一、簡介：顛覆性……或（只是）新興技術？

自《研究報告》首次發布以來，顛覆性技術，特別是區塊鏈、物聯網、人工智能和機器學習，包括在海關領域，已經有了很大的提升。然而，仍有機會得到更廣泛的實施，這就是為什么世界海關組織、世貿組織和其他利益攸關方正在研究這些技術和其他技術，以確定支持國際貿易和更廣泛的經濟的主要好處，并確定它們可以協助海關管理部門實現其目標，如確保貿易便利化、安全、安保和公平征稅。在過去的三年里，兩個組織采取了許多舉措，包括網絡研討會、在線會議、政策文件和能力建設工作，目的是支持其成員的這些努力。

二、為未來的智能海關全面使用技術

2021年會議強調了海關在促進全球貿易方面發揮的關鍵作用。為了使未來的全球供應鏈更加高效，智能海關必須最大限度地減少清關時間和成本，同時智能地管理進出境貨物和車輛。顛覆性技術需要結合使用。此外，在實施創新解決方案時，需要考慮許多因素，如網絡安全、數據協作、標識符等。

三、技術

1 區塊鏈技術

區塊鏈促進海關流程的潛力是多方面的，從清關到機構間合作、認證、身份管理、合規管理、稅收和清關后審計。通過這項技術，在不同的節點上，所有各方都能以最新、最可信、最安全和不可改變的方式即時獲得相同的賬本副本，從而避免了按照目前的做法，由每一方維持單獨的賬本。

考慮到區塊鏈的潛力，世界海關組織和世貿組織在過去幾年里一直在探索在海關領域使用這項技術。根據世界海關組織2021年年度綜合調查（ACS）收到的結果，區塊鏈和分布式賬本技術（DLT）對海關來說仍處于實驗階段，約有三分之一的海關當局回應調查，通過概念證明（22個成員）和試點項目（15個成員）測試，主要使用私人（許可）區塊鏈，而只有兩個海關當局報告全面部署這一技術。26個海關當局計劃在未來三年內采用這種技術，而另外45個海關當局則表示尚未有這方面的計劃。

2 物聯網

據Statista估計，到2025年，全球物聯網將由超過300億臺設備組成（每人超過4臺設備）。海關可以努力加強與某些采用物聯網應用的利益相關者（托運人、承運人、貨代等）的合作，以期迅速獲得與某些風險因素相對應的任何信息。因此，海關管理部門將能夠專注于使用分析工具，根據通過物聯網技術收集的信息，確定高風險和低風險的貨物和供應鏈。

現在，一切與互聯網相連或與互聯網互動的事物都可以被地理定位，這是一個重要的新參數，也可能為海關提供新的機會。上述調查的一半受訪者表示，他們在海關業務流程中使用了物聯網，9%的人計劃部署物聯網。然而，多達40%的人暫時沒有使用該技術的計劃。在72個部署物聯網的受訪者中，大多數表示這與X射線或計算機斷層掃描（CT）有關，還有相當多的人使用二維碼和條形碼閱讀器、自動車牌閱讀器和照相機，以及電子印章（電子封條）。

3 大數據、數據分析、人工智能和機器學習

在海關和邊境管理中使用大數據、數據分析、人工智能（AI）和機器學習（ML）在人員跨境流動和商業方面帶來了巨大的機會。由于人員和貨物的跨境流動產生了大量的數據，這組技術提供了對這些巨大的、不斷增加的數據進行分析的能力。這些技術可以用來攝取這些數據，并比人類更準確地檢測和預測模式。視覺搜索和面部識別技術，以及已經在其他部門使用的行為和預測分析技術，也可以在海關和邊境管理中進一步調整使用。

根據世界海關組織的ACS，幾乎45%的海關當局使用數據分析，或人工智能/ML，或兩者都使用。有許多案例研究集中在風險管理和目標定位，改善關稅分類和稅收，打擊包括低估在內的欺詐行為，對授權經濟運營商（AEO）進行預先分析，等等。

4 生物識別

世界各地的政府和組織正在選擇生物識別技術來打擊身份欺詐和安全漏洞，保護機密數據，降低成本和改善整體用戶體驗。生物識別技術是信息技術領域中一個快速增長的領域，預計指紋識別仍將是生物識別技術中最主要的形式。海關管理部門在展示機構間協調的有用方法方面具有獨特的地位，而生物識別技術需要這種協調。海關管理部門也有很長的協調和機構間工作的歷史，因為他們為伙伴政府機構執行法律和法規。他們經常與移民機構在同一地點辦公，可以努力促進這些工作的采用和促進。

海關機構、其他政府伙伴和私人行為者應密切監測這一領域，以確定更多的用途，可能用于以下目的：核實身份和控制海關操作員的準入；識別供應鏈中的不同行為者，如海關經紀人、貨運代理、物流操作員和其他人員；等等。

5 無人機

無人機已經是國際貿易供應鏈的一個組成部分，推動監管機構對該技術更加適應，從而制定一個法律框架，確定它們的運作條件。研究表明，無人機在貿易環境中的整合可以支持經濟增長。然而，成功和安全地整合它們需要市場上的所有參與者做好準備并參與到這一過程中來，以確保供應鏈能夠充分實現其利益。在貿易環境中，貨物的實際交付模式正在不斷地被重新定義。

一些海關管理部門已經在使用無人機進行監視和監測。一些人正越來越多地使用無人機來監測港口地區和沿海地區。這涉及到監控不僅是為了打擊毒品走私，也是為了提供空中援助。一架帶有高清攝像頭的遙控無人機已經被用于水下監控，可以深入到50米深處，對一艘船進行詳細掃描。

海關需要監測、分析和理解無人機使用方面的新發展，以及相關的監管發展，并提出適當的政策回應，同時在必要時對海關程序和要求進行潛在的調整。

6 虛擬現實、增強現實和混合現實

在海關方面，增強現實和混合現實可用于在物理世界中投射視覺援助，例如在進行物理檢查時。另一個潛在用途是大數據集的可視化。當使用混合現實技術時，數據可以作為數字藝術品投射到物理世界中，可以像真實物體一樣進行操作。

政府和世界海關組織已經成功地將虛擬現實解決方案用于海關培訓目的，以提高檢查員識別違禁物品的效率。虛擬培訓方案為檢查員提供了在低風險的虛擬環境中磨練他們的技能和對其職責和責任的了解，同時遵循一個進展系統。

7 3D打印

根據一些報告，2018年全球約有140萬臺3D打印機發貨，估計2027年將有800萬臺發貨。有預測說，3D打印有可能在未來對海關的工作產生重大影響。

一些人認為，海關應參與監測虛擬供應鏈，有人提出如何實現這一目標的問題，包括現有的法律文書是否足以涵蓋這種責任。總的來說，海關與稅務機關和其他相關機構的合作（可能作為協調邊界管理的一個新層面）被認為在這一領域很重要。

世界海關組織強調了3D打印對原產地、估價、知識產權和安全，特別是對增值稅的影響。甚至有人認為，未來可能需要重新定義 "貨物 "一詞。正如2021年經合組織貿易政策報告所強調的，在評估3D打印機的整體影響方面仍然存在挑戰。作為回應，增材制造（3D打印機）的新標題84.85已作為世界海關組織協調制度（HS 2022）2022年版的一部分創建，并于2022年1月1日在國際上生效，這將使各國更好地監測3D打印機及其對貿易的影響。

四、技術背后的戰略

有必要利用最新的技術，因為旅客和貿易的增長，包括電子商務，已經大大超過了典型的公共服務的演變，挑戰我們的傳統業務、計劃政策和立法。區塊鏈、生物識別技術和人工智能等技術不僅僅是業務的推動者，它們為我們的客戶設定了期望，并改變了我們的工作方式。然而，必須將技術變革的重點放在對一個組織的任務至關重要的方面，否則就會有過度投入的風險。

