現代戰術戰爭需要迅速而有效的決策和行動，以便在經常是高度動態和復雜的戰區保持競爭優勢。需要考慮的因素的數量因不確定性、事件的快速發展和人為錯誤的風險而放大。自動化、人工智能和博弈論方法的潛在應用可以為作戰人員提供認知支持。這項研究以自動兵棋推演輔助決策的形式探索了這些應用。該團隊為這個未來的系統開發了一個概念設計，并將其稱為兵棋推演實時人工智能輔助決策（WRAID）能力。

頂點項目的目標是探索自動化、人工智能和博弈論的應用，作為支持未來WRAID能力的方法。該團隊為WRAID能力開發了需求、概念設計和操作概念。該小組確定并探索了可能對未來實施WRAID能力構成障礙的挑戰性領域。該小組調查了與使用人工智能來支持戰爭決策有關的倫理挑戰和影響。

本報告首先對與WRAID能力相關的主題進行文獻回顧。文獻回顧從人工智能的回顧開始，提供了一個關于人工智能如何工作以及它能夠完成什么類型任務的概述。文獻綜述探討了人機協作的方法，以支持未來指揮官和人類用戶與WRAID系統之間的互動。需要翻譯指揮官的意圖，并讓WRAID將有意義的輸出傳達給指揮官，這需要一個強大的界面。審查包括傳統的兵棋推演，以研究目前的模擬兵棋推演是如何進行的，以便深入了解，未來的WRAID能力如何能夠實時復制兵棋推演的各個方面，并認為以前的兵棋推演可以為人工智能和機器學習（ML）算法的發展提供訓練數據。ML算法的訓練需要大量的代表性數據。文獻回顧研究了人類的認知負荷，以深入了解人類大腦的認知技能和上限；并確定人類思維的極限，以顯示人工智能可能提供的支持。文獻綜述中涉及的最后一個主題是，傳統的計劃和決策，以了解目前在軍事上如何制定戰術行動方案。

該小組進行了需求分析和利益相關者分析，探索WRAID能力如何支持作戰人員。該小組在需求分析的基礎上為WRAID系統開發了一套需求。這些要求被歸類為：硬件/軟件，人機界面，和道德規范。第一階段的分析結果包括 (1)戰爭的復雜性需要發展一種未來的WRAID能力，這種能力利用自動化方法，包括人工智能、ML和博弈論，(2)WRAID能力需要大量的計算能力和復雜的軟件算法，(3)實現未來WRAID系統的挑戰將是技術和道德的。

未來WRAID系統的概念設計是基于需求分析的。概念設計被記錄在一套系統模型中，包括背景圖、系統視圖、功能工作流程圖和操作視圖。該團隊開發了一個作戰場景，以支持對WRAID能力如何在作戰中使用。

在開發WRAID的過程中，預計會有一些路障。開發WRAID系統的技術是存在的，然而，研究小組發現數據挑戰、人工智能訓練、程序限制和當前系統工程的局限性將是需要解決的障礙。數據挑戰指的是獲得足夠的數據集的能力，這些數據集代表了訓練ML算法所需的真實世界的戰術行動和兵棋推演分析。程序性挑戰包括國防部實施網絡安全、機密數據、數據庫訪問和信息分配協議的能力。系統工程方面的障礙是需要新的方法來設計安全和可靠的人工智能系統，如WRAID能力。將需要SE方法來處理不可預見的故障模式，并在系統生命周期的早期確定根本原因。

對像WRAID能力這樣的人工智能系統的倫理考慮是系統發展的一個重要因素。開發系統以取代倫理學，將使系統更有可能被部署。有幾個有道德問題的自主武器系統被拉出來作為WRAID能力的道德對話的基礎。通過一個示例場景，對道德狀況進行定性分析，以了解在部署WRAID能力時可能出現的道德問題。倫理學在未來的技術中發揮著巨大的作用；從一開始就考慮到倫理學，建立技術是很重要的。

未來的重點需要放在繼續對想象中的WRAID系統采取正規的系統工程方法。WRAID系統需要一個強大的數據集，需要收集和注釋；收集的定性兵棋推演數據越多，WRAID系統的可行性和準確性就越高。與軍事部門的合作對于最大化WRAID的利益至關重要，例如情報和偵察組織。WRAID的模擬將是完善系統要求和創建現實模型的關鍵。關于如何使用WRAID的培訓和文檔應該同時開發，所以利益相關者，特別是指揮官已經準備好，知道如何使用這個新工具。未來的研究領域包括認知工程、基于正式模型的系統工程和人機協作。

隨著目前技術進步的速度和外國的目標，人工智能將在未來的沖突和戰爭中發揮作用。自上而下的指令將需要設計和實施WRAID能力：提供大量的資源，解決操作和文化變化，重組系統工程，并確保網絡安全和收購變化。實現未來的WRAID能力并不是一個微不足道的任務。然而，它對確保現在和未來的戰斗空間優勢至關重要。

2021年4月13-15日，北約系統分析研究-151（SAS-151）工作組在陸基場景中基于兵棋推演了中間部隊能力（IFC）。IFC為任務規劃者和作戰者提供了在政治不順利的情況下，在無所作為和使用致命武力之間的響應能力。雖然IFC在概念上類似于非致命性武器（NLW），但它們實際上是在更廣泛的戰略和理論背景下進行的。它們旨在實現有效的升級/降級控制，并在戰術/戰役層面產生最大的影響。

