盡管美國陸軍希望在多域作戰中取得認知上的優勢，但它還沒有充分發展并采用認知能力提升的概念。本文對陸軍在這一領域的努力進行了全面評估，探討了對士兵認知的日益增長的要求，并將陸軍目前的方法與對手進行了比較。它的結論將幫助美國軍隊和政策執行者建立促進認知優勢和跨領域成功的文化和行為。

關鍵字：認知能力、復原力、神經倫理學、人類表現、信息過載

認知能力是支持所有士兵表現的關鍵變量：身體、精神和情感。美國陸軍條令認識到認知優勢的重要性，或獲得對敵人的智力優勢。它甚至在最近的幾個出版物中占據了突出位置，包括2019年陸軍現代化戰略（AMS）和美國陸軍多域作戰（MDO）2028年概念。 盡管認知科學取得了進展，并且認識到認知超配在多域作戰中的重要性，然而，美國陸軍還沒有完全接受認知能力優化的概念。在過去的十年中，美國國家衛生研究院在大腦研究方面的投資超過535億美元，但士兵和領導人在 "永遠在線 "的多任務和連接文化中進行訓練和操作，這種習慣最終會降低認知性能。 無論是在駐地還是在部署時，領導人都試圖過濾幾十條信息流，并在睡眠不足和對認知能力優化原則理解有限的情況下做出快速決策。

與此同時，中國和俄羅斯一直在追求生物技術、神經科學和人工智能（AI）解決方案，以提高人類的認知能力，并獲得對美國及其盟友的不對稱作戰優勢。 不受西方社會道德規范的約束，俄羅斯等積極利用雙重用途的民用和軍用研究來實現這一目的，將頭腦視為未來戰爭的主要戰斗空間，并正在采取措施在那里占據主導地位。

為了應對這一挑戰，美國陸軍必須與美國防部的認知能力研究和開發工作保持一致。然而，僅有科學是不夠的。陸軍還必須發展其文化，認識到以科學為基礎的道德方法的重要性，以確保以推動整個部隊的競爭和創新的方式發揮認知優勢。需要采取一種植根于教育、培訓和技術的審慎行為修正方法來取代過時的認知能力神話，這些神話最終會通過多任務處理、睡眠剝奪和信息過載來降低認知功能。否則，我們的對手可能會找到他們所需的不對稱優勢來支配美國的聯合部隊。

多域作戰與認知域

認知能力是指觀察、定向、決定和行動以產生最佳結果的能力。 認知技能對于戰場上的成功一直很重要，在決定戰斗和戰役中發揮著關鍵作用。未來將提供類似的機會，但隨著戰場擴展到空間和網絡空間，會有更大的復雜性、迷霧和摩擦。2019年AMS針對這種不斷變化的環境，提出了多域作戰的概念。 2019年AMS概述了多域作戰概念與以前的作戰概念有何不同，并要求其從業人員具有更高水平的認知能力。

MDO概念提出了認知方面的挑戰，因為它要求領導者認識并利用稍縱即逝的機會，在復雜的作戰環境中實現對先進對手能力的跨域聚合效應。 為了在多領域作戰中取勝，美國陸軍沿著六個貫穿所有領域的現代化優先事項部署了日益復雜的系統。這些先進的系統不僅需要更高的智力和技術技能來操作和維護，而且當與改進的數字通信和網絡能力相結合時，領導人還可以獲得比以往更多的實時數據。最后，MDO 2028概念和 "陸軍人員戰略 "將美國士兵置于多域作戰概念的中心。事實上，作為"陸軍最大的力量和最重要的武器系統"，士兵們將在無數實時數據和信息源的交匯處行動，并面臨著越來越大的壓力，需要在機會和威脅出現時進行多任務處理、優先排序、評估、決定和行動。

以人工智能、人機交互和其他技術進步的承諾來解決這些挑戰是很誘人的。然而，許多這些能力仍然是假設的，即使對士兵的認知要求繼續上升。即使當它們可用時，人工智能和其他技術將補充人類的決策，但在短期內，人腦可能仍然是關鍵節點。因此，要實現認知上的優勢，首先要了解人腦的基本能力和局限性。大衛-洛克（David Rock）等認知科學家堅持認為，了解大腦功能是提高認知能力的最佳途徑之一。最佳喚醒、多任務處理、認知耐力和決策質量等概念提供了一個理解框架，并為提高績效提供了機會。

認知喚醒

情緒的喚醒程度直接影響認知表現。1908年首次提出的耶克斯-多德森定律（Yerkes-Dodson Law）為這一現象提供了一個基本模型，并描述了一個與巔峰表現相關的認知喚醒的甜蜜點。正確的喚醒水平，或壓力，會使大腦釋放正確的神經化學物質組合，以產生最佳表現所需的警覺性和注意力。優秀的教練認識到喚醒水平對表現的影響，并在比賽期間根據需要成功地使球隊平靜下來或振作起來。太少會讓我們變得平淡無奇，而太多則會產生適得其反的壓力、焦慮或脫離。軍隊領導人可能熟悉這種現象，在戰斗情況下，身體的威脅會激起強大的反應，但在工作壓力和信息過載的情況下也會出現類似的狀態。

盡管在戰斗中限制壓力和焦慮具有挑戰性，但監測和管理士兵的情緒喚醒水平可以為提高認知能力提供直接機會。英國皇家學會描述的一個新穎的解決方案建議軍隊和執法部門使用認知過載監測系統，在個人出現認知過載的跡象時發出警報。這種意識將使用戶有意識地改變他們的情緒喚醒和行為狀態，以專注于最關鍵的問題。同樣，美國陸軍作戰能力發展司令部士兵中心進行的監測和評估士兵戰術準備和有效性試點研究，重點是通過創新的科學技術優化士兵個人和小單位的感知、認知和互動。通過分析持續訓練期間通過佩戴式傳感器和實驗室傳感器收集的數據，該研究確定了額外研究的機會，可以幫助士兵和領導識別、預測和維持影響決策質量、射擊精度和注意力控制的最佳喚醒和戰術性能水平。

圖 1. Yerkes-Dodson 定律

多任務處理

軍隊領導人被要求發展一種能力，以應付多種情況--立即對短信、聊天和電子郵件作出反應，并在快速變化的環境中解決問題的同時保持對局勢的認識。不幸的是，軍隊領導人所使用的工具及其使用方法在戰斗和駐軍中加深了 "戰爭迷霧"。盡管社會聯系日益緊密，但科學表明，大腦在任何特定時間內能夠處理的操作數量和復雜性都是有限的。集中我們的注意力需要分配前額葉皮層的神經資源，使大腦不能有效地同時關注兩件事情。當多任務處理時，我們的大腦反而被迫從一個話題迅速過渡到另一個話題。在不同的任務之間轉換需要大量的代謝資源，如含氧葡萄糖；一旦耗盡，認知和身體表現都會下降。多任務處理還產生壓力荷爾蒙皮質醇，并影響腎上腺素和多巴胺水平，從而擾亂我們的思維。多任務處理影響的深刻性使一些研究人員相信，通過文本、電子郵件、廣播交通和聊天窗口等不斷的中斷，可能會產生類似于暫時降低智商的效果。

此外，研究表明，多任務處理會增加決策風險。2009年斯坦福大學的一項研究稱，重度媒體多任務處理者的記憶力、學習和認知功能都有所下降。該研究比較了被認定為重度和輕度多任務處理者的群體的認知能力。雖然其他因素可能導致這種退化，但研究表明，習慣性的多任務處理可能會諷刺地損害個人完成偶爾多任務的能力。例如，考慮到一個司機在城市的一個不熟悉的地方一邊聽廣播一邊與乘客交談。在一次轉彎失誤后，司機本能地暫停了談話，關閉了收音機，集中精力糾正方向。司機的行為顯示了他對同時做兩件事的挑戰的直覺認識。通過選擇多任務處理，我們接受了性能下降，正式稱為 "雙重任務干擾 "或 "心理折返效應"。

作為全軍腦科學教育倡議的一部分，早期職業教育可以為減少多任務、分心、頻繁中斷和信息過載的文化提供有意義的第一步。冥想、深思熟慮、元認知、正念和正念意識等技術提供了可獲得的、低成本的方法，通過提高注意力和表現來建立整個部隊更好的認知習慣，以滿足訓練和任務要求。

認知耐力

軍隊的腦科學教育也可以幫助領導者了解決策和注意力過濾對認知表現的累積代價。大腦可用于數據處理的資源是有限的，做出決定、抵制沖動或忽略分心等行為會隨著時間的推移消耗我們的認知能量。充滿瑣碎的選擇和分散注意力的信息的環境耗盡了我們的頭腦，使我們的認知能力變得遲鈍，因為大腦不會根據重要性的程度來區分或確定決定的優先次序。換句話說，我們的決策能力受制于認知耐力的限制，并隨著時間的推移而退化。

盡管對認知耐力的極限有天生的認識，但許多軍事領導人在安排日程和戰斗節奏時并沒有考慮到這一點。例如，在值班日結束時舉行 "夜間法庭 "非司法處罰聽證會的指揮官可能會在日常決策的累積效應使他們的認知能力出現問題和不可靠的時候做出重要決定。相反，領導人可能把他們最有成效的時間花在回答電子郵件或執行低級任務上，而不是最大限度地利用他們的認知資源來完成復雜的任務和決策。這些基本的例子說明了為什么軍隊必須將時間管理教育和培訓納入其認知主導工作中。

決策質量

即使在考慮認知耐力的極限時，我們的大腦也經常被淹沒在信息中，必須在采取行動之前進行綜合分析。對最佳復雜性理論的研究表明，在做決定時需要考慮的因素有一個最佳數量，太少或太多都會降低性能。正如對計算機的研究一樣，這些研究揭示了人類工作記憶的極限。我們在綜合理解時，很難在腦海中記住超過三到五件知識。此外，試圖考慮10個以上的因素會大大降低性能。了解這一現象有助于促進更好的決策，尤其是在時間緊迫的情況下。

