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人工智能（AI）已經以各種方式影響著 21 世紀的生活。現在，機器和技術已經能夠像真人一樣 “思考”、預測和決策，各行各業的許多任務都交給了人工智能系統和技術。美國空軍也不例外。截至 2023 年 12 月，美空軍有 44 個活躍的人工智能項目，其中包括先進作戰管理系統（ABMS），該系統有助于促進作戰行動的決策制定過程。人工智能對于空軍乃至整個美國軍隊都有其合理的用途：保持對世界主要對手的優勢，確保國家為未來的沖突做好準備。人工智能具有許多能力，無疑將幫助美國實現這些目的；然而，也存在一些需要考慮的缺點和局限性。本文旨在討論人工智能及其將如何影響美國空軍--其核心任務、作戰條令以及作戰指揮官可能面臨的挑戰。

人工智能對核心任務的影響

《入伍部隊結構》描述了空軍的六項核心任務： 空中優勢（Air Superiority）、情報、監視和偵察（ISR）、快速全球機動（Rapid Global Mobility）、全球打擊（Global Strike）以及指揮與控制（Command and Control）。人工智能有能力以各種方式加強這些核心任務。根據 AFDP 3-01《反空襲》的定義，空中優勢是指 “一支部隊對空中的控制程度，允許其在特定時間和地點開展行動而不受空中和導彈威脅的干擾”。

簡單地說，空中優勢指的是空軍執行任務的能力；它并不一定意味著對手沒有能力執行自己的行動。從理論上講，隨著人工智能在空軍行動中的比重越來越大，空中優勢的實現將更加簡單快捷。傳統的人工控制航空資產與人工智能系統相結合，將為作戰指揮官塑造空戰空間環境提供更大的靈活性。此外，人工智能系統還能讓指揮官在確保空中優勢的同時，不將過多的空軍人員置于危險境地。

為實現這些目標，五角大樓層面的一項名為 “復制者”（Replicator）的具體計劃已經到位。據國防部副部長凱瑟琳-希克斯（Kathleen Hicks）稱，“Replicator ”是一項旨在與作為主要對手的大國保持同步的計劃，其首次迭代的重點是在未來兩年內在各個領域部署數千套自主系統。事實上，在不久的將來，人工智能將成為實現空中優勢的主要手段。

情報、監視和偵察（ISR）是指用于支持軍事行動的許多 ISR 組件的組合。隨著人工智能系統的出現，這一核心能力應能蓬勃發展，因為人工智能收集方法將能比過去的技術更快地處理和過濾關鍵情報信息。ISR 任務密切遵循情報周期，該周期由五個主要步驟組成：規劃和指導、收集、處理、分析和制作以及傳播。傳統上，空軍的許多情報工作都集中在周期的收集階段；確保收集工作按部就班地進行。

由于許多收集工作已經實現自動化，人工智能系統的興起可能會在未來承擔大部分收集階段的工作。有幾家合同公司為美國情報界提供服務，其中包括博思艾倫咨詢公司（Booz Allen Hamilton）。除其他目標外，博思艾倫公司還致力于開發能夠收集有洞察力的數據并自動執行常規任務的人工智能技術。這項工作和類似工作將使更多的 ISR 飛行員能夠專注于處理和分析等階段，從而使飛行員能夠更好地了解整個情報情況，并節省制作高質量情報產品所需的時間。

全球快速機動能力是衡量空軍（乃至整個美軍）如何快速有效地部署到任何必要地點的標準。自 20 世紀初以來，這一核心能力得到了極大的提升。飛機的發明以及軍方隨后對飛機的使用，意味著全球機動性可以比以前更快地實現。后來，無人駕駛飛行器（UAV）的出現意味著空軍可以在不嚴格要求每次任務都需要飛行員和機組人員的情況下進行有效動員。人工智能將進一步改變全球機動性，因為人工智能將非常適合幫助指揮官規劃戰區內的抵達和持續行動。諸如時機（了解對手何時最不可能察覺到飛機的抵達）、當前的戰斗序列或敵方能力、天氣條件，甚至法律因素等基本要素，都是人工智能系統可能用來加強空軍全球快速機動任務的領域。

全球打擊 “的核心能力建立在 ”全球快速機動 "的前提之上。沒有強大的機動性，全球打擊就更難實現。然而，人工智能技術將改變空軍的全球打擊能力，因為未來大多數資產都可能或多或少地采用人工智能。此外，空軍必須始終確保任何用于 “全球打擊 ”的資產都能完全勝任任務，就像飛行員必須保持任務準備狀態一樣。考慮到空軍全球打擊司令部與 Virtualitics 公司合作對轟炸機、戰斗機和導彈系統等資產進行預防性維護評估，人工智能已經在增強這種能力。人工智能可以預測和估算空軍資產的磨損程度，以便及時維修或更換，從而確保部隊盡可能具備最強的執行任務能力。此外，人工智能系統還將幫助指揮官決定什么時候瞄準什么目標。

人工智能將如何改變作戰條令

除美空軍核心能力外，人工智能還將對作戰條令產生一定影響。根據《空軍條令入門》，條令 “由基本原則組成，軍隊據此指導行動，支持國家目標”。簡而言之，條令解釋了空軍集體相信和認可的東西，同時規定了某些事情應該如何發生。在作戰方面，人工智能將影響空軍的許多條令類別。本文范圍太窄，無法考慮人工智能可能影響條令的每一種方式，但將重點討論一些具體問題。接下來的幾段將討論人工智能對反空、反陸、化學、生物、輻射和核（CBRN）以及法律支持等作戰條令的影響。

空軍條令出版物（AFDP）3-01 《對空作戰》討論了空中力量的指揮與控制概念。傳統上，指揮與控制的理念側重于集中指揮、分散控制和分散執行。分散執行一直允許在作戰環境中靈活創新。然而，隨著人工智能的出現，空軍將能夠在某些情況下利用集中執行。例如，被派去實施空襲的遙控飛機今后可能主要在人工智能技術下運行，從而可以在集中地點執行任務。Counterair 還討論了交戰規則，指出過于嚴格的規則會適得其反，因為它們可能導致不作為。

人工智能盡管有其優勢，但也有缺點，因此有必要制定更嚴格的交戰規則。例如，人工智能系統并不總能考慮天氣、國際法甚至行動的實用性等因素。因此，由于人工智能的局限性，需要在每個具體實例中對交戰規則進行審查。AFDP 3-01 還討論了戰區空中控制系統 (TACS) 及其眾多組成部分，包括空中作戰中心 (AOC) 和作戰控制中心 (BCC)。在 BCC 內部，通過人工智能技術，數據鏈路的管理可能會變得更加無縫。例如，在情報學科中，傳統數據鏈接系統的一個常見問題是，雖然流程（如情報循環）中兩個不可分割的部分能夠高效快速地流動，但不同系統之間并不總是能很好地相互通信。在情報周期中引入人工智能后，就能很好地糾正溝通方面的不足，并促進向 AOC 和更高層次提供重要信息。

總之，在使用人工智能后，TACS 可能會更加高效。未來的防空條令應強調人工智能對 TACS 結構的積極影響。

關于 AFDP 3-03《反陸》，人工智能將影響兩個基本原則：近距離空中支援和空中攔截。近距離空中支援是指在作戰環境中為地面部隊提供直接支援的航空資產，而空中攔截則是指利用飛機來拒絕、削弱或破壞敵軍的目標。空中攔截目前由一名指揮官負責，他可以利用和協調相關部隊。人工智能有可能使問題復雜化。例如，人工智能可以根據敵方陸軍、資產、資源和支援人員的布置情況，判斷敵方已做好攻擊準備。

然而，有關敵方戰斗序列的情報報告可能與人工智能的預測相沖突--敵方可能只是在強化自己的陣地，考慮到其他因素，空中攔截可能是不必要或不恰當的。同樣，在提供近距離空中支援時，也不能總是依賴人工智能做出的判斷；許多敵方資產看起來與美軍或盟軍的資產非常相似，美國不能攻擊錯誤的目標。造成這種情況的部分原因是 “群體外同質性偏差”，當人工智能系統不能準確地對其被指定評估的多數群體之外的物體或實體進行分類時，就會出現這種偏差。因此，在反陸戰行動中，人工智能將是一個非常有用的工具；但也可能需要任命一名下屬軍官，負責監督人工智能的貢獻，并向負責空中攔截和近距離空中支援的高級指揮官報告。

人工智能對 AFDP 3-40《反大規模毀滅性武器行動》具有重要意義。該出版物討論了醫療規劃問題，具體而言，空軍醫療規劃人員應對作戰環境中已確定的 CBRN（化學、生物、輻射和核）威脅進行醫療評估。隨著人工智能的出現，人們可能會認為各種類型的 CBRN 威脅已經存在。

例如，前蘇聯在 20 世紀 70 年代就開始研究和測試天花武器化的可行性；到 1990 年，蘇聯已經開發出一種天花武器，并幾乎被納入其軍事裝備。這幾乎是 35 年前發生的事情，而隨著人工智能的日益普及，不能排除有一天對手可能會將人工智能用于化學、生物、輻射和核相關研究或開發的可能性。此外，敵方可能并不總是遵守戰爭法或武裝沖突法，隨著人工智能技術的進一步發展，必須假定敵方很可能正在利用人工智能研發或幫助研發對其有利的化學、生物、放射性和核子武器。

人工智能將影響的另一條作戰條令是 AFDP 3-84《法律支持》。具體而言，戰爭法有五項首要原則：軍事必要性、人道、相稱性、區別和榮譽。本節將重點介紹軍事必要性和區別。軍事必要性原則是美國使用一切必要手段迅速擊敗敵人的正當理由，只要所使用的方法不違反戰爭法本身。區分是另一項重要原則，是指美軍有責任區分平民與合法戰斗人員，區分合法目標與非法目標。AFDP 3-84 指出，“軍法檢察官和律師助理協助指揮官制定法律上可接受的計劃和命令”。

雖然該條令的意圖和目的可能不會有大的改變，但人工智能將增加復雜程度。法務官和律師助理將需要了解行動中所涉及的任何特定人工智能系統的能力和局限性，并據此向指揮官提出建議，特別是有關軍事必要性和區別的建議。對于未來的人工智能武器系統來說，兩個設施可能看起來幾乎完全相同；但其中一個被敵人用來儲存武器，而另一個則是醫療設施。根據戰爭法，前一個目標是合法的，而后一個目標則不合法。因此，今后法律支持的作戰條令應強調在作戰行動中認識到人工智能系統的局限性和不完善性的重要性。

人工智能帶來的作戰挑戰

戰爭一直是人類的業務，并將永遠如此。盡管人工智能技術將為戰時工作提供幫助，但人工智能系統本身不會打仗。因此，在作戰方面，美國空軍（以及國防部其他部門）不能過分依賴人工智能，以至于空軍人員缺乏對任何行動都至關重要的技能和知識，無論它是否支持戰爭。與 “應試教育 ”不是真正學習的可行模式這一概念類似，在軍事行動中增加人工智能也不會讓飛行員變得懶惰；相反，他們必須比以往任何時候都更加專注。作戰層面的指揮官必須了解人工智能是如何工作、計算和決策的，這為武裝沖突增添了一層前所未有的復雜性。在戰爭中，了解敵人非常重要，但具有諷刺意味的是，人工智能將使美軍和盟軍有必要了解自己。

作戰領導者面臨的另一個挑戰是，人工智能的決策和計算并不總是正確、實用，甚至在道義上是站得住腳的。人工智能系統同樣容易受到偏見和成見的影響。例如，在戰斗識別（CID）中，就有可能出現 “確認偏差”，即系統嚴重依賴先前存在的信念或趨勢。其結果可能是錯失積極識別的機會，或者無法識別對手的新趨勢或模式。結合所有其他人工智能原則、考慮因素和要素，可能有必要由一名軍事指揮官主要負責人工智能監督工作。

最后，與人工智能有關的一個明確的作戰挑戰是競爭的可能性。聯合國大學強調，人工智能系統的軍事化有可能造成美國與其對手之間的 “人工智能軍備競賽”，類似于冷戰時期的核軍備競賽。美國在人工智能方面試圖 “跟上 ”其主要對手的任何需要，都可能將人們的注意力從軍隊目前面臨的其他問題上轉移開，如招募不足和留住人才問題。盡管人工智能必將變得至關重要，但它仍然只是一種工具，一種達到目的的手段。它永遠無法取代空軍最重要的資產：空軍飛行員。各級作戰領導人將不得不尋找創新方法來平衡這些問題。

結論

人工智能可能是自飛機發明以來美國軍事領域最大的發展之一。戰斗機和轟炸機的出現使美國擁有了比以前更大的機動性，軍事條令必須適應它的存在和使用。同樣，有了人工智能，空軍將獲得更多的資源來完成作戰任務，但人工智能對條令的影響也有許多考慮和影響。隨著能力的發展，美國空軍必須適應這些變化，才能保持優勢，完成飛行、作戰和打贏的使命。

參考來源：美國空軍

作為支持軍事活動的工具，無人機群正變得越來越受歡迎，但在它們變得多得難以控制之前，必須考慮一些關鍵因素。

在過去幾年中，無人駕駛飛行器（UAV）的使用案例和創新呈指數級增長。2014 年之前，只有中國、英國、以色列和美國擁有武裝無人機項目，特別是 MALE 無人機，但到 2023 年，這一數字已從 4 個國家增加到 37 個國家。 無人機的影響力已顯著擴大，無人機類型及其能力的變化也是如此。

現代戰爭研究所認為，向無人機發展的主要動力來自第三個無人機戰爭時代，即利用自主設備、飽和攻擊以及 “在陸、海、空范圍內提高精確度和射程 ”的時代。毫無疑問，無人機仍將是各國優先考慮的投資項目--無人機的無處不在是難以超越的--但如何使用無人機以及使用的數量將完全取決于國家、預算和面臨的挑戰。

隨著無人機的功能越來越強大、越來越容易獲取，解讀無人機群帶來的挑戰以及為保護公民和國家而進行強有力控制的必要性變得越來越重要。另一方面，了解無人機如何發展--而且發展速度有多快--以滿足不斷變化的行業需求也很有趣。

即插即用：蜂群的未來

很難想象，由 20 架或更多無人機組成的機群可以由一個開箱即用的解決方案來控制，但這正是 無人機公司已經在做的事情。Geoscan 公司提供具有基本功能的無人機群入門套件，而 Red Cat 公司則將六架無人機送至家門口，隨時可以起飛進行勘測和攝影。雖然這些產品更適合無人機群的商業用途，但它們也是該技術適應性及其對軍事價值的一個例證。

有趣的是，這些工具包的用途還可以擴展到大型無人機群的管理和維護，從而降低軍方高昂的擁有成本。如果團隊可以輕松地更換零件或管理維護，那么也將減少野外停機時間。

在最近一篇關于無人機群戰略的論文中，研究人員發現，無人機群可以完成單機無法完成的任務。另一篇發表在《科學直通車》（Science Direct）上的論文也呼應了這種無處不在的特性，強調了自主蜂群如何以更快的速度和更好的效果智能、可靠地掃描一個區域。

無人機的自主能力正在改變使用案例和創新的形態。美國海軍最近利用海空無人機群收集數據，管理敵方艦隊的航行。在最近的一篇文章中，Defense One 采訪了一位負責自主無人機行動的指揮官，他介紹了陸地和水上無人機如何相互協作和溝通，以提供更全面的環境和態勢視圖。

未來幾年，自主無人機技術很有可能取得長足進步，從而在降低風險的同時實現更好的控制和更大的規模。

無人機群的影響

一些國家很容易就能投資購買能夠提供空中支援、執行任務或處理戰況的高端無人機群；而另一些國家則負擔不起。有些國家擁有抵御無人機群的技術，有些國家則沒有。權力的天平一直掌握在那些擁有最大玩具的人手中，但無人機群確實給這種一邊倒的天平增加了一些砝碼，并可能帶來倫理風險，需要在全球監管范圍內加以解決。比如，是否應該限制分配給每個國家的無人機群陸軍的規模？

在監管和法律框架內，尤其是圍繞國際戰爭法和平民保護，就無人機的開發和部署進行討論也至關重要。

蜂群的規模和形狀

利用蜂巢思維的綜合智慧，無人機群具有巨大的威力。一個大型蜂群可以為載人任務開辟道路，可以用來收集數據，可以進行戰術演習，還可以提供遠程武裝支援或防御。然而，挑戰也是存在的：

在構建無人機群時，團隊必須考慮以下幾點：

• 無人機可以協調工作，防止潛在故障，降低人員和資產風險。
• 用于與無人機群通信和控制無人機群的信號不會干擾區域內的其他信號，也不會相互干擾。
• 可用充電，需要確保無人機能夠應付空中飛行和完成任務所需的時間。
• 黑客攻擊構成了嚴重威脅，因為對手可能會獲得控制權并破壞行動，這使得網絡安全成為當務之急。
• 如果失去人類的控制，自主操作可能會在戰斗場景中導致意想不到的后果或道德困境。

結論

毫無疑問，無人機群為軍方提供了巨大的潛力，同時也帶來了自己獨特的挑戰和考慮因素。在軍事機構展望未來時，他們希望無人機群解決方案既能幫助他們實現目標，又能幫助他們克服這些挑戰，而這正是馬里斯-技術公司（Maris-Tech）的用武之地。

尖端人工智能和視頻流技術可提供智能解決方案，增強無人機群的實時能力，在支持創新方面發揮著舉足輕重的作用，能夠創建可靠執行復雜任務的無人機群，提供低延遲視頻編碼和解碼技術，因此數據的傳輸和接收幾乎是瞬時的--這對無人機群來說是一項至關重要的能力，因為它能確保無人機群在動態且往往是敵對的環境中有效協調和運行。

參考來源：MARIS

現代戰爭的格局已經發生了深刻的變化，這在很大程度上是受快速技術進步的影響。在這些進步中，無人機已成為一股革命性力量，重塑了軍事沖突的戰略和結果。烏克蘭為自主系統（尤其是無人機）設立專門分支機構的戰略舉措，凸顯了這些無人系統在當代作戰場景中的關鍵作用。此舉不僅彰顯了烏克蘭應對當前沖突的創新方法，也預示著全球軍事格局的重大轉變，標志著技術，尤其是無人機技術處于戰爭最前沿的新時代的到來。

新軍事時代的曙光

烏克蘭總統沃洛德梅爾-澤連斯基建立 "無人系統部隊"，是全球軍事行動不斷發展的一個重要里程碑。無人機曾被視為主要用于偵察和取得微小戰術優勢的輔助工具，如今已成為烏克蘭抵御侵略戰略的核心。無人機在監視、直接攻擊和破壞敵方陸海空行動方面的有效性增強了烏克蘭的防御能力，并成為不對稱戰爭的典范。無人機的這一戰略用途為利用技術對抗傳統優勢部隊提供了藍圖，展示了無人機改變現代戰爭態勢的潛力。

全球軍事重新評估

烏克蘭在作戰場景中成功部署無人機，促使全球軍事力量重新評估其戰略重點和國防投資。無人機能夠在不危及人類生命的情況下極大地改變交戰的態勢，這使其成為對許多國家越來越有吸引力的選擇。這一發展引發了全球為軍事目的開發、采購和部署無人機的熱潮。世界各國都在努力利用無人機復制烏克蘭的戰術優勢，或開發有效的反制措施以保持戰略均勢。

軍事力量擴散化

無人機革命最深遠的影響之一或許是它促進了軍事力量的擴散化。無人機使較小或技術不先進的國家能夠投射力量，有效抵御較大的對手。與傳統的軍事硬件相比，無人機技術的成本相對較低，易于獲取，這使非國家行為者和叛亂團體也能獲得先進的戰爭手段。這種轉變有可能在沖突中創造公平的競爭環境，否則傳統軍事力量和數量將決定交戰條件，從而以不可預見的方式改變全球力量態勢。

無人機戰爭的未來

烏克蘭無人機革命的全球影響才剛剛開始。隨著全球軍事力量繼續將無人機納入其武器庫，戰爭的性質必將進一步演變。對無人機系統的依賴性增加可能會加速反無人機技術和戰略的發展，從而導致軍事戰術和防御機制的不斷創新循環。這種動態環境表明，未來的軍事戰略將越來越依賴于技術優勢，而無人機將在影響沖突結果方面發揮關鍵作用。