這次推演特別重要，它是SAS-151用來評估IFC對影響任務成功的一系列推演中的第二次。第一次推演涉及北約海軍特遣部隊在一個封閉和有爭議的水道中受到的威脅，并模擬了IFC在海上特遣部隊行動中的使用。本次兵棋推演以海上兵棋推演的成功為基礎，探討中間部隊能力是否可以促進北約特遣部隊指揮官在陸基情景中應對復雜混合威脅的能力。

陸基兵棋推演場景

兵棋推演所使用的場景被設定為北約特遣部隊位于一個負責培訓安全部隊的東道國。四支隊伍（紅色紫色 Vs 藍色綠色盟友）在戰術層面進行兵棋推演。所考慮的戰術情況是藍（北約）/綠（東道國）聯合護行車隊的行動，涉及到敵對叛亂部隊在一個集市上的秘密伏擊，以及當地部隊阻止市民進出綠/藍聯合基地（見圖1）。

圖1.部隊、基地和集市的初始地理分布情況

在這個場景中，紅軍和紫軍使用了各種非常有能力的欺騙和秘密/灰色地帶戰術來阻礙和破壞北約特遣部隊的直升機、基地和車隊行動。這些能力和戰術使叛亂武裝具有明顯的優勢，被用于挑戰北約特遣部隊指揮官的決策。

兵棋推演還考慮了反人員（有目標的個人和人群）和反物資（主要是反無人機系統（c-UAS）和射頻（RF）車輛攔截器）的能力，評估了它們對實現戰術目標的能力影響，同時不影響作戰和戰略目標。

兵棋的執行

4月13-15日的兵棋最初是作為桌面兵棋進行的。然而，由于各國政府為應對冠狀病毒-19（COVID-19）而實施的旅行限制，決定使用WebexTM視頻和GoogleTM文檔/幻燈片（GoogleTM文檔用于團隊文本聊天，GoogleTM幻燈片用于地圖和游戲，并使用演講者筆記捕捉玩家的動作）的組合來設計和執行虛擬在線兵棋。利用這種虛擬環境，在4月13-15日期間進行了兩次陸上兵棋推演，并考慮了兩種IFC能力選項：選項A基準（無IFC）和選項B近未來IFC（預計未來五年的技術）。

第一場兵棋推演以方案A為基準，北約特遣部隊沒有任何IFC，只有一些傳統的NLW，如CS氣體（催淚瓦斯）和FN-303低致命性壓縮空氣防暴槍。

這些系統包括：主動拒絕系統（ADS）；射頻車輛攔截器；手持式和安裝式無人機系統；增強型通用遙控武器（CROW）站（包括：激光炫目器、聲學呼救裝置和亮白燈）；以及安裝式遠程聲學裝置（LRAD）。 這些IFC能力不僅可以用來騷擾和警告，還可以在對峙距離內攔截和削弱潛在的威脅。預計這將使北約部隊有更多的選擇來控制（升級/降級）局勢并控制戰略主動權。

關鍵觀察結果

總體而言，與海上兵棋推演一致，在使用和不使用 IFC 時，博弈動態存在明顯差異。兵棋推演系列的結果表明，IFC對戰術層面的游戲以及戰略層面的結果都有影響。在兵棋推演期間進行觀察的具體領域包括：升級控制；戰術決策的時間和空間；系統移動性；傳統的 NLW；獲得戰略主動權。

• 升級控制和緩解：在沒有IFC的情況下，紅軍通常能夠對藍軍/綠軍車隊施加壓力，紫軍能夠影響基地的事件。對態勢惡化升級的控制使紅軍/紫軍能夠設定條件，決定是否、何時以及在何處使用武力。

然而，有了IFC，藍軍有能力挑戰紅軍和紫軍造成的戰術困境（即，什么都不做或使用致命武力）。藍軍能夠校準其武力的使用，從而能夠控制事件的升級/降級。

• 戰術決策的時間和空間：在戰術層面上擁有IFC最重要的好處之一是能夠增加北約特遣部隊指揮官在面臨戰術困境時的決策時間和空間。如果沒有IFC，友軍就只能什么都不做，或者用致命武力來應對敵對行動。

有了更多的決策時間和空間，戰術指揮官就有了關鍵的決策時間和空間來選擇行動方案，以減少附帶損害和平民傷亡。IFC還創造了一種情況，即藍方可以壓制（通常用激光炫目器）紅方的行動，和/或隔離并識別紅方目標，以便進一步進行致命的交戰。

• 系統機動性：從兵棋推演中觀察到的一個具體問題是近期IFC的尺寸/重量，因為它們與機動性有關。如果IFC系統（特別是ADS和c-UAS系統）能夠小型化并安裝在車輛和/或甚至直升機上，它將提高車隊的作戰效率（即使以系統的航程為代價）。

移動和分布式的IFC系統，如ADS（游戲中最通用和最有效的IFC系統），可以消除在幾次藍軍-紅軍交戰中使用致命武力的需要。消除或減少使用致命武力的需要可以減輕武力升級和平民傷亡事件，這兩種情況對特遣部隊在游戲中的努力非常不利。

• 遺留的無法律約束力武器難題：據觀察，遺留的無法律約束力武器和低致命性武器（如CS氣體）在兵棋推演中表現不佳。除了有限的人群控制做法外，它們的使用對實現控制升級和減少使用武力的總體任務目標沒有什么幫助（CS氣體尤其如此）。