必須根據所需的服務和本組織的需求來評估實施新興技術的選項。大型的、多年的IT啟用項目的高失敗率，導致各組織不再進行大型的IT系統開發，而是選擇那些在未來可以輕松遷移到新硬件的技術。所使用的新方法的關鍵是快速失敗，快速恢復的原則。

五、建議

世界海關組織和世界貿易組織廣泛探討了顛覆性技術的主題，分享經驗并討論了不同的項目和吸取的教訓。已經為政策制定者考慮了一些可能的建議。其中包括關于海關和私營部門如何合作，以最佳方式利用顛覆性技術促進和保障貿易的建議。

六、結論

人們普遍認識到需要緊跟這一領域的發展，并不斷尋求了解最新技術能夠為海關和邊境管理帶來的挑戰和機遇。海關管理部門和其他利益相關者分享的許多試點項目和概念驗證（PoCs）的信息顯示了對擴大使用這些技術的興趣，以及對這些技術將為海關實現其目標和支持跨境貿易帶來的好處的信心。本研究報告將繼續以最新的見解和試點信息進行更新。

本文件的目的是介紹與實現遠程海底監視（RUS）系統和技術的最近和預計發展有關的關鍵主題及其影響。特別是，試圖勾勒出這些技術對澳大利亞國防軍未來作戰人員的影響，以便為EDTAS的參與者提供基本的共同知識，并幫助在研討會期間引起辯論。為了實現這一目標，將描述關于俄羅斯技術的背景和現狀。它將描述目前正在出現的技術類型，以及它們打算如何支持俄羅斯，還有這些技術帶來的風險和挑戰。本文所介紹的是一系列意見，旨在促進討論和科技部潛在的RUS研究目標。

海底監視技術

海底監視系統旨在對潛艇或其他海底交通工具進行探測、分類和定位，以提供海底領域感知，并為戰術性反潛戰反應部隊提供提示。這是由提供大范圍搜索和提示的專用監視傳感器系統和能夠進一步定位和應對潛在海底威脅的戰術平臺共同實現的。

傳統反潛戰（ASW）系統

標準的戰術性反潛平臺包括海上巡邏和反應飛機、潛艇和水面作戰艦艇，它們都有安裝在船體上的、牽引的或部署的傳感器，用于探測、定位和應對潛艇或其他海底威脅。這些反應方案可能包括定期監測、跟蹤和追蹤，或使用魚雷、水雷或深水炸彈。

當前和發展中的監控系統：美國綜合海底監視系統（US-IUSS）

• 固定監視系統：

固定監視系統（FSS）的功能由聲音監視系統（SOSUS）提供。SOSUS由部署在海底的大型無源聲線陣列網絡組成，以利用深海聲道內低頻聲音的遠距離傳播。最初的陣列變體采用了一組多達三個大孔徑（約300米）的線陣列，總聲學孔徑為1000-2000米，部署在大陸架邊緣或海山上（深度達1200米），以監聽大洋盆地。

• 移動監視系統：

移動監視系統（MSS）的功能是由專用的戰術輔助海洋監視（T-AGOS）艦上AN/UQQ-2監視拖曳陣列傳感器系統（SURTASS）的幾個變體提供。SURTASS提供移動和可移動的探測，跟蹤和報告遠距離的潛艇接觸，主要用于FSS沒有覆蓋的深水區域。

• 可部署的監視系統：

可部署監視系統（DSS）的功能就不那么成熟了，它涵蓋了各種不同的系統類型和概念，這些系統在過去幾十年中一直在探索和發展，以補充現有的FSS和MSS能力。美國國防高級研究計劃局（DARPA）、海軍研究辦公室（ONR）、海軍海戰中心（NUWC）、海軍信息戰中心（NIWC）以及其他政府和工業界的研究和開發項目已經研究了可部署的海底傳感器、分布式網狀傳感器、海底通信和導航網絡、帶有各種海底傳感器和通信有效載荷的自主車輛以及海底星座。其中許多項目支持了相關概念、系統和組件技術的持續發展和實驗，使這些概念、系統和組件技術隨著時間的推移得到了調整、成熟和發展。

• 一體化通用處理器

一體化通用處理器（ICP）為US-IUSS的所有固定、移動和可部署的海底監視傳感器提供共同的處理、顯示和分析功能。洛克希德-馬丁公司和通用動力公司在2003-2007年進行了ICP的初始開發，2007年安裝在惠德比島國家海洋公園，2009年安裝在壩頸國家海洋公園，2008-2009年安裝在SURTASS船上，取代了FSS和SURTASS的幾個舊的傳統處理系統。2010-2017年和2017-2022年與洛克希德-馬丁公司簽訂的持續升級合同正在繼續改善ICP功能，并提供新的處理硬件和軟件更新。

• 海底作戰決策支持系統

AN/UYQ-100海底戰決策支持系統（USW-DSS）是一個海底戰（USW）指揮和控制系統，它使聯網的ASW部隊能夠協同計劃、協調、建立和維持一個共同的戰術畫面，并執行USW任務的戰術控制。這為海上作戰指揮官、戰區ASW指揮官和ASW指揮官提供了一個跨越所有ASW平臺的綜合指揮和控制能力。該系統在一個開放的結構環境中提供了網絡化的決策工具，使反艦導彈平臺和戰斗空間內的支持節點之間能夠近乎實時地共享關鍵的戰術數據，以縮短搜索-探測-交戰的時間，并提供更好的反艦導彈效力。該系統自動化并分配了許多以前手動執行的傳統操作和指揮任務。目前的應用包括環境分析、協作搜索計劃、部隊管理、與聯網的戰術決策輔助工具共享共同的戰術圖景、傳感器軌跡和傳感器指標、自動和手動的跨平臺軌跡融合、搜索執行的有效性措施、圖形存儲和調用以及反潛武器簡報支持。

USW-DSS安裝在美國航母打擊群平臺、SURTASS艦、隨艦驅逐艦中隊參謀部和選定的岸上節點，包括NOPF、指揮官特遣部隊和戰區海底戰作戰中心。該系統與全球海上指揮與控制系統（GCCS-M）和Link-11/16等共同作戰圖像系統接口，并共享來自驅逐艦上的AN/SQQ-89水面艦艇反艦作戰系統或航空母艦上的CV-TSC戰術支援系統的艦艇、傳感器和跟蹤數據，以生成和共享能夠進行火力控制的單一綜合跟蹤圖像。該系統利用開放的結構和COTS計算環境，采用迭代式開發方案。決策支持工具采用以服務為導向的架構，利用現有的計算硬件和通信鏈路，包括來自多個平臺的傳感器數據，為傳感器和武器之間的決策過程提供快速信心。

最初的USW-DSS建設在2009年底交付。而高級能力建設2（ACB-2）是在2013-3014年開發的，從2014-2019年推出。目前正在開發2019-2020年的一個新的軟件構建，其目的是加強協作式ASW工具，電子主戰術計劃，并擴大以網絡為中心的數據節點。

量子技術是一套新興技術，利用自然界的基本規律，在傳感、成像、通信和計算方面提供前所未有的能力。它們是多樣化的，復雜的，通常是早期的技術準備，并要求以新的方式思考技術的應用和利用。它們的真正能力、局限性、最具破壞性的應用和相關對策仍在發現之中。

這種破壞性潛力、模糊性和復雜性的結合給陸軍帶來了戰略風險和機遇。因此，澳大利亞陸軍發現自己正處于一個加速的全球競爭中，以了解、共同開發和利用量子技術來進行陸軍作戰。

本路線圖旨在構建和介紹陸軍在量子技術方面的方法，以使陸軍在陸地作戰中獲得量子優勢。

三個關鍵點構成了澳大利亞陸軍的方法：

• 澳大利亞正面臨著將其在量子技術研究方面的全球領先地位轉化為可持續的工業和國防優勢的戰略挑戰。

• 澳大利亞國防部在使現有的研究和開發（R&D）能力與國防部的優先問題保持一致方面發揮著作用。這包括在這些技術發展過程中對其進行塑造和指導，以促進技術概念向作戰人員的能力轉變。