烏克蘭在沖突中率先使用無人機，不僅重塑了其軍事戰略，也為世界其他國家開創了先例。全球戰爭向無人系統的轉變代表著軍事條令的重大演變，對未來沖突具有深遠影響。隨著各國適應這種新模式，戰爭的戰略、倫理和法律格局將繼續演變，這標志著軍事史上一個新時代的到來。

歷史背景和技術演變

在軍事行動中使用無人駕駛飛行器（UAV）并非新鮮事。但在過去幾十年中，無人機的使用規模和復雜程度發生了巨大變化。無人機最初是為偵察和監視而開發的，現在已變得越來越多才多藝，能夠實施精確打擊、收集情報，甚至進行電子戰。烏克蘭最近倡議建立一支專門的 "無人系統部隊"，這證明了無人機在現代戰爭中的戰略重要性，也反映了將先進技術融入軍事戰略的全球大趨勢。

無人機戰爭的戰略影響

無人機戰爭的戰略意義深刻而深遠。無人機集隱蔽性、精確性和靈活性于一身，是傳統軍事資產無法比擬的。在烏克蘭沖突中，無人機在監控敵方動向、瞄準關鍵資產和破壞補給線方面具有顯著優勢，而無需冒生命危險。這種能力對于抵御常規優勢對手至關重要，并證明了無人機在非對稱沖突中改變力量平衡的潛力。

在全球范圍內，無人機在烏克蘭的成功促使人們重新評估軍事優先事項。各國越來越多地投資于無人機技術，認識到其提供戰術優勢的潛力。無人機的擴散可能會加速反無人機系統的發展，導致無人作戰技術的軍備競賽。這種態勢凸顯了軍事交戰不斷變化的性質，在這種情況下，技術優勢可以極大地影響沖突結果。

倫理和法律方面的考慮

在軍事行動中越來越多地使用無人機帶來了各種倫理和法律挑戰。遠程實施打擊的能力可能導致脫離戰爭現實，從而可能使人們更容易在未充分考慮后果的情況下參與沖突。此外，平民傷亡的風險和對非戰斗人員的影響也引起了嚴重的人道主義關切。國際社會正在努力解決這些問題，尋求制定法律框架和倫理準則，以跟上技術進步的步伐。

展望未來

未來，無人機將繼續在軍事戰略中發揮關鍵作用。無人機技術的不斷創新，包括在自主性、隱身性和有效載荷能力方面的進步，將進一步提高其作戰效能。然而，隨著各國尋求保護自己免受日益增長的無人機攻擊威脅，復雜的反制措施也將是必要的。

烏克蘭的無人機革命不僅具有直接的戰術優勢，還具有全球影響。它引發了一場更廣泛的對話，涉及戰爭的未來、無人作戰的倫理意義，以及國際合作應對這一技術所帶來的挑戰的必要性。隨著無人機越來越多地融入全球軍事武庫，戰爭的戰略、倫理和法律格局也將繼續演變。

烏克蘭對無人機的戰略擁抱不僅改變了其軍事參與方式，也為全球戰爭開創了新的先例。這一開創性舉動反映了將技術融入國防戰略的廣泛轉變，凸顯了無人系統在現代沖突動態中的關鍵作用。無人機戰爭的演變預示著軍事史進入了一個新時代，其特點是技術創新迅速、力量格局不斷變化以及道德和法律標準不斷發展。

隨著世界各國適應這一新興范式，戰爭的戰略、倫理和法律格局都將發生深刻變化。以烏克蘭對無人系統的創新使用為例，無人機革命挑戰了傳統的軍事交戰觀念，帶來了機遇和困境。戰爭向無人系統的轉變標志著軍事條令的重大演變，并對未來沖突、國際安全和全球力量態勢產生深遠影響。

將無人機納入軍事武庫的征程才剛剛開始，其重塑戰爭本質的潛力尚待充分認識。全球對烏克蘭案例的反應無疑將影響新軍事戰術、防御機制和國際規范的發展。當全世界都在努力應對無人機戰爭帶來的復雜問題時，從烏克蘭的經歷中汲取的經驗教訓無疑將在未來數年中為各國的戰略決策提供參考，成為軍事史上的一個關鍵時刻。

參考來源：//www.karveinternational.com/insights/the-global-impact-of-ukraines-drone-revolution-on-military-forces

無人駕駛飛行器（UAV）已成為各行各業的變革性技術，為軍事和民用領域的復雜挑戰提供了適應性強的解決方案。通過集成人工智能（AI）和機器學習（ML）算法等尖端計算工具，無人機不斷擴展的能力為進一步發展提供了平臺。這些進步極大地影響了人類生活的方方面面，促進了一個無與倫比的高效便捷時代的到來。大型語言模型（LLM）是人工智能的關鍵組成部分，在部署的環境中表現出卓越的學習和適應能力，展示了一種不斷發展的智能形式，有可能接近人類水平的熟練程度。這項工作探索了將無人飛行器與大型語言模型集成以推動自主系統發展的巨大潛力。我們全面回顧了 LLM 架構，評估了它們與無人機集成的適用性。此外，我們還總結了最先進的基于 LLM 的無人機架構，并確定了將 LLM 嵌入無人機框架的新機遇。值得注意的是，我們側重于利用大型語言模型來完善數據分析和決策過程，特別是在無人機應用中增強光譜傳感和共享。此外，我們還研究了 LLM 集成如何擴展現有無人機應用的范圍，從而在災難響應和網絡恢復等緊急情況下實現自主數據處理、改進決策和加快響應時間。最后，我們強調了未來研究的關鍵領域，這些領域對于促進大型語言模型與無人機的有效整合至關重要。

圖 3：集成 LLM 的無人飛行器的應用。

五十多年來，無人駕駛飛行器（UAVs）因其卓越的自主性、機動性和適應性而成為人們關注的焦點，增強了包括監視[1, 2]、監測[3, 4]、搜索和救援[5]、醫療保健[6]、海上通信[7]和無線網絡供應[8]在內的廣泛應用。這些奠基性成就推動了人工智能（AI）與無人機的結合。特別是在 2010 年代，無人機技術和人工智能的進步達到了一個關鍵時刻，為各種應用帶來了巨大效益。例如，人工智能無人機采用人臉識別和實時視頻分析技術來加強偏遠地區的安全和監控[9, 10, 11]。在農業領域，帶有人工智能模型的無人機可分析作物健康狀況，實現精準耕作，提高資源效率和產量[12, 13]。同時，人工智能驅動的無人機可優化物流路線規劃和庫存管理，簡化倉庫作業并提高交付效率[14, 15, 16]。

在這些進步中，大型語言模型（LLMs）最近獲得了極大關注，因為它們能讓系統從應用行為中學習并優化現有系統[17, 18]。各種采用變換器架構的大型語言模型，如生成式預訓練變換器（GPT）系列[19]、來自變換器的雙向編碼器表示法（BERT）[20]和文本到文本傳輸變換器（T5）[21]，都表現出了基本的能力。由于在大型數據集上進行了廣泛的訓練，它們在理解、生成和翻譯類人文本方面表現出色，這使它們在機器人、醫療保健、金融、教育、客戶服務和內容創建等應用領域具有重要價值。此外，這些模型在實時數據處理、自然語言理解和生成、內容推薦、情感分析、自動應答、語言翻譯和內容摘要等方面的熟練程度也為無人機領域創造了機遇。例如，它們能使無人機對動態環境變化和通信需求做出快速反應[22, 23]。它們的自適應學習能力有助于根據接收到的數據不斷改進操作策略，從而加強決策過程[24]。此外，無人機支持多種語言的能力拓寬了其在全球行動中的適用性，對于智能城市、醫療保健、救援行動、應急響應、媒體和娛樂等不同應用領域的無人機通信尤為重要[25, 26, 27]。

近期文獻[28, 29, 30]探討了將大型語言模型納入無人機通信系統，以增強與人類操作員以及無人機之間的互動。傳統上，無人機根據預編程指令運行，動態交互能力有限。然而，集成大型語言模型可以支持自然、直觀的通信方法。例如，大型語言模型可以用自然語言解釋和響應命令，從而簡化無人機控制，并允許處理復雜的實時任務調整。這使無人機在各種應用中成為適應性更強、更實用的工具[31]。大型語言模型可根據通信上下文或環境數據增強無人機的自主決策能力[32, 33]。例如，在搜救行動中，無需人工輸入，大型語言模型就能分析信息和環境數據，確定優先級和行動。在多無人機行動中，大型語言模型可促進更好的通信和協調，管理和優化無人機之間的信息流，提高整體效率和效果。大型語言模型還可以從收集到的大量數據中生成摘要、見解和可行建議，從而提高數據處理和報告能力。此外，大型語言模型經過訓練可識別通信數據中的模式和異常情況，這對于預先防范和解決潛在問題至關重要 [34, 35]。例如，如果無人機發送的數據不一致，大型語言模型可以快速檢測到異常情況并向操作員發出警報。大型語言模型可增強通信協議的可擴展性和適應性，根據新數據或操作變化自動學習和適應新協議，確保無縫通信。利用模擬數據對大型語言模型進行預訓練有助于了解任務條件和要求，從而在任務期間進行實時調整，以實現最佳性能。

將大型語言模型集成到無人機通信系統的潛力激發了這項工作。我們全面分析了以無人機集成為重點的現有 LLM 方法，以突出在擴展當前無人機通信系統能力方面的優勢和局限性。綜述總結了最先進的 LLM 集成架構，探討了將 LLM 納入無人機架構的機會，并討論了與 LLM 集成相關的頻譜感知和共享問題。我們旨在展示大型語言模型如何優化通信、動態適應新任務以及處理復雜數據流，從而提高無人機在應急響應、環境監測、城市規劃和衛星通信等各個領域的效率和多功能性。此外，我們還探討了部署人工智能驅動的無人機所面臨的法律、倫理和技術挑戰，強調負責任和有效的整合，為推進無人機技術以滿足未來需求奠定基礎，并探索人工智能在無人機系統中的創新應用。

貢獻

本文的貢獻概述如下：

• 首先，我們對各種 LLM 架構進行了深入分析，評估了它們集成到無人機系統中的適用性和潛力。這一評估有助于了解最先進的 LLM 模型在不同無人機應用中的能力和有效性。
• 然后，我們探討了各種基于 LLM 的無人機架構，為無人機技術如何通過集成復雜的人工智能模型實現發展提供了一個綜合視角。此外，我們還強調了可進一步受益于 LLM 集成的領域。
• 之后，我們將討論通過 LLM 集成增強無人機的光譜傳感和共享能力。介紹了 LLM 集成對無人機優化頻譜感知、數據處理和決策的影響。
• 最后，我們展示了 LLM 與無人機框架的集成如何擴展無人機在各個領域的能力，包括監視和偵察、應急響應、投遞以及在緊急情況下增強網絡連接。此外，我們還確定并強調了未來研究的關鍵領域，這些領域對于大型語言模型與無人機系統的成功有效集成至關重要。

未來有望徹底改變各種領域；因此，最近有幾篇評論文章對這一主題進行了探討。例如，[44, 45, 46]研究了大型語言模型架構，[47, 48, 49, 50]概述了訓練過程、微調、邏輯推理和相關挑戰，以解決其局限性，從而在各領域廣泛采用基于大型語言模型的系統。文獻[36]對基于 LLM 的智能體進行了全面分析，重點關注其構建、應用和評估。這些智能體具備復雜的自然語言理解和生成能力，無需人工干預即可運行。它們以復雜的方式與環境和用戶進行交互，因此需要在社會科學、自然科學和工程學等不同領域整合先進的人工智能技術，以完成交流和解決問題等任務。另一項工作[37]深入研究了基于 LLM 的人工智能體的開發和使用，強調了它們在推進人工通用智能方面的作用。大型語言模型因其語言能力被認為是創建多功能人工智能體的基礎，而語言能力對于各種自主任務至關重要。作者提出了一個基于大腦、感知和行動組件的框架，以提高智能體在復雜環境中的表現。在 [38] 一文中，作者對大型語言模型與人類期望相一致所面臨的挑戰和取得的進展進行了認真研究。通過增強 LLM 匹配的技術解決了誤解指令和有偏差的輸出等問題。研究還探討了數據收集策略、訓練方法和模型評估技術，以提高理解和生成類人響應的性能。另一項研究[39]探討了部署大型語言模型所面臨的挑戰，尤其是在資源緊張的環境下。研究討論了量化、剪枝和知識提煉等模型壓縮技術，以提高效率和適用性。雖然 [40, 41] 研究了大型語言模型面臨的挑戰，包括龐大的數據集管理和高昂的成本，但他們指出了僅靠增加模型規模無法克服的局限性。文獻[30]探討了生成人工智能（GAI）在改善無人機通信、網絡和安全性能方面的應用。文章介紹了一個 GAI 框架，以提高無人機的聯網能力。文獻[22]調查了無人機群在動態環境中面臨的挑戰，討論了各種用于增強協調性和功能性的 GAI 技術。在 [42] 中，作者探討了大型 GenAI 模型通過改進無線傳感和傳輸來增強未來無線網絡的潛力。他們強調了這些模型的好處，包括提高效率、降低培訓要求和改善網絡管理。在另一項研究[43]中，作者調查了大型語言模型在無線通信和網絡中開發高級信號處理算法的應用。他們探索了使用大型語言模型為復雜任務生成硬件描述語言代碼的潛力和挑戰，重點是通過軟件定義無線電進行代碼重構、重用和驗證。這種方法大大提高了生產率，減少了計算挑戰。盡管 [30, 22] 廣泛關注 GAI，但大型語言模型在無人機通信系統中的具體應用仍有待探索。這一空白凸顯了一個有待研究的領域。表 I 總結了現有研究的主要重點和關鍵發現。

本文接下來的內容安排如下。在第二節中，我們概述了大型語言模型，介紹了該領域的基本概念和發展情況。第三節專門探討用于無人機的大型語言模型，我們討論了 LLM 技術在無人機系統中的集成和適應性。第四節重點討論無人機通信中大型語言模型的網絡架構，研究支持無人機網絡中大型語言模型功能的結構設計。第五節討論無人機中大型語言模型的頻譜管理和監管。第六節探討了大型語言模型在無人機通信中的應用和使用案例，概述了這些技術的實際應用和帶來的好處。第七節探討了在實施集成 LLM 的無人機時所面臨的挑戰和需要考慮的因素，討論了潛在的障礙和操作方面的注意事項。第八節專門討論了未來方向和研究機會，提出了在無人機中進一步探索和發展大型語言模型的潛在領域。最后，第九節總結了我們的研究結果，并對我們研究的廣泛意義進行了反思。

LLM與無人機

由于在各種應用中對集成 LLM 的無人機系統的興趣日益濃厚，最近出現了一些研究成果。例如，在 [68] 中，作者為四旋翼無人機引入了基于視覺的自主規劃系統，以提高安全性。該系統預測動態障礙物的軌跡，并利用 NanoDet 精確檢測障礙物和卡爾曼濾波精確估計運動，生成更安全的飛行路徑。此外，該系統還采用了 GPT-3 和 ChatGPT 等大型語言模型，以促進更直觀的人機交互。這些大型語言模型實現了自然語言處理（NLP）過程，使用戶能夠通過簡單的語言指令控制無人機，而無需復雜的編程知識。它們將用戶指令轉化為可執行代碼，使無人機能夠以自然語言執行任務并提供反饋，從而簡化了控制過程。無人機可以以臨時和網狀方式運行，形成動態網絡，而無需依賴已有的基礎設施。因此，當建立永久性網絡基礎設施不切實際時，如災難響應、軍事行動或環境監測，無人機就顯得尤為重要。ad-hoc 和網狀網絡都增強了無人機在自動移動過程中配置和保持連接的能力。它們不斷發現新的鄰居，并能根據網絡的拓撲結構和流量條件調整路由，從而提高了可擴展性和靈活性[69]。將大型語言模型集成到無人機通信中，可增強無人機了解網絡狀況并根據網絡特性生成見解的能力，從而突出其適應性和響應能力，以快速適應不斷變化的環境條件和操作需求。大型語言模型還有助于無人機了解網絡流量模式，以便推薦減少延遲和提高吞吐量的自適應協議，特別是在這些網絡中常見的多變條件下。它們還有助于模擬或建模各種情況下的網絡行為，幫助無人機部署的規劃和決策過程。因此，加入 LLM 可以加強數據分析，提高無人機之間的數據交換效率。大型語言模型具有處理和學習海量數據的能力，可使無人機在路線規劃、數據轉發和網絡配置方面做出明智的決策。例如，針對無人機故障或環境障礙，大型語言模型可以迅速計算出替代路線或重新配置網絡，以維持連接性和性能。此外，大型語言模型通過為無人機配備先進的認知能力，使無人機能夠理解和執行復雜的指令，并與人類操作員或其他自主系統進行更自然的交互，從而提高無人機的自主水平。

此外，大型語言模型還能分析無人機的數據（如運行日志和遙測數據），在潛在故障或維護需求發生之前對其進行預測。這種預測能力可大大提高無人機的可靠性和使用壽命，減少停機時間和維護成本。安全性也是分散式 ad-hoc 網絡最關心的問題；大型語言模型可通過模式識別和異常檢測識別潛在威脅，并模擬攻擊場景以制定更強大的安全措施，從而增強安全協議。大型語言模型還能優化無人機網絡內帶寬和電力等關鍵資源的分配。大型語言模型通過了解和預測網絡需求來動態分配資源，從而最大限度地提高效率，延長無人機的運行時間。它們改善了人類操作員與無人機網絡之間的界面，提供更直觀的控制和反饋系統，包括生成網絡狀態自然語言報告，或將復雜的網絡數據轉化為決策者可操作的見解。此外，大型語言模型還能解決特設網絡固有的可擴展性難題。當無人機數量發生變化時，它們會動態調整網絡協議和配置，確保網絡無論規模大小都能保持穩定高效。通過集成 LLM 功能，無人機 ad-hoc 網絡可以變得更加智能、反應靈敏和高效，從而顯著提高其在各種應用中的有效性。

本節將詳細介紹不同的大型語言模型，并討論它們為基于無人機的通信系統帶來的機遇。

BERT賦能無人機

如上一節所述，BERT 是 NLP 領域頗具影響力的模型，由谷歌研究人員開發，于 2018 年發布[20]。BERT 的開發代表了 NLP 領域的一個轉折點，通過充分利用每個單詞周圍的上下文，為機器處理和理解人類語言提供了一種更加細致有效的方法。BERT 采用預訓練和微調階段。在預訓練階段，模型在大型文本語料庫中進行訓練，這些任務旨在幫助模型學習一般語言模式。這些任務包括預測句子中的屏蔽詞（即屏蔽語言模型 (MLM)）和預測兩個句子在邏輯上是否相互銜接（即下一句預測 (NSP)）。在預訓練之后，BERT 會根據特定任務（如問題解答或情感分析）的需要，使用額外的數據進行微調 [70, 71]。

BERT 的引入大大提升了 NLP 任務的技術水平。在命名實體識別[72, 73]、情感分析[74, 75]，特別是問題解答和自然語言推理等任務的排行榜上，BERT 的性能有了明顯的提高，在這些任務中，來自兩個方向的全句子上下文對于理解微妙之處至關重要。此外，BERT 還激發了許多變化和改進，從而開發出了不同的模型，如魯棒性優化 BERT 方法（RoBERTa）[76]、來自變換器的精餾雙向編碼器表示（DistilBERT）[77]和精簡 BERT（ALBERT）[78]，這些模型使用 BERT 的原始架構和訓練程序來優化其他因素，如訓練速度、模型大小或增強性能。