許多人認為，更多的投入將導致最佳決策的產生。在決策實驗中，受試者在超過最佳復雜程度后要求更多的信息，受試者的表現因信息過載而下降。這種趨勢對軍隊來說尤其值得關注，在伊拉克和阿富汗的信息至上主義現在使高級領導人有條件期待大量的信息來支持他們的決策。信息成癮可能會耽誤指揮官等待更多的信息，而這具有諷刺意味的是，這會降低他們決策的質量。

軍方認識到這一挑戰，正在利用人工智能開發改進的信息過濾和決策支持算法，使領導人能夠做出更好、更快的決定。雖然很有希望，但這些努力在不久的將來是有限的，不會完全緩解與現代戰爭相關的認知挑戰。再次，作為全軍腦科學教育倡議的一部分，關于信息過載的負面影響的教育可以推動文化變革，改善決策--無論是否有人工智能的增強。

對手

當美國軍隊慢慢地將提高認知能力融入其文化時，俄羅斯等在認知領域取得了令人不安的進展。中國強調旨在創造神經科學、人工智能和生物技術方面的作戰優勢的研究和開發，作為正在進行的軍民融合的一部分。有影響力的中國人民解放軍（PLA）領導人強調要為延伸到虛擬領域的未來作戰環境做好軍事準備。這些領域包括信息領域和 "意識領域"，需要 "精神/認知主導 "才能取得成功。新美國安全中心的高級研究員和中國問題專家Elsa B. Kania指出，這些概念現在經常在解放軍的著作中討論，還有人類和人工智能融合的概念。

同樣，俄羅斯認為思想是現代戰爭的主戰場，"戰爭要以信息和心理戰為主導"。俄羅斯模仿中國在認知優勢研究中對道德規范的堅持值得懷疑，但俄羅斯的方法更多的是依靠通過心理戰和其他手段破壞對手的認知過程。無處不在的虛假俄羅斯敘事給對手帶來了很高的認知負荷，需要增加信息過濾，這消耗了認知資源，并隨著時間的推移降低了決策的速度和質量。在2022年俄羅斯對烏克蘭戰爭的前6個月，就有無數這樣的例子。非人化的言辭、非法吞并的行為以及關于烏克蘭人親近俄羅斯的錯誤說法，都是為了混淆俄羅斯的侵略和制造混亂的說法。通過播種懷疑和制造混亂，俄羅斯的錯誤信息只需要暫時蒙蔽敵人的判斷力，就能造成猶豫，為俄羅斯的活動提供優勢。

此外，俄羅斯軍隊對使用喪失能力的藥劑來降低其對手的認知功能表現出持續的興趣。在2002年杜布羅夫卡劇院的人質事件中，俄羅斯特種部隊在通風系統中釋放芬太尼衍生物，以操縱大約50名車臣分離主義分子和750名俄羅斯人質的意識。雖然他們的行動使分離主義分子失去了知覺，但也導致了大約125名人質的過量死亡和其他人的永久性衰弱。盡管俄羅斯官員在很大程度上認為這次行動是成功的，但他們的行動招致了國際社會的譴責，并再次引發了對國際法，如1993年《化學武器公約》的有效性和適用性的辯論。

神經學和生物化學專家，如喬治敦大學醫學中心的神經倫理學主任詹姆斯-喬達諾，擔心神經科學和技術的進步為利用現有條約、國際法和超國家公約中關于使用化學和生物制劑的空白提供了機會。這包括使用CRISPR基因編輯和納米技術來增強士兵的神經結構，同時制造新型神經武器來降低對手的認知功能。

美國陸軍的機遇

飛躍性技術的誘惑和神經科學的進步獲得了國內媒體對認知表現舉措的大部分關注。雖然這些努力很重要，而且應該繼續下去，但美軍必須利用實際的、近期的機會來實現現在的認知主導地位。

間接和直接提高和優化認知性能的方法可以以適度的成本為美陸軍提供快速的勝利。了解到直接-間接二分法涉及到對復雜的認知和神經科學概念的一些過度簡化，但這些類別還是提供了一個討論的框架。提高認知能力的間接方法是通過飲食干預、睡眠調整、體育鍛煉、藥理學和復原力訓練來影響認知能力。直接方法 "直接針對學習、感知、認知或情感的結構或功能機制和過程"，包括經顱腦電刺激或現實增強等方法。在實踐中，這兩種方法沒有界限之分，都需要有效地提高和優化認知性能。

圖 2. 認知優勢的綜合方法

認知硬件升級——一種間接方法

使用計算機類比有助于可視化認知增強，同時建立在間接和直接方法的概念上。認知性能的優化意味著我們在現有的硬件（或生理學）的限制下，最大限度地提高我們的軟件（認知能力，或我們如何思考）。在這種情況下，硬件和軟件的升級都可以為提高認知能力提供機會。硬件升級通過人才管理、生理干預、藥物干預和技術提升提供了一種間接的方法。

人才管理

在《從優秀到卓越》（Harper Business, 2001）中，詹姆斯-C-柯林斯（James C. Collins）通過 "讓正確的人上車，讓錯誤的人下車，讓正確的人坐在正確的座位上 "這一比喻來描述建立一個成功組織的第一步。同樣，陸軍提高部隊集體認知操作能力的最佳機會可能在于識別、招募、評估和保留合適的人。

研究表明，認知能力部分是遺傳的，通過結合神經影像技術、統計工具和傳統的認知評估，識別諸如神經靈活性和技能專長等特質是可能的。這些工具為軍隊提供了一個識別和優化個人認知特征應用的機會，作為信息時代招聘和人才管理計劃的一部分，促進認知多樣性以提高創造力和決策力。認知多樣性被定義為 "視角或信息處理方式的差異"。最近的研究表明，認知多樣性加速了學習，并提高了團隊在不確定的復雜情況下的表現。通過有效的評估和人才管理計劃，可以提高軍事團隊的認知多樣性。諸如 "雅典娜項目 "這樣的倡議為應用評估作為自我發展工具提供了一個有前途的模式，但在軍隊范圍內實施需要增加研究、開發和應用的資金。在當今競爭激烈的就業市場上，陸軍必須在目前的評估和人才管理努力的基礎上，招募和保留所需的人才，以優化其認知潛力并超越近似的競爭對手。

生理干預

大量的研究表明，體育訓練、適當的營養和睡眠管理與認知能力有明顯的聯系。陸軍長期以來一直倡導體育鍛煉對心理和生理的益處，研究證實耐力運動中產生的神經化學物質具有神經保護作用，可以改善學習和記憶。睡眠管理和營養指南也反映在美國陸軍的 "整體健康和體能"（H2F）理論和 "績效三要素戰略 "中，但在整個部隊中缺乏廣泛接受。盡管陸軍認識到適當的營養對支持 "最佳身體和認知功能 "的重要性，但士兵們往往將陸軍的營養概念與體力、體質和能量水平聯系起來，而不是與心理功能或情緒聯系起來。例如，領導人對脫水的身體影響很熟悉。然而，脫水對認知的影響在醫學和研究界之外卻鮮為人知。

在可用于提高認知能力的生理干預措施中，睡眠管理可能是軍隊應用中最尚未開發的潛力。陸軍H2F理論指出，"認知能力和戰備狀態與獲得的睡眠量有直接關系"，許多研究將睡眠與陸軍的認知功能和戰備狀態直接聯系起來。即便如此，研究表明，超過62%的士兵長期遭受睡眠不足的困擾，無論是在駐扎地還是部署地，每晚平均睡眠時間不足6小時。軍隊要想在睡眠管理方面取得有意義的進展，就必須在入伍培訓和專業軍事教育的各個階段通過腦力教育來刻意改變文化。教育必須與表彰和獎勵士兵建立健康的睡眠習慣作為提高認知能力的生活方式的計劃相結合。

隨著美陸軍尋求改變其文化，更廣泛地采用可穿戴技術可以提高士兵和領導者的意識，建立理想的習慣和做法，并改變思維方式。所有這三者都需要啟動在認知和身體領域的持久增強性能。沃爾特-里德陸軍研究所（WRAIR）和美國陸軍作戰能力發展司令部士兵中心涉及數百名第十山地師士兵的研究表明，商業化的現成可穿戴技術，如手表、戒指或手環，可以在個人和組織層面推動行為變化。例如，監測睡眠習慣和下班后的身體活動水平可以幫助領導者利用個性化的數據指導士兵建立健康的習慣。陸軍應優先考慮在這一領域的近期投資，作為快速和可見的手段來證明對提高認知能力的承諾。與領導層的教育和強調相結合，可穿戴設備的使用可以為廣泛的文化變革提供強大的催化劑。

非藥物介入

與生理干預類似，藥物干預為提高認知能力提供了機會。興奮劑的使用就是這樣一種干預，在軍隊中已經很普遍了。在高端領域，醫療機構為飛行員開出了諸如右旋苯丙胺之類的藥物，以維持長期任務中的認知能力和警覺性。更常見的是，士兵們通過飲用咖啡因來幫助他們的個人表現。雖然有機會對提高認知能力的藥物如莫達非尼（Provigil）、哌醋甲酯（Ritalin）和各種苯丙胺混合物（Adderall）的使用進行進一步研究和道德辯論，但咖啡因的使用在西方社會基本上沒有爭議。即便如此，過量飲用咖啡因也會產生不必要的副作用，包括失眠、焦慮、血壓升高和心悸。為了可靠地提高認知能力，需要采取慎重的方法來使用興奮劑，以達到最佳的喚醒水平，同時不產生負面的健康后果。