• 根據 "運動中的軍隊 "和 "加速戰爭 "中的適應性思維、合作、主權產業和整合等戰略主題，陸軍的路線圖將探索量子技術在陸地領域的潛在用途。

為了發展陸軍的量子技術能力，澳大利亞陸軍將追求四個目標：

1.建立。迅速建立一個以陸域機會為重點的量子創新生態系統。

2.識別。識別量子技術在陸地領域的最具顛覆性和優勢的應用。

3.開發。開發相關技術、作戰概念和修改后的部隊設計。

4.支持。支持澳大利亞國防部的量子技術戰略發展。

為了實現這四個目標，將進行四項相互影響的工作：

• 協作：發展國防量子創新社區的陸軍分會。與該分會的深度合作將使人們在量子技術應用方面的想法趨于一致，共享對發展中技術的態勢認識，繪制能力和供應鏈圖，并支持整個軍隊、國防和國防工業的量子教育。

• 探索：通過定期的陸軍量子技術挑戰賽（挑戰賽），實施快速的量子應用發現和測試周期。這些挑戰將尋求在陸軍資源承諾之前確定量子技術的最有前途的應用。這些挑戰將采取組合方法，平衡不同類型的量子技術的技術風險和潛在應用價值。

• 開發：重點開發量子技術、作戰概念和部隊設計，使陸軍了解如何最好地利用量子技術來加強現有能力和運用，并獲得新的能力和作戰方式。陸軍將尋求對作戰概念演示之外的發明者的支持，使他們能夠繼續發展他們的技術，并為隨后通過能力生命周期的進展做準備。這種發展和挑戰可以由新建立的模擬和測試設施來支持。

• 改進：持續策劃陸軍的量子技術理解、景觀設計、評估和戰略。

人工智能（AI）系統很可能會改變軍事行動。本文探討了人工智能系統如何影響準備和進行軍事行動的主要工具，并受其影響。因此，本文在戰略、理論、計劃、交戰規則和命令的背景下分析和討論了人工智能，以確定機會、挑戰和開放性問題的位置，并提出總體意見。本文采取了一個廣泛的分析角度，能夠根據新的政策和技術發展以及對政治、軍事、法律和道德觀點的考慮，對這一問題進行總體審查。因此，本文提供了一些見解和途徑，以推動對人工智能在軍事行動中的適當整合、管理和使用的進一步思考、研究和決策。

技術戰略支柱

• 利用美國技術創新潛力，解決美國防部在操作、工程和任務方面的嚴峻挑戰。

• 為吸引和建立一支強大的、有才能的、在現代化的實驗室和測試設施中工作的未來技術工人隊伍奠定基礎。

• 通過與更大的創新生態系統合作，最大限度地發揮我們的不對稱優勢，從工業界到大學，再到實驗室、盟友和合作伙伴。

新機遇

• 生物技術
• 量子科學
• 未來集團
• 先進材料

有效的應用領域

• 可信的人工智能和自主性
• 集成網絡系統的系統
• 微電子學
• 空間技術
• 可再生能源發電和存儲
• 先進的計算和軟件
• 人機界面

國防特定領域

• 定向能源
• 高超音速技術
• 綜合傳感和網絡

實驗在美國防部的作用

• 國防實驗為技術專家和作戰人員提供了機會，以評估現有或新出現的作戰人員能力差距的潛在解決方案，并探究技術發展和概念探索的整合，以最大限度地發揮現有的協同作用。
  • 增加了知識和理解，為決策過程提供信息。
  • 擁抱實驗以恢復美國國防技術的超配。
• 基于地理的實驗影響
  • 展示戰略信號，威懾對手，并展示決心。
  • 建立支持快速創新的全球基礎設施。
  • 加強國際伙伴關系。
• 按軍種劃分的實驗貢獻
  • 增強作戰場所的決策能力。
  • 建立一個標準和度量的知識庫。
  • 將作戰人員、科學家和工業伙伴放在同一個地方。

新興的數字孿生概念是任何為未來準備的實體建模和仿真需求的關鍵促成因素。與傳統方法相比，數字孿生通過增強模塊化和可擴展性，能夠以更低的成本將需求快速轉化為能力。本文討論了數字孿生建模和仿真的要素。這些能力包括但不限于智能體建模、優化、并行化、高性能計算、云架構設計等。這些概念與將建模和仿真技術整合到單一界面的數字孿生中有關，用于工程系統的快速原型設計和鑒定。與傳統方法相比，使用這些新興技術可以大大減少模擬計算時間（從幾小時/幾天減少到幾秒鐘甚至幾微秒）。本研究發現，與所有利益相關者合作的便利性、測試時間的減少、最小的現場基礎設施要求是減少成本的關鍵優勢。分析了這種智能和在線數字孿生的信息優勢的適用性，以加強網絡安全和天基（防御）服務的機載威脅評估。使用這些同步和互操作的能力可以減輕對國防空間基礎設施的可逆和不可逆的物理和網絡威脅。

在國防中使用數字孿生的信息優勢

在情報、國防或空間部門使用技術，盡管還不是很廣泛，但由于對系統的快速、可擴展、自主和智能的需求，正在獲得巨大的發展勢頭。與此同時，由于空間的擴散、商業化和競爭加劇，國防對空間部門的依賴也變得更加強烈。美國國防情報局的一份題為 "空間安全的挑戰"[35]的報告指出，基于空間的能力正在出現，為軍事提供整體支持，因此需要確保這些新型服務產生的新風險。空間的軍事化和碰撞風險的增加，以及其他人為的和自然的危害，使得有必要通過使用像DTs這樣的先進技術來減輕風險。衛星技術不僅促進空間系統的故障診斷和健康監測[36]，而且還通過快速和有效地使用數據實現網絡安全[37]。使用這些同步和互操作的能力可以減輕對國防空間基礎設施的可逆和不可逆的物理和網絡威脅。

DT也大大加強了對天基（防御）服務的機載威脅評估[38]。空間資產的連接和安全服務，DT技術能夠提供的好處不僅僅是操作上的好處。例如，整個衛星群及其環境的數字孿生使威脅評估成為可能，因為可以模擬碰撞情景，并預測、預防和糾正單個衛星的故障。它還可以幫助檢測干擾和共址，以防止軍事威脅，并使整個系統更具彈性。因此，DT有助于保護空間資產免受各種類型的威脅。

5.1 目前使用案例

5.1.1 硬件在環仿真

SpaceR-SnT擁有的最初的數字孿生方法，Zero-G Lab是在Gazebo軟件中建模的。Zero-G實驗室的數字孿生，減少了測試時間，加快了開發步驟，被用來測試和驗證集成到Zero-G實驗室機器人操作系統（ROS）網絡的任何硬件（HW）組件的代碼。最初的硬件在環（HIL）方法被用來模擬不同的硬件組件，作為Zero-G實驗室的ROS網絡中的數學模型。這些模擬作為模擬的HW組件和Zero-G Lab之間的接口。對于Zero-G實驗室的浮動平臺和機器人操縱器，ROS基礎設施被用來在HW和軟件組件之間創建一個元數據流框架。此外，零-G實驗室的浮動平臺和機器人操縱器可以在零-G實驗室的同一個ROS網絡中使用。這樣的軟硬件互動模擬是實現國防部門敏捷DT系統的最初步驟。