整合 BERT 可顯著提高無人機在各個領域的性能。例如，在應急響應場景中，BERT 可以幫助無人機理解災害管理團隊發出的復雜的自然語言指令。此外，BERT 還能解釋和總結來自無人機傳感器和報告的信息，這在需要快速總結大量視頻數據的監控任務中尤為重要。此外，BERT 還能快速分析和解讀來自多個來源的數據，從而及時做出明智的決策，這在環境監測中對評估森林火災或污染等情況至關重要。此外，BERT 還能熟練地解析和理解指令，確保多架無人機之間的精確協調，這對于在具有挑戰性的環境中運送物資的復雜物流操作至關重要。最近，在文獻[79]中，作者介紹了一種創新的端到端基于語言模型的細粒度地址解析框架（LMAR），該框架明確設計用于增強無人機交付系統。傳統的地址解析系統主要依賴于用戶提供的興趣點（POI）信息，往往缺乏準確交付所需的精度。為了解決這個問題，LMAR 采用語言模型來處理和完善用戶輸入的文本數據，改進了數據處理和正則化，提高了無人機投遞的準確性和效率。在另一項研究成果[80, 81]中，作者為無人機開發了增強型安全和取證分析協議，以支持各行各業無人機使用量的增加，包括那些容易被犯罪分子濫用的領域。他們引入了一個命名實體識別系統，從無人機飛行日志中提取信息。該系統利用帶有注釋數據的微調 BERT 和 DistilBERT 模型，大大提高了對無人機相關事件取證調查至關重要的相關實體的識別率。文獻[82]的作者側重于通過從大規模非結構化無人機數據中構建標準化知識圖譜，提高無人機在智能戰爭中的目標識別能力。作者引入了一個兩階段知識提取模型，并集成了 BERT 預訓練語言模型來生成字符特征編碼，從而提高了未來無人機系統信息提取的效率和準確性。

GPT賦能無人機

OpenAI 開發的 GPT 系列代表了大型語言模型在設計和功能上的重大演進，可增強文本生成、翻譯、摘要和問題解答等各種自然語言處理任務[83]。第一個架構 GPT-1 于 2018 年 6 月推出，它基于轉換器模型，使用了轉換器架構的解碼器塊堆疊。GPT-1 使用 BooksCorpus 數據集進行了語言建模任務（預測句子中的下一個單詞）的預訓練，該數據集包含 7000 多本獨特的未出版書籍（總計約 8 億個單詞）。經過初步預訓練后，監督學習針對特定任務進行了微調 [19, 83]。

GPT-2 于 2019 年 2 月發布，在其前身的基礎上進行了大幅擴展，最大版本具有多達 48 層，1600 個隱藏單元，48 個注意頭，15 億個參數[84]。GPT-2 使用了一個 WebText 數據集，該數據集是通過搜索從 Reddit 上至少有三個向上投票的帖子中鏈接出來的網頁而創建的。這產生了一個約 40GB 文本數據的多樣化數據集。GPT-2 繼續使用無監督學習方法，僅利用語言建模進行預訓練，而不針對具體任務進行微調。這證明了該模型從語言理解到特定任務的泛化能力[85]。2020 年 6 月發布的 GPT-3 是有史以來最大的人工智能語言模型之一，擁有 1750 億個參數。它包括 96 層，有 12 288 個隱藏單元和 96 個注意頭[86]。它是在一個更加廣泛和多樣化的數據集上訓練的，包括授權數據、人類訓練者創建的數據和公開數據的混合，規模遠遠大于 GPT-2。GPT-2 和 GPT-3 使用無監督學習模型，展示了從大型數據集學習的卓越能力[87]。GPT-4 建立在先進的變壓器式架構上，與前代產品 GPT-2 和 GPT-3 相比，在規模和復雜性上都有顯著提升。該模型利用 “人的反饋強化學習 ”進行了微調，并采用了公開的互聯網數據和第三方提供商授權的數據。不過，與架構有關的具體細節，如模型大小、硬件規格、用于訓練的計算資源、數據集構建和訓練方法等，尚未公開披露[88]。

無人機中的 GPT 系列代表了人工智能與無人機技術的創新交叉，可在從增強型控制系統到完全自主的任務執行等廣泛領域增強無人機的功能、自主性和交互能力 [89，90]。例如，GPT 系列集成可使無人機熟練地執行以普通語言提供的指令。例如，操作員發出在特定坐標處檢查橋梁狀況的指令后，無人機就會設計出飛行路徑，并執行橋梁檢查的所有必要步驟，而無需對每個步驟進行人工輸入。同樣，它還可以根據飛行期間收集的數據生成詳細報告，將這些模型與無人機的傳感器和數據收集系統集成后，可以自動生成文字說明，突出強調任務結果和檢測到的異常情況等各個方面[91]。因此，人類操作員無需查看大量原始數據，就能更容易地理解無人機觀察到的情況。例如，Tazir 等人在文獻[89]中將 LLM 系統 OpenAI 的 GPT-3.5-Turbo 與無人機模擬系統（即 PX4/Gazebo 模擬器）集成，創建了基于自然語言的無人機控制系統。系統架構的設計目的是通過基于 Python 的中間件提供的聊天機器人界面，實現用戶與無人機模擬器之間的無縫交互。Python 中間件是核心組件，負責在聊天機器人（GPT-3.5-Turbo）和 PX4/Gazebo 模擬器之間建立通信渠道。它處理來自用戶的自然語言輸入，使用 OpenAI API 將這些輸入轉發給 ChatGPT 模型，檢索生成的響應，并將其轉換為模擬器可以理解的命令。ChatGPT 通過 PX4 命令和解釋提供指導和支持，從而增強了無人機模擬系統的交互性和可訪問性。它還通過復雜的人工智能驅動界面促進無人機的控制和管理。在另一項工作[92]中，作者將先進的 GPT 模型和密集字幕技術集成到自主無人機中，以增強其在室內檢測環境中的功能。所提出的系統使無人機能夠像人類一樣理解和響應自然語言命令，從而提高了無人機的可及性，使沒有高級技術技能的操作人員也能輕松使用無人機。無人機的密集字幕模型通過分析飛行過程中捕獲的圖像來生成詳細的對象字典，從而促進這種類似人類的交互。這些字典使無人機能夠識別和理解環境中的各種元素，并根據預期和意外情況動態調整其行為，從而提高無人機在各種環境條件和應用中進行室內檢測的效率和準確性。

此外，在需要快速決策的動態或復雜環境中，GPT 系列可以通過處理實時數據和通信提供幫助，根據數據提供建議或自動決策。例如，搜救行動可以分析來自多個無人機的實時視頻饋送和文本報告，綜合信息，并建議重點關注的區域或調整搜索模式 [29]。通過建立一個分散的蜂群智能系統，無人機可以共享信息并做出群體決策，從而在增強無人機之間的協作通信方面發揮重要作用。例如，無人機可以使用自然語言相互報告狀態和發現，根據共同目標協調行動，并在群組之間優化任務分配，而無需持續的人工干預[93]。GPT 系列還能模擬各種通信場景，通過生成逼真的任務場景和響應，為無人機的培訓提供有力的培訓，使操作員能夠處理不同的情況，從而提高他們在實際操作中的響應能力[91]。

無人機文本到文本轉換器（T5）

谷歌于 2019 年 10 月推出了 T5 模型，并采用了一種新穎、精簡的方法來處理各種 NLP 任務，將其重構為文本到文本問題 [94]。傳統模型需要針對不同任務采用不同的架構，并產生不同的輸出，而 T5 模型則不同，它將所有任務的輸入和輸出標準化[95]。每個 NLP 任務（如翻譯、摘要、問題解答或文本分類）都被視為從給定文本生成新文本。因此，T5 對所有任務都采用了統一的模型架構。這種簡化簡化了模型訓練和部署流程，因為只需對架構進行最小的修改，就能在多個任務中訓練相同的模型[21]。例如，在翻譯任務中，輸入是英文文本，輸出是法文文本，兩者都只被視為單詞序列。T5 以自我監督的方式在大量文本語料庫上進行預訓練，主要使用與 BERT 類似的掩蔽語言模型任務的變體。這種預訓練使模型能夠有效地理解和生成自然語言。之后，通過調整訓練數據以適應文本到文本格式，T5 可在特定任務中進行微調。T5 的多功能性使其適用于廣泛的應用，包括語言翻譯、文檔摘要和情感分析（通過生成描述性標簽來解釋文本情感）。它還能生成適當的文本答案，在問題解答方面表現出色[96]。

無人機可以集成 T5 框架，以提高無人機操作的效率。與 GPT 和 BERT 類似，T5 也能改進無人機的命令解釋和響應生成，將操作員用自然語言發出的復雜命令解釋并轉換為無人機的可執行指令。T5 還能根據無人機收集的數據生成全面的任務報告，包括總結主要發現、突出異常現象和描述勘測區域，以用于環境監測或災害響應應用。此外，T5 還能通過處理來自無人機傳感器和攝像頭的數據流執行實時操作，提供即時、可操作的見解。例如，在搜救行動中，T5 可以快速匯總視覺和傳感器數據，以描述潛在的關注區域或危險，幫助更有效地指導救援工作。與此同時，T5 還能解釋來自一個無人機的信息，并為其他無人機生成適當的響應或命令，從而顯著提高無人機協同任務的性能，促進各種應用領域的無縫團隊合作，包括管理飛行模式、避免碰撞或協調區域監控的時間安排等。

T5 輔助無人機通信還能實現自動故障排除和反饋，例如，如果無人機在運行過程中遇到問題或異常情況，它可以通過解釋錯誤信息或傳感器數據并以自然語言生成故障排除步驟或建議來提供幫助。這還可以擴展到向操作員提供有關任務進展的實時反饋，或提出調整建議以提高運行效率。此外，T5 還能根據歷史數據或潛在的未來情況生成模擬任務場景和對話，用于培訓目的。

用于無人機的極限學習網絡（XLNet）

XLNet 是一種先進的 NLP 模型，由谷歌和卡內基梅隆大學的研究人員聯合開發[62]。BERT 采用的是 MLM 方法（即隨機屏蔽和預測句子中的某些單詞），而 XLNet 采用的是基于排列的訓練策略。這種方法在訓練過程中考慮了句子中所有可能的單詞排列，使模型能夠根據前后其他單詞提供的所有潛在語境預測目標單詞。這種方法大大提高了語境理解的靈活性和深度。此外，與 BERT 不同的是，基于排列的訓練使 XLNet 能夠捕捉到更豐富的語言上下文理解，而 BERT 只專注于預測屏蔽詞，可能會遺漏上下文的細微差別 [97，98]。

此外，XLNet 在訓練過程中不依賴單詞屏蔽，從而避免了 BERT 在預訓練和微調階段之間的差異，使不同操作階段的行為更加一致。XLNet 還融合了自回歸語言建模（如 GPT 系列）和自動編碼（如 BERT）的策略，在不遵守固定序列順序的情況下進行自回歸訓練。相反，它根據不同的排列組合來預測單詞，從而增強了其理解和生成能力[99]。因此，XLNet 通過有效利用完整的句子結構實現更深入、更準確的上下文理解，在包括問題解答、自然語言推理和文檔排序在內的多項 NLP 任務中表現出卓越的性能[100, 101, 102]。

由于 XLNet 采用了復雜的語言處理過程，因此將其集成到無人機中可提供獨特的優勢 [103, 104]。XLNet 基于置換的訓練可實現對上下文更細致、更全面的理解，這使其在解釋上下文可能變化很大的復雜指令或環境數據時尤為有效。例如，在搜救任務中，作戰環境復雜多變，XLNet 可以實時對上下文繁重的指令進行更可靠的解釋。同樣，由于 XLNet 考慮了輸入數據的所有排列組合，因此在應對現實世界無人機任務中常見的噪聲或不完整輸入時更具魯棒性。在通信可能中斷或不完整的戰斗或災難響應場景中，這一功能尤其有益。XLNet 根據上下文預測缺失信息的能力可以保持無人機操作的有效性。

通過知識集成增強無人機表征（ERNIE）

百度研究院于 2019 年 6 月推出 ERNIE，將世界知識整合到預訓練的語言模型中[58]。它將結構化的世界知識整合到語言模型的訓練中，是語言理解領域的一次重大進化。與依賴大量文本數據來學習語言模式的傳統模型不同，ERNIE 通過將知識圖譜納入訓練過程來增強這些模型。知識圖譜是存儲世界信息的結構化數據庫，機器可以通過包含實體（如人、地點和事物）及其關系來理解和處理。

ERNIE 可在傳統文本語料庫和知識圖譜上進行訓練。通過知識圖譜，ERNIE 可以理解和表示與各種實體相關的復雜關系和屬性[105]。這種訓練包括兩個關鍵部分：文本數據和知識集成。文本數據與 BERT 或 GPT 等其他模型類似，ERNIE 通過處理這些海量文本來學習語言的句法和語義模式。同時，知識整合組件使 ERNIE 能夠同時從知識圖譜中學習，吸收現實世界實體及其相互關系的結構化信息。因此，這一過程使 ERNIE 能夠從線性文本和涉及現實世界事實和關系的多維角度理解上下文。整合知識圖譜能讓 ERNIE 更深入地理解語言語義，因為它能將單詞和短語與現實世界的實體及其屬性聯系起來。這種能力使它能更好地完成需要細微理解的任務，如問題解答和命名實體識別 [106，107]。

此外，ERNIE 利用外部知識的能力有助于它提供與上下文相適應的回答或分析，尤其是在特定主題的背景知識至關重要的情況下。它還能更好地處理語言中的歧義，因為來自知識圖譜的附加數據能根據相關實體的更廣泛的上下文，澄清可能混淆或不清楚的文本[108]。ERNIE 的應用范圍廣泛，影響深遠，尤其是在需要深入理解和上下文意識的領域。例如，ERNIE 可利用其集成知識庫來回答需要理解文本之外的復雜問題，如歷史事實或有關人物或地點的具體細節。ERNIE還能理解查詢中與所學知識有關的深層含義，提供更相關、更精確的答案，從而提高語義搜索引擎的性能。

ERNIE具有將知識圖譜中的結構化世界知識與文本數據整合在一起的獨特能力，這將大大有利于無人機通信。例如，與傳統的語言模型相比，ERNIE 可以更有效地解釋操作員發出的復雜的、與上下文相關的命令。例如，如果操作員發出的命令涉及地理或操作術語，ERNIE 對知識圖譜的整合使其能夠更準確地理解和執行命令。在陌生地區執行復雜任務時，這一點至關重要，因為在這種情況下，對當地地理和術語的準確理解十分必要。ERNIE 還展示了基于環境數據和任務目標的有效自主決策能力，因為它可以同時處理當前任務數據和綜合知識，從而做出明智的決策。例如，在環境監測中，ERNIE 可根據其對環境科學的廣泛了解，識別地貌中的具體特征或異常現象，從而幫助進行更有效的數據收集和分析。

在搜救或災難響應等關鍵任務中，ERNIE 還表現出較高的實時態勢感知屬性，可應用其語義理解能力，根據其知識圖譜解釋實時數據輸入（如視覺或傳感器數據）。這有助于快速識別相關實體或情況，例如識別歷史上已知的危險區域或解讀遙感數據中的人類活動跡象。在多無人機場景中，ERNIE 可通過理解和管理無人機之間的信息交流，促進更好的溝通和協調。它可以根據與任務目標相關的相關性和緊迫性對通信進行解釋和優先排序，利用其語義理解能力確保無人機和諧運行。

此外，在培訓目的方面，ERNIE 可以生成背景豐富的模擬場景，將真實世界的知識納入培訓練習，幫助更好地理解如何在復雜場景中與無人機互動，加強他們對真實世界行動的準備。與其他大型語言模型類似，任務完成后，ERNIE 可協助生成詳細的事件報告和匯報，其中包括觀察數據和基于綜合知識的背景見解，以便對任務結果進行語義分析。因此，ERNIE 通過利用其整合和利用廣泛的知識圖譜以及文本數據的能力，可以顯著增強無人機通信系統的能力，使其在復雜的作戰環境中更加智能、反應更快和更有效。這使得ERNIE對于先進的無人機應用特別有價值，因為傳統的語言模型可能無法理解和處理復雜的上下文信息。

用于無人機的雙向和自動回歸變換器（BART）

Facebook 開發的 BART 在變換器框架內結合了自動編碼和自動回歸技術的優勢，使其在處理序列到序列任務時異常有效[109]。BERT 主要用于理解和預測同一輸入文本中的元素，而 BART 則不同，它針對需要生成或轉換文本的任務進行了優化。它的訓練方法是用各種噪聲函數對文本進行破壞，如標記屏蔽、文本填充，并學習如何重建原始文本 [110, 70]。BART 的訓練使其具備了處理各種應用的能力，包括文本摘要（可生成較長文檔的簡明版本）和文本生成（適用于創建內容或生成對話）。此外，BART 的功能還擴展到機器翻譯和數據增強，使其成為將輸入文本轉化為連貫且與上下文相適應的輸出序列的多功能工具 [111]。

將 BART 集成到無人機中具有多種優勢，特別是在涉及復雜文本處理和生成的任務中。例如，BART 可以加強任務報告的編寫和解釋，從大量監視數據或傳感器讀數中自動生成簡明摘要，從而有助于更快地做出決策和通報情況。BART 還善于生成連貫的文本序列，用于自動回復或指示無人機操作員，特別是在需要快速準確通信的場景中。

此外，BART 還能在搜救行動中改進實時策略調整，以解讀傳入的數據，并根據不斷變化的情況提供最新的任務目標或方向。它還能將嘈雜、不完整的文本數據轉化為可理解的信息，因此在無人機操作的動態和挑戰性環境中特別有價值，可確保通信在復雜的情況下仍保持清晰和上下文相關。

無人機不同大型語言模型的比較

對用于無人機的不同大型語言模型（即 BERT、GPT、T5、XLNet、ERNIE 和 BART）進行比較后發現，它們具有針對無人機操作各個方面的獨特能力，反映了各自獨特的架構和訓練方法。例如，BERT 擅長從單詞的兩個方向理解上下文，因此在解釋復雜命令和從任務數據中提取相關信息方面非常有效。它特別適用于對傳感器數據或操作指令的精確理解至關重要的任務，例如在監視或監測任務中，深入的上下文知識至關重要。相比之下，GPT 擅長生成連貫、擴展的文本輸出，有利于創建詳細的任務報告或進行對話。這種模式非常適合需要敘述式更新或交互式通信以生成操作日志或匯報報告的無人機模擬訓練。

而 T5 具有很高的通用性，可將任何基于文本的任務轉換為文本到文本的格式，簡化了各種類型通信的處理過程。事實證明，它在無人機通信任務中非常有效，如翻譯不同語言或協議之間的通信、匯總大量勘探數據以及將原始傳感器輸出轉換為可操作的文本格式。另一方面，XLNet 采用基于置換的訓練方法，對語言上下文的理解比 BERT 更靈活、更全面。這種模型有助于復雜、動態的操作環境，如搜索、救援和災難響應，在這些環境中，實時解釋和響應上下文繁重的指令至關重要。

同樣，ERNIE 通過知識圖譜整合外部知識，增強了對語言的語義理解，非常適合需要深入理解特定術語或概念的任務，如涉及特定生態數據的環境監測應用。雖然 BART 在自動編碼和自動回歸模型的優勢方面有所折損，但它在理解和生成文本方面表現出色。它非常適合用于編寫精確、上下文準確的任務報告或總結詳細監測數據的說明，在這種情況下，保持信息的完整性和簡潔的表達方式至關重要。

因此，總而言之，BERT 和 XLNet 憑借對上下文的深刻理解，在理解指令方面非常有效，而 XLNet 則在動態環境中提供了額外的靈活性。同時，GPT 和 BART 擅長創建連貫、廣泛的文本，其中 BART 在文本轉換任務中提供了額外的功能。T5 在文本轉換任務中具有廣泛的適用性，可滿足各種通信需求。ERNIE 在整合專業知識對準確操作和決策至關重要的應用場景中表現突出。因此，可以根據無人機任務的具體要求納入每種模型，以確保通信保持有效和高效，適應無人機操作的復雜性和挑戰。表 II 重點介紹了各種 LLM 模型，包括其主要特點、在無人機領域的應用以及集成到無人機系統中的挑戰。

將大型語言模型集成到無人機中的網絡架構

將大型語言模型與無人機集成，需要部署先進的語言處理能力，以實現復雜的決策和交互能力。無人機平臺由基本硬件組成，包括配備飛行控制硬件的無人機本身、攝像頭和激光雷達等傳感器以及 Wi-Fi、LTE 和衛星等通信模塊。它還包括用于實時數據處理過程的小型機載計算機。在大型語言模型集成中，輕量級版本的大型語言模型直接部署在無人機上，通過邊緣人工智能實現快速自主決策。對于更復雜的計算，無人機數據被傳輸到云服務器，由更強大的大型語言模型進行分析，然后將結果發回無人機。地面控制站為這些操作提供支持，使操作員能夠通過直接視距或衛星通信遠程監視和控制無人機，并使用安全數據鏈路進行數據傳輸。該系統的運行涉及幾個關鍵功能。無人機通過機載傳感器收集數據，捕捉視覺圖像、環境數據或與其任務相關的特定讀數。這些數據要么在本地處理，要么發送到地面站或云服務器，具體取決于任務的復雜程度和機載處理單元的能力。無人機上的嵌入式 LLM 處理簡單任務的數據過程，以做出實時決策。對于更復雜的決策，數據會被發送到云端，由功能強大的大型語言模型對其進行分析，做出決策或產生見解，然后再傳輸回無人機。根據這些經過處理的數據和大型語言模型做出的決策，無人機執行各種行動，如優化飛行路徑、與環境互動，或執行特定任務，如投遞、監視或數據收集。反饋和學習是該系統不可或缺的一部分，任務中的數據被用來重新訓練或完善大型語言模型，提高其準確性和決策能力。這種持續的反饋回路有助于模型適應特定的環境，以實現最佳的任務性能。因此，大型語言模型與無人飛行器的集成為無人飛行器的操作提供了重大改進，為提高能力和效率開辟了廣闊的前景。