2B-Alert應用是優化咖啡因使用的一種新方法，有可能在全軍范圍內使用。目前，沃爾特-里德陸軍研究所與生物技術高性能計算軟件應用研究所合作開發，2B-Alert使用機器學習、睡眠歷史和個人數據來預測睡眠不足時期的認知功能，并制定咖啡因劑量計劃，以在所需的時間窗口內最大限度地提高警覺性。如果與可穿戴技術相結合，納入所有訓練，并成為日常軍事文化的一部分，像2B-Alert這樣的應用可以為整個聯合部隊提供安全和具有成本效益的認知增強。

技術加強

整個美國防部的多種努力都在探索基于技術的認知增強手段。這些技術在開發、應用方法和成本方面差異很大，但應被視為整體認知優勢戰略的一部分。例如，經顱電刺激（TES）可以增強大腦信號，模仿深度恢復性睡眠時的腦電波，以提高睡眠質量。因此，在睡眠不足的環境中使用TES可以使士兵從短暫的睡眠中獲得更多的恢復性效果，以提高認知能力。沃爾特-里德陸軍研究所睡眠研究中心與美國國防部高級研究計劃局（DARPA）和Teledyne Scientific合作，正在評估可實地使用的TES設備的有效性，以充分利用有限的睡眠時間并改善疲勞管理。

經顱直流電刺激（tDCS）已經被奧林匹克運動員使用，并正在國防部內進行測試。與經顱電刺激不同，tDCS通過增加大腦中的能量來促進神經活動，改變大腦連接，以改善運動表現和認知。海軍特種作業人員的初步測試顯示，TDCS可以提高訓練效率，空軍的研究顯示，使用經顱直流電刺激可以提高警覺性，增強疲勞狀態下的認知能力。

生物技術和藥物認知增強正在引發關于士兵同意增強的自由和增強社會一部分人的長期反響的道德辯論。陸軍在繼續其強化研究工作以跟上近似競爭對手的步伐時，應該參與到這場辯論中。然而，認識到這些道德限制和預算限制，陸軍應該在短期內更多地強調容易執行和爭議較少的工作。

認知軟件升級——一個直接的方法

重新審視我們的計算機類比有助于說明，增強的認知軟件--我們如何使用我們的思想--為增強認知性能提供了直接的方法。雖然間接的步驟可以改善認知的硬件，但僅靠更好的硬件可能無法提高性能。新的硬件往往需要升級的軟件和更高的用戶熟練度來最大限度地發揮其潛力。因此，直接和間接的方法--升級的硬件和軟件--對于實現最高水平的認知性能是必要的。大腦教育、基于認知科學的學習技術和管理信息過載的方法以最小的投資提供實用的軟件升級。

大腦教育和自我感知

許多認知心理學家和神經學家都認為，優化個人的認知表現要從了解大腦開始。對大腦功能的基本了解為元認知，或 "關于思維的思考 "奠定了基礎。軍隊理論重視元認知在復雜問題解決和適應性思維方面的作用，但對如何發展和改善元認知過程卻沒有提供深入的見解。此外，陸軍理論中關于元認知的文章很少，完全集中在復雜問題解決背景下的領導人身上，沒有考慮到整個部隊的廣泛應用。安德魯-斯蒂德曼在其2011年關于應用神經科學提高陸軍認知能力的論文中指出，"元認知還沒有作為一種理想的領導者特質和培訓概念下降到戰術層面。"

對服役人員進行基本腦科學和元認知的普遍培訓和教育，如果輔之以個人實時觀察大腦過程的能力，可以為高峰認知性能打下基礎。元認知是通過正念完成的，或者說是 "有目的、無判斷 "地密切關注當下。多項神經科學和心理學研究顯示，練習正念有很大好處，包括改善認知控制和決策。陸軍將正念訓練作為士兵和家庭綜合健身計劃的一部分，并在陸軍H2F學說和教練中承認正念和正念意識的概念。然而，正念和正念意識的概念在整個部隊中缺乏廣泛的理解和采用。

腦科學、元認知和正念意識必須被納入專業軍事教育，以優化整個軍隊的士兵認知表現。美國陸軍外國軍事和文化研究大學提供的應用批判性思維課程為野戰級預科課程和陸軍戰略教育計劃提供了基線課程內容。這些主題也應該在所有的初始入職培訓管道中教授，根據技能和經驗水平進行調整，并根據職業生涯的評估結果進行定制。這種方法在許多方面類似于海軍的 "勇士堅韌"計劃，該計劃側重于發展水兵的精神、心理和體力，并取得了初步的成果。

海軍在審查了菲茨杰拉德號和約翰-S-麥凱恩號上最近發生的事故后，于2018年在所有士兵和軍官入伍計劃中實施了 "勇士堅韌 "課程。 它使用正念和體育心理學的目標設定、自我對話、可視化和能量管理技術來改善情緒調節和認知表現。勇士堅韌計劃的實施標志著對整個海軍文化變革的重大投資，其結果迄今為止還難以量化。美國海軍臨床心理學家梅麗莎-D-希勒-勞比（Melissa D. Hiller Lauby）上尉指出，2020年7月在美國海軍 "邦霍姆-理查德 "號上成功應對火災的水兵們在行動后的匯報中多次提到了 "勇士堅韌 "訓練的好處。具體來說，自我對話和情緒調節的使用幫助一些水手在面對極端壓力時更加冷靜地應對。需要更多的時間和分析來判斷該計劃的有效性，但 "勇士堅韌"可以為陸軍改變其認知性能文化的努力提供參考。

基于認知科學的學習

訓練在軍隊中無處不在，但最近的認知科學研究表明，軍隊的許多訓練技術可能無法產生長期的理解力。認知科學表明，重復操練、死記硬背和重讀并不像許多人認為的那樣有效。對學術情況和試圖掌握運動技能（如擊球）的運動員的研究表明，改變提供指導和訓練的方式會大大影響學習的質量和持久性。采用基于認知科學的學習方法，如間隔練習、交錯練習和適應性輔導，可以為軍隊提供低成本的機會，使教育和訓練的效果最大化，以提高認知能力。

此外，《陸軍野戰手冊》（FM）7-22《整體健康與體能》指出，基于認知科學的學習策略，控制學習環境，限制干擾，并根據士兵的學習偏好進行指導，可以使士兵更有效地掌握任務。陸軍大學的應用認知和腦科學專家韋德-埃爾莫爾（Wade Elmore）認為，自適應輔導技術有機會增加持久的學習。研究表明，使用機器學習和計算機算法提供定制教學的智能輔導平臺優于所有其他方法，包括人類輔導員。雖然智能輔導可能不會直接提高決策和批判性思維能力，但通過量身定制的強化學習方法來增加士兵的隱性知識，為隨后掌握相關的認知任務提供了基礎。基于認知科學的學習方法和技術必須在整個陸軍訓練中采用，納入陸軍訓練理論，并融入陸軍訓練文化。提高嵌入士兵長期記憶中的持久知識和技能的數量和質量是優化認知軟件以達到最佳性能的有力方法。

管理信息過載

雖然基于認知科學的學習方法和技術可以幫助優化學習，但改善士兵的短期工作記憶需要一個不同的方法。陸軍理論認識到這一點，并在FM7-22《整體健康和體能》中宣稱，優化短期工作記憶的士兵可以更有效地處理和完成復雜任務。該手冊繼續提供任務簡化、學習提示和記憶提示作為提高績效的方法，但沒有采取更全面的方法，并錯過了在這個關鍵領域影響軍隊文化的機會。

抵消信息過載的影響需要從根本上改變陸軍 "永遠在線 "的通信和信息管理文化。特別是對領導人隨時可以進行即時溝通的期望，會因為頻繁的中斷、分心和情緒激動而降低認知能力。作為全軍腦科學教育倡議的一部分，關于多任務、分心、頻繁中斷和信息過載的影響的教育可以為推動變革提供重要的第一步。

有效的時間管理提供了另一個減少心理摩擦和提高認知能力的機會。日常行動的要求經常考驗領導者的時間管理技能。然而，在高級軍校以下的專業軍事教育中沒有系統地教授有效的時間管理技巧。因此，許多領導人不知道基于認知科學的時間管理的最佳做法，并執行保證次優認知表現的日常計劃。加強這方面的教育可以幫助領導人制定日常時間表，避免在創作期間分心，提供集中工作的機會，并支持充足的睡眠和營養。

結論

認知能力是所有領域中個人和集體表現的基礎。隨著美國陸軍為多域作戰做準備，建立促進認知優勢的文化和行為對于成功地與在多個領域尋求不對稱優勢的近似對手競爭至關重要。為了成功，陸軍必須用一種優化和提高認知性能的文化來取代其 "永遠在線 "的多任務和連接文化，以便在信息時代占據主導地位并取得勝利。只有通過植根于教育、培訓、技術和努力工作的深思熟慮的方法，美國陸軍才能建立一種持久的認知主導文化。

雖然僅僅依靠技術進步來實現認知優勢是很誘人的，但在預算和行動不確定的情況下，需要在理論、組織、訓練、物資、領導和教育、人員、設施和政策（DOTMLPF-P）框架內采取多樣化的方法來減少風險。陸軍必須同時采用間接和直接的方法來提高認知性能，同時參與與這些方法相關的道德辯論。美國未來的對手將繼續尋求在認知領域的不對稱優勢。我們必須迫使他們嘗試克服美國士兵的決心、創造力和勇氣來實現這一目標。

多域作戰（MDO）會給訓練帶來許多挑戰。各種不同的組織和部門的參與會加劇這些挑戰，并需要平衡集中協調和分散訓練的目標。此外，盡管MDO的基本概念并不新鮮，但實際的術語最近才被美國陸軍作為一個理論概念引入。因此，訓練技術的發展有可能是被動的，導致孤立的效果。新興的訓練技術可以幫助支持MDO的獨特復雜性，但這些技術和相關系統的發展可能需要與理論發展相配合，與追蹤過程相一致，并盡早納入最終用戶的投入。如果MDO要提供新的好處，訓練界可能需要解決老問題。它可能需要更有效地溝通。

