互，可以在最大限度上平衡用户与计算机之间的双向带宽利用效率。多通道交互是多种非精确交互通道的综合，使多通道交互存在于同一的用户界面之中。从单通道交互向多通道交互演变，提升了用户与计算机交互的并发性，提高了计算机性能资源的利用率。

三是从二维交互向三维交互演变。二维交互，是指通过以窗口、菜单、图符、指示装置为基础的二维图形用户界面进行人机交互。三维交互，是指在计算机中创建产品的三维模型，通过交互设计软件设定交互程序进行人机交互。三维交互也是一种非精确的人机交互，是虚拟现实技术的基础，在科学计算可视化、三维CAD系统中有重要地位。从二维交互向三维交互演变，增强了人机交互的直观性，推动了人机交互的沉浸式体验。

二、传统人机交互技术在人防指挥中的应用与存在的问题

人防基本指挥所是战时组织防空袭斗争和平时处置应急突发事件的指挥平台，指挥信息系统主要围绕指挥大厅和总控制室开展建设。指挥大厅是重要的指挥要素房间，是人防指挥机构在人民防空行动筹划和行动实施过程中，开展指挥决策的重要场所。指挥大厅通过各类信息传输网络将音频、视频、数据信息传输至大屏幕、条形屏和指挥坐席，指挥人员在沙盘、地图和指挥软件的辅助下开展指挥决策。总控制室是重要的技术要素房间，是技术人员操作各类信息系统设备，配合人防指挥机构开展指挥决策的重要场所，主要任务是负责音频信号调控、视频信号切换以及灯光、屏幕、挂图等各类设备电源的开闭。

总体来说，人防基本指挥所指挥信息系统的人机交互还停留在网络用户界面阶段。该模式存在如下问题：

一是系统无法联动，设备重复操作。围绕“一网四系统”信息系统架构，各级人防基本指挥所按照要素齐全、功能完善的要求，建设了情报、警报、指控、通信、监视等子系统。其中，多个子系统功能类似、侧重不同，但由于没有实现系统联动，设备操作重复性高，影响了指挥决策效率的提升。例如，物理沙盘用于展现人防业务元素的地形地貌环境，电子沙盘用于展现人防业务元素的多媒体信息。由于没有实现联动，特定人防业务元素需要在物理沙盘、电子沙盘上多次重复查找定位，效率低下。

二是沟通手段单一，协调配合困难。指挥大厅中指挥人员的指挥决策离不开总控制室中操作人员的操作配合。在防空袭斗争中，操作人员通过单向透明玻璃观察指挥决策的进展，通过监听音箱接收指挥大厅的指令，沟通不便，手段单一，难以及时领会指挥人员的意图，协调配合方面存在一定困难。

三是信号切换复杂，操作任务繁重。在指挥决策过程中，视频信号切换是操作人员的重要工作内容。视频信号切换由信号切换矩阵或分布式信号切换设备完成，每一次信号切换都需要选择信号源、选择显示终端、设置图像布局模式，需要多次鼠标键盘操作。单通道交互方式提升了技术人员的操作复杂性，影响了操作效率。

三、智能人机交互技术在人防指挥中的应用

随着科技的发展与进步，以激光、磁感、语音、视觉、肢体为代表的交互手段发展迅速、日臻完善，成为智能人机交互技术研究的重点。目前，智能人机交互技术在工业生产领域和电子消费市场得到初步检验，并在军队、武警、公安、交通、电力、院校等行业初步应用。2019年，烟台市人防办结合烟台市人防基本指挥所指挥信息系统升级改造建成了人防智能交互系统，对智能交互技术应用于人防指挥领域进行了初步探索。

烟台市人防智能交互系统依托跨网融合、智能拼接、激光遥控、图像识别、计算机视觉等技术，实现了激光遥控、磁感触控、手势捕捉、语音操控等功能，充分调度信息资源，有效加速系统融合，将跨屏交互操作方式融入到作战指挥中，打破了网络、空间、信号等制约条件，解决了在跨屏幕、跨设备、跨系统、跨网络、跨区域的情况下多系统间无法交流互通的问题，提升了人防指挥信息系统的操控性、易用性和交互性，形成了立体式智能化交互解决方案。主要内容有：