• IFC和戰略舉措：IFC的存在使北約和東道國部隊能夠壓制/削弱紅軍的行動，并在較小的即時/保守壓力下有選擇地使用武力。因此，對手在將無害的事件轉化為深刻和重要的信息戰方面不太成功。

IFC、加拿大武裝部隊和未來之路

綜上所述，北約部隊能夠在戰術層面上將主動權轉移到他們身上。IFC的存在為北約特遣部隊指揮官提供了更多的時間和空間來做出決策。有效使用IFC挑戰了對手的規劃，并減輕了武力事件的升級，特別是那些涉及附帶損害和平民傷亡的事件。

在這樣的環境中，對手（包括國家和非國家）將試圖利用戰爭與和平之間的作戰空間，并通過試圖將交戰保持在常規沖突的門檻以下來模糊軍事和非軍事行動之間的界限，在無所作為或使用致命武力之間有一類反應選擇是可取的。這一點更加重要，因為目前的應對方案在政治上可能不討人喜歡，使對手能夠掌握主動權并保持道德高地。

然而，正如SAS-151系列兵棋推演所顯示的那樣，發展使盟軍和聯軍（以及加拿大軍隊）能夠在沒有武裝對抗的情況下應對復雜的混合威脅的能力正變得越來越重要和必要。

展望未來，SAS-151系列兵棋推演的結果將被用來為北約IFC概念的發展提供信息，這是盟軍司令部轉型的一項優先概念發展活動。最重要的是，兵棋推演的結果將為未來的IFC兵棋迭代提供信息，其中已經計劃進行綜合建模和模擬，以幫助驗證IFC在復雜的多領域環境中的效果和概念。預計聯合作戰場景（已經開發）將被用于概念的完善和驗證，同時可以幫助驗證IFC在其他領域的有效性，如網絡和電子戰在多個領域。

Kyle D.Christensen是加拿大渥太華加拿大國防研究發展部作戰研究和分析中心（DRDC CORA）的戰略分析員，他目前為加拿大聯合行動司令部（CJOC）提供戰略分析建議。他以前的研究崗位包括葡萄牙里斯本的北約聯合分析和經驗教訓中心（JALLC）、加拿大渥太華加拿大聯合戰爭中心（CIWC）以及加拿大渥太華國防總部的海洋戰略局（DMS）。

這張照片被認為是公共領域，并已被批準發布。聯合非致命武器局（JNLWD）的主動拒絕系統（ADS）在進行反人員演示前被擺放好。圖片來源：Andrew Huff 來源：美國國防部聯合中級部隊能力辦公室（JIFCO），非致命性武器項目 //inlwp.defense.gov/Press-Room/Multimedia/Images/igphoto/2001730427/

這張照片被認為是公共領域的，并已被批準發布。長距離眼球干擾器（LROI）"激光炫目器 "在3000米的距離上提供警告效果，在2000米的距離上增加輻照度，以提供對目標的視覺壓制。圖片來源：Todd Getz 來源：美國國防部聯合中級部隊能力辦公室（JIFCO），非致命性武器項目

這張照片被認為是公共領域，已被批準發布。長距離眼球干擾器（LROI）"激光炫目器 "在3000米的距離上產生警告效果，在2000米的距離上增加輻照度，對目標進行視覺抑制。圖片來源：Todd Getz 來源：美國國防部聯合中級部隊能力辦公室（JIFCO），非致命性武器項目

這張照片被認為是公共領域，已被批準發布。聲呼裝置（AHD）將可理解的語音投射到更遠的距離。除了為警告或指導目的遠距離投射語音外，該裝置還能夠發射響亮的音調，以分散或阻止人員接近位置或船只。資料來源：美國國防部聯合中級部隊能力辦公室（JIFCO），非致命性武器計劃

摘要

本文介紹了在探索使用快速戰役分析工具集（RCAT）來制作人道主義援助和救災（HADR）兵棋推演過程中獲得的經驗教訓，該推演過程基于2017年國防政策的國際救災情景。這些經驗表明，RCAT可以支持對潛在行動方案（COA）的審查和能力識別，以支持基于能力的規劃（CBP）過程。然而，在這一目的中，游戲測試對于產生反饋循環至關重要，通過這種反饋循環，將對連續的迭代進行修正；玩家的組成、提前閱讀的材料和有效的第一輪教程將使游戲環節富有成效，促進玩家對兵棋推演機制初步學習，使他們參與到對兵棋推演的多學科審查中。

然而，未來的RCAT兵棋推演應該注意到玩家信息過載等問題，RCAT可能不是展現復雜人道主義問題（如恢復活動）的最佳方法。為此，如果決定利用RCAT作為作戰研究和分析中心（CORA）來支持兵棋推演工作，需要進一步探索RCAT以確定COA和能力，辨別局限，并建立一個內部RCAT的專業知識。

對國防和安全的意義

兵棋推演提供了一種探索棘手問題的方法，由于缺乏足夠的信息，這些問題可能難以通過傳統的分析方法進行研究。英國開發的快速戰役分析工具集（RCAT）是制作兵棋推演的一種方法；本文討論了在使用RCAT制作人道主義援助和救災（HADR）兵棋推演過程中所獲得的經驗。

1 引言

兵棋推演可以模擬沖突的某些方面，以提供決策經驗或決策信息。然而，兵棋游戲是一個多樣化的分析工具集，因為存在各種方法，選擇哪種方法可能會受到發起人問題的性質及其對特定情景的適用性影響。