圖 2 展示了與 LLM 集成的無人機系統的綜合架構，其中無人機從傳感器收集數據。這些數據包括文本、音頻和視頻等各種類型，被輸入到集成式 LLM 架構中。LLM 處理這些數據，并將結果輸出到決策層，然后由決策層向飛行控制器、傳感器系統、能源系統和有效載荷管理系統等運行組件發出指令。

圖 2：LLM 集成無人機系統的綜合架構。

此外，地面控制和基站是無人機運營基礎設施的關鍵要素，作為指揮和控制中心，它們負責處理從飛行授權和監控到數據處理和部署管理等一切事務。將大型語言模型與地面控制和基站集成在一起，可大大增強無人機的管理和操作。例如，大型語言模型可通過解釋和處理自然語言命令或查詢，顯著改善無人機與其控制站之間的通信。它能讓操作員更直觀地與無人機互動，使復雜的命令更容易執行，并減少人為錯誤的可能性。

大型語言模型可以處理地面控制站從無人機接收到的實時數據，就飛行路徑、任務調整和應對不斷變化的環境條件做出即時決策。大型語言模型還能以比人類快得多的速度分析海量數據，提供重要見解，從而快速做出決策，優化無人機操作，確保任務成功。此外，大型語言模型還能利用歷史和實時數據，在機械故障、電池耗盡或惡劣天氣條件等潛在問題出現之前進行預測。這種預測能力可確保提前采取預防措施，提高無人機運行的安全性和可靠性。

此外，大型語言模型還能自動執行飛行調度、無人機狀態監控和數據收集管理等常規任務，從而提高復雜決策和運營戰略的效率。大型語言模型還能自動對數據進行分類、提取相關信息并生成綜合報告，從而大大有助于改進數據處理和分析。此外，它們還能分析圖像和傳感器數據，以識別模式或異常情況，從而為監視、環境監測和基礎設施檢查等任務提供幫助。大型語言模型可以根據積累的數據創建詳細的模擬和訓練場景，為操作員提供逼真多樣的訓練體驗，提高無人機操作員的技能，確保他們為復雜的作戰場景做好更充分的準備。

此外，集成到地面站和基站的大型語言模型具有先進的模式識別能力，可以加強安全協議。它們可以檢測潛在的網絡威脅和未經授權的訪問嘗試，確保無人機操作免受數字入侵。此外，大型語言模型還能根據任務要求預測可用無人機和支持設備的最佳使用情況，從而優化資源分配。大型語言模型還能促進無人機操作中使用的系統和軟件之間更好的互操作性，通過充當理解和轉換各種數據格式和協議的橋梁，確保不同平臺之間的無縫集成和通信。這樣，無人機任務就能實現高效管理、卓越的決策支持、更高的安全性和有效性。大型語言模型的這種廣泛應用為其有針對性地用于增強頻譜傳感能力奠定了基礎。

此外，鑒于頻譜傳感在確保無人機有效射頻（RF）通信方面的關鍵作用，尤其是在復雜或擁堵的環境中，大型語言模型的集成證明是非常有益的，可以通過復雜的數據處理技術顯著增強無人機的頻譜傳感能力。這種集成加深了對動態射頻條件的理解，這些條件在共享頻率或高干擾水平的區域十分普遍，無人機系統能夠智能地識別和利用最佳頻段。這種能力大大提高了無人機通信網絡的可靠性和效率，這對于在射頻密集的環境中保持穩健的鏈路和確保成功執行無人機操作至關重要，而傳統方法可能會失敗。因此，本調查報告強調了在頻譜傳感中集成 LLM 的關鍵需求，并在隨后的章節中深入探討了其機遇和挑戰。

大型語言模型輔助無人機的頻譜管理和監管

無人機依賴射頻通信完成各種任務，包括遙控、遙測、數據傳輸以及與地面站的連接。頻譜感知是一項關鍵技術，可增強無人機的射頻通信能力，使無人機能夠識別和利用對其任務至關重要的適當頻率范圍。此外，在無人機共享頻段或遇到快速變化的射頻條件的環境中，這一點尤為重要[112, 113]。因此，通過準確感知頻譜，無人機可動態調整其通信參數，如信道選擇和功率控制，以防止干擾主用戶并優化其通信性能 [114]。此外，頻譜感知還可提高無人機的運行效率，使無人機能夠就頻段選擇做出明智決策，從而確保有效利用可用頻譜資源，并將干擾現有無線系統的風險降至最低 [115，116]。

此外，頻譜傳感在實現認知無線電功能[117, 112]、動態頻譜接入[118]、避免干擾[117]和確保無人機通信系統符合法規要求[119]方面也發揮著重要作用。例如，認知無線電允許無人機系統根據實時頻譜感知結果自適應地選擇和切換不同的頻率信道或頻段，使無人機能夠找到并利用最合適、最不擁堵和無干擾的頻段進行可靠高效的通信[120]。動態頻譜接入允許無人機訪問可用頻譜資源，動態確保無人機在優化通信鏈路的同時避免干擾現有用戶。此外，頻譜傳感還能增強無人機檢測附近是否存在其他射頻設備或系統的能力，從而促進共存和避免干擾。如果檢測到干擾或潛在沖突，無人機可自主或半自主地改變工作頻率或調整通信協議以避免干擾[121]。

監管框架和合規考慮因素

世界各地的監管機構，如美國聯邦通信委員會（FCC），都制定了頻譜使用指南，以確保公平使用，并防止包括無人機在內的各種技術和服務之間發生沖突。這些指導方針指定了無人機使用的特定頻段，以避免與商業、住宅和應急通信發生沖突，從而在無人機服務日益增長的需求與傳統頻譜用戶的需求之間取得平衡。這些機構制定了動態頻譜訪問規則，特別是在無人機與其他設備共享頻譜的頻段。該框架涉及協議和技術，使無人機能夠在不干擾現有用戶的情況下檢測和利用空閑頻率。遵守這些框架對于合法、高效地運營無人機至關重要。

為確保合規，無人機運營商必須考慮幾個關鍵方面。例如，無人飛行器必須配備先進的頻譜傳感技術，能夠可靠地識別可用和被占用的信道，防止未經授權使用被占用的頻率。無人飛行器在運行時還必須盡量減少對其他頻譜用戶的干擾，遵守功率限制、頻率邊界以及旨在降低信號干擾風險的操作協議[122]。此外，有必要實施軟件解決方案，幫助管理頻譜使用，確保遵守當地和國際法規，實現頻譜管理諸多方面的自動化，減輕無人機運營商的負擔，降低違規風險。

在無人機頻譜管理中整合大型語言模型

最近的研究極大地推動了無人機操作中的頻譜感知和共享應用，重點關注提高通信效率和減少干擾的幾個關鍵方向。Shen 等人[123]介紹了一種三維時空傳感方法，利用無人機的移動性在異構環境中進行動態頻譜機會檢測。文獻[124]和[125, 126]中的作者開發了在認知無線電系統中優化頻譜感知和共享的方法，通過管理與地面鏈路的干擾來提高無人機的通信性能。Chen 等人[127]的研究重點是無人機集群之間的頻譜接入管理，以減少干擾；Xu 等人[128]的研究重點是無人機中繼系統中的發射功率分配和軌跡規劃，以實現設備之間的有效數據中繼。

在另一項研究[129]中，Qiu 等人利用區塊鏈技術確保地面和空中系統之間頻譜交易的隱私和效率。Hu 等人[130] 重點研究了利用契約理論平衡宏基站和無人機運營商利益的頻譜分配策略。Azari 等人[131] 比較了人口稠密城市場景中的底層和疊加頻譜共享機制，強調了疊加策略在保持無人機和地面用戶服務質量方面的有效性。雖然無人機的頻譜感知和共享技術取得了重大進展，但現有研究尚未廣泛探討大型語言模型的集成問題。整合大型語言模型可通過增強頻譜感知能力，實現更動態、更高效地使用通信頻率，從而徹底改變無人機領域[132]。大型語言模型可以解釋和分析無人機上頻譜傳感器產生的大量數據。憑借先進的自然語言處理能力，它們可以從非結構化數據中提取有意義的見解，促進實時智能決策。大型語言模型還能通過分析歷史數據和當前通信模式，預測頻譜可用性和潛在干擾。因此，無人機可以主動調整其通信參數，如信道選擇和功率水平，以保持最佳性能。

此外，大型語言模型可以處理傳感器數據，并識別表明潛在頻率沖突或擁堵區域的模式。然后，無人機可自主進行調整以避免這些問題，從而提高運行效率并降低通信故障風險。此外，大型語言模型還可以通過對頻譜條件和用戶行為進行更深入的分析，協助在頻率選擇方面做出更明智的選擇，從而為認知無線電的增強做出貢獻。這種整合增強了無人機選擇最不擁堵和最有效信道的能力。LLM 的持續學習和適應能力還能優化無人機的頻譜訪問策略，確保無人機根據實時數據和復雜算法利用最佳可用頻率。大型語言模型還可以通過持續監測合規參數和適應法規變化，確保無人機在合法的頻譜分配范圍內運行。大型語言模型還可以通過分析通信模式和環境數據，為干擾管理和遵守監管框架做出重大貢獻。大型語言模型可以更準確地檢測潛在干擾源，并建議立即采取糾正措施加以避免。

大型語言模型在無人機中的應用和使用案例

監視和偵察應用

大型語言模型具有先進的認知和分析能力，可顯著提高無人機監視系統的效率、準確性和有效性[2]。集成 LLM 后，無人機可以更高效地處理和分析大量視覺數據，實現實時圖像識別、目標檢測和態勢感知。大型語言模型在識別視頻流或圖像中的特定物體、個人、車輛或活動方面表現出色，可提供對軍事和民用監控行動至關重要的詳細見解。它還能使無人機更加自主地進行操作，在沒有人類持續監督的情況下對周圍環境進行解讀并做出反應，在反應時間緊迫的復雜或敵對環境中大顯身手。

此外，配備大型語言模型的無人機可以根據任務目標和不斷變化的地面實際情況，實時決定飛行路線、重點區域以及何時捕捉關鍵鏡頭。NLP 可讓無人機理解和處理人類語言，使其能夠接收和解釋更復雜的命令和查詢。此外，大型語言模型還能通過分析模式和歷史數據來預測潛在的安全威脅或興趣點。這種預測能力允許采取主動監視措施，無人機可以更密切地監視可疑區域，或提醒人類操作員注意根據所學模式檢測到的異常活動或異常點。它還可以通過將大量收集到的數據匯總為可操作的情報，在飛行過程中處理和分析數據，從而加強實時決策支持。在條件瞬息萬變的監視和偵察任務中，它能做出快速、明智的決策[133]。

應急響應和災害管理

大型語言模型與無人機結合用于應急響應和災害管理，可大大提高應急行動的效率、準確性和有效性。大型語言模型可快速分析無人機收集的圖像和傳感器數據，在災害發生后立即評估受損程度，包括識別受阻道路、受損建筑和洪水區域 [134]。由于能夠實時了解態勢，配備了 LLM 的無人機可幫助應急人員確定需要緊急關注的區域的優先次序，并規劃最有效的應對措施 [135]。

在執行搜索和救援任務時，時間至關重要，因此具有 LLM 功能的無人機可以自主掃描大片區域，利用物體識別和模式檢測來確定幸存者的位置。它們可以在沒有人類直接引導的情況下在具有挑戰性的地形中航行，從而加快搜索行動并提高營救遇險人員的機會。此外，由于災害破壞了通信網絡，與大型語言模型集成的無人機可以建立臨時通信網絡，充當空中中繼器，促進救災人員與受災群眾之間的通信。大型語言模型可優化無人機的位置和路由，以確保最大的覆蓋范圍和網絡效率。

此外，無人機還能通過分析歷史數據和當前天氣報告，在潛在災害發生前對其進行預測，從而提高備災能力。這種預測能力使當局能夠主動部署無人機，監測危險區域，并啟動先發制人的疏散或其他緩解措施。此外，大型語言模型可以通過分析需求評估和資源可用性來管理后勤方面的問題。他們利用無人機確保食品、水和醫療設備等物資得到最佳分配和運送，尤其是運送到因災害而難以通過傳統方式到達的地區[136]。

此外，無人機還能在損失分析和恢復規劃中發揮重要作用，對損失進行詳細評估，跟蹤恢復進度，并隨時間推移分析數據，為重建工作提供指導。大型語言模型可以模擬不同的恢復場景，幫助規劃者做出以數據為導向的決策，以更具彈性的方式重建基礎設施。鑒于應急響應涉及數據的敏感性，大型語言模型可確保無人機收集和傳輸的所有信息都經過安全加密，并防止未經授權的訪問。它們監控數據流，以發現表明存在威脅的異常情況，從而在混亂情況下保護關鍵信息。大型語言模型通過將復雜的數據轉化為可操作的見解和直觀的報告，增強了無人機與人類操作員之間的互動。這樣，應急響應人員就能根據無人機以易于理解的格式提供的綜合分析結果，快速有效地做出明智決策。

送貨服務和物流

集成了大型語言模型的無人機可以通過優化路線、加強客戶互動和提高運營效率來改變送貨服務和物流[79]。大型語言模型可以處理復雜的數據集，包括交通模式、天氣條件和地理數據，從而動態優化送貨路線。這可確保更快的送貨時間，并有助于降低運營成本。大型語言模型可以實時調整這些路線，以適應不斷變化的條件，確保盡可能高效地送貨[137]。

無人機可以使用 LMM 與客戶互動，實時更新送貨狀態、回答詢問，甚至處理投訴或特殊指示。互動的增強提高了客戶滿意度，簡化了交付過程，減少了客戶服務中對人工干預的需求。大型語言模型能讓無人機在執行投遞任務時自主決策。例如，當遇到意想不到的障礙或緊急情況時，無人機可以決定最佳行動方案，無論是改變路線、等待許可還是返回基地。即使在不可預測的情況下，這種自主程度也能確保交付服務的可靠性和一致性。此外，他們的主動方法還能防止停機，延長無人機機隊的使用壽命，并確保技術問題不會打亂投遞計劃。

此外，大型語言模型還能在重量分布、包裹大小和交付優先級方面提供協助，確保每架無人機都能高效裝載，最大限度地提高交付能力，減少所需的行程次數。大型語言模型可持續分析交通和天氣數據，實時調整無人機飛行計劃，以維持送貨時間表，尤其是在惡劣天氣條件或擁堵空域，確保安全準時送貨。

環境監測和野生動物保護

大型語言模型可以處理和分析無人機收集的大量環境數據，如圖像、溫度讀數和污染程度。收集到的數據可用于識別環境趨勢和異常情況，如植被變化、水質變化或污染物的存在 [138、139、140、141]。LLM 可以快速分析這些數據，并為自然保護主義者和環境科學家提供可行的見解。大型語言模型還可以通過分析無人機捕獲的視頻和音頻記錄來幫助跟蹤和研究野生動物，從而在沒有人類在場的情況下識別動物個體、跟蹤其動向并觀察其一段時間內的行為，這可以減少人類互動給動物造成的壓力和行為變化 [142，143]。

此外，與傳統方法相比，與大型語言模型集成的無人機可以更高效地繪制大面積和無法進入的區域的地圖。大型語言模型可以分析收集到的地理數據，繪制詳細的棲息地地圖，包括隨時間的變化。這些信息對于管理自然保護區、規劃重新造林項目或評估人類活動對自然棲息地的影響至關重要。大型語言模型還可以利用歷史和持續監測數據來預測未來的環境狀況和野生動物趨勢。這些預測可以為保護工作提供信息，例如預測實施物種保護措施的最佳時間和地點，或預測影響生物多樣性的生態變化。

大型語言模型可以為參與環境保護項目的利益相關者自動生成報告和演示文稿。大型語言模型可將復雜的數據綜合成易于理解的格式，從而促進調查結果和建議的交流更加透明，使決策者更容易理解問題并采取行動。此外，在資源往往有限的保護項目中，大型語言模型可以優化無人機和其他資源，通過在最佳時間安排無人機飛行、規劃航線以覆蓋關鍵區域，以及確保以具有成本效益的方式收集數據，從而確保最大的覆蓋范圍和數據收集效率。

利用集成了 LLM 的無人機進行衛星和高空平臺通信

將大型語言模型與無人機集成以增強衛星和高空平臺（HAP）通信，需要利用先進的分析和認知能力來改進數據中繼、處理和自主決策[25]。由于無人機在衛星和高空平臺通信網絡中充當移動節點或中繼點，特別是在直接通信受到地理障礙阻礙或臨時需要額外帶寬的地區。大型語言模型可以動態管理這些連接，優化地面站、衛星、HAP 和終端用戶之間的數據流。它們可以通過無人機對數據路由進行實時決策，以提高網絡彈性并減少延遲。大型語言模型可使無人機自主導航到能最有效地彌合衛星、HAP 和地面網絡之間通信差距的位置。這在災區或需要臨時通信增援的大型公共活動期間尤其有用。配備了 LLM 功能的無人機可以分析環境數據、衛星路徑和網絡需求，從而在無人干預的情況下確定最佳位置 [144]。

大型語言模型可通過分析衛星和 HAP 通信中使用的無人機的遙測和運行數據，在潛在的系統故障或次優性能成為關鍵問題之前對其進行預測。這種預測性維護能力可確保無人機的正常運行時間更長，可靠性更高，從而發揮這些關鍵作用。大型語言模型可以實時處理和壓縮無人機上的數據，然后再將其轉發給衛星或 HAP。這就減少了數據傳輸所需的帶寬，加快了通信速度。大型語言模型可采用先進的算法，根據當前的網絡條件和數據優先級確定最有效的數據編碼和傳輸方式。

集成了 LLM 的無人機可根據不斷變化的環境條件、干擾或網絡負載的變化調整其通信協議，以保持與衛星和 HAP 的有效鏈接。大型語言模型可以從過去的通信中學習，預測最佳通信窗口，并調整頻率或調制方案以提高連接質量。此外，對于在復雜環境中運行的無人機而言，大型語言模型可通過處理來自衛星和 HAP 傳感器等多個來源的數據來增強態勢感知能力。這有助于對無人機的定位、通信策略，甚至避免沖突或危險的緊急機動做出明智的決策。集成大型語言模型可實現可擴展的靈活通信網絡，無需進行大規模重新配置即可適應不同的需求。無人機可以快速部署，以擴大網絡能力，應對不斷增長的通信需求，或覆蓋臨時的衛星或 HAP 覆蓋缺口。

實施大型語言模型與無人機集成的挑戰和考慮因素

為無人機通信實施大型語言模型是一個新方向，必須應對一系列挑戰和考慮因素，以確保無人機應用的有效性和安全性。本節重點介紹在無人機領域有效采用大型語言模型必須考慮的幾個基本挑戰。

計算資源和功耗

大型語言模型需要大量的計算能力和能源才能有效運行 [145，146]。然而，無人飛行器的機載計算能力和電源有限，受限于輕量化設計的需要，無法確保更長的飛行時間和運行效率。處理大型模型所需的功耗會迅速耗盡無人機的電池，從而減少執行關鍵任務的時間 [147，8]。此外，增加額外資源會極大地影響無人機的效率，從而使大型語言模型的集成變得更加復雜。要解決這些問題，關鍵是要通過修剪不必要的參數和使用量化技術來簡化大型語言模型，從而以更少的功耗減小模型大小并提高處理速度[148]。邊緣計算可通過在本地處理數據，進一步緩解對高帶寬連接的需求 [149]。