多域作戰背景

新興技術可以緩解因多域作戰（MDO）而放大的復雜訓練挑戰。為了發揮效益，技術研究和開發（R&D）可能需要與理論發展同步進行。然而，協調和有效的采購一直是軍隊的一個長期問題（Wong等人，2022），如果MDO要提供新的好處，訓練界可能需要解決老問題。它可能需要更有效的溝通。

盡管它在軍事文獻中被普遍使用，但MDO的定義可能有細微差別，并可能有所不同。盡管MDO的基本概念并不新鮮，但美國陸軍訓練和理論司令部最近在其2018年的小冊子（TP）525-3-1《2028年多域作戰中的美國陸軍》（美國陸軍，2018）中引入了這個術語。它納入了戰場戰略，但從根本上說，MDO是一種作戰戰略。它從線性作戰、非線性作戰和戰略癱瘓理論演變而來，它描述了陸軍將如何在所有領域作戰，包括電磁波譜和信息環境。

具體來說，MDO可以定義如下（Kasubaski，2019）。"一場由多場戰斗和行動組成的戰役，跨越領域、時間和有爭議的空間進行，最終使友軍（聯合/聯盟）的能力趨于一致，增加對對手（或敵人）的限制因素，減少對友軍的限制因素，打開多個機會窗口，對對手（或敵人）的關鍵漏洞和COG[重心]實現決定性的打擊。"

MDO最初描述了美國陸軍作為聯合部隊[陸軍、海軍、空軍、海軍陸戰隊和太空部隊]的一部分，如何對抗和擊敗能夠在所有領域[空中、陸地、海上、太空和網絡空間]與美國抗衡的近鄰對手（CRS，2021）。這個基本概念與所有領域的聯合指揮和控制密切相關（Marler等人，2022）。然而，無論具體定義如何，MDO的一個普遍主題是通過使用技術來解決復雜戰爭的挑戰（de Leon, 2021）。這個主題適用于訓練（de Leon, 2021），這是支持任何總體戰略的必要條件。

聯合全域作戰訓練的復雜性

大規模的訓練可能需要在集中協調和分散目標之間取得平衡，即使只是在一個軍種內。這種平衡在MDO中可能變得特別困難。這種挑戰涉及到組織管理和技術研發，而且隨著更多組織的整合，這種挑戰會增加。

支持訓練的能力應該來自于基本的訓練目標（Marler, 2022）。也就是說，有效的技術與預期的用途相一致。然而，通常情況下，技術的出現不是為了滿足市場需求，而是由于行業的推動。開發者可能會完善或加強一種能力，然后才會追求市場。然而，一般來說，當產品源于最終用戶的需求并與之保持一致時，它們會更加有效。訓練技術尤其如此；當它們從一開始就針對特定的訓練目標和特定的用戶群而設計時，它們是最有效的。

• 隨著用戶群的擴大和變得更加復雜，訓練目標也是如此。通常情況下，單一的訓練能力無法應對 "完全不同的目標"。

隨著用戶群的擴大和變得更加復雜，訓練目標也是如此。通常情況下，單一的訓練能力無法應對大量不同的目標。這反過來又造成了集中協調和分散需求之間的矛盾。在一個大型組織內，不同的訓練需求可能會促進潛在的分散的訓練目標。這種獨立的目標可能是合法的，如果被忽視或混為一談，訓練就會變得無效。然而，如果不加以控制，這種情況可能會導致孤島式的發展--不同的小組獨立進行研發，只為解決他們獨特的目標。這反過來可能會有重復工作的風險，從而浪費了資金。此外，它可能會失去在不同組織之間分享訓練目標、研發和流程方面的最佳做法的機會。因此，某種程度的集中協調可能是有益的。

為了促進協調，由一個組織來跟蹤和分享有關技術發展的信息可能是有益的。然而，在大型組織可能有機發展的情況下，這種意圖可能與人性相悖。例如，盡管每個軍種都可能有一個專門負責訓練的組織，但整個軍種的研發和訓練能力的使用可能并不明確和廣泛透明（Marler等人，2020）。確保整個軍種的適當協調可能需要持續關注。

調和獨特的訓練目標和協調工作的挑戰可能會隨著應用于更多的梯隊和組織而擴大。事實上，在這方面考慮一個連續體可能是合適的，即隨著訓練從單個人延伸到個人、團體、軍種、作戰指揮部以及最終國家（盟國和伙伴國）之間的互動，復雜性也會增加。這種復雜性在聯合社區中得到了充分的認可，各部門被要求進行整合，以便在戰斗中進行訓練（Marler等人，2020）。

引入不同的作戰環境--不同的領域--可能會進一步加劇這些復雜性。不同的環境，涉及不同的領域，可以呈現復雜的場景，需要大量的訓練協調。因此，MDO可能會提出對復制和準備特別具有挑戰性的場景。事實上，當訓練不僅跨越上述組織復雜性的連續體，而且跨越戰爭領域時，它可能是最復雜的，從而形成了一個復雜性矩陣，其兩軸代表了越來越多的作戰領域，以及相互作用的組織的復雜性，如下圖10.1所示。

圖 10.1：復雜性矩陣

為MDO進行有效的訓練可能需要在聯合背景下進行訓練，并解決這個復雜的完整矩陣。學習跨領域的思考、計劃和無縫操作可能是一個巨大的訓練挑戰。對此，與其簡單地從單一服務的角度來看待訓練，不如更全面地看待訓練，可能會有好處。為了利用新興技術的好處，盡早而不是晚些時候考慮復雜的全部矩陣可能是謹慎的。

技術可以如何幫助訓練

各種訓練技術可能對MDO特別有利，并可能有助于平衡集中協調與分散目標。特別是，軍隊正在越來越多地利用虛擬環境，包括虛擬現實（VR）和增強現實（AR）（Lye，2019）。VR涉及用戶完全沉浸在虛擬環境中，而AR涉及將虛擬實體疊加到真實物品上。這種環境可以提供各種好處，從允許安全地練習危險的活動，到鍛煉機密的操作和能力，到增加訓練的重復性。它們還可以為MDO提供專門的好處，主要是連接的形式；通過數據交換將各種聯網的虛擬環境連接起來可能相對容易。

此外，虛擬游戲在軍事訓練中提供了超過十年的價值，讓我們看到了軟件系統的好處，它允許離散的團體和個人整合并基本上一起訓練（Shaban, 2021）。現場、虛擬和建設性（LVC）能力也可以幫助支持MDO（Marler等人，2022）。這涉及到將使用真實武器系統的真實作戰人員與操作虛擬系統（例如，模擬器）的真實作戰人員與控制虛擬系統（建設性）的計算機聯系起來。混合能力涉及將實戰與虛擬和/或建設性相結合，而合成能力包括虛擬和建設性。此外，所有這些能力都可以促進基于性能的評估，即虛擬環境在使用期間和之后提供反饋。在虛擬環境中幾乎所有的操作都可以被存儲、分析和審查，這可能是新興訓練技術的另一個好處。

如圖10.2所示，虛擬訓練能力的兩個好處與MDO特別相關：1）容易開發各種環境的能力；2）連接各種能力的能力。通過游戲、VR、AR、LVC和一般的虛擬環境，可以相對容易地在不同的領域進行練習。可以肯定的是，這些技術并不是集體的萬能藥，某些訓練目標只能通過真實世界的練習來解決。此外，當需要高fi delity模擬時--根據訓練目標，它們并不總是必要的（Straus等人，2018）--適當的基礎模擬模型的可用性可能會帶來瓶頸。盡管如此，虛擬環境提供了開發、改變和使用無數種情況的能力，這可能包括所有的戰爭領域。因此，虛擬環境可能自然有利于MDO。

圖 10.2：訓練環境

除了代表多個領域外，虛擬環境可能有助于促進連接，使大規模的訓練演習與現實世界的演習相比相對容易。當然，整合不同組織開發的軟件系統不一定是小事；它可能需要組織協作和遵守數據標準。盡管如此，將許多不同的模擬器和模擬系統聯網可能比整合現實世界的系統更容易，因為這些系統可能有幾十年的歷史。因此，對于各軍種、作戰指揮部、甚至盟國和伙伴國來說，在聯合MDO訓練的背景下進行虛擬連接可能相對容易。

最終，正是這種連接的潛力可能有助于在集中的協調和分散的訓練目標之間建立一種平衡。如果發展得到適當的管理和激勵，虛擬訓練技術可以讓不同的用戶尊重他們獨特的訓練目標并開發專門的內容，同時允許軟件和模擬器連接到同一個聯盟中（維基百科）。這種聯盟的例子已經以JLVC（聯合實戰、虛擬和建設性）（美國聯合部隊司令部，2010）和JLCCTC（聯合陸地部分建設性訓練能力）（美國陸軍，n.d）的形式出現。然而，這些系統已經有機地成熟起來，從一開始就對復雜的聯合MDO環境進行了最少的整體考慮。盡管如此，連接軟件和模擬器的聯盟可以加強協調。

• 如果對開發進行適當的管理和激勵，虛擬訓練技術可以讓不同的用戶尊重他們獨特的訓練目標，開發專門的內容，同時允許軟件和模擬器連接到同一個聯盟中。

與現實世界的系統一樣，連接的潛在好處可能伴隨著挑戰，包括技術和組織方面。然而，可能有一些基本原則，如果在開發周期的早期考慮，可以釋放出MDO訓練的潛力。這些原則總是與基于模擬的訓練有關，但它們對于產生MDO訓練的好處可能特別關鍵。

技術的高效協調開發和部署

首先，讓訓練內容與訓練目標相一致可能會有幫助。盡管源于20世紀80年代陸軍 "空地一體戰 "理論的發展，但MDO這個詞相對較新。因此，訓練技術，更不用說一般的訓練，可能會對新的作戰理論產生反應，特別是隨著時間的推移，理論的發展。各種新興的訓練技術可能有助于解決MDO的獨特復雜性，但盡早與理論和終端用戶的投入一起開發這些技術可能會產生額外的好處。否則，可能會失去效率，訓練效果也會受到影響。從組織的角度來看，這可能需要理論發展組織與訓練發展組織緊密結合。