快速戰役分析工具集（RCAT）是英國開發的兵棋推演方法，其目的是在作戰層面上制作人工分析的桌面兵棋游戲，并與軍事戰略層面相聯系[1]；在2020年夏季對其潛力進行了探索，以便在2017年以國際救災為中心的部隊發展情景基礎上制作人道主義和救災（HADR）的兵棋游戲。

該研究的目的有兩個方面：

1.了解RCAT的機制和規則，以確定在現有部隊規劃方案的基礎上制作RCAT游戲的可行性。

2.制作和玩一個或多個RCAT游戲，以了解DRDC未來使用RCAT的潛力。

本文將討論在探索RCAT過程中獲得的經驗教訓，然后將討論RCAT的潛在用途，以支持作戰研究和分析中心（CORA）的兵棋推演工作。

本文按以下方式組織：

• 第2節將討論為RCAT-HADR兵棋推演提供信息的方法，并將簡要介紹兵棋推演的三個連續迭代。

• 第3節闡明了在制作RCAT兵棋游戲的過程中所獲得的經驗。

• 第4節的結論是對RCAT作為一種潛在的兵棋推演方法供CORA使用的評價。之后，本文將提出兩個步驟，可用于進一步探索RCAT并建立內部RCAT的專業知識。

感知（意義構建）支持系統的發展要求人們關心知識表示。由于沒有任何一種表示方法本身非常適合所有的任務，作者提出了一個適合在基于計算機的支持系統中處理態勢分析的知識表示工件集合。所描述的方法使得結合不同表示形式的優勢成為可能。每種表示范式都可以與感性認識的某個方面相匹配，與這個方面自然契合。例如，將信息表示為命題適合于自動推理，而用圖表示法對這些信息進行編碼則可以通過網絡分析技術進行知識發現。空間特征很適合地理空間推理，而情況案例顯然很適合基于案例的推理范式。本文簡要介紹了這些表示方法（以及其他一些），并討論了未來工作的一些方向。

【關鍵詞】 意義構建、態勢分析、知識表示、支持系統

引言

意識概念與擁有知識、認知或理解有關[1]。反過來，感性認識可以被看作是在不確定的情況下創造態勢感知的過程[2, 3]。它是一個不斷獲取、反思和行動的過程。這是一個以行動為導向的循環，人們不斷地、相當自動地經歷這個循環，以便將經驗融入他們對周圍世界的理解[4]。以上的考慮表明，要采用以知識為中心的觀點來進行態勢分析和意義構建支持系統[5-6]。這種觀點最終要求人們關心知識表示，這是一門關注知識如何被符號化并被計算機程序自動操作（處理和/或交流）的學科，特別是那些模擬人類推理的程序。

從一個相關的角度來看，在當代活動中，各級分析員和決策者都在一個信息飽和的環境中工作。工作人員需要足夠的信息來做出決策，但也需要技術的支持，使他們不至于被信息淹沒。然而，不幸的是，盡管近年來取得了重大進展，但從數量和種類不斷增加的來源中獲得的很大一部分數據和信息的處理仍在手工進行。當然，手工和心智處理大量的數據和信息是非常費力、復雜、耗時和容易出錯的。實際上，現在可用的數據和信息的數量和復雜性已經使這種處理方式變得不切實際，而且隨著越來越多的數據和信息源的開發和可用，這種情況正在惡化。在有意義和可能的情況下，必須用自動處理來取代心智和人工處理。

顯然，鑒于上述的數據和認知過載問題，自動化在感知和決策過程中可以發揮關鍵作用。這一點，再加上前面討論的采用以知識為中心的觀點來進行情況分析和決策，已經導致開發了一些自動處理組件，用于感知支持系統[6-11]。反過來，自動處理需要開發適當的知識表示機制，將情況知識傳達給基于計算機的處理組件，并收集處理的結果。

根據這些思路，本文描述了一套正式的知識表示工具，這些工具的開發是為了以適合計算機系統處理的正式方式表示知識。這些構件是為了滿足加拿大國防研究與發展部（DRDC）開發的感知支持系統（S3）的需要而構思的。S3是一個創新的、基于計算機的、可組合的和可互操作的感知支持工具的聯合體，這些工具被整合并交錯到一個整體的、連續的流程中，支持參與形勢分析活動的分析員們。

本文分述如下。第二節簡要介紹了基于知識的系統，第三節則全面介紹了為S3開發的知識表示工具。然后，第四節到第十節簡明扼要地描述了這些神器中的每一個。第十一節討論了用于表示領域專家知識的其他工件，最后，第十二節提出了一些結論性意見和未來工作的主題。

達爾豪斯大學大數據分析研究所、加拿大國防研究與發展部（DRDC）-大西洋研究中心和加拿大通用動力任務系統公司（GDMS-C）向加拿大自然科學與工程研究委員會（NSERC）成功申請了一項名為海軍信息空間自動監測（AMNIS）的三年期資助項目。AMNIS啟動會議于2020年10月14日舉行，許多教授、國防科學家和GDMS-C技術人員參加了會議。會議為這三個組織確定了許多行動。與DRDC和GDMS-C相關的一項行動是需要與任務相關的場景來幫助指導預期的研究。因此，DRDC率先描述了一個有代表性的海陸場景，使研究人員能夠更好地了解與AMNIS有關的潛在研究途徑。制定的方案涉及加拿大皇家海軍（RCN）和加拿大陸軍（CA）執行的一項加拿大人道主義任務。該任務是向一個最近遭受自然災害的國家分發食品和醫療用品。一支敵對勢力還試圖偷竊這些物資。該情景描述了通過更好的處理技術和決策來改善信息流、共享和使用的必要性。該方案旨在引起進一步的討論，并幫助鞏固AMNIS參與者的研究課題。