此外，先進的人工智能硬件，如圖形處理器（GPU）[150]、現場可編程門陣列（FPGA）[151]和模型提煉技術[152]，也有助于優化計算需求。實施自適應系統，根據當前需求調整資源使用情況，也有助于有效管理功耗，在不影響性能的情況下確保運行效率。

通信延遲

在使用大型語言模型進行涉及實時數據處理和決策的無人機操作時，通信延遲挑戰尤為關鍵。例如，導航、監視和戰術響應要求盡量減少數據處理和決策延遲。然而，當大型語言模型需要大量計算資源時，標準的解決方案是將這一處理過程卸載到基于云的服務器上。雖然這種方法利用了強大的計算能力，但由于從無人機到云服務器再到云服務器之間的通信延遲，它本質上會帶來延遲。當關鍵的即時響應影響到任務的有效性和安全性時，這種延遲可能會造成危害[25]。

為緩解這些問題，無人機可通過集成微處理器、圖形處理器或定制專用集成電路（ASIC）等先進計算資源來增強機載處理能力，從而更高效地處理復雜算法。平衡計算能力與延遲需求至關重要，可通過采用混合處理過程進行優化。這包括直接在無人機上處理緊急、實時的處理過程，同時將更復雜、時間敏感性較低的任務委托給云。這種策略有助于平衡計算負荷，并根據特定任務的緊迫性和復雜性調整響應時間。此外，建立強大的近場通信網絡和利用邊緣計算解決方案可以進一步減少延遲。通過本地服務器或附近配備邊緣服務器的其他無人機，將處理能力置于離無人機更近的位置，可顯著縮短通信距離和時間，提高無人機操作的整體響應速度[153, 154]。

模型的穩健性和可靠性

模型的魯棒性和可靠性是部署無人機通信的關鍵，因為基于模型輸出的決策會導致重大后果[46]。例如，由于模型依賴于從訓練數據中學到的模式，而訓練數據可能無法充分涵蓋現實世界中所有可能的情況，因此在新情況或邊緣情況下，模型可能會產生不可預測或不正確的輸出[155]。在必須快速、準確做出決策的動態環境中，這種風險尤其高，無人機的運行往往就是這種情況[64, 103]。利用新數據對模型進行持續更新和再訓練，有助于模型從最近的經驗中吸取教訓，并適應可能遇到的變化或新情況。這種適應包括納入無人機遇到的新情況的數據，擴大模型的理解和響應范圍。例如，建立一個系統，定期將無人機任務的數據反饋到模型的訓練程序中，從而完善和更新其算法。

此外，在依賴大型語言模型進行關鍵操作時，基于模擬的測試和驗證至關重要。在各種模擬條件下對這些模型進行測試，對于識別在惡劣天氣條件、通信中斷或異常任務參數等復雜情況下可能出現的故障或反應弱點至關重要。還可以實施強大的故障安全機制，在模型輸出不確定或超出預期參數時，通過設定需要人工干預的閾值或條件，防止因模型輸出不正確而采取有害行動。實施冗余系統還可以在執行前對關鍵決策進行雙重檢查，增強的錯誤處理功能可以在不中斷無人機運行的情況下處理大型語言模型的意外輸出[156]。

與現有系統集成

先進的大型語言模型需要與無人機現有的硬件和軟件模塊（如飛行控制、導航系統、通信協議和數據處理單元）無縫互動，每個模塊都有其獨特的規格和操作要求，以增強無人機操作過程中的決策和通信。將大型語言模型集成到這些不同的框架中既復雜又耗時，有可能導致大量的開發和測試時間，以確保全面的兼容性和功能性。因此，采用模塊化方法進行系統設計，可以在不中斷系統的情況下集成、移除或更新單個大型語言模型組件，從而極大地簡化大型語言模型的集成工作。模塊化設計具有靈活性和可擴展性，可滿足不同任務或操作調整的特定需求[26]。

此外，確保新的 LLM 組件與現有系統的互操作性也至關重要 [157]。盡管不同的系統和軟件應用程序是獨立開發的，但互操作性允許它們進行有效的通信和協同工作。通過分階段測試和部署，將大型語言模型逐步集成到無人機系統中，也可以降低集成的復雜性。它還能發現并解決具體問題，而不會出現系統大面積故障的風險。此外，有必要制定定期更新和維護的系統方法，以確保集成的大型語言模型保持有效，并確保整個系統適應新的技術進步或操作要求的變化[155]。

數據安全與隱私

在無人機操作中集成大型語言模型會引發有關數據安全和隱私的重大問題，主要是因為這些模型經常處理敏感數據，其中可能包括在監視任務中收集的個人信息。這種數據類型非常容易受到破壞，一旦泄露，可能會導致嚴重的隱私侵犯和其他安全問題。實施強有力的數據安全措施對于降低這些風險至關重要。因此，強大的數據加密是確保數據在傳輸和存儲過程中不被未經授權的用戶訪問的根本[158]。

此外，還必須建立強大的訪問控制機制，限制只有授權人員才能訪問數據，從而防止任何未經授權的數據篡改或泄漏。遵守數據保護法規也至關重要。這些法規旨在保護數據的隱私性和完整性，要求企業采取嚴格措施保護所有個人信息。通過遵守這些準則，無人機運營商可以幫助確保大型語言模型處理的敏感數據的安全，最大限度地降低違規風險，維護信息的保密性和完整性[159]。

未來研究方向

本節考慮了之前討論的挑戰和考慮因素，概述了未來的研究方向。它強調了需要立即關注的研究領域，以通過 LLM 集成提高無人機的智能、效率和適應性。這種探索對于克服當前的局限性和釋放無人機在各領域應用的全部潛力至關重要。

無人機 LLM 算法的進展

在無人機操作日益復雜和需求不斷增加的推動下，無人機通信 LLM 技術的未來工作方向和機遇是豐富多樣的。新方案應側重于開發 LLM 算法，使無人機能夠根據有關天氣、地形和電磁干擾的實時數據動態調整通信協議和策略。這種自適應能力可大大提高無人機在災難響應和軍事行動中的效率，因為在這些行動中，條件可能會發生快速且不可預測的變化 [37, 160]。

未來的工作應整合大型語言模型，以增強無人機群的智能，從而實現模仿生物系統的復雜群體行為。此外，未來的研究還需要關注算法，使單個無人機能夠根據蜂群的集體輸入做出決策，優化飛行路徑和任務分配，以提高效率并降低能耗 [155]。這項技術有望應用于從大規模農業監測到搜救任務等領域，在這些領域中，多無人機的協調行動至關重要。

此外，改進糾錯和信號處理對于在具有挑戰性的環境中保持通信完整性至關重要。未來的研究需要探索深度學習模型，以預測和補償信號衰減，并開發抗干擾能力更強的新型調制和編碼形式。在擁擠的城市地區或惡劣的天氣條件下，信號丟失會嚴重影響無人機的運行，因此這項技術尤其有益[161, 68]。

未來的工作還應將 LLM 增強型無人機通信的應用范圍擴展到新的領域，如人道主義援助、環境監測和物流。未來的研究需要探索如何在緊急情況下部署配備先進 LLM 和通信技術的無人機，以提供實時更新和分發援助，在最少人工參與的情況下監測野生動物或環境變化，并通過自主交付服務簡化供應鏈。

大型語言模型與新興技術的整合

將大型語言模型與新興技術相結合可為無人機通信系統帶來巨大的進步。例如，結合可重構智能表面（RIS）可優化信號處理算法，并根據實時環境和交通數據動態配置 RIS，從而顯著提高無人機通信的效率和可靠性[162]。它還可以通過優化數據傳輸來優化遠程病人監測和遠程醫療，從而改善從智能城市到增強醫療保健機會等各種環境。此外，大型語言模型還能支持對身臨其境的體驗至關重要的高帶寬和低延遲通信，從而提高增強現實（AR）和虛擬現實（VR）應用的性能[163, 164]。

此外，將大型語言模型與 5G/6G 技術集成可顯著增強無人機的通信能力，因為這些網絡可提供更高的帶寬和更低的延遲[165]。它使無人機能夠流式傳輸高清視頻以執行監視或檢查任務，實時接收更新以進行動態任務調整，并以更好的協調性參與蜂群行動。將配備 LLM 的無人機與物聯網設備連接起來，將使無人機在智能城市和工業環境中的操作更具互動性和響應性。無人機可以充當物聯網網絡中的移動節點，收集和處理各種來源的數據，并在飛行中做出決策。這種集成在災難響應場景中尤為有用，無人機可以評估損失、檢測異常并與其他物聯網設備通信，從而有效管理應急服務 [166，167]。

此外，將大型語言模型與邊緣計算平臺集成可以分散數據處理，減少云計算場景中涉及的延遲，使無人機能夠在網絡邊緣執行實時數據分析。這種能力可使無人機在執行關鍵任務（如跟蹤移動目標或在復雜地形中導航）時更快地做出決策，而無需等待遠程處理數據的過程[168]。同樣，用可處理視覺和感官數據的專用神經網絡來增強大型語言模型，可提高無人機了解環境并與之互動的能力。它能讓無人機執行更復雜的識別任務，例如在搜救行動中識別特定的個人，在基礎設施檢查中檢測結構問題，或監測農田的病蟲害模式。

此外，量子計算集成還能成倍提高大型語言模型的處理能力，使其能夠更高效地處理龐大的數據集。量子增強型大型語言模型可以優化飛行路徑和通信協議，遠遠超出目前的能力，從而降低運營成本，提高數據量大的任務的效率[169]。

LLM 集成無人機系統的計算效率和電源管理優化

為有效實施 LLM 集成無人機操作，新方案應側重于通過刪除對提高無人機通信性能無顯著貢獻的參數來降低 LLM 的計算復雜度。未來的工作可以采用剪枝方案來減少模型大小和計算負荷，使其更適用于資源有限的設備。未來的方案還應注重采用量化技術，降低模型參數的精度（如從浮點數到整數），從而大幅減少模型大小，加快推理時間，同時降低功耗。此外，無人機還可以受益于邊緣計算服務，這種服務可以進行本地數據處理，而無需將數據傳回中央服務器。這降低了持續高帶寬連接的必要性，并通過在無人機和邊緣設備之間分配計算負荷來幫助執行復雜的模型。

此外，未來的硬件設計應明確針對人工智能任務。采用 GPU。針對人工智能干擾進行優化的 FPGA 或 ASIC 可顯著提高功耗和計算效率，與通用處理器相比，每瓦性能更優越。模型提煉是未來可以重點研究的另一種有效策略，它包括訓練一個較小的 “學生 ”模型來復制較大的 “教師 ”模型的性能。經過提煉的模型可以保持較高的精確度，但只需要很少的計算資源，因此適合部署在功能有限的設備上。根據當前需求和可用電力動態調整計算資源的系統可以優化電力使用。例如，當電池電量較低或無需進行詳細處理時，無人機可以部署簡化版模型[170]。因此，未來關注這些策略可以大大提高將復雜的大型語言模型集成到無人機系統中的可行性。這些方法有助于平衡模型性能與無人機平臺實際限制之間的權衡，確保既能利用先進的 NLP 功能，又不影響無人機的運行效率。

減少延遲的技術

為了解決延遲問題，無人機可以通過利用先進的計算資源（如微處理器、GPU 或定制 ASIC）來增強機載處理能力，從而高效執行復雜的機器學習算法。未來的方案應根據每個無人機任務的具體要求，考慮計算能力和延遲之間的權衡，以有效地應對這些挑戰。混合方法可能特別有效，即無人機在機上執行關鍵的實時處理過程，而將更復雜但時間敏感性較低的任務卸載到云端。因此，它可以平衡計算負載，并根據任務的緊迫性和復雜性優化響應時間。例如，集成智能路由算法可以在考慮當前網絡條件、任務復雜性和處理要求緊迫性的情況下，動態確定處理數據的最佳位置。

此外，未來的方案還應探索穩健的近場通信網絡和邊緣服務器部署的可能性，以便在網絡邊緣以更快的處理速度和更低的延遲執行計算密集型任務。

標準化工作和協議改進

將先進的大型語言模型集成到無人機操作中是一項復雜的挑戰，因為這些模型必須與現有的各種無人機硬件和軟件系統進行無縫交互[23]。無人機的各個組件，包括飛行控制模塊、導航系統、通信協議和數據處理單元，都有各自獨特的規格和操作需求。這種多樣性可能導致開發和測試時間延長，而這是確保完全兼容和功能性所必需的。

未來的工作重點應放在采用模塊化系統設計上，以便在不破壞整體系統完整性的情況下輕松添加、移除或更新各個組件[171]。此外，未來的工作必須確保不同的系統和軟件應用程序即使是獨立開發的，也能進行有效的通信和協同工作。因此，它們可以采用無人機行業廣泛接受的標準化數據格式和通信協議。這有助于大型語言模型理解并遵守既定標準，從而使集成過程更加順暢。

此外，今后的工作重點應是采用分階段的方法，逐步將大型語言模型集成到無人機系統中，以確保兼容性和性能，并建立一個由專門團隊進行定期更新、維護和培訓的系統框架，以適應技術進步并保持有效集成。

可靠性增強策略

為了提高集成了 LLM 的無人機通信系統的可靠性，今后的工作應側重于采用先進的糾錯技術和穩健的算法，以確保即使在不利條件下也能保持通信的可靠性。對基于 LLM 的無人機系統進行初步測試時，還應考慮通信信道的冗余性，使用多個通信信道和備份系統來防止任何單一信道出現故障。

未來的工作還應該側重于人工智能驅動的預測性維護，通過集成人工智能工具來預測和安排維護，以防止故障發生。這有助于最大限度地減少停機時間，延長通信組件的使用壽命[68]。此外，未來的方案應采用動態路由和頻譜管理技術，實施人工智能驅動的動態路由算法和頻譜管理方法，以優化數據傳輸的可用頻率和路徑。這種方法有利于適應不斷變化的環境條件和通信流量，提高整個系統的彈性。此外，還必須對集成了 LLM 的無人機系統廣泛開展基于人工智能的培訓和模擬，以確保它們能夠處理各種操作環境和突發情況，從而提高可靠性。

未來的工作還應強調建立實時監控和決策支持系統[29]。這些系統至關重要，因為它們能對無人飛行器的健康和通信狀態進行持續評估，并能提出建議或自動采取糾正措施。

干擾緩解方案

基于 LLM 的無人機通信在各個領域都需要干擾緩解方案，從商業快遞服務到基本的應急響應行動，不一而足。為了滿足這些需求，未來的研究必須開發出能夠實時動態識別和緩解干擾的先進信號處理算法 [172]。這涉及采用機器學習模型，特別是基于歷史數據和實時輸入預測和抵消干擾模式的深度學習技術 [173，174]。

此外，新方案還應探索波束成形技術，以提高信號清晰度和強度。這可以通過實施智能天線技術來實現，該技術可自適應地聚焦和引導波束遠離干擾源，或使用多天線發送和接收信號，從而減少干擾影響[175, 176]。加強頻譜管理策略對于優化頻率使用、避免造成或遭受干擾也至關重要。這包括開發 LLM 驅動模型，根據無人機的任務要求和頻譜環境動態分配帶寬和調整頻率。

未來的工作重點還應放在集成認知無線電功能上，使無人機通信系統能夠自動改變頻率以避免干擾。探索開發 LLM 算法可使無人機感知其運行環境，并在必要時就跳頻或調制調整做出智能決策。

此外，改進無人飛行器之間的網絡協調以共同管理和緩解干擾也至關重要。這需要未來對分散決策模型進行研究，通過大型語言模型，無人機能夠共享干擾源信息，并協同決定最佳通信路徑和協議。此外，加強無人機通信以抵御可能造成干擾或破壞通信的惡意攻擊也至關重要。另一個重點領域是利用大型語言模型開發檢測和響應系統，以識別和消除復雜的信號干擾和欺騙技術。

監管宣傳和政策建議

隨著基于 LLM 的無人機通信系統越來越多地融入各行各業[132]，有關這些技術的監管宣傳和政策建議的未來方向和研究機會也越來越重要。未來的主要重點應是制定全面的政策，解決安全、隱私和道德標準問題，同時促進無人機操作的創新和集成。這需要與監管機構合作，制定明確的指導方針，以適應 LLM 和無人機技術的快速發展。

未來的工作必須確保數據通信的安全性，因為無人機要處理和傳輸大量潛在的敏感數據 [177]。因此，必須采取措施保護這些數據免遭破壞和未經授權的訪問，同時保障數據的完整性和個人隱私 [178]。此外，今后的工作應繼續關注制定空域使用法規，通過確定無人機如何與現有空中交通融合以及定義無人機操作的特定區域或高度來防止沖突和事故。與此同時，隨著無人機越來越多地基于人工智能做出自主決策，確定人工智能決策的問責措施至關重要；如果這些決策導致不良后果，確定由誰負責至關重要。因此，制定人工智能行為標準，確保人工智能系統透明，其行為可追溯，并建立法律框架來解決責任和合規問題。此外，隨著技術的發展，持續監測和修訂這些政策對于維持一個支持技術進步和保護公眾利益的環境至關重要[15]。

結論

本文介紹了大型語言模型與無人機集成的變革潛力，開創了自主系統的新時代。我們全面分析了 LLM 架構，評估了它們在增強無人機能力方面的適用性。我們的主要貢獻包括詳細評估了用于無人機集成的 LLM 架構，并探索了基于 LLM 的前沿無人機架構。這為開發更加精密、智能和反應靈敏的無人機操作鋪平了道路。此外，通過 LLM 集成改進光譜傳感和共享的重點為數據處理的進步開辟了新的途徑，這對無人機系統內的穩健決策至關重要。我們展示了通過集成大型語言模型而擴大的現有無人機應用范圍。我們強調了這是如何使無人機在各種應用中具有更強的自主性和更有效的響應能力，并最終提高不同領域的可靠性和功能性。本文最后概述了未來需要研究的關鍵領域，以充分發揮 LLM-UAV 集成的優勢。所討論的進展為未來奠定了基礎，在未來，無人機將超越其傳統角色，發展成為復雜集成系統的關鍵組成部分，釋放人工智能的全部潛力。這項工作可以作為持續技術進步的基石，推動我們走向這樣一個未來：大型語言模型和無人機技術之間的協同作用可以通過實現前所未有的自動化和高效率水平來徹底改變各個領域。

生成式人工智能（GenAI）在近年來取得了顯著進展，并在計算機視覺和計算設計等不同領域的各種生成任務中表現出色。許多研究人員嘗試將GenAI集成到可視化框架中，利用其卓越的生成能力來執行不同操作。同時，近期在GenAI領域的重大突破，如擴散模型和大型語言模型，也極大地提升了GenAI4VIS的潛力。 從技術角度來看，本文回顧了以往利用GenAI的可視化研究，并討論了未來研究的挑戰與機遇。具體而言，我們涵蓋了不同類型的GenAI方法在不同可視化任務中的應用，包括序列生成、表格生成、空間生成和圖生成技術，并將這些任務總結為四個主要階段：數據增強、視覺映射生成、風格化和交互。對于每個具體的可視化子任務，我們展示了典型的數據和具體的GenAI算法，旨在提供對最新GenAI4VIS技術及其局限性的深入理解。 此外，基于綜述，我們討論了評估、數據集以及端到端GenAI與生成算法之間差距這三個主要方面的挑戰和研究機會。通過總結不同的生成算法、它們的當前應用及其局限性，本文旨在為未來的GenAI4VIS研究提供有用的見解。