第二，訓練能力的部署過程可能與訓練能力的開發過程同樣重要（Marler, 2022）。即使有了針對適當目標的能力，如果沒有與訓練過程適當結合，它們也可能是無效的。因此，在開發訓練能力的過程中，考慮將其插入的課程可能是有益的。例如，僅僅購買VR系統和開發高質量的內容可能是不夠的；開發人員和用戶可能有必要事先了解VR在當前訓練管道中的使用情況，包括從基礎訓練到繼續訓練以及高級訓練。

第三，系統的互操作性可能需要在開發過程的早期成為訓練能力整合的基石。如果把它作為采購的事后考慮，可能會被扼殺。新的訓練軟件和模擬器可以從盡早加強互操作性的努力中受益（SPPS, 2022）。

這些原則可能需要被激勵。國防部可能有責任設計和實施促進協調的激勵措施。另一種選擇是在新的復雜問題面前重溫舊的挑戰和錯誤。可以肯定的是，以政策的形式進行積極的約束，要求各組織以某種方式進行協調，肯定是有先例的。還有一個先例是更多的被動激勵，比如資金，它吸引了一個預期的行為。也許不太常見的是，在廣泛的透明度和溝通新出現的能力和意圖方面的內在激勵。如果不同的組織，無論是國家還是軍事部門，適當地公布他們的訓練目標、能力和過程，這將有助于促進協調。這后一種形式的激勵可能是平衡集中協調和分散目標的關鍵。也許，如果MDO要提供新的好處，解決老問題的方法之一可能只是更頻繁的溝通。

每天，消防員和緊急救援人員解決的問題都符合他們在整個職業生涯中形成的典型模式。使用過去的經驗作為相關模式，他們創造了心理捷徑，在一個被稱為 "識別激勵決策 "的過程中制定成功的策略。然而，在某些情況下，新問題不符合過去的經驗，消防員被迫在陌生的環境中做出決定，如大流行病、與氣候有關的緊急情況和其他非傳統事件。當消防員在不熟悉的情況下依靠直覺時，他們有可能犯錯并浪費寶貴的時間。這篇論文試圖了解一個適當的決策框架，供消防部門在不熟悉的情況下使用。

本論文使用案例研究方法來了解消防部門和采礦業在災難中的決策。兩個消防部門的案例研究，即1949年的Mann Gulch火災和2001年對世貿中心襲擊的反應，評估了事件中不同類型的決策以及這些決策對整體戰略和結果的影響。兩個采礦業的案例研究，即2010年的 "深水地平線 "漏油事件和2010年的科皮亞波采礦事故，評估了哪些跨學科因素影響了事件的結果。

分析顯示，消防部門傳統上依賴于識別激勵的決策，即依靠過去的經驗來做出時間緊迫的決策。在Mann Gulch火災和對9/11事件的反應中，直覺既幫助也阻礙了反應者。當新的解決方案與救援人員以前的經驗不一致時--例如為了救援人員的安全而使用燒毀的區域--救援人員依靠他們的直覺，導致了負面的結果。此外，正如在9/11事件中所看到的那樣，信息孤島使決策者無法完全接受所有的事件因素，并迫使他們在不完整的操作情況下做出決定。

如采礦業案例研究所示，跨學科團隊為復雜情況制定了新穎的解決方案。每個例子都展示了不同的團隊如何形成應對框架，嘗試創新的想法，分享結果，并與不同的成員溝通，以制定解決陌生問題的方案。簡而言之，跨學科的專業知識導致了在不熟悉的復雜情況下選擇戰略和戰術的創造力的增加，因為它提供了更大的深度和廣度的經驗來制作解決方案。接下來，應對復雜事件的創新的關鍵是在整個應對框架中分享信息和有意識地溝通戰略。因此，跨學科的態勢感知小組應在同一地點辦公，并利用共享通信提供實時信息，以便指揮人員在事件發展過程中了解事件的狀況。最后，應急響應者，傳統上是復雜事件的唯一決策者，需要接受來自外部行業專家的創新，以促進發現潛在的解決方案。如果領導層和決策者支持，跨學科的反應框架可以促進創新。表ES-1中總結了這些關鍵發現。

21世紀將繼續為消防部門的領導和第一反應者帶來新的挑戰。這篇論文為他們提供了潛在的路徑。

1.決策者應該允許跨學科團隊在遇到不熟悉的情況時，與消防和應急反應領導人進行接觸。

2.消防和應急領導應該將指揮和情景意識團隊放在一起，以支持關于事件狀態的實時溝通。

3.應急響應領導應準備擴大響應框架，以納入消防部門以外的實體。

4.當遇到不熟悉的情況時，消防和應急服務領導人必須接受創新，并建立支持測試新想法的指揮結構。

本論文建議，消防部門的領導人在處理不熟悉的問題時，利用擴大的跨學科團隊，創造性地尋求替代解決方案。使用這樣的團隊將要求領導者擴大反應框架，改變熟悉的反應模式，以包括外部機構和非傳統的應急響應者。最后，領導者應有意鼓勵對成功和失敗的公開交流，以鼓勵整個反應過程中的合作和創新。

美海軍部依靠目前海軍的方式，如簡報、聊天和語音報告來提供艦隊的整體作戰評估。這包括網絡領域，或戰斗空間，描繪了艦船的網絡設備和服務狀態的單一快照。然而，這些信息可能是過時的和不準確的，在決策者了解網絡領域的設備服務和可用性方面造成了混亂。我們研究了持久性增強環境（PAE）和三維可視化的能力，以支持通信和網絡操作、報告和資源管理決策。我們設計和開發了一個PAE原型，并測試了其界面的可用性。我們的研究考察了用戶對多艘艦艇上的海軍網絡戰斗空間的三維可視化理解，并評估了PAE在戰術層面上協助有效任務規劃的能力。結果是非常令人鼓舞的：參與者能夠成功地完成他們的任務。他們發現界面很容易理解和操作，原型被認為是他們目前做法的一個有價值的選擇。我們的研究提供了對新型數據表示形式的可行性和有效性的密切洞察，以及它在不同社區之間復雜的操作技術（OT）環境中支持更快和更好的態勢感知和決策能力。

引言

A.研究領域

持久性增強環境（PAE）是一個系統，它使用共享（多用戶）環境、增強現實（AR）技術和一系列傳感器的概念來創建過程和數據集的可視化表示，這些數據集被持久地（在很長一段時間內）添加、操作、可視化和分析，以支持人類操作員所做的一系列任務[1]。PAE被認為有可能給許多領域和人類任務帶來好處，包括網絡系統的可視化、網絡態勢感知和決策工作領域。

PAE的重要概念包括將實時信息傳遞給人類操作者，并以一種比傳統的信息記錄和傳遞形式更容易理解的格式。后者提高了解決整個海軍領域不同社區的許多用戶的需求的潛力，減少了錯誤的數量，并將大部分時間用于決策過程。

由于用戶數量眾多，社區各異，必須準確及時地解決收集、處理和操作大量數據的需求。此外，網絡領域的復雜性促使人們需要簡化、準確和及時的信息。與AR系統非常相似，PAE允許用戶在現實世界中處理和操縱虛擬物體，并同時看到眾多用戶之間的系統實時自動同步變化。這種虛擬和現實信息的實時無縫整合解決了網絡領域的復雜性，最終在大量用戶和不同社區之間提供了行動的準確性和及時性。

我們設計和開發了一個PAE系統原型，并分析了它如何支持海軍領域的網絡系統可視化和任務規劃操作。我們努力的主要目標是提高單用戶對水面資產上復雜網絡的理解和態勢感知，以及對設備當前網絡狀態的實時表示，從而使海軍部（DON）的任務規劃更加有效。在戰術層面上，這項研究將使我們進一步了解為支持有效的任務規劃而需要建立的技術基礎設施和流程。該系統有可能為美國防部所有部門帶來明顯的好處。

B.研究問題和動機

在美國海軍中，為了完成不同的任務，多個作戰群體依靠網絡群體來顯示網絡和通信狀態，以維持作戰畫面并提供通信。美國水面艦艇上的網絡和作戰系統的整合，在將信息和網絡狀態顯示為二維（2D）物體時，會在作戰人員中造成混亂。特別是當網絡設備發生意外變化時（即失去電力、拒絕服務、失去衛星覆蓋等），情況更是如此。設備的變化不僅影響到船上的通信，而且還影響到領導人的整體態勢感知。利用PAE系統整合三維（3D）數據和立體顯示，有可能通過實時自動顯示系統變化，大大幫助決策者了解復雜的網絡。

1. 網絡對通信至關重要（我們為什么關心）

網絡對于海軍資產之間在作戰層面的通信是至關重要的。如果沒有網絡設備，一艘水面艦艇就失去了與指揮系統（CoC）進行快速和準確溝通的能力。同樣，CoC也不能有效地將他們的信息傳達給各個水面艦艇。現在，我們可以把單艦沒有能力接收任務或發送狀態更新的想法，然后把可用的水面資產數量增加到一個多資產的航母打擊群（CSG）。這導致整個CSG中的五到六艘艦艇沒有能力與CSG指揮官就當前的任務甚至是日常行動進行溝通。即使海軍可以使用傳統的通信方式，如摩爾斯電碼和旗語信號來傳遞簡單的信息，但更復雜的信息必須以容易消化的格式來表示，以便決策者能夠了解當前的行動并迅速作出最佳決策。