5.1.2 衛星地面站的運行

孿生孿生之外，擁有一個與軌道上的衛星的彈性和快速連接也幾乎是重要的。這包括對數據存儲的快速和安全訪問。在過去，這涉及大量的操作努力以及一些深刻的技術理解。如今，有一些由云驅動的替代解決方案--如Azure Orbital[39]--使衛星地面站更容易訪問，以及將這些數據集傳送到安全的存儲地點并從那里真正使用的周轉時間。這些解決方案還將消費者從一些操作任務中解脫出來，而不犧牲安全、性能或技術的多樣性，因為地面站即服務的產品支持廣泛的行業已知技術，但以虛擬化的方式。使用像這樣的云計算解決方案還提供了一個機會，通過管理一個界面來利用地球上的幾個地面站供應商，與每個供應商的專門合同相比，這反過來提供了一個巨大的操作多樣性和敏捷性，并降低了成本。

另一個重要的用例是傳統衛星的生命周期擴展，這些衛星仍處于運行模式，但像數字孿生這樣的新能力應該擴展到該解決方案。國家海洋局通過合作研究與發展協議對其傳統的極地衛星進行了這方面的實踐[40]。這項工作提供了證據，即使用像Azure Orbital這樣的云計算服務，這些傳統的星座仍然可以用可接受的操作努力和較低的成本來運行。這使得該項目更具有可持續性，即使它已接近壽命終點。

從 NOAA 星座中學習生命周期支持主題。還有一個有遠見的成就值得一提，它使澳大利亞國防部通過在偏遠地區利用衛星支持的連接安全地訪問云存儲數據。"通過釋放SATCOM、5G和云計算的力量，國防組織可以在偏遠地區保持連接，快速、安全地分享數據以提高戰略意識，并對數據進行深入分析以改善決策[41]"。

這可能會導致提供實時的預測性維護指導，在解決方案的數字孿生中可視化。與沉浸式協作平臺相結合，就像之前提到的那樣，這些數據可視化可以提供真正的洞察力，避免誤解，從而推動更好的數據驅動決策。

5.2 未來應用

為了在高度不確定和未建模的環境條件下成功完成防御任務，必須開發高度適應性、響應式和穩健的數字孿生方法。這種極其不確定和多變的物理環境可以在數字孿生環境中建模，以增加任務的成功可能性。從這個角度來看，數字孿生結構有如下的未來應用領域：

• 國防領域的數字孿生結構將有機會在不斷增長的空間市場中提高其有效性，并與這些市場的不同參與者建立聯系。

• 國防領域的數字孿生結構將能夠在概念開發階段利用接近真實的測試環境在低成本工程系統的新細分市場中更快地定位。

• 與北約未來幾十年的空間政策保持一致，使北約的空間生態系統能夠與大規模的空間市場競爭。

為未來的應用提供了創新的資產：

• 大的集成范圍。在證明了數字孿生的可靠性后，數字孿生框架將有可能擴展到任何空間/防御應用[42]。

• 高競爭力。數字孿生的擬議整合將加速其工業生態系統中的先進技術研發競爭。

• 廣泛的可擴展性。由機構、組織和私人倡議開發的許多不同的空間系統系統將被整合到數字孿生結構。

摘要

英國國防部（MOD）的科學和技術戰略已經指示研究重點放在下一代（GAN）的軍事能力上。GAN能力是指那些英國防部今天無法采購的能力，在它們出現之前需要基礎科學和技術。Dstl最近領導了一項活動，以確定GAN對應用于國防培訓、教育和準備的國防模擬和合成環境的研究意味著什么。這涉及到收集國防利益相關者（未來的一線軍事用戶）的意見，以及對英國工業界和學術界（由QinetiQ、Thales、Cordillera應用集團和微軟領導）的GAN技術的審查。

本報告將概述推薦的下一代技術，這些技術對英國防部在未來五年內的成熟非常重要。這包括以下領域：擴展現實（XR）；數字孿生；元宇宙；學習技術；核心模擬技術；人工智能和自動化；以及代表未來復雜作戰環境所需的技術。它將提供一個概述，說明英國防部應該把研究重點放在什么地方；什么應該留給消費者領域去推動走向成熟；以及國防部可能期望在五年時間內能夠利用的功能和能力。

1.0 引言

1.1 英國國防部的科學和技術戰略

技術及其使用對英國國防部實施其戰略的能力和我們的運作方式越來越重要。英國國防部的科技戰略和最近的國防和安全綜合審查都強調，英國國防部需要更好地了解未來，并尋找、培育和資助下一代技術。英國國防部還必須通過示范、實驗來識別、評估和推動新興技術和創新，更好地利用流程和結構，并加速現有技術的規模化應用，以實現英國的優勢。

1.1.1 下一代技術

英國防部首席科學顧問（CSA）安吉拉-麥克萊恩女士對下一代技術（GAN）的定義如下：

"你今天買不到的東西--我們知道我們需要的能力，但在它們可用之前需要基礎科學和技術。這并不意味著任何特定的時間表 - 下一代技術可能在今年"

英國防部的CSA將GAN稱為下一代技術的一個單獨的興趣領域，這些技術可由國防部購買，但在軍事背景下使用時需要避免風險。GAN不是按照傳統的基于路線圖的方法中描述的線性時間表來考慮的。相反，它有一個非線性的范圍，一種技術的下一代可能只是幾個月后的事，另一種可能是幾年后的事。例如，智能手機的GAN可能在今年就準備好了，而核電站的GAN（如核聚變）可能要在幾十年后才能成熟。

2.0 仿真和合成環境的下一代

仿真和合成環境被廣泛用于英國國防部，為一系列領域提供更好的能力，包括：獲取；測試與評估；研究；能力開發；作戰分析；兵棋推演；實驗；部隊準備；以及決策支持。

英國防部責成Dstl管理科技能力--在Dstl內部和整個供應鏈--以便現在和將來為英國的國防和安全提供正確的能力。管理涉及到對科技能力的規劃、管理和監督的責任。國防部科技戰略中的GAN目標重新強調了這一活動，以確保國防部的內部能力，以及工業界、學術界和其他合作伙伴的能力適合于滿足國防的新興和未來需求。這一職責包括對模擬和合成環境的管理。

為了支持這種能力管理，并為英國國防部應開展的未來研究活動提供信息，Dstl與英國工業界和學術界一起進行了一項研究，以了解：

"GAN對未來模擬和合成環境的發展意味著什么，以支持英國的優勢？"

該報告確定了以下關鍵領域，這些領域應成為GAN能力研究的重點。

• 信息和通信技術（ICT）。

• 核心模擬技術。

• 人工智能（AI）和自動化。

• 擴展現實（XR）。

• 數字孿生和數據。

• 元宇宙。

• 未來的復雜作戰環境。

在這些領域中，該研究旨在確定：

• 尚不能采購的全球網絡能力和技術 - 這意味著該能力尚未發展成為可購買的產品或服務。

• 消除能力風險所需的科技活動--這意味著英國防部為利用該能力所需的基礎科學和技術研究。這可能涉及一系列的活動，包括從基礎科學研究到更成熟的演示和實驗，以及與終端用戶進行的去風險活動。

這項研究的范圍只包括與支持國防培訓、教育或準備有關的模擬和合成環境的使用。我們承認，這些領域在很大程度上受到鄰近市場和行業的影響（如軍事教育的民用學習市場），研究的范圍包括更廣泛的相關市場，那里有未來的 "衍生"機會。以前的 "附帶 "例子包括使用商業現貨（COTS）游戲技術進行培訓。

2.1 信息和通信技術（ICT）

預測：云計算已經改變了組織處理和存儲信息的方式。處理和存儲現在可以 "隨用隨取"，就像自來水公司一樣，企業可以根據自己的需要支付少量或多量的費用。雖然當前一代的云計算越來越多地被用于國防，并且幾乎肯定會支持下一代的模擬能力，但也有機會利用計算技術的GAN。

特征：新興的計算技術，如量子計算、神經形態和熱力學計算可能提供以下機會。

• 熱力學計算尋求將計算硬件運行到其熱力學潛力的極限。這有可能減少計算設備的尺寸、重量和功率（SWAP）。潛在的開發機會包括儀器化的現場訓練，在那里，與5G或6G通信相結合，它可以使邊緣設備以更低的功率要求被廣泛部署。限制性因素是證明該技術規模所需的研發，以及供應鏈和工業能力的要求。