引言

VizDeck [1]。可視化是通過渲染空間或抽象數據的圖形表示來輔助探索性數據分析的過程。最近，許多研究人員嘗試將人工智能（AI）應用于可視化任務[2, 3, 4, 5, 6]。特別是由于可視化本質上涉及對原始數據的表示和交互，許多可視化研究人員開始采用快速發展的生成式人工智能（GenAI）技術，這是一種通過學習現有的人造樣本生成合成內容和數據的AI技術[7, 8]。近幾年，GenAI在人工智能領域嶄露頭角，對各種研究和應用領域如工件設計和交互設計產生了深遠而廣泛的影響（例如[9, 10, 11]）。 最近，多模態AI生成模型如Stable Diffusion [12]或DaLL-E 2 [13]使得沒有傳統藝術和設計技能的普通用戶可以通過簡單的文本提示輕松生成高質量的數字繪畫或設計。在自然語言生成方面，大型語言模型如GPT [14]和LLaMa [15]也展示了驚人的對話、推理和知識嵌入能力。在計算機圖形學領域，最近的模型如DreamFusion [16]也在3D生成方面展示了令人印象深刻的潛力。GenAI的獨特優勢在于其靈活的能力，可以基于從現實世界數據中隱含獲得的知識進行數據建模和設計生成。這一特性使GenAI成為一種變革力量，能夠減輕傳統計算方法的工作負擔和復雜性，并通過比以往方法更具創意的生成結果擴展設計的多樣性。 GenAI的巨大潛力在其增強和簡化數據可視化過程中的操作能力中尤為明顯。從數據處理到映射階段及其后，GenAI可以在數據推理和增強、自動可視化生成以及圖表問答等任務中發揮關鍵作用。例如，自動可視化生成在當前的GenAI方法浪潮之前一直是研究重點，為非專業用戶提供了一種有效進行數據分析和創建視覺表示的方法（例如[17, 18]）。傳統上，自動可視化方法依賴于基于設計原則的專家設計規則[19]。然而，這些方法受到基于知識系統的限制，難以在復雜規則或過于簡化的目標函數中全面整合專家知識[20]。GenAI的出現引入了一種范式轉變，不僅提高了效率，還在一個前所未有的技術進步時代提供了一種更直觀和可訪問的可視化方法。

盡管GenAI表現出色，但在可視化應用中它可能面臨許多挑戰，因為可視化有其獨特的數據結構和分析需求。例如，可視化圖像的生成與自然或藝術圖像的生成有顯著不同。首先，GenAI在可視化任務中的評估比自然圖像生成更復雜，因為需要考慮許多超出圖像相似性的因素，如效率[21]和數據完整性[22]。其次，與在具有簡單注釋的大型數據集上訓練的通用GenAI任務相比，可視化任務的多樣性和復雜性需要更復雜的訓練數據[23]，這更難以策劃。第三，傳統可視化管道與強規則約束之間的差距使得與端到端GenAI方法的完全整合變得困難。這些獨特的特性使得利用最新的通用預訓練GenAI模型來實現特定可視化生成變得不那么直接。因此，了解以前的工作如何利用GenAI進行各種可視化應用，面臨的挑戰是什么，尤其是如何調整GenAI方法以適應這些任務是很重要的。

雖然之前的一些綜述涵蓋了AI在可視化中的一般應用[3]，但據我們所知，沒有研究專門集中在綜述GenAI方法在可視化中的應用。本文廣泛綜述了文獻并總結了為可視化開發的AI驅動生成方法。我們根據具體任務將各種GenAI方法分類，這些任務對應于可視化生成的不同階段。通過這種方式，我們收集了81篇關于GenAI4VIS的研究論文。我們特別關注在特定任務中使用的不同算法，希望幫助研究人員理解最新技術的發展及其挑戰。我們還討論并突出潛在的研究機會。 本文的結構如下。第二部分概述了我們綜述的范圍和分類，并定義了關鍵概念。從第三部分到第六部分，每一部分對應于GenAI在可視化管道中的一個階段。具體來說，第三部分討論了GenAI在數據增強中的應用。第四部分總結了利用GenAI進行視覺映射生成的工作。第五部分重點介紹了GenAI如何用于風格化和與可視化的交流。第六部分涵蓋了支持用戶交互的GenAI技術。第三至第六部分的每個小節涵蓋了該階段中的一個特定任務。為了全面理解當前GenAI方法如何處理特定結構的數據以及在特定任務中仍然存在的挑戰，小節的結構分為兩部分：數據和算法以及討論。最后，第七部分討論了未來研究的主要挑戰和研究機會。

范圍與分類

范圍與定義

生成式人工智能（GenAI）是一種通過分析訓練樣本，學習其模式和分布，然后創建逼真仿制品的AI技術。GenAI利用生成建模和深度學習（DL）的進步，通過利用現有的文本、圖形、音頻和視頻等媒體，在大規模上生成多樣化的內容[7, 8]。GenAI的一個關鍵特征是通過從數據中學習而不是通過顯式編程來生成新內容。

** GenAI方法分類**

盡管生成目標在文本、代碼、多媒體到3D生成等不同領域有所不同，但生成的具體算法實際上依賴于數據結構，這些數據結構在不同領域中表現出共同的特征。特別是在GenAI4VIS應用中，基于數據結構的分類可以促進對不同可視化任務中涉及的不同類型數據的算法的更具體理解。這里，我們概述了與數據可視化相關的典型數據結構的不同類型GenAI。

• 序列生成：此類別包括有序數據的生成，例如文本、代碼、音樂、視頻和時間序列數據。序列生成模型，如LSTMs和Transformers，可用于創建具有順序或時間結構的內容。
• 表格生成：此類別涵蓋以行和列形式生成結構化數據，如電子表格或數據庫表。應用包括數據增強、匿名化和數據插補。
• 圖生成：此類別涉及生成圖和網絡結構，如社交網絡、分子結構或推薦系統。像圖神經網絡（GNNs）和圖卷積網絡（GCNs）這樣的模型可以用來生成或操作圖結構數據。
• 空間生成：此類別涵蓋2D圖像和3D模型的生成。這些數據具有在歐幾里得空間中進行2D或3D投影的空間數據的共同特征，可以表示為具有2D/3D坐標的像素、體素或點。2D生成包括圖像合成、風格遷移和數字藝術，而3D生成涵蓋計算機圖形、虛擬現實和3D打印。像GANs、VAEs和PointNet [24]等技術可以用于創建2D和3D內容。 GenAI4VIS任務分類

為了對收集到的文章進行分類和組織，我們借鑒了描述不同基本階段的經典可視化管道[25]。然而，由于GenAI被應用于不同于傳統操作的更廣泛場景中，我們也修改了該管道以涵蓋一些最新的研究主題，包括數據增強、視覺映射生成、風格化和交互。值得注意的是，數據轉換部分被概括為數據增強的概念，這一術語靈感來自McNabb等人的研究[26]。此外，由于很少有GenAI用于可視化的工作專注于基本視圖轉換，我們將此部分替換為更廣泛的風格化與交流概念。在不同階段下，我們進一步將工作分類為具體任務，如圖1所示。

• 數據增強：數據增強是指改善數據質量或完整性，或增強數據的特征表示以便后續可視化的過程。這可以包括數據增強、嵌入或其他變換，使其更適合可視化。
• 視覺映射生成：這是指使用算法和軟件工具自動生成可視化，而無需大量手動干預。自動視覺映射生成允許用戶利用如何創建適當可視化的常識來減少工作量和人為違反設計原則的情況。
• 風格化：擴展了[27]中提出的呈現概念，我們在可視化中定義了風格化，這涉及應用設計原則和美學選擇，使可視化更具吸引力和有效傳達信息。它包括關于顏色方案、字體、布局和其他視覺或文本元素的決策，以增強信息輔助可視化[20]。 -** 交互**：在數據可視化的背景下，交互是指用戶與可視化數據之間的動態參與和交流。它包括用戶操縱、探索和解釋視覺表示的能力。這可以涉及各種形式的交互，例如圖形交互（如縮放、平移、點擊）和自然語言交互（如圖表問答）。 這些任務的早期方法側重于具有復雜專家設計規則反映設計原則的基于規則的算法，這在許多應用（如色彩映射生成[28]）中仍然有效。一些研究還利用基于優化的方法來最小化專家定義的顯式目標函數。然而，這些類型的方法與GenAI方法不同，因為它們是自上而下的，并不從現實世界的數據中學習。為了縮小我們綜述的范圍，我們排除所有純粹基于規則或優化的生成算法。 ** 不同GenAI方法與任務的關系**

由于GenAI4VIS的廣泛多樣化應用，不同GenAI方法與任務之間沒有明確的一對一關系。然而，我們可以觀察到一些有趣的關聯。首先，序列生成主要應用于視覺映射或與交互相關的任務。這是因為如翻譯模型和最新的大型語言模型（LLMs）或視覺-語言模型在生成指定視覺映射的代碼序列或交互流程和輸出序列方面非常有用。其次，表格生成主要用于數據增強。這是因為具有屬性列的表格數據是可視化的最常見初始輸入數據，通過數據增強（如代理數據生成）可以為后續任務帶來好處。接下來，圖生成也主要用于數據增強，因為數據推理和增強可以促進圖數據的后續分析。然而，盡管其使用相對較少，它在視覺映射和風格化方面具有巨大潛力，因為圖結構（如知識圖譜或場景圖）可以優化視覺編碼和布局。最后，空間生成主要應用于數據增強和風格化任務。這是因為2D和3D數據（如圖像和體數據）也是VIS4AI和SciVis應用中常見的輸入類型，而將基本圖表修飾為風格化圖表則依賴于基于圖像的生成方法。圖2通過桑基圖展示了GenAI4VIS任務與方法之間的關系，并例示了不同方法涉及的具體數據類型。表1進一步列出了每種數據結構和任務的詳細方法。

隨著各國和國防組織適應快速變化的安全和戰爭環境，生成式人工智能正在成為一種重塑戰略、能力和行動的變革性技術。

增強態勢感知和決策能力

生成式人工智能正在重塑國防情報界和軍事部門的工作方式，以及他們提供戰場態勢感知和決策的方式。由于人工智能算法能快速關聯來自不同傳感器系統的數據，如地面傳感器、衛星、無人機和其他可用的戰場信息源，因此能實時描繪作戰環境，從而增強在壓力最大、時間最緊迫的條件下作戰的指揮官的決策能力。從這個意義上說，生成式人工智能在作戰情報中的應用與美國國防部 2017 年宣布的 “Project Maven ”計劃有異曲同工之妙。

改變軍事訓練和模擬

生成式人工智能改變了國防軍事訓練和模擬。利用人工智能算法，軍事人員現在可以接觸到高度逼真的動態訓練模擬環境，幾乎可以適應無限多的作戰場景--所有這一切都具有成本效益且無風險。北約正在將人工智能融入其訓練計劃，讓這些模擬環境適應受訓人員的行動和反應。這表明人工智能有能力設計獨特的學習體驗，適應受訓者的需求，并優化他們的認知準備狀態。

推進自主系統

將生成式人工智能融入國防領域，對無人監視、偵察和作戰行動自主系統的研究和開發起到了重要作用。人工智能允許無人機和無人駕駛車輛在沒有人類直接控制的情況下執行任務，從而提高了速度、耐力和風險。以色列國防軍最近開始使用人工智能驅動的自主無人機在邊境合規場景中執行軍事監視和偵察任務，這證明了這些技術的作戰優勢和戰略價值。

網絡防御與安全

生成式人工智能在網絡安全領域也大有可為。它可以幫助識別、預防和應對網絡威脅--使用人工智能算法來識別可能預示著網絡攻擊的新穎和前所未見的模式。美國網絡司令部利用人工智能增強其網絡防御能力，其結果是為關鍵信息基礎設施提供更加積極主動的安全態勢，并改善運行的連續性。

印度在國防領域對新一代人工智能的戰略擁抱

印度在國防領域的生成式人工智能整合方面處于領先地位。印度政府已經認識到人工智能在戰區內外形成下一代能力支柱的潛力，如今已在國防部門啟動了多項宏偉的人工智能設計。根據一項名為 “AI for ALL ”的倡議，印度政府正在將人工智能融入其 “Mae in India ”和 “數字印度 ”的敘事中。在國防研究與發展實驗室（DRDO）內部，量子計算和人工智能正被用于生成用于指導無人駕駛航空器和水下航行器、網絡防御以及軍事平臺預測性維護的系統。

主要挑戰與機遇

計算是實現生成式人工智能的挑戰之一。GMLV 技術表明，先進的人工智能需要強大的計算能力，而這一直是部署下一代神經網絡所面臨的問題。因此，美國可能有更多機會在美國出口商、銀行業、保險業和醫療保健業的新興市場中發揮重要作用，并利用國家安全局開發的加密系統--這是對信息時代研發工程設計的重要性的另一種諷刺--所有這一切都源于印度對創生式人工智能的戰略擁抱，以及其預期的近乎無限的創造和組合，而這些都是事先無法預測的。

隨著生成式人工智能在國防工業中的應用持續升溫，我們肯定會看到在預測性維護、物流優化、下一代武器系統開發和其他領域出現更多技術。但是，正如所指出的，人工智能技術的快速發展也帶來了一些實質性的挑戰，尤其是在安全和道德領域。這些挑戰包括：自主武器擴散風險的蔓延；戰場上的潛在競爭；人工智能驅動的沖突升級動態；以及無數其他挑戰。要應對這些挑戰，就必須開展大量國際合作，并作出全球承諾，制定人工智能倫理準則和監管框架。

結論

生成式人工智能即將徹底改變國防工業，開啟全新的能力和效率世界。但是，我們利用這一強大技術的能力將承擔沉重的責任，并將成為全球安全計算中的一個重要考慮因素。

參考來源：//www.linkedin.com/pulse/generative-ai-shaping-present-future-defense-lbcrf

美國陸軍即將發布關于使用大型語言模型（LLM）和生成式人工智能（AI）的新政策指南。此舉正值五角大樓尋求利用人工智能的變革潛力，同時解決安全問題并確保該技術滿足美國防部（DoD）的獨特需求之際。隨著人工智能的不斷發展，陸軍旨在利用其能力來提高作戰效率、決策和整體任務成功率。

大型語言模型的崛起

大型語言模型，如 OpenAI 的 GPT-4 和谷歌的 Gemini，因其能夠根據提示和訓練數據生成類似人類的文本、音頻、代碼、圖像和視頻而備受關注。這些模型已在從內容創建到復雜問題解決等各種應用中展示出令人印象深刻的能力。然而，它們的廣泛應用也引發了有關數據安全、道德考量和潛在濫用的關鍵問題。

美陸軍對生成式人工智能的態度

認識到生成式人工智能的潛力和挑戰，陸軍將發布新的政策指南，以確保負責任地安全使用這些技術。據陸軍首席信息官（CIO）利奧-加西加（Leo Garciga）稱，即將發布的指令將為如何將 LLM 集成到陸軍行動中同時保護敏感信息提供明確的指導。這項政策預計將涉及幾個關鍵領域：

• 安全問題： 使用市售 LLM 的主要顧慮之一是，敏感軍事數據有可能暴露給未經授權的個人。陸軍的政策將強調使用符合國防部嚴格安全標準的安全內部人工智能系統的重要性。這種方法旨在防止機密信息的無意泄漏，并防止潛在的敵方利用。
• 量身定制的解決方案： 陸軍尋求可定制的人工智能解決方案，以滿足其特定的作戰需求。這包括開發可在陸軍安全環境下運行的人工智能模型，并應對軍事應用的獨特挑戰。通過與行業合作伙伴合作并利用內部專業知識，陸軍旨在創建既能提高任務效率又不影響安全性的人工智能工具。
• 合乎道德和負責任的使用：陸軍致力于合乎道德地采用人工智能技術。新政策將納入負責任地使用人工智能的原則，確保人工智能系統透明、負責，并符合陸軍的價值觀和任務目標。這包括持續實驗、用戶反饋和不斷改進，以解決可能出現的任何道德問題。

生成式人工智能在陸軍中的應用

生成式人工智能在各種軍事應用中大有可為。一些潛在用例包括

• 作戰規劃和決策：人工智能可協助指揮官分析海量數據、提出可行見解并做出明智決策。通過將常規任務自動化并提供實時分析，人工智能可以提高決策過程的速度和準確性。
• 培訓與模擬：人工智能驅動的模擬可以創建逼真的訓練環境，讓士兵在可控的環境中練習和提高技能。這些模擬可以適應不同的場景，提供寶貴的經驗并提高戰備狀態。
• 后勤和供應鏈管理：人工智能可以通過預測需求、管理庫存和簡化供應鏈流程來優化物流運營。這可以提高資源分配效率，降低運營成本。
• 網絡安全：人工智能可以通過實時檢測和應對威脅來增強陸軍的網絡安全態勢。先進的人工智能算法可以識別模式和異常，從而實現對網絡攻擊的主動防御。

挑戰和考慮因素

雖然生成式人工智能的潛在效益巨大，但陸軍必須克服幾個挑戰，以確保成功實施：

• 數據質量和集成：人工智能系統的有效性取決于其訓練數據的質量和準確性。陸軍必須確保其數據是干凈、相關和適當整合的，以最大限度地發揮人工智能工具的效用。
• 人機協作：人工智能的有效使用需要人類操作員與人工智能系統之間的無縫協作。陸軍必須在培訓和教育方面進行投資，以確保人員能夠有效地與人工智能技術互動并加以利用。
• 遵守法規：陸軍的人工智能計劃必須符合國防部和聯邦層面的現有法規和標準。這包括遵守有關數據隱私、安全和道德使用的準則。

結論

美陸軍即將發布的關于大型語言模型和生成式人工智能的政策指導，是利用人工智能的力量進行軍事應用的重要一步。通過解決安全問題、定制滿足作戰需求的解決方案以及促進道德使用，陸軍旨在利用人工智能提高任務成功率并保持技術優勢。

參考來源：Indigo Monser

由人工智能（AI）支持的自主系統已經徹底改變了軍事行動和現代戰爭。無人系統非常適合執行危險和重復性的任務，在增強態勢感知和后勤能力的同時，也降低了對人類人員的風險。然而，它們日益重要的作用也引發了重大的安全問題：無人系統嚴重依賴機器學習（ML），容易受到網絡攻擊，從而危及任務、部隊和關鍵技術。雖然沒有系統是不可破解的，但系統架構對于確保設備盡可能抵御網絡攻擊至關重要，這不僅體現在初始部署，還體現在其產品生命周期的若干年內。因此，在整個開發和部署生命周期中都必須采取強有力的保障措施。安全設計原則、加密、訪問控制和安全通信可以強化這些系統，防止未經授權的訪問。

隨著自主系統在海洋、陸地和戰場上越來越普遍，包括軍隊、私營部門、學術界和政府在內的航空航天與國防（A&D）生態系統必須考慮大量因素。

從長矛、大炮到坦克，技術進步早已為軍隊帶來了戰術優勢。如今，人工智能（AI）已成為有望徹底改變戰爭的下一個前沿領域。能否實現這一愿景，取決于是否有能力防止這些 "會思考 "的機器被用來對付我們。

新的矛頭：無人機（UAV）和自主哨兵

無人機（UAV）和機器人哨兵 "狗 "等自主技術正在重新定義戰斗空間。這些設備擅長勘測地形、識別目標、探測威脅并解除威脅，而不會危及軍人的安全。它們的潛力巨大，但也存在漏洞。如果在設計中不采取嚴格的網絡安全措施，這些自主系統最終服務的可能是我們的對手，而不是我們的兵力。

軍用無人機和設備利用尖端的人工智能技術，只需極少的人工引導即可運行。計算機視覺算法使無人機能夠導航和探測目標，而自然語言處理技術則能分析語音和文本數據以提取洞察力。強化學習可優化復雜任務的決策，而深度神經網絡則可識別模式并從海量數據集中進行預測。

然而，增強無人系統的技術也帶來了新的網絡安全風險。人工智能支持的自主平臺在很大程度上依賴于數據和機器學習（ML）算法，這可能會使其面臨數據中毒、模型被盜以及旨在操縱其行為的惡意攻擊。

國防系統面臨的網絡威脅不斷增加

2015 年至 2021 年間，美國國防部（DoD）經歷了 12000 多起針對無人機和無人駕駛飛行器等無人系統的網絡事件--這個數字還會上升。攻擊者通過干擾通信、奪取飛行器控制權、竊取用于訓練人工智能模型的專有技術和敏感數據集等方式危害國家安全。這些最近的例子凸顯了網絡威脅日益增長的態勢。

此外，美國還面臨著來自戰略競爭對手的日益嚴重的網絡威脅，他們正在利用距離直接沖突不遠的灰色地帶，試圖破壞安全利益。這些漏洞的后果可能超出直接的安全風險： 黑客可能會偷取數據來降低人工智能模型的性能，或者竊取知識產權，如專有算法，從而削弱一個國家的競爭優勢。(圖 1）。

圖1 美國及其軍事利益面臨著來自戰略競爭對手的日益嚴重的網絡威脅，這些競爭對手試圖利用尚未發生沖突的灰色地帶破壞國家安全。

然而，預計到 2028 年，全球軍用人工智能市場規模將超過 130 億美元，這反映出越來越多的人開始采用這些非常適合執行危險任務和提高態勢感知能力的系統。在這種快速發展和暴露的環境中，技術進步與網絡安全復原力之間的微妙平衡已成為維護國家利益和保護每個人的當務之急。