通過在地面資產之間利用PAE系統，PAE系統有可能改善對復雜信息的理解，它將從紙質手冊或電子圖書館中獲取的二維信息轉化為三維可視化系統，并不斷更新三維可視化，以反映用戶的互動和該系統接收和生成的數據集的不斷更新。PAE系統也有可能訪問歷史數據，這在分析歷史趨勢或行動后報告（AAR）中可能是至關重要的。歸根結底，網絡領域值得采用新技術并尋找更好的解決方案。

2. 網絡設備狀態

為了了解單位層面的網絡設備狀態，戰略層面的決策者依賴于目前海軍傳統上使用簡報、聊天和語音報告的做法。然而，這些信息可能是過時的和不準確的，最終在需要了解網絡領域的服務和設備可用性的決策者中造成了混亂。網絡領域是一個復雜的領域，需要有效的管理和理解網絡操作，包括海軍艦隊之間的共享態勢感知（SA）。網絡設備在不斷變化，這取決于設備的狀態和水面艦艇的地理位置，這些都會影響連接性。

海軍操作員和領導傳統上使用各種格式的二維網絡拓撲圖和微軟文件來描述網絡系統的運行狀態并維護資源管理。這些二維模型最初是為了協助領導和操作員對網絡進行清晰的可視化；然而，隨著時間的推移，網絡資產的增加，從而增加了二維模型的復雜性，使得理解這些綜合系統變得更加困難。正因為如此，二維網絡圖和拓撲結構的顯示更成為理解新系統集成或系統變化的障礙。理解傳統的、印刷的二維信息（圖1）所花費的時間已經不能滿足操作人員和作戰人員的需要，也不能及時為決策者提供簡明清晰的信息。

3. 從PowerPoint幻燈片（2D信息）到增強現實（3D信息）

當代支持人類操作和決策的技術已經從過去適度的形式上有了飛速的發展。數據的表現形式現在可以采取三維信息的形式，不再是靜態的，而是動態變化的，支持用戶與相同數據集的實時互動。然而，今天大多數水面資產的重要通信包括不同級別的互聯網連接，便于分享PowerPoint簡報和接收在二維空間表示的語音或書面報告。這些傳統的通信途徑是艦艇當前作戰狀態的快照或對即將到來的任務的一系列預期；它們推動了美國海軍 "維持、訓練和裝備能夠贏得戰爭、阻止侵略和維護海洋自由的戰斗準備的海軍部隊 "的能力[3]。正如Timmerman的論文研究[4]中所認識到的，目前的二維可視化將復雜的操作技術（OT）系統顯示為網絡社區所習慣的平面信息技術（IT）圖，從而過度簡化了這些系統。另一種更優越的表示方法是在三維空間中顯示邏輯網絡元素，反映這些網絡的物理和邏輯的復雜性。通過研究數據的三維表示法，海軍可以加快關鍵的時間敏感數據的流動，這些數據原本是在二維空間，變成更容易理解的三維信息。

研究的總體目標是對PAE系統原型進行定量評估，通過可用性研究分析其如何支持海軍領域的網絡系統可視化和任務規劃操作。對復雜網絡及其相應拓撲結構的傳統理解是基于技術手冊中的藍圖的二維圖紙。這種信息的翻譯再由非主題專家（SME）通過PPT簡報（或口頭簡報）進一步稀釋，以告知高層決策者的指揮系統當前在水面資產上的通信狀態。最終，在二維信息、口頭或PowerPoint簡報和向高層決策者提供綜合信息之間會有時間損失。向決策者展示復雜系統的解決方案是通過PAE將二維信息表現為三維信息。

C. 研究問題?

本論文探討了以下問題。

• 什么是有可能為任務規劃提供更有效支持的技術框架？

• 網絡通信能力的三維可視化和PAE系統能否為網絡領域特定的任務規劃要素提供有效支持？

• PAE系統能否有效地協助戰術層面的任務規劃任務，具體到網絡通信的管理？

D. 范圍?

本論文將限于開發一個PAE系統原型，以幫助可視化用戶研究所需的網絡基礎設施。可用性研究有兩個不同的目的：檢查用戶對海軍網絡戰斗空間的三維可視化的理解，跨越多個艦艇的通信和網絡基礎設施，并評估PAE在戰術層面上有效協助任務規劃的能力。雖然海軍領域的PAE的大概念被設想為支持許多作戰任務和訓練情況[1]，并包括與作戰系統的互連性，但為本論文開發的原型系統將有足夠的功能來支持用戶研究。

E. 研究方法

本研究的研究方法包括以下步驟:

1. 進行文獻回顧。在AR、虛擬現實（VR）、SA、潛在多用戶環境、網絡可視化實踐以及應用于AR的持久性系統等領域進行文獻回顧。

2. 執行任務分析。進行任務分析，分析當前網絡操作、決策以及整個艦隊的設備和服務可用性的資源管理的做法。這包括但不限于詳細分析航母上的戰斗值班長（BWC）與巡洋艦或驅逐艦上的作戰指揮官（CRUDES）之間的報告和互動，當前的網絡可視化做法，以及PAE的有效性。我們還將對目前的報告標準和現有的SA任務和實踐進行詳細的任務分析。

3. 確定三維模型。確定一套支持虛擬環境和可用性研究所需的用戶任務的三維模型。

4. 設計和開發一個PAE原型。設計和開發一個支持可用性研究的PAE系統原型。

5. 設計和執行可用性研究。設計一個可用性研究，制定機構審查委員會（IRB）文件，對人類參與者進行研究，并檢查用戶執行所需任務的經驗。可用性研究的設計將針對網絡領域的可視化，側重于用戶更好地理解網絡設備如何與其他系統相互連接的能力，并實時描述網絡戰斗空間。此外，該設計將被定制為展示多艦情況下的決策，并衡量界面在支持任務規劃和資源管理方面的有效性。

6. 分析數據。分析研究中收集的人類性能數據，并檢查PAE原型系統的技術性能。

7. 確定建議和未來工作。收集并確定對未來可能的工作的建議。

F. 論文結構

第一章：導言。本章介紹了研究空間的最關鍵要素：領域、問題、研究問題、范圍和用于解決所有研究問題的方法。

第二章：背景和文獻回顧。本章強調了VR、AR、混合現實（MR）、持久性系統和SA的定義。文中回顧了關注AR和VR技術的研究經驗，并討論了多用戶環境、現有網絡可視化實踐和持久性系統與AR技術結合應用時帶來的潛力。

第三章：任務分析。本章分析了目前整個艦隊的網絡操作、決策以及設備和服務可用性的資源管理的做法。

第四章：系統原型。本章闡述了PAE系統的設計和開發、系統結構和模擬環境。本章還描述了訓練場景和一套支持建立可用性研究所需的虛擬環境的三維模型。

第五章。可用性研究。本章介紹了可用性研究的要素，文中還討論了從可用性研究中收集的數據集中得出的結果。

第六章：結論和未來工作。本章概述了本研究的主要內容，并對未來的工作提出了建議。

通過這項美海軍的頂點研究，人工智能（AI）三人小組利用系統工程（SE）的方法來研究人工智能輔助的多任務資源分配（MMRA）如何使所有軍種的任務規劃者受益。這項研究的動力來自于優化我們武裝部隊中的MMRA問題集，對于戰術領導人有效管理現有資源至關重要。存在著一個將人類決策者與人工智能支持的MMRA規劃工具相結合的機會。在計算速度、數據存儲和商業應用中的整體公眾接受度方面的快速技術進步促進了這一點。

該團隊從三個任務集著手處理MMRA問題：車隊保護、航空支援和航母打擊群（CSG）行動。車隊保護用例探討了利用定向能（DE）的移動式地基防空系統。航空用例探討了美國陸軍的未來垂直遠程攻擊機（FLRAA）的能力組合，這是一個未來垂直升降機（FVL）的前里程碑B計劃。最后，CSG用例從高度復雜的系統（SoS）角度探討了MMRA。

盡管這些用例各不相同，但團隊探討了這些觀點之間的相似性和矛盾性。每個用例都應用了一般的MMRA流程架構。然而，每個用例的輸入和輸出都是單獨評估的。圖A描述了MMRA的總體流程架構。

如圖A所示，MMRA被設想為在確定的決策點由人在回路中激活。在這些事件中，MMRA系統用實時輸入進行一次循環。由黑盒MMRA系統確定的輸出被顯示給人在回路中的人，以進行標準決策程序。雖然這項研究僅限于問題的分解，但未來的研究領域是開發一個由人類系統集成（HSI）驅動的產品實現。MMRA通過對日益復雜和相互依賴的資源分配問題進行客觀評估，加強了指揮系統的決策。圖B描述了MMRA人工智能系統過程的行動圖。

MMRA決策已經超出了傳統決策過程的復雜程度。這種復雜性適用于任務規劃的各個層面。戰術層面是在士兵個人的直接指揮系統或單位層面進行的。行動和戰略層面則是在梯隊或總部層面進行。所有這些都需要對現有資源進行準確和有效的分配。

圖C中的圖形，"戰術評估過程。圖C "戰術評估過程：MMRA決策的復雜性 "描述了MMRA是如何在一個作戰場景的決策點上隨時間推移而進行的。初始規劃是在??0進行的，與 "MMRA過程結構 "中的 "初始 "黃色活動塊相關。之后的某個時間，??1, ??2, ??3, ..., ????決策點與 "MMRA過程流 "中的 "決策點重新規劃 "黃色活動相關。"初始 "和"決策點重新規劃 "這兩個黃色活動塊啟動了一個完整的 MMRA 過程流，它包含了 "初始 "和 "決策點重新規劃 "連續體中描述的所有活動。

決策點在三個MMRA用例中被普遍定義。然而，為了解情況，對設想中的場景采用了獨特的故事情節。雖然這里不能列出所有的案例，但CSG獨特決策點的一個例子是CSG內部、CSG外部或自然災害援助的應急反應。通常，所有的決策點都發生在出現新的任務、提供不同的任務優先級、資源耗盡、資源被破壞或任務無法繼續完成時。