1 引言

2015年，加拿大皇家海軍（RCN）的海上信息戰（MIW）概念[1]發布，概述了信息對RCN的影響。MIW的推出使人們非常需要關注信息，它既是皇家海軍使用的一種資源，也是為了更全面地使用和利用優勢而需要理解的一個概念。

該概念文件概述了信息的影響，包括其廣泛的可用性、皇家海軍對信息的依賴性以及信息的使用，特別是在戰爭中和作為戰爭倍增器的跨梯隊的使用。該概念文件還談到需要更好的處理技術來處理MIW功能領域內的數據量，如指揮、控制、通信、計算機、情報、監視和偵察（C4ISR）、指揮和控制（C2）、情報、監視和偵察（ISR）以及態勢感知（SA）。

在MIW概念文件之后，2016年又發布了RCN信息戰戰略文件[2]。這里的重點是發展海戰MIW能力和能力，以支持國內活動（即加拿大的防御）和國際部署。盡管戰略文件指出了信息的更多傳統用途，如收集、利用和傳播，但它也認識到網絡武器領域是一個機動的地方，可以采取防御和進攻的行動。MIW的概念文件涉及物理、虛擬和認知領域，而戰略文件則談到了信息領域，從而表明了信息對于作戰人員的地位和重要性。

在概念和戰略文件之后，加拿大在2017年發布了新的國防政策[3]。該國防政策并沒有明確提到信息領域。然而，該政策確實催生了兩個最近的文件，繼續表明信息對RCN的重要性：2019年的DND數據戰略[4]，以及2020年的RCN數字海軍[5]。

數字海軍[5]支持加拿大國防政策[3]的創新目標，特別是那些涉及適應和利用新技術的能力。數字海軍 "作為一個指南，將數字技術與人結合起來加以利用，以確保未來海軍的成功和可持續。這份文件提出的前進方向涉及自動化、大數據分析、云計算、人工智能（AI）和機器學習（ML）方面的創新，成功是指通過上述手段做出數據驅動的決策的RCN。

數字海軍的概念促進了企業和運營RCN社區在決策中對數據的使用。在操作方面，這是為了將海軍團隊和水兵從日常工作中更平凡的方面解放出來，通過自動化功能，如基于規則的重復性任務。從更廣泛的操作角度來看，使用這種數字技術和技巧是為了更好地進行操作。

上面提到的所有文件都指出，希望將RCN推向一個信息組織，在這個組織中，信息是用來使用的，但也被用作防御和安全的工具。由于其中一些方面對RCN來說是新的，因此顯然需要一個由信息科學、人工智能、ML以及將這些與認知科學相結合的專家組成的強大而明智的科學團體，以開發更好的人類決策模型來支持RCN的目標。

1.1 發展科學專長

通過政府、學術界和工業界合作伙伴的參與，建立了一個強大而知情的科學界。這個群體完全有能力在與現代軍隊相關的科學和技術問題上取得進展，以幫助滿足國內和國外對加拿大武裝部隊（CAF）不斷增長的需求。

為了發展這個社區，在自然科學與工程研究委員會（NSERC）的聯盟計劃下，成立了一個DRDC（大西洋研究中心）、工業界（加拿大通用動力任務系統公司，GDMS-C）和學術界（達爾豪西大學）的伙伴關系。提交并被NSERC接受的提案名為《海軍信息空間自動監測》（AMNIS）。該提案概述了海上和陸地的信息問題，特別是數據整合、事件和警報的ML、信任和對抗性數據，以及信息的可視化和呈現供用戶使用。

為了給學術研究小組提供背景和指導，下面提供了一個大大簡化的行動的基于場景的描述。該方案包括許多問題，表明與AMNIS相關的可能研究途徑。這里的目的是培養研究人員對與DRDC和GDMS-C有關的問題的理解，使研究人員能夠發展自己的思路，幫助他們追求與他們的研究和AMNIS有關的創新方法、技術和發現。

這項工作的動機是基于兩個愿望，即：

1.描述一個現實但簡化的操作，其中存在與AMNIS相關的信息問題，以及。

2.強調在AMNIS項目下DRDC和GDMS-C感興趣的研究領域。

1.2 概要

其余各節將提供一個現實場景的發揮、可視化部分、性能建模、決策和學習的概述。每一節都包含了一系列的問題，這些問題的提出有助于為研究工作提供思考點和指導。

第2節描述了一個聯合行動的場景，陸地和海洋部隊共同支持人道主義任務。通過可能被破壞并有相關安全風險的節點相互連接和共享信息資源來實現這一目的。第3節討論了可視化在該場景中的作用及其對決策的影響。這包括物理環境的可視化表示，以及額外信息源的聚合如何影響主題專家的決策。本節還考慮了與人工智能（AI）和多樣化技術合作的人類表現模型。第4節討論了如何利用數據檔案來開發和學習對抗性注入檢測方法。第5節以總結性意見完成了本文。