用模塊化開放系統架構加強防御

為加強防御，無人系統開發人員應利用模塊化開放系統架構（MOSA）原則。模塊化開放系統架構通過開放標準和接口提供強大而靈活的網絡安全保障。

開發人員還可以將來自不同供應商的傳感器、處理器和功能作為人工智能操作系統的模塊組件進行集成。這種即插即用的方法更便于快速更換易受攻擊的部件，并針對快速發展的威脅定制防御措施。這也是沙箱或分離功能的關鍵策略，這樣任何損壞的應用程序都不會給其他應用程序帶來問題。

利用 MOSA，還可以利用最小特權原則（PoLP）（也稱為最小特權訪問模型）來保護系統架構免受破壞或攻擊。利用PoLP，內存等系統資源可以不可改變地分配給某些功能，開發人員可以確保應用程序只能訪問完成任務所需的最小系統功能集。

利用未來機載能力環境（FACE）和傳感器開放系統架構（SOSA）等通用開放式架構標準，可以安全地集成組件，并在不同平臺和不同技術世代之間實現互換。例如，一個供應商提供的模塊化計算板可以用另一個供應商提供的升級模塊替換，而無需徹底修改整個系統設計。

MOSA 還減少了對供應商的鎖定，從而使長期維護和升級更加經濟實惠。考慮到維持和維護成本通常占國防部系統生命周期成本的 70%，采用組件可互換的模塊化方法有望大大減少為適應新系統而重寫代碼的需要。

開發人員可以創建可重復使用、經認可的軟件和加密 IP 庫，從而簡化并加速新功能的集成，以適應不斷變化的威脅。通過迭代開發和測試，MOSA 等開放式架構方法可以更輕松地持續驗證、確認和認證是否符合安全標準。

從硬件的設計階段到軟件的開發階段，無人系統的每個層面都必須考慮到安全問題。為防止未經授權的訪問，開發人員應采用加密關鍵數據和通信、建立基于角色的訪問控制以及設計具有內置防篡改機制的硬件等策略。主動監控、頻繁打補丁和定期重新訓練 ML 模型將增強其在生命周期內的恢復能力。

軍事人工智能發展與網絡彈性之間的必要平衡

人工智能和自主技術正在改變現代戰爭：無人系統增強了軍事能力，同時降低了人類面臨的風險，并確保網絡安全始終是重中之重。如果不能在這些系統中建立強大的防御系統，我們的對手就可能獲得優勢。

隨著無人系統的普及，A&D 生態系統必須共同努力，應對人工智能帶來的獨特安全挑戰。為此，公共和私營部門應增加對安全人工智能研發的投資。學術機構可以加強網絡安全、ML 和機器人等領域的培訓。

隨著系統變得更加自主，政策制定者還必須使法規現代化，以促進安全性和問責制。采購準則應要求采用模塊化設計和開放式標準，使無人平臺面向未來。通過全企業范圍內的合作和警惕，無人駕駛系統實際上可以以負責任的方式部署，從而贏得信任。

人工智能的前景是廣闊的，但如果不對其力量加以控制，危險也會隨之而來。如果將嚴格的網絡安全保護措施融入系統架構中，人工智能操作系統就能加強國家安全，為作戰人員提供持久優勢，應對不斷變化的威脅。A&D 行業有義務以明智和合乎道德的方式開發和利用這些技術。通過將安全放在首位，行業和政府可以負責任地獲得人工智能的好處，同時保障生命和自由。

隨著近年來人工智能（AI）和機器人技術的發展，無人系統集群因其提供人類難以完成且危險的服務的潛力而受到學術界和工業界的極大關注。然而，在復雜多變的環境中學習和協調大量無人系統的動作和行動，給傳統的人工智能方法帶來了巨大的挑戰。生成式人工智能（GAI）具有復雜數據特征提取、轉換和增強的能力，為解決無人系統集群的這些難題提供了巨大的潛力。為此，本文旨在全面考察 GAI 在無人系統集群中的應用、挑戰和機遇。具體來說，我們首先概述了無人系統和無人系統集群及其使用案例和現有問題。然后，深入介紹各種 GAI 技術的背景及其在增強無人系統集群方面的能力。然后，我們全面回顧了 GAI 在無人系統集群中的應用和挑戰，并提出了各種見解和討論。最后，我們強調了無人系統集群中 GAI 的開放性問題，并討論了潛在的研究方向。

圖1:本文的總體結構。

近年來，無人系統（UVs）已成為一種顛覆性技術，為日常生活的各個領域帶來了革命性的變化，其應用范圍從包裹遞送、民用物聯網（IoT）到軍事用途[1, 2]。具體來說，無人車指的是可以在有限或無人干預的情況下運行的車輛、設備或機器，例如，車上沒有人類駕駛員或機組人員。得益于這一特殊屬性，UV 可用于在具有挑戰性或危險的環境中執行任務。一般來說，無人系統可分為無人飛行器（UAV）、無人地面車輛（UGV）、無人水面航行器（USV）和無人水下航行器（UUV）。正如其名稱所示，每種無人系統都是為特定任務和環境而設計的。例如，UAV 被廣泛用于航拍、環境和野生動物監測以及監視 [3, 4]，而 UGV 則可用于運輸和炸彈探測等任務。不同的是，USV 和 UUV 分別用于水面和水下作業，包括海洋學數據收集、水下勘探和潛艇監視 [5，6]。

隨著近年來人工智能（AI）和機器人技術的發展，無人潛航器的概念已經發展到了一個全新的層次，即無人系統集群。從本質上講，無人系統集群是通過協調一組無人飛行器（如機器人、無人機和其他自主飛行器）來實現一個共同目標而設計的[7, 8]。實際上，無人集群中的每個系統都可以配備自己的傳感器、處理器和通信能力。為了讓它們高效地協同工作，人們采用了人工智能和機器人學的先進技術來協調它們的行為，并執行自主導航、自組織和故障管理等復雜任務 [7，9]。因此，與傳統的無人系統相比，無人系統集群擁有各種優勢。特別是，它們可以根據具體任務和要求動態調整車輛數量，從而提供可擴展性和操作靈活性。此外，如果無人系統群中有幾個無人系統無法運行，剩余的無人系統仍然可以協同工作，確保任務成功。這對于需要高彈性和魯棒性的任務尤其有用。最后，通過允許無人系統集群相互學習和協作，無人系統集群可以實現集群智能，即所謂的集體智能[10, 11]，從而大大提高運行效率和可靠性。

雖然在無人系統集群中發揮著重要作用，但傳統的人工智能技術仍面臨諸多挑戰。特別是，這些技術需要大量標注的訓練數據，而且只能在特定環境下才能獲得良好的性能。因此，它們極易受到環境的動態性和不確定性的影響，而環境的動態性和不確定性正是無人系統集群的特點，例如無人系統之間的動態連接、風和洋流的影響以及物聯網應用中傳感器的不確定性和多樣性。此外，傳統的人工智能方法在具有大量 UV 的復雜場景以及水下、偏遠地區和受災地區等具有挑戰性的環境中可能表現不佳。為了克服傳統人工智能技術面臨的這些挑戰，生成式人工智能（GAI）在理解、捕捉和生成復雜的高維數據分布方面具有開創性的能力，因此最近在文獻中被廣泛采用。鑒于 GAI 在 UV 集群中的潛力，本文旨在從不同角度全面探討 GAI 在實現群體智能方面的挑戰、應用和機遇。

文獻中有一些調查側重于人工智能在 UV 中的應用[12, 13, 14, 15]。例如，文獻[12]的作者研究了深度學習、深度強化學習和聯邦學習等傳統人工智能技術在基于無人機的網絡中的應用，而文獻[13]的作者則對機器學習（ML）在無人機操作和通信中的應用進行了更全面的調查。不同的是，在文獻[15]中，作者綜述了物聯網網絡中人工智能無人機優化方法，重點關注人工智能在無人機通信、群體路由和聯網以及避免碰撞方面的應用。同樣，文獻[7]也討論了 AI/ML 在無人機群體智能中的應用。值得注意的是，上述調查和其他文獻主要關注無人機和傳統人工智能方法。據我們所知，目前還沒有任何文獻對無人機群的 GAI 發展進行全面的調查。本文的主要貢獻可歸納如下。

• 介紹了 UV 集群的基本原理，包括其在空中、地面、水面和水下領域的設計和運行以及實際應用案例。
• 深入概述了常見的 GAI 技術，包括生成對抗網絡 (GAN)、變異自動編碼器 (VAE)、生成擴散模型、變換器和歸一化流。我們還詳細介紹了每種技術在 UV 群體中的主要優勢和挑戰。
• 全面回顧了 GAI 在 UV 集群各種問題中的應用，如狀態估計、環境感知、任務/資源分配、網絡覆蓋和點對點通信以及安全和隱私。通過回顧這些 GAI 應用，我們深入了解了如何將 GAI 應用于解決 UV 集群中新出現的問題。
• 介紹了 UV 集群中 GAI 的基本開放問題和未來研究方向，包括可擴展性、自適應 GAI、可解釋群體智能、安全/隱私和異構群體智能。

本文的整體結構如圖 1 所示。第二節介紹了 UV 集群的基本原理。第三節深入概述了不同的 GAI 技術及其優勢。然后，第四節深入探討了 GAI 在 UV 集群新問題中的應用。第五節強調了 GAI 在UV集群中的未決問題和未來研究方向。此外，表 I 列出了本文中使用的所有縮寫。

圖2:UV系統的基礎結構及其應用。

圖 5：探索創新范圍：本圖展示了 12 個突破性的模型結構，每個方面都有兩種不同的方法，以展示 GAI 在提高性能和應對UV集群挑戰方面的各種應用。每個模型都包含獨特的策略和解決方案，全面展示了該領域的技術進步。

狀態估計

狀態估計對 UVs 集群的應用至關重要，尤其是在自動駕駛和交通估計等領域。在導航或軌跡規劃過程中，位置、速度和方向等狀態變量對橫向決策起著至關重要的作用 [128]。然而，系統測量和機器人動態的隨機性會導致實際狀態的不確定性。因此，狀態估計的主要目標是根據現有的時間觀測結果推導出狀態變量的分布 [127]。

將 GAI 集成到 UV 的狀態估計中提供了廣泛的創新方法，每種方法都是針對特定挑戰和操作環境量身定制的。例如，在應對 UGV 交通狀態估計中數據不足的挑戰時，[121] 中的作者利用圖嵌入 GAN，通過捕捉道路網絡中的空間互連，為代表性不足的路段生成真實的交通數據。在這一提議的框架中，生成器使用類似路段的嵌入向量來模擬真實交通數據。同時，判別器會區分合成數據和實際數據，并對生成器進行迭代訓練，以優化這兩個部分，直到生成的數據在統計上與真實數據無異。與 Deeptrend2.0 等傳統模型[129]相比，這種方法不僅填補了數據空白，還大大提高了估計精度，平均絕對誤差的減少就是明證。交通狀態估計的這種進步凸顯了 GAI 在復雜交通場景中改善 UGV 導航和決策的潛力 [121]。

除標準 GAN 外，cGAN 也可用于根據原始測量結果生成相應的系統狀態估計變量 [123]。cGAN 框架采用傳感器的原始測量值作為條件約束，解決了在動態環境中準確估計多個無人機運動的難題。文獻[124]中的作者將 Social LSTM 網絡[130]的單個運動預測與 Siamese 網絡[131]的全局運動洞察相結合，實現了綜合運動狀態預測。這種方法在準確預測無人飛行器軌跡方面表現出色，這對有效的集群導航至關重要。通過有效地分離和融合單個運動和全局運動，基于 cGAN 的框架表現出色，與原始的 Social LSTM 相比，提高了多目標跟蹤的性能。

此外，VAE 在捕捉無人機無線信道中的時間相關性方面的應用凸顯了 GAI 在通信系統中的重要性，它通過生成真實、多樣的信道樣本，改善了信道狀態估計和信號清晰度[125]。這種探索延伸到了基于擴散的分數模型和深度歸一化流，用于生成復雜的狀態變量分布，展示了 GAI 以更靈活的方式建模和估計狀態的能力，從狀態變量（即位置、速度和方向）到這些分布的復雜高維梯度[126, 127]。

GAI 在 UV 集群狀態估計方面的多功能性體現在兩個方面：通過對抗機制生成缺失信息的能力和融合各種數據源進行綜合狀態分析的能力。這些能力可以在復雜的運行場景中實現更精確的狀態估計。

環境感知

UV 的環境感知通常是指飛行器實時感知和了解周圍環境的能力 [142]。這是 UV 集群實現自主導航和完成任務的關鍵技術。這種技術通常涉及使用激光雷達、攝像頭和毫米波雷達等傳感器與外部環境進行交互 [143]。GAI 的各種創新應用明顯推進了 UV 的環境感知領域，詳見表 III。例如，由于運動造成的運動模糊、不利的天氣條件和不同的飛行高度等內在限制，無人機經常捕捉到低分辨率的圖像。為解決這一問題，作者在 [132] 中介紹了一種名為 Latent Encoder Coupled Generative Adversarial Network（LE-GAN）的框架，旨在實現高效的高光譜圖像（HSI）超分辨率。LE-GAN 中的生成器使用短期光譜空間關系窗口機制來利用局部-全局特征并增強信息帶特征。判別器采用真實圖像和生成圖像的概率分布之間基于瓦瑟斯坦距離的損失。這種框架不僅提高了 SR 質量和魯棒性，而且通過學習潛空間中高分辨率 HSI 的特征分布，緩解了模式坍縮問題造成的光譜空間失真[132]。

除了通過提高遙感分辨率來改善 UV 的精度外，GAI 更常見的應用是生成合成數據集，這表明了數據不足導致模型精度降低的難題[138]。例如，一個名為軌跡 GAN（Trajectory GAN，TraGAN）的框架用于從高速公路交通數據中生成逼真的變道軌跡[133]。另一個基于 GAN 的框架名為 DeepRoad，用于自動駕駛系統的測試和輸入驗證 [134]，通過生成不同天氣條件下的駕駛場景來提高測試的可靠性。VAE 也被用于生成更真實、更多樣的碰撞數據，以解決傳統數據增強方法的局限性 [136]。此外，結合 VAE 和 GANs 的圖像轉換框架可用于將模擬圖像轉換為真實的合成圖像，以訓練和測試變化檢測模型 [135，137]，不過它們仍需要真實圖像作為參考。此外，[139] 中的作者介紹了一種利用文本到圖像擴散模型的方法，用于生成逼真、多樣的無人機圖像，這些圖像以不同的背景和姿勢為背景。通過合并背景描述和基于地面實況邊界框的二進制掩碼生成的 20,000 多張合成圖像，檢測器在真實世界數據上的平均精度提高了 12%。

GAI 的另一個應用領域是場景理解或字幕制作。這種方法包括使用 CLIP 前綴進行圖像字幕處理，將 UV 捕捉到的圖像的視覺內容轉化為準確的文本描述，以便在 UV 中進行決策[140]。另一種方法是部署生成知識支持變換器（GKST），通過融合來自不同車輛視角的圖像信息來增強特征表示和檢索性能。[141]. 這些技術的一個有趣方面是，它們能夠處理和解釋復雜的視覺輸入，提供與人類感知非常相似的上下文理解水平。這種能力在動態環境中尤為有益，因為在動態環境中，快速準確地解讀視覺數據對有效決策至關重要。

總之，GAI 的生成能力在 UV 的環境感知領域證明是非常寶貴的。從提高圖像分辨率到生成合成數據集、創建多樣化的測試環境以及推進場景理解，GAI 是推動 UV 演進和提高其理解周圍環境并與之互動的效率的基石技術。

自主程度

自主性是指系統在沒有人類干預的情況下執行任務或決策的能力[152]。自主水平代表了 UV 在完全依賴機載傳感器、算法和計算資源的情況下獨立運行的能力。在 UV 蜂群中，自主水平取決于各種因素，如任務的類型和復雜程度、規劃和執行路線的能力等 [153]。表 IV 說明了 GAI 的集成在推進這些自主能力方面的關鍵作用。

在 UV 集群合作戰略領域，GAI 的應用體現在生成對抗模仿學習（GAIL）與多智能體 DRL 的集成上。例如，作者在 [144] 中介紹了一種基于多智能體 PPO 的生成式對抗仿真學習（MAPPO-GAIL）算法，該算法采用多智能體近似策略優化來同時采樣軌跡，完善策略和價值模型。與傳統的 DRL 搜索算法相比，該算法將網格概率用于環境目標表示，將平均目標發現概率提高了 73.33%，而平均損壞概率僅降低了 1.11%。此外，GAIL 還可用于在虛擬環境中訓練無人機執行導航任務，從而適應復雜多變的場景 [146]。

此外，還提出了一種基于 VAE 的模型，名為 BézierVAE，用于車輛軌跡建模，特別是安全驗證。BézierVAE 將軌跡編碼到潛在空間，并使用貝塞爾曲線對其進行解碼，從而生成多樣化的軌跡。與傳統模型 TrajVAE 相比，BézierVAE 顯著減少了 91.3% 的重構誤差和 83.4% 的不平滑度[133]，大大提高了自動駕駛車輛的安全性驗證[147]。在自主機器人調度方面，COIL 利用 VAE 生成優化的定時調度，大大提高了運行效率 [148]。最后，在多智能體軌跡預測中，考慮到意圖和社會關系的復雜性，采用了受條件 VAE 啟發的 GRIN 模型來預測智能體軌跡。雖然復雜系統面臨挑戰，如遵守物理定律等上下文規則，但可以通過使用特定解碼器或代理模型來近似這些限制，從而應對挑戰[149]。

在 UV 的路由規劃中，變壓器架構與 DRL 相結合，用于優化多個合作無人機的路由。與傳統算法相比，該方法性能優越，并行處理效率高，可持續獲得高回報 [150]。

增強 UV 的自主性對其獨立和合作的集群行動至關重要。GAI 的生成能力應用于多個方面，從生成新軌跡到完善路由策略，以及在不同場景中模仿智能體的路由行為。這些多樣化的應用展示了動態和適應性強的解決方案，對于 UV 在復雜多變的環境中高效、獨立地導航和運行至關重要。

任務/資源分配

在多智能體 UV 群的任務和資源分配領域，GAI 引入了有效的方法，提高了這些系統的效率和適應性。傳統方法通常依賴于固定算法和啟發式方法，但這些方法并不總能滿足動態和復雜環境的要求 [159]。如表 V 所示，GAI 為這些具有挑戰性的場景提供了必要的靈活性。

有人提出了一種基于 GAIL 的算法，用于為 DRL 重建虛擬環境，其中生成器生成專家軌跡，判別器將專家軌跡與生成的軌跡區分開來 [154]。這種方法可以創建一個接近真實世界條件的虛擬邊緣計算環境。它為計算資源分配多智能體 DRL 方法提供了探索和推斷獎勵函數的場所，同時避免了任意探索造成的對用戶體驗的損害。此外，一種基于自動編碼器的方法被應用到匈牙利算法中，以減輕數據速率矩陣中出現的相同權重造成的信息模糊問題，尤其是在蜂窩用戶（CU）和設備到設備用戶（D2DU）之間的帶寬和功率資源分配中[155]。該方法利用潛空間作為超參數，提供了一個最佳的重構成本矩陣，以協助資源分配決策。

此外，作者在 [156] 中提出了一種基于擴散模型的人工智能生成最優決策（AGOD）算法。該算法可根據實時環境變化和用戶需求進行自適應和響應式任務分配。正如深度擴散軟行為者批判（D2SAC）算法所展示的那樣，該算法通過整合 DRL 進一步提高了功效。與傳統的 SAC 方法相比，D2SAC 算法在任務完成率方面提高了約 2.3%，在效用收益方面提高了 5.15%[156]。傳統的任務分配方法假定所有任務及其相應的效用值都是事先已知的，而 D2SAC 則不同，它可以解決選擇最合適服務提供商的問題，因為任務是實時動態到達的。與傳統方法相比，D2SAC 在完成率和效用方面都有顯著的性能提升。

在聯合計算和通信資源分配領域，由于 UV 的獨立性質和電池限制，有效管理的重要性在 UV 中更加突出。文獻[157]中提出的基于擴散的模型提供了一種先進的方法，用于設計語義信息傳輸的最佳能源分配策略。該模型的一個主要優勢是能夠迭代改進功率分配，確保在 UV 群動態環境造成的不同條件下優化傳輸質量。在傳輸距離為 20 米、傳輸功率為 4 千瓦的條件下，這種基于擴散模型的人工智能生成方案超過了其他傳統的傳輸功率分配方法，如平均分配（名為 Avg-SemCom）和基于置信度的語義通信（Confidence-SemCom）[157]，迭代次數約為 500 次，傳輸質量提高了 0.25。