• 量子計算不太可能在短期內出現在國防用戶的口袋里。雖然基于云的工作負載正在出現，但這些工作負載的可用性有限，安全和延遲可能是一個問題，而且可靠性可以得到改善。量子計算很可能被用于與運行詳細模型有關的確定的工作負載，作為科學研究的一部分，甚至在GAN的時間尺度內，對一般用途的培訓教育和準備的利用是不確定的。目前，英國政府的投資是巨大的，培訓、教育和準備社區應繼續監測其發展。

• DNA存儲器可以為培訓、教育和準備社區提供潛力，以存儲未來將產生的越來越多的數據。這有可能改善靜態數據的可及性。

• 圖形處理單元（GPU）的能力將繼續為大規模的模擬提供支持。GAN時間尺度的趨勢是，能力越來越強的GPU將支持越來越大的M&S環境，有可能在基礎設施層面而不是通過中間件軟件進行擴展。

效益和機會：總之，培訓、教育和準備社區可能會在GAN中擁有越來越強大和低SWAP的計算。這有可能徹底改變儀器化的現場訓練，但也可能對所有的M&S環境產生影響。這反過來又會對用于生成這些環境的輸入數據的驗證和確認（V&V）提出要求。

2.2 核心模擬技術；

預測：核心模擬技術包括戰術環境、圖像生成器、協議和標準、監測和控制工具以及代表自然和物理環境的系統。核心模擬技術將利用來自消費者信息技術和游戲市場的創新，越來越多地使用這些技術來支持以前的定制應用，如圖像生成和當前一代XR能力。全面運作的建模和仿真服務（MSaaS）能力將是下一代仿真技術的一個特點，而 "下一代 "可能會充分利用面向服務的架構和云技術。國防部將為核心仿真功能定義并擁有可重復使用的構建模塊和標準。平臺和系統的仿真將由OEMs提供數字雙胞胎。

特征核心仿真技術的GAN可能包括。

• 本身可擴展的環境，以前在處理能力和連接方面的限制被消除。

• 基于服務的方法和隨需應變的能力，可能會轉向完全云托管的模式。

• 混合的現場、虛擬和建設性（LVC）模擬，這三個領域之間的障礙越來越模糊或不存在。

• 與消費者游戲和信息技術的持續融合。

• 安全、高帶寬、有彈性的網絡。

效益和機會：核心模擬技術在支持培訓、教育和準備方面有廣泛的用途。它們可以被認為是提高這些國防部成果的效率和效益的重要推動力。向基于服務的仿真技術架構的轉變，特別是通過重新使用資產和減少對內部硬件的需求，可能會提高仿真交付的效率。

2.3 人工智能（AI）和自動化；

預測：英國防部和更廣泛的市場對人工智能和自動化的投資是相當大的，預計將繼續推動下一代和GAN能力的快速提高。有希望的早期技術包括基礎模型，它提供通用的、可訓練的人工智能，能夠處理廣泛的任務。計算的發展，包括 "網絡3.0 "或邊緣計算、量子計算和處理器的發展可能會提高人工智能和自動化的能力。民用工業部門的過程自動化也可能為管理和提供培訓、教育和準備提供潛在的交叉機會。然而，盡管有大量的投資，但不太可能有一個單一的 "銀彈 "通用人工智能和自動化工具來完全改變培訓、教育和準備。相反，干預可能是在一個更有限的基礎上，但仍將有可能產生影響。除了它的能力，人工智能和自動化工具可能會變得更可用，更容易被終端用戶所操作。

特征：GAN人工智能和自動化可能在以下方面有利于培訓、教育和準備。

• 通過 "人機聯手"，提供更有效的活動策劃、交付和支持。

• 提供對培訓、教育和準備數據的洞察力和理解，以提高效率和效益。

• 為實體或系統的行為提供更好的表述。

效益和機會：人工智能和自動化有可能促進效率和效益的提高。如果利用得當，它可以幫助減少與提供培訓、教育和準備活動有關的開銷，（例如）替代人類的角色扮演者。在效率方面，它可以用來提高演習人員的生產力（如監測受訓人員的狀態，并在出現異常情況時向教官發出信號），從而使他們能夠專注于改善培訓體驗。

2.4 擴展現實（XR）

預測：GAN XR技術（包括增強現實（AR）、虛擬現實（VR）、增強虛擬和多感官模擬）極有可能成為未來廣泛的培訓、教育和準備用例中用戶面對能力的首選形式因素。GAN混合現實技術具有較高的世代交替性，并有可能在2-5年的時間框架內被國防用戶所使用，這主要是由于消費技術市場的資助。GAN XR技術將有可能取代傳統的投影顯示器，成為面向用戶的主要能力形式，下一代應用已經被批準用于民用飛行訓練，盡管傳統的顯示器將在一段時間內繼續使用。來自消費技術市場的大量私人投資將確保該技術的價格與傳統顯示技術相比保持競爭力。對于高端應用，如飛行模擬，XR可能會有更高的成本效益，但要看認證和政策要求。

特點：GAN XR技術和能力的特點可能是融合了AR、VR、觸覺（包括人體服和其他可穿戴技術）和多感官刺激，以進一步提高沉浸感，并將刺激擴展到純粹的視覺和聽覺之外。GAN XR技術的發展將受益于對元空間、云和邊緣計算、移動和計算設備技術、5G/6G無線網絡、流媒體和消費者娛樂及游戲技術的更廣泛投資。

效益和機會：GAN XR技術有可能通過提高著色器/現實主義的質量來改善培訓、教育和準備工作的沉浸感，例如觸摸全息圖、穿越和更大的視野、超級現實的化身和沉浸式房間/體驗。如果它的有效性可以被證明與現場體驗相比更有優勢，它也可以支持一些現場或傳統的虛擬交付手段過渡到虛擬環境，提供效率機會。它還可能支持改進LVC領域的整合，例如通過在實況環境中更可信地表現虛擬仿真實體，推動提高培訓效果。GAN XR的使用還可以推動用戶參與，特別是國防部的 "Z世代 "成員，而不是傳統的面向用戶的技術。使用XR來支持行動可能會模糊訓練、準備和行動之間的界限。

2.5 數字孿生和數據

預測：數字孿生被定義為 "作為物理對象或過程的實時數字對應物的虛擬表示 "。 數字孿生正在工程、科學和運營規劃中出現，作為了解和優化當前和未來性能的一種手段。因此，數字孿生體在準備工作中可能特別有用，但也可能支持培訓和教育能力。目前，各行各業都對數字孿生體進行了大量投資，然而，定義和實施方法都有很大不同，在許多情況下，數字對應體的 "實時性 "和保真度都很有限。GAN數字孿生將擴大可以結對的實體的范圍和復雜性，提高輸入數據的質量，從而提高模型的保真度，并提高數字孿生的可用性或互操作性。在GAN的時間框架內，英國防部可能會處理一個單一的數字孿生子 "來統治它們"，而不是為不同目的產生的平臺或系統的多個代表。盡管 "數字孿生 "一詞可能會過時，但所提供的能力的使用將為廣泛的行業提供一個總體方向，并將以多種方式加以利用。數字孿生子和物聯網將確定一個發展方向，使更多的權威性和實時數據集被用于模擬。捕捉、存儲和分析來自大量來源的數據的能力將被啟用。它們將形成管理和消除風險的核心能力，在未來的國防采購中，合成環境采購的原則可能會被重新激活。

特征：GAN數字孿生將有可能成為一系列對象和實體的權威性單一數據源，從單個平臺到訓練區、人口甚至是對手。它們將是真正的實時的，并基于經過驗證的、可重復使用的數據源（包括生物統計學）。它們將是可互操作的，并能在比目前更廣泛的使用情況下發揮作用。數字雙胞胎的使用有可能鞏固和凝聚整個國防的數據管理。