多年來，加拿大國防研究與發展部（DRDC）一直通過一系列的研討會與軍事人員接觸，評估新興技術對概念、能力和投資的可能影響。本文概述了影響評估框架，該框架已被設計并用于調查一些新興技術的影響。該框架包括定量和定性的措施，以及支持任務所需能力要素的正式清單。該框架的應用通過幾個新興技術領域對加拿大陸軍能力要素的評估結果來說明。被評估的新興技術領域包括量子技術、超材料、人工智能、印刷電子學、人體性能增強、合成生物學、增材制造和其他許多領域。結果提供了關于哪些軍事能力領域和作戰功能將受到所審查技術的最大影響的見解。這種方法為部隊開發人員提供了額外的證據，并支持對能力發展計劃和技術路線圖的審查。

1.0 引言

對技術、戰爭、政治和經濟之間關系的研究已經多次提出，未來必須在高度不確定的情況下做出決定。偏見塑造了國家和文化對如何預測未來的偏好。正如W.Chin所指出的，未來戰爭方面的文獻往往過度依賴明顯具有決定性軍事技術的簡單化概述[1]。

國防和安全的作戰環境不斷被競爭和沖突所塑造。雖然軍隊在評估未來作戰環境（FOE）的基礎上發展未來部隊，但它也需要評估趨勢和發展對能力的可能影響[2]。盡管大多數官方的FOE出版物包括對軍事力量的關鍵推論和高層影響，但仍然很少有既定的框架來評估新興技術在能力和概念發展方面的可能影響。

2017年，加拿大陸軍委員會批準將近距離接觸[3]作為未來軍隊（AoT）的頂點作戰概念。AoT是一個不斷發展的概念模型，說明加拿大軍隊在未來15年內應該如何配置、裝備和訓練。理想的AoT將被要求更加連接、敏捷、靈活、整合和強大。正如 "親密接觸"所指示的那樣，需要對政治、環境和技術變化進行持續的地平線掃描和觀察，以便對破壞性變化提供更好的預警[5]。作為風險管理戰略的一部分，部隊組建者需要了解技術發展以評估和利用潛在的機會。他們還需要預測和減輕他們在FOE中可能面臨的潛在風險、威脅和作戰挑戰。技術前瞻性和組織敏捷性是機構復原力的關鍵推動因素。技術優勢當然是任務成功的助推器，但創新文化和靈活的系統將是未來陸軍在作戰中成功的游戲規則。

1.1 新興技術在基于能力的規劃中的作用

一些軍隊已經采用了著名的基于能力的規劃（CBP）框架，該框架最初由Paul K. Davis[4]開發，用于支持能力和系統的長期戰略計劃。在加拿大，CBP于2005年被加拿大武裝部隊（CAF）采用。CBP是一種系統的部隊發展方法，旨在為最合適的部隊結構選擇提供建議，以滿足政府的優先事項。CBP過程評估了通過情景分析得出的能力目標。然后，通過對當前和計劃中的能力進行分析，確定并驗證能力的不足和過剩。它支持首選部隊結構的發展。CBP是一個使用場景的過程，這些場景松散地位于FOE中，以評估現有能力在多大程度上可以保持運作，并在不同場景下對任務的成功做出貢獻。CBP過程的主要結果是識別和記錄可能威脅到任務成功的能力差距和缺陷。CBP是關于評估現有軍事能力的準備程度、生存能力和維持能力。

傳統上，新興技術的趨勢是作為FOE的一部分來考慮的，從FOE中推導出一些情景來 "測試 "現有的軍事能力。評估新興技術的綜合方法需要考慮三種不同的應用背景。

• 機會：新興技術能否被塑造來解決差距和不足，提供新的能力或新的手段來實現效果？

• 風險：新興技術能否代表新的威脅，需要出口控制或技術保護計劃，加速我們自己技術的淘汰，或降低我們的能力？

• 環境：新興技術將如何塑造作戰環境？鑒于全球都能獲得新技術，我們在未來的物理和數字環境中會面臨什么？

CBP是在未來部隊結構的設計中創造機會和減少風險的藝術。

2.0 評估新興技術的方法

文獻中描述了在國防背景下評估新興技術的幾種方法。

2.1 北約DTAG方法

顛覆性技術評估游戲（DTAG）是一種方法，最初由北約SAS-062和SAS-082任務組開發[6-8]。DTAG最適合于探索新興技術在軍事場景中的使用如何可能改變行動方案和結果。DTAG使用系統理念（IoS）卡，將幾種技術整合到一個新概念中。DTAG會議通過在軍事背景下進行基于場景的桌面兵棋推演演習，探索IoS的潛在好處。

從能力發展的角度來看，文獻中沒有證據表明，擬議的IoS卡得到了現有技術路線圖或技術趨勢分析的支持，這將有助于能力開發者估計一個新的 "系統 "在可預見的未來何時可以現實地出現和部署。DTAG會議的結果產生了新的技術應用概念，但它們缺乏技術趨勢分析和路線圖的支持，使能力開發者獲得的可操作信息有限。

2.2 TOWS分析（澳大利亞）

澳大利亞陸軍采用了由國防科技集團（DST）的科學家開發的威脅、機會、弱點和優勢（TOWS）方法來評估新興技術對陸軍通用功能的可能影響。TOWS技術的描述見[9, 10]。TOWS技術將外部威脅和機會與一個組織的內部弱點和優勢進行比較。結果被用來定義一套行動，以保護組織免受威脅，并使其能夠利用機會。TOWS是專門為推斷行動和戰略而設計的。