构建多通道交互方式，打造全新人机交互体验。项目综合利用了磁感、激光、手势、声音等多种人机交互手段，实现了物理实体与电子数据的联动、显示终端对信源系统的操控。项目在物理沙盘、军事挂图前设置了捕捉激光信号的专用摄像头，在物理沙盘的业务元素标识牌中内置了磁感应器。当用激光笔射向物理沙盘、军事挂图或用磁石教鞭触碰标识牌时，激光信号、磁感信号就可被摄像头、磁感应器识别并定位。人防智能交互系统服务平台完成信号解析后，点亮物理沙盘对应的指示灯，同时拉取电子沙盘、电子地图中特定的多媒体信息并推送至大屏幕，实现了物理实体与电子数据的联动。在实现了与Windows、Linux、iOS、Android、Kylin等操作系统和监控、安防、信号切换等系统平台命令对接的基础上，项目还实现了显示终端对信源系统的操控。项目在大屏幕四周设置了动作感应器，用于感知手势、教鞭、激光的运行轨迹。人防智能交互系统服务平台解析运行轨迹并转化成对应的执行命令（如拉伸、缩放、移动、旋转、单击、双机、退出或以特定的分屏模式显示），通过分布式信号切换系统将执行命令回传给信源系统，由信源系统做出相应的动作。利用上述功能，我们可以利用手势、教鞭、激光直接在大屏幕表面操作，实现操作系统桌面菜单的单击、双击，实现电子地图的移动、旋转，实现监控摄像头的旋转、拉伸，看起来就好像LED、DLP、液晶、等离子大屏幕变成了触摸屏一样。

打造一键式推送平台，提升视频信号切换效率。项目对上广泛接入情报、警报、指控、监视、视频会议等各类信源系统，实现了视频信号的集中接入与资源整合，通过界面集成的方式统一了各系统的界面风格，屏蔽了底层控制协议的不同；对下连接大屏幕、监控墙、显示器等各类显示终端，与分布式信号切换系统、图像拼接融合系统进行了信号对接，在预设若干显示模式的基础上，可以自定义推送动作，通过操控台“甩屏”操作，实现各类信号源的一键上屏。在烟台市人防基本指挥所项目中，人防智能交互系统操控台是主要操控终端，大屏幕是主要显示终端，交互式电子图板是辅助显示终端。人防智能交互系统通过分布式信号切换系统接入各类信源系统，并预设了大屏幕的两分屏显示模式，在操作台上左划、右划、上划操作，可以将当前视频信号分别推送到大屏幕的左屏、右屏和交互式电子图板，大大简化了信号切换流程，减轻了操作负荷，提升了切换效率。

构筑并行化操作平台，提升作战要图标绘效率。本功能主要用于解决指挥人员在规划作战部署或形成作战决心时，要图标绘人员无法同步生成作战决心图的问题。项目将同一幅底图同时推送至大屏幕和多个坐席终端，多个业务人员按照分工，分别操作各自的终端设备在底图上同时标绘，标绘内容被人防智能交互系统服务平台解析、定位、获取并实时显示在大屏幕上，就好像多人在同一幅底图上同时标绘一样。该功能的实现，将串行操作并行开展，较好地解决了多终端同步的问题，有效提升了要图标绘效率，取得了同步生成、图文一致的效果。

把智能交互技术引入人防指挥领域，彻底颠覆了传统的人防指挥模式：一是人机交互摆脱了依赖鼠标、键盘、触摸屏的桎梏，丰富了途径手段，提升了友好程度，降低了操作门槛，部分人机交互操作由指挥人员直接实施，减少了操作人员理解意图的环节，推动了人民防空指挥模式由间接指挥向直接指挥转变；二是人机交互的主要平台由总控制室前移到指挥大厅，构建起指挥、操作一体化实施空间，促进了指挥人员与操作人员的交流配合；三是人机交互以磁感、激光、手触、手势、声音为触发因子，以传感器、摄像头为信息媒介，可以在不做大量修改的前提下实现系统联动，既降低了系统运行成本，又解决了不同运行网络、不同保密级别的信息系统间的安全防护问题。

四、智能人机交互技术的发展前景

人民防空是国防的重要组成部分，是军事斗争准备的重要方面，是全民性的防护工作和利国利民的公益事业。智能人机交互技术在人民防空领域的深入应用，关系着防空袭斗争的成败，关系着人民群众的生命财产安全，具有重要的现实意义。

智能人机交互技术有着广阔的发展前景。一是与人工智能技术相结合，人机交互手段更加丰富，性能更加可靠，体验更加优良，提升设备的操作效率。二是与分布式、数字化技术相结合，全域接入各类信息，有效整合平台资源，将各个孤立的信息系统整合成一个密切联系、运转流畅、机能协调的一体化系统，提升系统的集成水平。三是与大数据、IP化技术相结合，精确预测交互需求，预先调度平台资源，提升系统的联动效能。

下一步，烟台市人防办将牢牢把握人防战备数据工程建设的契机，深入探索智能人机交互技术与分布式信号切换技术、大数据技术、数字化技术的磨合，为遂行战时防空、平时服务、应急支援的使命任务提供有力支持。