效益和機會：數字孿生體有可能支持廣泛的培訓、教育和準備用例。雖然目前還沒有得到證實，但它們也有可能通過重復使用一個平臺或系統的單一權威模型來提高效率，從而消除采購多個模型來實現不同功能的需要。此外，它們還有可能通過生成更高保真度的、多用途的復雜系統模型來提高培訓、教育和準備的有效性。

2.6 元宇宙

預測：雖然沒有單一的定義，但元宇宙（Metaverse）被認為是下一代互聯網，它將傳達包容性的沉浸式數字體驗，在未來，它將與我們的物理現實密不可分。這些構件包括上述的大部分能力領域，包括。云基礎設施、數據（歷史和實時）、實時游戲引擎，包括新的渲染技術，如Lumens和Nanites.5G、觸覺、計算、體積視頻和沉浸式環境。元宇宙目前正受到消費技術公司的大量投資。對于其潛在的所有權、治理、作為一個獨立概念的可信度和商業主張，也有很大的爭議。一個關鍵的爭論是，元宇宙是由大型技術公司（如社交媒體平臺供應商）來實現貨幣化，還是以開放和民主化的方式來發展。Dstl的研究已經開發了一個軍事元宇宙的作戰概念，以了解其未來的潛在效用。英國防部不能忽視元宇宙，而且來自消費者領域的投資極有可能被國防部的培訓、教育和準備用戶部分或全部利用，然而它對這些領域的具體好處需要被更好地理解。

特點：如上所述，元宇宙是一種從一些較低層次的創新或技術能力中產生的能力。預計它將利用從云端召喚大量處理和存儲的能力、面向用戶的能力（如XR）、消費者游戲框架的元素和協作工具。發展可能包括新的輸入方法，包括無障礙設備、基于從消費者游戲中學習到的新的MR用戶體驗（UX）模式、非玩家角色的AI決策樹、從實時數據中捕捉和生成化身、整體捕捉、計算機視覺和穿戴設備。

效益和機會：Metaverses是一種新興的能力，因此，其好處和機會仍有待討論。Metaverses提供了為整個國防使用案例服務的潛力，并確保M&S能力是最新的、一致的、可驗證的、具有成本效益的，并能惠及所有可能受益的人。最終的愿景可能是幫助國防部門充分利用其M&S資源的潛力，作為一種綜合的、一致的M&S能力。這可以提供用戶/創造者社區；提供可以到達所有用戶的按需使用的M&S系統；以及新的按需采購和商業模式。對提供元宇宙所需的基礎技術或功能的投資也可以為國防界提供機會。

2.7 未來的復雜作戰環境

預測：當前和下一代的模擬系統都在提高表現復雜環境的能力，如大城市，以及支持與多領域整合（MDI）相關的系統和效果，如網絡和電磁活動、空間和高度復雜的地形，如大城市。這與數字孿生不同，因為它可能不會實時更新。這種趨勢可能會在模擬系統的GAN中繼續下去，通過云計算、改進的數據采集和環境生成工具獲得更大的處理能力。隨著模擬的規模和復雜性變得不再是一個限制因素，重點可能從提供或擴展處理能力轉向確保構成模擬的數據可以被驗證和確認為適合目的（注意這在技術上和文化上都是一個具有挑戰性的概念）。在能夠增加價值的情況下，理解代表復雜操作環境的要求，以便為國防用例提供好處，重要的是在不需要增加這種復雜性的情況下（例如，在可能對培訓或其他用例產生負面影響的情況下）。

特征：GAN代表未來和復雜環境的能力可能由以下因素驅動。

• 改進數據獲取、驗證和確認以及測試工具，以建立具有驗證信息的復雜環境。

• 通過使用云計算為模擬環境服務，改進處理和存儲，消除對環境規模/復雜性的歷史限制。

• 提高理解、描述和表現軟因素的能力，如使用與更廣泛的模擬組件相聯系的動態模型的人類亞環境。

效益和機會：復雜的環境是未來行動的一個可能的特征（正如一些國防部的政策文件和出版物中所反映的那樣--如全球戰略趨勢），因此，用模擬來有效地表現它們，為國防人員在一個可能無法用實戰訓練方法來表現的環境中作戰提供了潛在的準備。提供適當準確和有代表性的作戰環境模擬，應能提高培訓、教育和準備的有效性，因為這種模擬的開發能夠更好地支持與未來作戰環境有關的新的培訓結果。需要注意的是，培訓解決方案不能被過度設計，并且要了解對這種模擬能力的投資回報，以支持商業案例。

3.0 結論和建議

3.1 消費者技術

國防模擬最終是一個相對較小的專業市場，遠遠小于消費技術市場。在全球網絡中，消費技術部門的龐大規模及其研發預算將意味著它將繼續對國防仿真部門產生影響。這些工具的模塊化性質和相對較低的成本為國防部門提供了一個提高效率的機會，而它們的真實性和沉浸性則為提高有效性提供了機會。

2005-2020年期間，消費者游戲技術對國防模擬市場的影響穩步增長。英國防部的人員現在包括一個熱衷于游戲的社區，他們希望國防模擬的體驗能與他們的游戲機提供的體驗相匹配。國防用戶要求對COTS游戲引擎進行修改，使其成為可用的培訓和準備工具，并增加場景規劃和行動后回顧（AAR）功能。然而，一些游戲引擎已經成功過渡到國防用途。英國國防部對國防虛擬仿真（DVS）的投資很可能已經付出了數倍的代價。隨著時間的推移，植根于消費領域的技術已經逐漸侵蝕了僅用于國防領域的專有模擬工具的市場。世界上最大的國防模擬公司CAE在I/ITSEC 2021上宣布游戲引擎為飛行模擬器提供動力的圖像生成器（IG）是該行業的一個重要時刻。我們可能已經看到了最后一代由專業國防仿真公司開發的專有IG和虛擬及構造仿真工具。除了引擎本身，消費者游戲可能提供工具或流程，可用于更快速地生成仿真內容或事件，提升效率。然而，依賴國防領域以外的市場存在潛在的風險，對某些產品和服務的開發決策的影響可能很快使其效用不再與國防使用案例相關，因此國防對這些產品和服務的投資可能變得多余（例如，新版本打破了向后的兼容性，或新的道德用戶權利限制了其在國防方面的使用）。在決定使用這種方法時，需要仔細考慮風險回報率。

極有可能的是，消費者游戲部門較大的市場規模，以及對元空間的興趣，將繼續拋出對國防模擬用戶感興趣和可用的GAN創新。從歷史上看，消費者游戲公司并不都對國防模擬市場感興趣，因為它的規模較小，或對其環境、社會和治理（ESG）證書有潛在的損害。然而，有證據表明，大型消費者游戲公司對向國防部門提供其工具感興趣。這有可能會帶來一些可能的工業挑戰。

對消費者XR的持續投資也將提供一個國防可以利用的機會。雖然研究會的一些與會者認為XR作為一項技術在消費領域已經達到頂峰，但從中期來看，XR有可能最終取代傳統的投影儀和屏幕作為IG，至少對于一些國防培訓和教育應用來說是如此。基于XR的民用飛行模擬器的認證突出了其潛力。

國防模擬科技界的行動是通過技術觀察、前景掃描和去風險試驗繼續監測這些發展。國防部有自己特定的功能和非功能要求（如安全），這些要求可能并不總是與消費者關注的能力相一致，必須對這些要求進行評估，以使國防部了解開發潛力。