為了更好地理解MMRA問題集的范圍，該團隊對所有三個用例進行了可擴展性和復雜性分析。可擴展性分析抓住了靜態MMRA問題集的范圍，與該用例的歷史背景相比較。因此，可擴展性分析為最初的MMRA規劃問題集提供了一個從傳統系統到現在用例方案的背景。在DE Convoy Protection和CSG用例中，可擴展性都有不可量化的增加。對于DE車隊保護來說，由于精確攻擊的技術進步，紅色部隊的能力增加。此外，CSG的藍軍能力增加了，在某些地方是三倍，因為反措施能力、導彈類型的可用性和不同級別驅逐艦之間的數量擴大了。作為補充，航空用例產生了15%的可擴展性，從傳統的實用級直升機到FVL FLRAA。

復雜性分析抓住了動態MMRA問題集的范圍，與各自用例的歷史背景相比較。這些復雜性分析提供了進一步的MMRA背景，因為當MMRA在交戰中被重新規劃時，戰術決策發生在多個決策點。所有三個用例的復雜性分析都構建了故事情節，展示了無形的、越來越具有挑戰性的MMRA考慮。隨著MMRA的可擴展性和復雜性的增加，未來對人工智能輔助的MMRA決策的關鍵需求變得清晰。

繼續分解人工智能輔助的MMRA問題集可能會引起美國武裝部隊的興趣。在所有的使用案例中，在初始和重新規劃的作戰場景中，戰術決策的復雜性都顯示出隨著時間的推移而增加。我們強烈建議對人工智能支持的MMRA問題集進行進一步研究。確定的未來研究領域有：工具的倍數、硬件/軟件部署戰略、戰術與作戰與戰略層面的資源配置、連續與離散的重新規劃節奏、人工智能機器學習的考慮，如數據的數量/質量、人類在環路中對人工智能的接受程度、人工智能輸出儀表板的顯示以及人工智能的倫理。

多智能體系統在解決復雜和動態領域的問題方面顯示出巨大的潛力。這種系統由多個單獨的實體組成，稱為智能體。系統的整體行為是由其組成的智能體的許多相互作用產生的。大多數研究的系統由同質的智能體組成，它們擁有相同的行為或物理形式。然而，最近的工作表明，擁有不同行為或形式的異質智能體可以提高系統性能。這項研究考察了異質性對多智能體系統有效性的影響，并研究了多智能體系統在聯合武器戰中的應用，聯合武器戰同時應用異質單位類型來完成軍事目標。數百個形態上同質和異質的多Agent團隊被演化出來，并對其完成某些目標的能力進行評估。結果表明，沒有一個團隊配置在所有情況下都表現出色，在異質和同質配置之間轉換的能力對團隊的成功比任何配置的異質性更重要。結果進一步表明，美國海軍陸戰隊理論中描述的聯合武器戰術可以從簡單的、分散的智能體的互動中產生，表明該領域的未來研究可能被證明對聯合武器戰爭的軍事藝術有價值。

引言

1.1 問題背景

現代聯合武器理論要求同時應用多種武器類型，以達到大于其各部分之和的效果[1, 2]。復雜適應性系統（CASs）的研究人員對這句話很熟悉，它是一種涌現的語言，通過這種現象，一個相對簡單的智能體系統表現出復雜的總體行為，從而創造出 "小中見大 "的效果--大于其部分之和[3, 4, 5]。約翰-博伊德（John Boyd）的工作是基于當前的聯合軍備理論，他將武裝部隊視為由處于不同角色的自主單位組成的復雜網絡，并借鑒了CAS文獻來發展其戰爭理論[6]。對博伊德來說，每個軍事單位都填補了一個專門的利基，有助于整體的運作，因此，發展一支有效的聯合武器部隊是一個多智能體系統工程問題。在這樣的問題中，每個智能體必須被設計成通過與同伴的互動，在系統層面上幫助產生一些理想的特征。例如，戰斗的勝利是軍隊的一個理想特征，每個士兵的訓練和裝備都是針對贏得戰斗的整體任務。

聯合武器部隊具體來說是一個異質的多智能體系統。異質性一詞表示智能體之間在形態上、行為上或兩者上的差異。形態上的異質性指的是物理特性上的差異，而行為上的異質性指的是智能體對感知數據的行為方式上的差異。因此，形態上的異質性智能體就像坦克與飛機或警犬與警察一樣不同。行為上的異質性智能體不同，就像兩架相同的飛機在執行任務時可能扮演不同的角色，或者一個士兵可能在另一個士兵前進時提供火力掩護[3, 7]。

聯合武器戰爭的歷史提供了許多異質系統的例子，從古代的小兵、步兵和騎兵的聯合編隊到現代空軍的復合翼概念[8, 9]。現代計算機模擬和人工智能（AI）的研究提供了新的機會，通過建模和評估部隊的組成和戰術來推進聯合武器理論。最近的研究表明，智能體能夠在戰略游戲中產生新的戰術[10]，協調多個物理和行為上不同的單位，在物理世界中執行協作任務[11]，并在智能體的合作團隊中產生新的和多樣化的行為[12]。所有這些結果都與聯合武器理論有直接關系。這樣的研究既促進了軍事藝術的發展，也促進了人工智能和多智能體系統的研究。

1.2 研究問題

假設異質智能體系統將比同質系統更有效地完成分配的任務，其中有效性是由衡量成功完成任務的健身分數來衡量。更具體地說，這項研究將回答以下問題。

1.行為的異質性是否會改善或損害多Agent系統在聯合武器場景下的性能？

2.形態上的異質性是否會改善或損害多Agent系統在聯合軍備情況下的性能？

假設異質智能體系統將比同質系統更有效地完成分配的任務，其中有效性是由衡量成功完成任務的健身分數來衡量。更具體地說，這項研究將回答以下問題。

1.行為的異質性是否會改善或損害多Agent系統在聯合武器場景下的性能？

2.形態上的異質性是否會改善或損害多Agent系統在聯合軍備情況下的性能？

3.給定一組形態不同的單元，多Agent系統能否在沒有明確的中央指令的情況下表現出協同的聯合武器行為？

問題一和問題二涉及到可以將多樣性引入到智能體群體中的方式。采用具有物理或形態差異的智能體是否有益？為了回答這些問題，本研究在各種不同的任務中測試并比較了行為上和形態上的異質團隊。第三個問題是評估多智能體系統參與聯合武器戰爭中的合作行為類型的潛力。

這項研究提出了幾個戰斗單位的異質團隊的模擬，并評估了形態和行為異質性對團隊有效性的影響。多個異質和同質團隊被生成并在四個場景中測試，每個場景都有不同的目標。隊伍根據其勝利率進行分級，并與所受傷害成反比。測試結果被用來確定最有效和最高效的團隊配置和行為。

最合適的團隊表現出合作戰術，包括側翼機動、偵察、多管齊下的攻擊和其他行為。這些戰術產生于每個團隊成員智能體的互動，并且經常結合不同的智能體形態或行為。這項研究表明，異質性對團隊適應性的影響因情況而異，最有效的團隊傾向于演化出異質性行為和形態來克服戰術挑戰，而且聯合武器戰術可以從簡單智能體的相互作用中出現。

1.3 貢獻

這項研究提供了一個動態領域中同質和異質多智能體系統的比較。它支持國防部（DoD）發展自主武器系統的優先事項[13]，并通過展示從簡單的智能體互動中出現的可識別的戰術行為，將多智能體系統理論應用于聯合武器的軍事藝術。提供了一個新的和可擴展的模擬器，用于未來對單體和多體系統的研究。

1.4 概要

第二章提供了多智能體系統的相關背景和研究，并概述了該領域與聯合武器理論的關系。還提供了RoboCodePlus模擬器的描述。第三章描述了用于執行實驗的方法，概述了智能體架構、測試場景以及用于生成和進化單個團隊的遺傳算法。第四章分析了每個實驗的結果并得出結論，而第五章總結了所做的工作并為未來的工作提供了建議。

美陸軍網絡部隊的技能和能力在其成立后的十年里得到了增長。本文重點介紹了美陸軍網絡任務部隊部分所需的結構性變化，這些變化將使其繼續增長和成熟，因為陸軍過去的組織和結構性決定對當前和未來的效率和效力帶來了挑戰。對當前形勢的評估強調了軍事領導層必須解決的領域，以使陸軍的網絡部隊繼續發展以滿足多領域行動的需要。

訓練和裝備一支能夠在新領域開展行動的新軍事力量是一個反復的過程。美國上一次開始這樣的工作是在二十世紀初，航空部隊的誕生和空域的出現。戰術、部隊結構和利用新能力的戰略是在建立軍事航空后發展起來的，但由于當時缺乏危機感而被界定和限制。第二次世界大戰迫使空軍迅速成熟，并導致了美國陸軍航空隊的建立，這是一支為應對空域挑戰而設計的有凝聚力的戰斗部隊。像陸軍航空隊一樣，陸軍的網絡部隊正在達到成熟，擁有切實的能力和對對手的作戰經驗，并將受益于評估先前的組織和人事決定的影響，為多領域行動做準備。

對軍事網絡的重大和復雜的入侵為美國網絡司令部（USCYBERCOM）的成立提供了動力，并使網絡空間與空中、海上、陸地和太空一起成為作戰領域。美陸軍和國防部（DoD）已經在建立該領域的能力方面取得了重大進展。 從部隊結構的角度來看，主要的亮點包括：

• 在2010年建立美國陸軍網絡司令部（ARCYBER）。

• 通過在2011年創建第780軍事情報旅（網絡）來組建一支進攻性網絡部隊。

• 在2014年創建網絡保護旅（CPB），以容納防御性部隊。

• 在2019年建立第915網絡空間戰營（CWB），以滿足戰術網絡空間電磁活動的要求，以及所有網絡任務部隊（CMF）小組；以及

• 在2018年實現全面作戰能力。

在人事方面，陸軍在2014年成立了網絡部，并在2018年整合了電子戰。最近，陸軍正式確定了網絡空間能力發展官員/準尉軍事職業專業（MOSs），以提供設計和創建特定網絡空間能力的有機能力。