表1：技術領域對軍隊一般職能的影響[10］

3.0 評估新興技術的綜合方法

加拿大國防研究與發展部（DRDC）用于識別和評估新興技術的一些工具和技術已經在2015年的北約IST系列講座中進行了描述[11, 12]。目前，DRDC的計劃將這些工具和技術整合到科技（S&T）展望和風險評估的綜合方法中。圖1說明了從前景掃描活動到提供戰略建議的主要組成部分和邏輯流程。新興技術影響評估研討會每年進行一次，以評估新興技術對國防和安全能力、利益相關者和政策制定者的影響。

圖1：DRDC的科技（S&T）展望和風險評估計劃。

3.1 科技展望與風險評估

DRDC的科技展望和風險評估計劃的所有活動都是按照四步程序進行的，首先是進行前景掃描活動，以確定新出現的利益趨勢，然后收集和分析信息，以發展關于這些利益趨勢的技術情報。然后評估新出現的技術趨勢對國防、安全、政策和立法的可能影響。評估的結果被用來為計劃、能力和伙伴關系方面的決策提供信息。

3.2 加拿大軍隊的作戰功能和能力

在所有的未來情況下，任務的成功和有效性依賴于執行任務所需能力的可用性、準備性、穩健性和彈性。新興技術的潛在影響需要在所有作戰功能中進行評估，以確定哪些能力可能從中受益，哪些可能面臨風險。加拿大陸軍使用五個核心作戰功能：指揮、感知、行動、防護和維持

• 指揮 - 建立共同的意圖和管理指揮的必要結構和程序。作為一項作戰功能，指揮部是其他四項作戰功能的紐帶。指揮部是將所有作戰功能整合到一個全面的戰略、作戰或戰術層面的概念的作戰功能。

  • 指揮部的運作功能由一些關鍵能力支持，包括：

    表1：支持指揮職能的能力。

指揮與控制網絡	安全、穩健、多級和移動通信系統，允許在所有適當級別進行網絡化指揮。
規劃和決策支持系統	態勢感知（SA）；協作規劃工具；建模與仿真
JIMP連接性	聯合、機構間、多國和公共 (JIMP) 連接

• 感知 - 一個單一的綜合實體，收集、整理、分析和顯示各級數據、信息和知識。戰術、行動和戰略資產被整合為一個單一的連續體。感知是為指揮官提供知識的操作功能。感知功能包含了所有收集和處理數據的能力。

  • “感知” 的操作功能由一些關鍵能力支持，包括：

    表2：支持感知功能的能力。

地面傳感器網絡	雷達;光學
空中和戰略傳感器網絡	無人機;衛星;網絡
情報系統	圖像;信號;社會文化;地理空間;人類;開放源

• 行動 - 使用一種能力來影響整個沖突范圍內物質和道德領域的事件。行動反映了對各種來源的能力的整合--戰術、行動或戰略。行動是整合了機動、火力和信息戰的作戰功能，以達到預期效果。它是聯合火力和影響活動的結合，通過機動和對作戰環境的管理而同步和協調。

  • 該法案的運作功能由一些關鍵的能力支持，包括：

    表3：支持行動功能的能力。

火力	直接火力武器；間接火力武器；遠距離火力；聯合火力；定向能武器
機動	裝甲車；輕型車輛；自主系統；戰術空運；沿岸船只
信息作戰	電子戰；心理作戰；計算機網絡作戰（防御、攻擊、利用）。

• 防護 - 為促進任務成功而采取的部隊保護措施，通過管理風險和盡量減少人員、信息、物資、設施和活動在所有威脅下的脆弱性，維護行動自由和行動效率。防護是保護部隊、其能力和行動自由的業務職能。防護功能可以保護部隊免受常規和不對稱的威脅，適用于國內、大陸和國際行動。

  • 防護作戰功能由一些關鍵能力支持，包括：

    表4：支持盾牌功能的能力。

火災防護	保護基礎設施部隊、個人、車輛、武器、設備和物資免受直接和間接火災的傷害；戰斗識別（反自相殘殺）
GBAMD	地基防空和彈藥防御
避免爆炸性危險	簡易爆炸裝置（IED）；誘殺裝置；地雷
化學、生物、輻射防御	防范化學、生物、輻射、核威脅；環境和職業健康與安全
保護免受心理威脅	反心理學行動

• 維持--產生、部署、使用和重新部署一支部隊所需的所有功能的組合。"維持"是支持行動的再生和維持能力的操作功能。

  • "維持"行動功能由一些關鍵能力支持，包括：

    表5：支持維持功能的能力。

陸地設備系統	維修設施；前方維修；回收
材料和分配系統	總資產可見度；倉儲；供應；食品服務；陸路運輸；空運；集裝箱化
行政系統	財務服務；人事管理；停尸服務；牧師；法律服務；郵政服務；娛樂設施
衛生服務系統	醫療設施；傷員后送；醫療和牙科治療；醫療用品；健康報告；預防醫學（身體和精神）。

除了作戰功能外，還考慮了部隊生成能力。一些新興技術可能會影響到部隊生成的各個方面。例如，增強現實和虛擬現實技術正被越來越多地用于加速訓練。它們還為平臺的現場維護和修理提供了新的手段。在CA的背景下，部隊組建得到了一些關鍵能力的支持，包括：