3.2 風險和挑戰

在交付模擬的GAN方面有幾個挑戰。

• 隨著模擬在處理和存儲方面的限制減少，輸入數據和模擬結果的V&V可能會成為一個越來越大的限制因素。這可能是對FOE模擬的一個特別挑戰。適當的V&V是國防模擬界的一個長期要求。不斷提高的計算和網絡能力意味著未來的模擬有可能不受處理或存儲的限制，并有能力運行更大、更復雜的模擬。隨著時間的推移，確保支持仿真的模型和數據的準確性與需求相適應，可能會成為比提供足夠的計算能力來運行它們更大的挑戰。利用仿真技術的限制因素是驗證它是否正確運行，是否有不可預見的后果，以及驗證所產生的實施方案是否適合正在進行的任務（例如，實施水平和V&V是否適合實現特定的培訓目標）。

• 隨著模擬在表現復雜性方面的能力越來越強，控制復雜程度的能力對于確保國防培訓、教育或準備活動集中于實現其結果是很重要的。有一種危險是，模擬能力在管理和維護方面變得過于繁瑣和昂貴，并提供了消極培訓的真正風險。

• 在培訓、教育和準備能力中有效插入新的模擬技術的能力將需要適當的手段來評估它們在當前或替代方法之上或旁邊提供的價值。雖然一些全球網絡能力的可負擔性可能會降低，但在增加的有效性和成本之間可能會有權衡。

• 在全球網絡中使用非國防能力將需要更多地了解新能力的來源和它們出于安全原因的資金來源。這與風險投資（VC）資助的公司和消費者游戲技術特別相關。

• 越來越多的行業資助的知識產權生成，或使用消費者或風險投資公司資助的能力作為全球網絡的一部分，可能意味著供應商對研究活動的合作熱情降低。這也可能給政策和標準領域帶來挑戰。

• 國防部缺乏必要的基礎設施來充分利用這些技術的障礙，如國防部的安全要求可能會對流媒體技術和無線網絡等技術的使用造成越來越大的限制。

• 國防部在設定要求、獲取和使用M&S方面缺乏文化，這使得引入和成功采用GAN M&S方法具有挑戰性。人們認為，改進教育和SQEP將改善這一狀況，同時還包括新的培訓方法、全壽命風險管理方法、新的商業方法等。

3.3 GAN模擬愿景

在GAN的時間框架內，將提供動態的、可擴展的、可重新配置的、高度沉浸的和數據驅動的能力，在培訓教育和準備的有效性和效率方面帶來一步的變化。

面向用戶的系統將了解何時何地利用（或不應利用）全息投影、混合現實技術和高度逼真的圖形的能力，以提供有利于提供培訓的沉浸式體驗，并在適當時取代目前的投影系統和顯示器。在邊緣計算和強大的無線網絡的推動下，這些技術將實現現場、虛擬和建設性領域的無縫過渡和相互作用。面向用戶的系統將不僅刺激視覺和聽覺通道，而且提供多感官的刺激。它們將使用對用戶精神和身體狀態的實時反饋，以及適當的混合學習方法，以提供個人優化的培訓和教育，并推動受訓者的體驗。

M&S系統將提供適當的精確和動態的作戰環境表現，包括所有領域的復雜系統和信息效果。通過數字孿生、環境數據和獨立的復雜模型的無縫集成，使用開放的數據標準和可組合的方法，培訓交付的專業人員將能夠快速建立環境以滿足他們的要求。數據將能夠更迅速地被采集、處理和驗證，以納入模擬系統，開辟新的準備用例。

啟用系統將利用數據分析、有線和無線網絡、人工智能和流程自動化、計算和軟件系統的改進。這些將使GAN模擬能夠更快速、更經濟地提供，并在射程內安全地交付。

3.4 科技建議

為了實現上述愿景，需要開展科技活動以降低開發和交付模擬能力的風險。作為這項任務的一部分，建議的科技活動分為以下幾個方面。

• 監測和了解--這涉及到英國防部需要進行前景掃描活動的領域，以更好地了解全球網絡能力或技術的方向。這里可能會給國防部帶來好處，但在需要更有針對性的去風險活動之前，需要更好地了解使用案例或潛在的基本能力。這包括國際研究合作（IRC）。

• 深度應用研究 - 這涉及到需要進行基礎研究以降低能力或技術風險的領域。

• 實際去風險--這涉及到國防部需要通過進行實際的實驗或實際的試驗活動來消除使用GAN技術或能力的風險的領域。這可能是指出現了一種新的技術或能力，其在國防中的使用尚未得到證實，或者與融合有關的整合問題需要去掉風險。

3.4.1 監測和了解

為監測和了解新能力而進行的科技去風險化，應重點關注消費者和商業技術市場的發展。技術觀察活動應包括

• 面向用戶的系統，包括混合現實技術、全息顯示器、觸覺、多感官刺激和腦計算機接口。

• 消費者游戲技術，包括構建游戲環境所需的工具、用于提供內容的框架和流媒體及其他網絡技術。流媒體是未來M&S交付的一個潛在的關鍵推動因素，也出現在下文。

• 新穎的計算和消費者信息技術。仿真相關的科技不可能為新的計算研究提供資金，但M&S社區可能會從（例如）熱力學計算中看到一些改善SWAP的重要機會。同樣，雖然基于云的模擬形成了下一代的模擬，但也需要繼續了解和利用消費者和商業IT的改進。

• 元宇宙相關的能力，包括基本的個別技術和功能、標準和用例。國防部不能忽視元宇宙和與之相關的資金量，但其對國防部的好處目前還不確定。我們需要幫助國防部了解并消除對元宇宙所帶來的機會的神秘感。

3.4.2 深度應用研究

我們需要在以下領域進行基礎性的應用研究。

• 改進的模擬組合，作為更動態地生成和整合模擬組件的一般促成因素。這需要對仿真數據結構進行基礎應用研究。

• FOE的表示。在GAN中，更復雜的環境應該能夠被常規地表示出來，但仍有重大的V&V挑戰。

• 數字孿生的整合，包括如何將這些數字雙胞胎與其他模擬進行常規連接。

3.4.3 實際的去風險化

英國防部在安全、保障、堅固性和可用性等方面有自己的特殊要求。因此，需要進行實際的實驗來降低國防部使用新能力的風險。

• 努力了解和衡量消費者技術的有效性，特別是面向用戶的系統，與傳統的方法相比。這可以包括比較 "并排 "試驗，以了解培訓或教育的有效性。

• 努力降低邊緣計算、顯示器和網絡在LVC培訓或現場培訓中的融合風險。

• 努力了解如何將人工智能和自動化的改進應用于培訓、教育和準備。人工智能在提高效率和效益方面有一定的前景，但需要滿足國防的具體要求。

• 努力降低國防的無線和流媒體技術的風險，使其成為軍事和安全活動的一般推動者。目前這一代技術在延遲方面是不夠的，而且仍然存在安全問題。

• 努力為國防政策和戰略提供信息，以實施充分利用GAN技術所需的基礎設施，即開發一個模擬生態系統；企業數據管理方法；安全無線基礎設施。

3.5 北約和國際研究合作的作用

北約建模和仿真小組（MSG）將在GAN仿真和合成環境能力的去風險化和互操作性方面發揮關鍵作用。同時，北約人因和醫學（HFM）將為未來培訓的開發和交付提供關鍵的人的方面的見解。

北約MSG目前有以下小組，這些小組與GAN模擬和合成環境能力有很好的配合或提供配合的機會：

• MSG-195 MSaaS第三階段小組正在支持模擬的發展，以采用現代ICT基礎設施，如云、容器化和元數據，在開發和提供基于服務的模擬能力方面提供自動化和效率，可以按需訪問。這些技術已經被用于消費領域，并被考慮用于下一代國防仿真能力，但需要進一步研究GAN的自主性和效率，以充分實現MSaaS的生態系統方法。