另一方面，作者在論文[158]中提出結合 LLM 探索提升 GAI 在多智能體 UV 群任務和資源分配方面的能力。利用 LLM 先進的決策和分析能力，為每個用戶創建了獨立的 LLM 實例，以實現 "通過以下方式減少網絡能耗 "的初衷Δp=0.85W"轉化為一系列細節任務，如調整發射功率和信道測量。然后將結果提示給 LLM，由 LLM 添加后續任務并指示相關執行器采取行動。通過在 LLM 上的集成，無人機智能體成功地在 2 個回合內實現了省電目標。盡管進一步的仿真結果表明，當智能體數量增加時，當前的 GPT-4 在維持多個目標方面會遇到一些困難。這種整合標志著 UV 蜂群在自主性和功能性方面的顯著進步。

總之，GAI 大大推進了多智能體 UV 群的任務和資源分配領域。從創建生動的仿真環境供分配算法探索，到迭代調整分配策略和打破粗略的任務細節意圖，GAI 展示了處理動態環境和各種挑戰的強大能力。

網絡覆蓋和點對點通信

如第二節所述，UV 的一個關鍵應用是作為移動基站重建通信網絡[46, 47, 48, 49, 164]。在這種情況下，有效的定位策略至關重要，它能以有限的 UV 實現最大的用戶覆蓋范圍，從而確保無縫接入。此外，當 UV 蜂群以分層結構部署時，領導 UV 充當指揮中心，確保子 UV 之間的有效通信覆蓋對于任務分配和協作至關重要。如表 VI 所示，各種 GAI 可滿足高效網絡覆蓋和車對車（V2V）通信的需求。

雖然利用無人機作為移動站來提供動態無線通信中的臨時網絡鏈接正變得越來越流行，但由于無人機高度、移動模式、空間域干擾分布和外部環境條件等因素的不同，優化網絡可能非常復雜，這帶來了獨特的挑戰。為解決有限無人機的網絡覆蓋優化問題，作者在 [160] 中提出使用 cGAN。該框架包括一個用于建模和預測最佳網絡配置的生成器、一個用于評估這些配置在真實世界場景中的效率的判別器，以及一個用于適應性和可擴展性的編碼機制。基于 cGAN 的方法不僅保證了無人機的最佳定位，還簡化了計算復雜度。作者在文獻 [163] 中提出的另一種解決方案利用基于自我注意的變壓器來預測用戶的移動性，并改進空中基站的布置。變壓器模型能夠捕捉時空相關性并處理長輸入和輸出序列。與常規部署方案相比，基于變壓器的方案在覆蓋率方面取得了顯著提高，比常規方案提高了 31% 以上[167]，比基于 LSTM 的方案提高了 9% 以上。

在對 UV 蜂群中的安全導航至關重要的 V2V 通信領域，車輛經常會通過轉發圖像來交流環境數據。然而，由于傳輸中斷、環境噪聲和車輛運動造成的噪聲，這些圖像可能會被破壞。為解決這一問題，作者在 [162] 中整合了用于圖像復原和網絡優化的 GDM。GDM 可使車輛通過減少數據傳輸和通信延遲，將傳輸的圖像恢復到原始質量。基于隨機微分方程的 GDM 具有迭代特性，善于完善車聯網網絡解決方案，特別是在路徑規劃等領域。例如，GDM 以初步路徑啟動優化，然后根據關鍵性能指標逐步改進。該過程利用這些指標梯度來引導路徑修改，以實現最優解。與傳統的 DQN 方法相比 [168]，所提出的基于 GDM 的方法在 300 個歷時[162]的平均累積獎勵中實現了 100% 的增長。

總之，對于網絡覆蓋和可達性，GAI 可以直接生成定位策略，也可以充當編碼器，通過捕捉空間信息來增強傳統算法。在效率方面，GAI 可作為一個框架，利用語義信息減少數據傳輸，同時通過引導生成保持通信。然而，盡管這些發展代表了管理 UV 蜂群的飛躍，但仍有一些領域有待進一步探索。例如，[162] 中的作者提出了整合其他模式以提高通信效率的問題。這為未來研究在 UV 網絡中整合多模態數據處理提供了機會。這種探索可以大大提高這些技術對不同網絡拓撲結構和環境條件的適應性。此外，GAI 有可能促進 UV 蜂群部署中的自主決策，這為推動該領域的發展提供了一條大有可為的途徑。通過擴大 GAI 的應用范圍，研究人員可以針對各種復雜的現實世界場景進一步優化 UV。

安全/隱私

安全和隱私是 UV 蜂群的重要方面，尤其是在軍事和監控應用中。將 GAI 集成到這些領域可為增強系統安全性和確保隱私提供創新解決方案。如圖 6 所示，一個有趣的潛在應用是利用 GAI 生成虛假數據或模擬通信活動的能力來充當 "蜜罐"，誤導潛在攻擊者并加強系統安全性[176]。LLM 生成的 "蜜罐 "可作為額外的保護層，傳播虛假信息，迷惑和誘捕攻擊者，從而增強蜂群的集體安全性。在蜂群網絡中創新性地使用語言處理技術，是保護自動駕駛汽車免受復雜網絡威脅的一個新領域。表七詳細介紹了 GAI 在 UV 蜂群安全和隱私保護中的應用。

自動駕駛 GAN（ADGAN）[169]是 GAI 在隱私保護領域的一個顯著應用。ADGAN 是一種基于 GAN 的圖像到圖像轉換方法，旨在保護車輛攝像頭位置數據的隱私。ADGAN 通過移除或修改圖像中的背景建筑物來實現這一目標，同時保留了識別交通標志和行人等其他物體的功能。語義通信是增強 UV 群安全性的有效手段，因為它能去除與任務無關的背景圖像。此外，ADGAN 引入了多判別器設置，提高了圖像合成性能，并提供了更強的隱私保護保障，可抵御更強大的攻擊者[169]。另一個類似的應用是基于 GAN 的框架，該框架通過改變可識別的特征來保護街景圖像中的身份隱私，例如用逼真的背景替換移動的物體 [172]。

在軌跡數據隱私方面，TrajGAN 通過生成合成軌跡來保護軌跡數據的隱私[170]。這些軌跡遵循與真實數據相同的分布，同時掩蓋了用戶的個人位置和身份。它們保留了真實數據的統計屬性，并捕捉到了人類的移動模式。不過，TrajGANs 在創建密集的軌跡表示時可能會面臨挑戰，特別是在時間戳和路段方面，而且可能無法識別數據中的一些罕見或特殊事件。為了進一步加強保護，作者在 [171] 中提出了 LSTM-TrajGAN 框架。該框架由三部分組成：一個生成器，用于生成和預測真實的軌跡配置；一個判別器，用于將這些配置與真實數據進行比較，以驗證其真實性和實用性；以及一個專門的編碼機制，利用 LSTM [177] 循環神經網絡對軌跡數據及其各自的時間戳進行時空嵌入。使用軌跡-用戶鏈接（TUL）算法作為攻擊者，對其隱私保護效果進行了評估[178]。在真實世界的語義軌跡數據集上進行評估后發現，與隨機擾動（66.8%）和高斯地理掩碼（48.6%）等傳統地理掩碼方法相比，所提出的方法能將攻擊者的準確率從 99.8% 降低到 45.9%，從而實現更好的隱私保護[179]。這些結果表明，LSTM-TrajGAN 可以更好地防止用戶被重新識別，同時保留真實軌跡數據的基本時空特征。

VAE 也被用于保護 UV 軌跡隱私。文獻[173]中的作者利用 VAE 創建合成車輛軌跡，通過在數據中添加噪聲來確保不同的隱私。這種方法有助于有效模糊車輛位置，但由于添加了噪聲，可能會導致一些數據失真。如文獻[174]所述，聯合學習中的變形器通過在網絡間只共享基本數據特征來提高自動駕駛的隱私性。這種方法提高了隱私性，但面臨著通信鏈路穩定性和外部干擾的挑戰。

為了保護車輛網絡安全，作者在文獻 [175] 中提出了一種基于變壓器的入侵檢測系統，為車輛網絡提供了一種復雜的解決方案。該系統采用自我注意機制分析控制器局域網（CAN）報文，將其準確地分類為各種車內攻擊，如拒絕服務、欺騙和重放攻擊。作者在 [174] 中提出的另一個基于變壓器的模型是將變壓器集成到聯合學習設置中。這種方法可以在自動駕駛汽車網絡中共享關鍵數據特征而不是原始數據。這種方法能最大限度地減少敏感數據的暴露，同時還能實現協同決策和計算，從而大大提高了隱私保護。

總之，GAI 在 UV 群中的應用徹底改變了安全和隱私措施，特別是在軍事和監控等敏感領域。"蜜罐 "和基于 GAN 的框架等技術展示了 GAI 在數據處理方面的能力，從而增強了安全性。此外，在針對軌跡隱私的聯合學習中實施 VAE 和轉換器，以及先進的入侵檢測系統，都凸顯了 GAI 在防范復雜網絡威脅方面的適應性和有效性。

UV安全和故障檢測

UV安全是另一個關鍵問題，包括系統故障的檢測、隔離和解決。與避免碰撞或為 UV 集群制定安全路徑規劃策略等與這些系統的自主水平更密切相關的其他安全問題不同[184]，UV 安全研究突出了 UV 系統內部漏洞（包括算法和硬件故障）帶來的獨特挑戰。該領域的研究旨在通過開發方法和技術，使這些系統能夠在潛在故障影響車輛性能或安全之前有效識別并排除故障，從而提高 UV 運行的整體可靠性和安全性。

監測運行參數以檢測 UV 系統故障對于確保其安全性和效率至關重要。有人提出了一種新穎的框架，該框架使用 LSTM 網絡與自動編碼器相結合，能夠從車輛性能數據中持續學習 [181]。這一框架增強了系統精確定位和逐步處理故障的能力。LSTM 在處理時間序列數據方面的能力使這種方法在各種因素都可能影響車輛性能的動態環境中尤為有效。LSTM 自動編碼器可以生成代表潛在故障場景的合成數據點，從而增強訓練數據集，使模型能夠從更廣泛的條件中學習，并根據模擬數據在檢測不同類型的無人機誤操作方面達到 90% 的準確率，在分類方面達到 99% 的準確率。這大大提高了 UV 系統的安全性和運行效率。在隨后的發展中[182]，無人機故障檢測和分類取得了進展，特別是通過基于 FPGA 的硬件加速，速度提高了四倍，而能耗卻降低了一半。這項研究進一步確定了 GAI 的關鍵考慮因素，表明模型計算可針對實時操作進行優化。在無人機群中的成功部署也表明，類似的策略可以提高 GAI 在動態環境和復雜任務協調中的性能。

另一方面，VAE 提出了在 UV 蜂群中進行故障和異常檢測的復雜方法。作者在 [180] 中提出了一種新方法，即在代表 UV 正常運行的數據上訓練 VAE。這種方法有助于 VAE 理解什么是標準性能。學習過程涉及輸入數據的重建，其中模型準確復制原始數據的能力是識別操作一致性的基礎。重構誤差與標準值的重大偏差預示著潛在的故障或異常。通過對輸入數據進行重構并計算所產生的誤差，基于 VAE 的方法在檢測故障和異常方面的平均準確率達到了 95.6%[180]。利用 VAE 映射關系能力的優勢在于，它們能熟練發現訓練數據集中不存在或未考慮的新故障或問題。這一特點確保了基于 VAE 的系統能夠在各種不可預測的場景中保持高水平的安全性和可靠性。在經常會遇到各種環境條件和操作挑戰的 UV 操作中，這一特性顯得彌足珍貴。然而，必須承認的是，VAE 的性能會受到各種因素的影響，其中包括 VAE 模型本身的復雜性、用于訓練的數據的質量和多樣性，以及將重建錯誤標記為潛在故障的特定閾值。

此外，作者在文獻[183]中利用時空變壓器網絡對電動汽車的電池故障進行診斷和故障預報，因為該網絡具有專門的架構，在提取多個時空尺度的關鍵特征方面表現出色。采用時空變壓器網絡進行車輛電池故障診斷和故障預報，在識別預警信號和預測不同時空尺度的故障方面表現出色。它利用車載傳感器數據分析和預測電池故障演變的能力完全符合 UV 的需求，因為 UV 的運行嚴重依賴于電池的完整性。通過集成這樣一個模型，預測性維護策略得到了極大的增強，可以在 24 小時到一周的精確時間窗口內及早發現異常并預測電池故障。這種方法不僅可以通過優化車輛計劃來減少停機時間，從而提高運營效率，而且在防范可能危及車輛安全的潛在電池故障方面也發揮著至關重要的作用。

在 UV 運行中，確保安全性和可靠性不僅包括檢測故障，還包括隔離受影響的組件以防止出現更多問題，并實施有針對性的解決方案來解決問題。例如，在傳感器故障導致信息丟失等相對較小的問題上，VAE 和 GAN 的使用說明了 GAI 在故障管理中的創新應用[185]。通過優化 VAE-CGAN 結構，這些模型可以重新生成缺失的時間序列數據，從而證明了它們在運行故障損害數據完整性的情況下的有效性。這一功能尤其適用于無人機農業監控等應用，在這些應用中，數據收集的連續性至關重要。

在解決危及 UV 蜂群運行的嚴重問題時，當前研究中一個引人入勝的方面是為脫穎而出的 "在哪里墜毀 "決策協議制定策略[186]。這一概念針對的是在發生嚴重故障時，UV 應如何以及在何處終止運行的預定協議需求，以最大限度地減少次生危害。這些協議包括無人機的緊急著陸區、USV 和 UUV 的特定下沉點以及 UGV 的受控停止措施。然而，這些預定義協議可能無法適應所有可能出現的情況。因此，將 GAI 集成到 UV 星群故障管理策略中為提高安全性提供了一種先進的方法。例如，通過分析實時傳感器數據和了解蜂群動態的復雜性，變形金剛能夠做出情境感知決策，為受損的 UV 準確識別最安全的終止點 [187]。采用這種 GAI 不僅可以改善關鍵故障的管理，還能降低二次事故的風險。

包括機器人、人工智能和無人機在內的軍事技術進步正在改變戰爭。目前，人工智能可用于監視、預測分析和戰斗支援等。然而，由于這項技術在軍事領域的潛在利用和操縱，出現了道德問題。在這種情況下，人工智能的發展可能導致地緣政治緊張局勢和軍備競賽，從而增加不穩定。從這個角度來看，謹慎監管和遵守國際人道法對于負責任的部署至關重要。

引言

眾所周知，軍事技術在歷史上發生了重大變化，創新和進步改變了戰爭的方式。在此背景下，軍事技術繼續快速發展，機器人、人工智能、無人機等領域的不斷發展，塑造了戰爭的未來。

目前，人工智能（AI）有可能在提高士兵的戰斗能力方面發揮重要作用。據報道，自俄羅斯全面對烏行動以來，人工智能已被用于分析不同類型的數據，以加強決策和為目標提供信息，處理敵人的通信、面部識別技術和網絡防御，僅舉幾例。在這種情況下，人工智能在俄烏沖突中產生了一些影響，人工智能驅動的面部識別軟件還可以讓烏克蘭執法機構和記者識別俄羅斯士兵。

然而，重要的是要注意，雖然人工智能有可能徹底改變軍事行動，但它也引發了道德方面的考慮。因此，當今圍繞人工智能的最復雜的全球治理挑戰涉及其在國防和安全方面的應用。

目前，有聲音認為，人工智能在戰爭中的開發和使用應以謹慎監管和遵守國際人道法為指導，以確保負責任和負責任的部署。全球應努力建立強有力的規范，以促進人工智能和自主系統的負責任軍事使用。

人工智能的軍事應用

如今，人工智能正在顛覆軍事領域。據文獻報道，該技術可以通過多種方式部署在軍事行動中。在此上下文中，其中一些用途涉及以下問題：

-監視和偵察：人工智能驅動的無人機和衛星可以提供有關敵人行動的實時情報，使士兵能夠就自己的定位和戰略做出明智的決定。

• 決策支持：人工智能算法還可以通過分析大量數據、考慮各種因素并生成可操作的見解來幫助指揮官快速做出決策。這可以大大增強態勢感知能力并實現更快的響應時間。

• 戰斗支援：人工智能驅動的機器和機器人系統可以執行危險任務，例如爆炸物處理（EOD），從而降低人的生命風險。此外，這些系統還可以支持風險活動，例如在戰場上營救受傷的士兵。

• 預測分析：人工智能可以分析大量數據，包括情報報告、監控錄像和社交媒體帖子，以預測潛在威脅并識別模式。這可以幫助軍事戰略家做出明智的決策并為各種情況做好準備。

• 自主武器系統：人工智能可用于開發自主武器平臺，無需人工干預即可識別和打擊目標。這些系統可以大大提高軍事行動的有效性和效率。

• 虛擬訓練和模擬：人工智能可用于創建逼真的虛擬訓練環境和模擬，以提高士兵的技能和戰備狀態。通過模擬各種戰場場景，士兵可以針對不同情況進行訓練，提高他們在壓力下的戰術能力和決策能力。

• 后勤和供應鏈管理：人工智能驅動的后勤系統可以優化部隊、設備和物資的流動，確保高效部署并最大限度地減少停機時間。

• 網絡安全和反情報：人工智能算法可以實時檢測和響應網絡威脅，增強軍事網絡和系統的網絡安全。此外，基于人工智能的反間諜方法還可以通過分析大量數據和檢測異常來幫助識別潛在的漏洞和滲透。

人工智能在軍事領域的影響

目前，在軍事領域使用人工智能有幾個后果。眾所周知，人工智能在戰爭中的影響是復雜的，需要持續的對話和國際合作，以確保負責任和負責任的使用。在這種情況下，其中一些后果如下：

• 提高效率和準確性：人工智能可用于自動化各種軍事任務，從而提高決策、瞄準、戰略規劃和增強戰場能力的效率和準確性。這可能導致更快、更有效的軍事反應。

• 倫理考慮：在戰爭中使用人工智能引發了倫理問題。配備人工智能的自主武器系統可能會在沒有人為控制的情況下執行行動。誰應對人工智能武器的行動負責的問題變得復雜，引發了關于問責制和潛在侵犯人權行為的辯論。

• 不對稱性增加：先進的人工智能技術可能會擴大擁有人工智能能力的國家與無法獲得人工智能能力的國家之間的鴻溝。這可能導致力量失衡，可能加劇地緣政治緊張局勢和沖突。

• 軍備競賽升級：人工智能在戰爭中的發展和部署可能導致各國軍備競賽加劇。每個國家都可能努力超越彼此的人工智能能力，這可能導致更高的沖突和不穩定風險。

• 易受利用：用于戰爭的人工智能系統可能容易受到對手的利用、黑客攻擊或操縱。這可能會對國家安全構成風險，并導致不可預測的后果。

• 潛在的意外后果：人工智能系統可以根據算法和模式做出決策，而這些算法和模式可能并不總是考慮倫理或道德影響。人工智能驅動的軍事行動可能導致意外的平民傷亡或附帶損害。

結論

隨著時間的推移，軍事技術有了顯著的發展，提高了軍事行動的有效性和效率，提高了士兵的戰斗能力。通過這種方式，機器人技術、人工智能和無人機的進步正在塑造戰爭的未來。目前，人工智能可以通過多種方式部署，包括監視和偵察、預測分析、自主武器系統、決策支持、戰斗支持、虛擬訓練和模擬、供應鏈管理、網絡安全和反情報等。

然而，由于自主武器系統可能在沒有人為控制的情況下執行行動，因此出現了倫理問題。擁有人工智能能力的國家之間日益不對稱可能導致地緣政治緊張局勢和沖突。此外，人工智能在戰爭中的發展和部署也可能導致軍備競賽，增加沖突和不穩定的風險。此外，人工智能系統可能容易受到利用、黑客攻擊或操縱，并且可能并不總是考慮倫理或道德影響，從而可能造成意外的平民傷亡或附帶損害。

從這個角度來看，謹慎監管和遵守國際人道法對于負責任和負責任地部署這項技術至關重要。

參考來源：The Future of Technology