從理論到培訓再到組織，該部門和網絡單位不得不確定需求，進行試驗，并制定解決方案，以滿足不斷變化的網絡空間行動的需求。在這篇文章中，我們研究了與兩個最初的部隊結構決定相關的挑戰，并提供了克服這些挑戰的考慮。

首先，當陸軍創建其網絡部隊時，進攻性和防御性網絡行動被隔離在兩個不同的獨立旅內。歷史上的分界繼續存在，并帶來了意想不到的后果。盡管創建了一個新的分支和軍事職業專業，但將進攻性網絡行動（OCO）和防御性網絡行動（DCO）分開的組織決定對人員和資源產生了負面影響。

其次，這些單位有復雜的指揮系統，有獨立的行政控制（ADCON）和作戰控制（OPCON）關系。目前，網絡小組的作戰指揮與小組的行政和領導不一致，包括人員評級、財產問責、統一軍事司法法典的權力和指揮本身（例如，連長跟蹤網絡小組的訓練和醫療準備，而小組負責人負責日常運作）。這些復雜的問題造成了混亂和驚愕，并阻礙了統一的努力。

雖然這些組織決定是經過深思熟慮的，也是出于行動的需要，但它們阻礙了陸軍網絡部隊內部的統一行動，造成了組織和行動上的損失。整個聯合網絡社區正在進行反省。隨著所有的CMF團隊最近實現了充分的操作能力，美國網絡司令部正在評估其目前的規模，并要求陸軍和空軍派遣更多的團隊。 為了給網絡空間帶來更統一的方法，空軍通過重新指定和重新分配第67網絡空間聯隊下的幾個單位來重新調整其內部組件的結構和組成。 現在是重新審視陸軍內部結構以更好地支持網絡空間行動的理想時機。如果陸軍忽視了過去因需要而做出的決定的影響，而不重新評估其有效性，那將是一種失職。本文認為，美陸軍必須在網絡部門內部推動更大的團結，使該組織作為一支有效的網絡空間戰斗力量繼續前進。

保持技術優勢是美軍作戰方式的一個關鍵組成部分。向大國競爭（GPC）的轉變重新強調了保持技術領先。然而，絕大多數所謂的幫助美國保持領先優勢的技術戰略都將這一概念作為一份文件，簡單地回答 "軍隊應該開發或采用什么技術 "的問題。這種狹隘的技術戰略觀幾乎沒有將手段（技術獲取決策）與戰略目的聯系起來，而且往往將技術的發展本身視為目的--這種錯誤的概念可能導致不適應或停滯的戰略和資源的浪費。本論文試圖通過定義一個技術戰略的概念和框架來幫助提高技術決策的效率和重點，將技術的強調和獲取作為手段，將戰略效果作為目的。

這種方法對技術戰略是描述性的，而不是規定性的。其產出可作為認識、分析和構建技術戰略的基礎。

第一個關鍵發現是，當軍事技術決策導致從戰爭方式范式到作戰概念，然后到所需能力組合，最后到技術獲取（技術戰略）、組織結構和理論創新（"DOT三要素"）的選擇時，它們就是戰略性的。至少，技術戰略的內容通過確定作戰概念中所需要的技術能力、獲取方法和主要的技術重點來指導關于獲取、開發和/或改進武器、運載和信息技術的決策。

第二個關鍵發現是形成兵力開發戰略的分類法。了解每個層次是技術戰略制定和分析的關鍵。該分類法在圖1中顯示，并在后面進一步解釋。

圖1. 擬議的技術戰略分類法

實現層對技術和DOT三要素的追求按其設計的時間范圍進行分類，以滿足其戰略最終狀態。將技術戰略（和其他DOT組件）的實現時間與作戰概念的預期實現時間同步是這一層次的主要目的。

交戰概念層顯示了范式和概念之間的聯系，并按照大戰略中的戰略目的來組織技術追求（即技術如何在戰略環境中創造效果）。作戰概念是軍方對在特定情況下如何進行戰爭的設想，以及軍方將如何進行戰爭（例如，馬賽克戰爭或空地戰）。

能力組合是所有DOT三要素及其DOTMLPF-P對應物的組合，以實現作戰概念中的能力（例如，自主飛機或蜂群無人機以支持馬賽克戰爭概念中的JADC2能力）。以這種方式看待技術及其伴隨的DOT戰略的主要好處是，它使DOT決策與特定的概念相聯系，從而與它的預期戰略效果相聯系。

戰略形式層面（圖2）描述了戰略家滿足能力的技術要求方式。技術戰略形式作為一種模式或模板，描述了戰略家用來實現所需能力的方法。這些是技術戰略的模板，與人們可能認為的戰略類型（如費邊延遲戰略）的方式有相似之處。下面顯示的三種原型，對技術戰略的形式進行了分類。風險與效率，平價驅動，以及基于進攻和防守的形式。

圖2. 觀察到的和推導出的技術戰略形式

購置方式層面確定了該戰略將指導用于滿足能力組合要求的技術購置方式。這些選擇對戰略形式有很大影響。有四種類型的方法被確認。模仿性獲取方式側重于復制其他國家已經在使用的技術。發展性獲取方法側重于新技術的發明，對新興技術的利用，和/或對已有的（但不強調的）技術進行重新構想。創新性方法涉及到購買技術，并將其與軍隊自己的或其他購買的技術相結合，以創造新的東西。監測方式假定軍隊至少有一些手段和理由來追求技術變革，但選擇繼續沿著目前的路線進行典型升級。戰略形式和方法層面是技術戰略家的主要關注領域。

最后的關鍵發現是，對技術戰略的明確描述和結構化突出了一系列的陷阱：比較陷阱（鏡像）；冰山（暗示高度的隱蔽能力）；交叉點（挪用技術發展）；機會成本（每一個是也是對其他東西的否定）；戰爭和技術關系（技術發展可以改變戰爭和沖突的特征）；重點發展（試圖為所有任務建立一種技術），以及果斷的投資者行為（戰略上錯位的技術追求）。這一小部分的經驗教訓可能只是從不斷研究和完善技術戰略概念中獲得的豐富知識的開始。在一個競爭激烈的時代，我們必須在技術追求上集中精力，深思熟慮，并具有戰略性。本研究提供的意見和建議可能有助于這種努力。

全球信息網絡架構（GINA）是一個語義建模框架，旨在促進特設傳感器資產和指揮與控制系統的整合，因為它們可以通過被稱為矢量關系數據建模的實施方式提供給戰斗空間中的操作人員。為了評估GINA的互操作性和推理能力，開發了一個概念驗證評估，并在真實世界的傳感器數據上進行測試。

正如美國陸軍的多域作戰（MDO）概念所指出的，美國的對手試圖通過在政治、軍事和經濟領域的分層對峙來實現他們的戰略目標，而不是通過沖突來對抗美國軍隊和聯盟伙伴。此外，MDO概念指出，對手可能采用多層跨域對峙--跨越陸地、海洋、空中、太空和網絡空間，在時間、空間和功能上威脅美國和聯盟部隊。反擊這些戰略的中心思想是快速和持續地整合所有領域的戰爭（即融合），跨越時間、空間和能力，以戰勝敵人。

為了實現MDO的執行，聯合軍種、政府機構和多國伙伴之間的互操作性是一個關鍵要求。戰術行動已經越來越依賴于信息網絡的傳感、通信、協調、情報和指揮與控制（C2）。因此，美國陸軍不斷尋求提高其整合網絡系統的能力，并在不同的作戰節奏水平上實現同步效果。從歷史上看，由于沒有足夠的能力來支持現有的和新興的技術和進程，這種整合在以無處不在的物聯網（IoT）和軍事C2系統為特征的不斷發展的網絡化戰斗空間中帶來了技術挑戰。這種限制因不同系統的孤島而進一步加劇，限制了戰術、技術和程序的跨系統使用，以及支持硬件和軟件組件。這些限制使作戰人員面臨不一致和缺失的關鍵任務數據，促使作戰功能在孤立中運作。例如，行動和情報之間的數據交換是有限的，范圍也受到限制，增加了指揮官決策過程中的風險和延誤。

為了實現陸軍網絡現代化，陸軍未來司令部網絡跨職能小組（N-CFT）正在調查通過創新、整體和適應性的信息技術解決方案來實現網絡互操作性的顛覆性方法，以滿足既定的C2互操作性挑戰。根據NCFT的指示，美國陸軍作戰能力發展司令部（DEVCOM）陸軍研究實驗室（ARL）的研究人員評估了一項名為全球信息網絡架構（GINA）的技術，作為多源傳感器數據融合的系統解決方案，以支持決策。 根據其軟件規格，GINA的目的是減少在互操作和集成方面存在的技術挑戰，并支持及時的共同情報/作戰圖景和決策的情報分析。

目前，語義互操作是一個活躍的研究領域；近十年來，已經開發了一些軍事技術解決方案。語義互操作提供了促進快速整合來自臨時傳感器資產和異質C2系統的信息的手段，因為它們為戰斗空間中的操作人員所了解。這項初步評估表明，GINA能夠整合不同的傳感器系統，并對數據進行同質化和協調，以便在本次評估的實驗場景下提供解釋、分析和推理。在這一評估的基礎上，在與MDO的規模和復雜性相匹配的實地演習或實驗中進行進一步的評估可能是有意義的。具體來說，進一步評估的能力是：1）來自多個部門的傳感器和通信設備之間及時的互操作性；2）連接來自不同結構和標準的盟國、合作伙伴或商業數據流系統；3）豐富、數據分析、推理或增強其他決策支持C2系統；以及4）與其他技術解決方案的比較。

這項評估的綜合分析已經在DEVCOM ARL技術報告ARL-TR-9100中記錄和公布。