• MSG-198研究小組在構建性仿真系統中的可組合人類行為表現，將要求GAN技術提供表現和重新使用未來操作環境的人類行為表現的能力。

• MSG-203建模和仿真在支持當前和未來北約行動中的作用系列講座將發揮重要作用，向高級利益相關者強調可能的GAN技術正在成熟，供北約和各國使用。

• MSG-205盟軍數字孿生體的互操作性和標準化倡議小組將在理解數字孿生體支持北約和各國的作用，以及如何開發共同的方法來實現其使用方面發揮重要作用。

• MSG-206小組將為評估XR技術在北約和各國的培訓和教育中的使用提供一個共同框架。評估和交流消費者領域的發展的共同方法將是跟蹤和利用這些技術發展的關鍵。

北約MSG活動中可能存在差距的一些領域包括:

• 網際網路：需要了解和解讀元宇宙對北約和國家的意義。在消費者領域，利用Metaverse的大量投資的機會將是很多的。跟蹤和維護這些發展將需要資源和整個社區的共同理解。軍方有一些關鍵的使用案例，這些案例也可以用來幫助集中開發Metaverse，以確保這項技術的軍事用途在開發生命周期的早期就被消除風險。

• 一般技術觀察和消費技術的地平線掃描：與元宇宙相關的是，需要對新興技術提供快速的洞察力和評估，以便北約和各國能夠在這些技術出現時迅速加以利用。通過一個共同的方式來評估、理解和交流這種相關性，整個社區的努力將是關鍵。

• 標準小組：北約MSG目前與模擬國際標準組織（SISO）有著良好的關系和合作，通過這種關系，它有助于為SISO產品和服務的制定提供一個共同的北約影響和聲音。隨著消費技術的大量投資和相關性，人們注意到MSG和SISO將需要擴大他們與其他標準組織的關系，如Khronos集團和數字雙胞胎聯盟（等）。

戰爭的特點正在發生根本性的變化，這些變化對空中力量的影響尤其深遠。多域整合為空中力量和越來越多的空間力量在未來幾年內的一系列轉變做好了準備，這些轉變不僅與技術有關，而且與空軍組織和進行規劃和行動的戰略和作戰概念有關。

迫在眉睫的、不可避免的多域作戰似乎是空中力量的一個明顯的邏輯演變，它可能會引發這樣的問題：為什么我們沒有更早地沿著這些思路思考和發展作戰概念？畢竟，對優化、作戰協同和武力經濟的尋求在空中力量中是持久的。可以說，多年來，空軍及其相關部門事實上已經嘗試以某種方式或形式在多域背景下運作。然而，在整個部隊甚至整個戰區范圍內，為多域作戰（MDO）提出的早期作戰概念（CONCOPS），在多域作戰空間產生作戰協同和效果的努力是前所未有的。

諸如聯合全域指揮與控制（JADC2）這樣的結構闡述了一個作戰云賦能的未來戰爭，其中任務指揮和戰斗空間管理被有效地隱含在整個戰斗部隊中，觀察-定向-決定-行動（OODA）環路被加速到邊緣計算的速度。傳感器和通信網絡決定了空軍承擔幾乎所有傳統任務的功能能力。數據和數據流將變得比空軍傳統上對機動自由的依賴更加重要，并且有效地成為其戰略推動者。空軍力量將越來越多地與網絡而非平臺、數據而非武器系統有關。

任務的成功和失敗一直是由指揮官和作戰人員可用的態勢感知水平決定的。在新興的作戰模式中，空軍以近乎實時的速度收集、處理和利用數據的能力有效地使數據成為最大的工具和最令人垂涎的武器。收集、處理、匯總、分析、融合和傳播大量的數據、信息和知識將需要像未來有爭議的戰場上的事件速度一樣快。目前正在進行的戰爭數字化將導致在未來幾年內將 "大數據"廣泛用于作戰過程。空間領域將在實現全球范圍內連續的、有保障的和安全的通信方面發揮顯著的作用，除了更傳統的遠程監視用途外，它還被用作這種通信的運輸層。

對信息主導地位的追求將以新的和不確定的方式在物理、電磁和虛擬世界中擴展競爭的連續性。隨著空軍對帶有嵌入式人工智能（AI）工具和應用的作戰云的使用，新的風險、脆弱性和故障點將被引入。本出版物收集了來自世界各地領先的思想家的文章和見解，對多域整合和空中力量的信息優勢框架和概念的一些最相關問題提供了深入的觀點。這里的觀點和討論反映了當前對各種戰略、指揮和作戰層面的思考，讀者會發現這些思考對他們更廣泛的理解很有幫助。

這里介紹的專家展望本身既不樂觀也不悲觀，正如我們所期望的那樣，所確認的是各種新技術促成的 "飛躍"機會正在地平線上形成，但其有效利用帶來了復雜和破壞性的新挑戰。在強調其中一些關鍵的挑戰和更好地理解這些挑戰的必要性的同時，正如通常的情況一樣，沒有快速的解決辦法或現成的解決方案。然而，有令人信服的理由認為，今天所預見的眾多挑戰似乎在理論上和技術上是可以克服的，有些甚至在未來幾年內就可以克服。在未來存在的許多不確定因素中，可以肯定的是，空中力量將被徹底重新定義。

澳大利亞皇家海軍 (RAN) 最近推出了一項開發和使用機器人、自主系統和人工智能 (RAS-AI) 的戰略，該戰略將通過一項運動計劃來實施。蘭德澳大利亞研究團隊正在通過建立證據基礎來支持 RAN 的這項工作，以幫助識別和塑造基礎活動。本報告概述了近期和長期（到 2040 年）海上 RAS-AI 技術的現狀和軌跡，并對近期、中期和長期可能執行的任務進行了高級審查根據相關的技術和非技術推動因素。

本報告并沒有研究人工智能在海上行動中更廣泛的整合，而是關注支撐無人平臺的任務和技術的進步，包括無人空中、水面和水下航行器。除了概述近期和長期 RAS-AI 任務的關鍵技術推動因素外，該報告還指出了在 RAS-AI 能力發展中應考慮的三個關鍵原則：（1）關注多種技術（新系統和“遺留”系統），而不是單一的技術解決方案； (2) 考慮國防和商業 RAS-AI 系統的互補性進展； (3) 監測非技術因素，例如不斷發展的監管、法律、政策和道德框架，這些框架可能會顯著影響未來的技術采用路徑。

研究問題

• RAS-AI 技術和任務在海洋領域的前景如何？
• 到 2040 年，海上領域的 RAS-AI 技術和任務的可能軌跡是什么？
• 哪些可能的技術推動因素會塑造未來海上區域的 RAS-AI 任務？

主要發現

• 快速發展的技術環境使 RAS-AI 任務在海洋領域得以擴展
  • 無人駕駛飛行器 (UAV) 任務的跨度有所增長，特別是因為無人機的覆蓋范圍、適應性和生存能力不斷增加（盡管仍然相對有限）。
  • 由于通信、有效載荷和模塊化的進步，越來越多地使用無人水面航行器（USV）來支持海軍任務已經成為可能，盡管限制包括依賴載人平臺的遠程控制以及與其他車輛的有限集成。
  • 無人水下航行器 (UUV) 任務已經擴大，因為其在更深的深度、更遠的距離以及先進的傳感器和有效載荷下運行的能力越來越強。然而，水下通信、網絡和深水導航的有限耐力和未解決的障礙仍然對 UUV 任務施加了限制。
• 在所有平臺上，海上 RAS-AI 任務可能會在短期內擴大，這得益于幾個關鍵技術領域的進步
  • 在自治、集群、互操作性、安全通信和信息交換、生存能力、推進和能源管理以及先進傳感和多任務平臺開發等領域取得了進展。
• 從長遠來看，技術和非技術障礙可能會限制某些 RAS-AI 任務
  • 長期 RAS-AI 任務可能包括在有爭議的環境中部署以及在進攻性自主和動力應用中的部署，盡管后者可能會受到道德、法律和監管障礙的嚴重限制。
  • 長期任務和技術前景的特點是存在很大的不確定性，可能需要通過后續研究探索更多種類的具有潛在破壞性的未來 RAS-AI 任務、技術和戰術。