表6：支持部隊組建的能力。

組織力量產生的結構	單位；旅；師；訓練機構；靶場和訓練區；總部
兵力投送	國家維持基地；戰略交通線；戰區維持（包括工程支持）；空運；海運；APODs/SPODs

3.3 研討會方法

通常情況下，新興技術影響評估研討會以一個或多個主題專家（SME）的展望簡報開始。中小企業有責任介紹該技術領域并描述其潛在的應用。他們還提供有關被審查的新興技術領域的新興趨勢和主要領導人的有用信息，以及對該技術目前的成熟度、限制、局限性和科學界面臨的挑戰的概述。

圖2：研討會過程。

根據中小企業提供的信息和個人的專業知識，研討會參與者被要求使用簡單的李克特量表評估新興技術領域對陸軍能力的潛在影響，從0（無影響）到7（非常大的影響）。評級過程確保參與者考慮到每個作戰功能的所有能力領域的影響。通常情況下，在考慮一項新興技術的潛在影響時，參與者已經想到了一個具體的能力領域。使用一個系統的能力評級過程，可以確保"不太明顯"的影響領域也在研討會上得到考慮和討論。

圖3：評級過程和尺度。

在研討會上，"影響"的定義是：解決現有的差距和缺陷；解決持久的問題（如士兵的負擔）；改善現有的能力；引入新的概念和能力；破壞或否定現有的能力；使任務面臨風險（多種風險類別）。

在第一輪個人評估后，將結果提交給研討會參與者，以激發小組討論和辯論。小組討論提供了機會，以交流對新興技術的看法，要求中小企業提供額外的技術細節和清晰度，挑戰假設，并試圖填補 "高不確定性所固有的知識空白"。小組討論后，再進行第二輪評估。這種方法有助于衡量和減輕 "群體思維"的影響。

3.4 數據分析

在研討會上收集的數據用兩種不同的方法進行分析。第一種是依靠DRDC的科學家在2006年開發的統計工具來進行多標準分析和排名共識（MARCUS）。MARCUS[14, 15]是一個產生共識結果的有用工具。MARCUS的特點之一是它能正確處理排名中的并列關系，能容忍不完整的排名，并在必要時允許單個排名在確定共識排名時具有不同的權重。

下面的例子顯示了小組討論前后評估的微小差異。在這個特殊的案例中，在小組討論之前，評估認為情報系統（5）將受到人工智能（AI）發展的最大影響。在小組討論后，與會者評估說，規劃和決策支持系統（2）將受到最大影響。

圖4：小組討論前后，MARCUS對人工智能應用在20種軍隊能力上的排名

用于分析數據的第二種定量方法是對所有參與者對每個能力領域的評分應用一個簡單的平均函數，如圖5所示。此外，在研討會期間還收集了參與者的定性評估，以便為個人評級提供額外的理由和背景。結果被用來確定哪些能力領域和作戰功能將受到所考慮的新興技術的最大影響（技術觀點），并確定哪些新興技術將有助于塑造整個作戰功能的未來能力（操作功能觀點）。自2014年以來，CA一直在舉辦一系列的研討會，以評估幾個新興技術領域的潛在影響。

3.5 結果概述

如圖5所示，累積結果表明，支持指揮功能的能力將受到人工智能（AI）應用、人類性能優化和修改（HPO、HPM）發展以及量子科學（QS）應用的顯著影響。量子技術有望提供下一代的加密能力，可以提高指揮和控制（C2）網絡的安全性。

圖5：新興技術領域對CA運行功能的影響程度

結果還表明，在未來15年以上的時間里，支持理智功能的能力將受到幾種新興技術的顯著影響。人工智能（AI）的快速發展，以及量子科學（QS）、超材料（MM）和印刷電子（PE）的發展，將有助于塑造未來的感知能力。

對于支持行為功能的能力，結果表明它們將受到人工智能、文化行為模型（CBM）以及培訓、教育和演習5（TEE）新模式的影響。機動能力將大大受益于人工智能的發展，特別是在機器人、自主車輛和蜂群的應用領域，但也可以通過人工智能的增強現實技術為下崗士兵服務。量子傳感器的發展將提供更精確的定位、導航和定時（PNT）系統，以提高在GPS缺失環境下的機動能力。

支持防護功能的能力也將受到幾個技術領域的重大影響。材料科學和個人防護設備（PPE）設計的發展顯然將塑造未來的防火能力。化學和生物檢測和保護（CB DP）的進步將有助于增強或新的CBRN防御能力，同時合成生物學（SB）和人體性能優化（HPO）的發展也將有助于增強或新的CBRN防御能力。量子科學（QS）預計將提供新的傳感器，以實現對爆炸性危險的遠距離探測和規避。

在支持 "維持"功能的所有能力領域中，衛生服務系統是未來15年內變化最大的領域。合成生物學（SB）、人體性能優化（HPO）和改造（HPM）的發展，以及個人防護裝備、化學和生物檢測和保護（CB DP）的發展，培訓、教育和鍛煉的新模式，以及來自印刷電子（PE）的可穿戴和植入式傳感器，預計將對未來的衛生服務系統產生重大影響，前提是有適當的政策和立法。

3.6 結果

年度新興技術影響評估研討會是支持能力發展和實施國防創新計劃的關鍵。它們匯集了科學家、學者、工程師、政策制定者、項目管理人員、法律顧問和軍事人員的專業知識。自2014年成立以來，新興技術影響評估研討會為國防能力、科技合作計劃和伙伴關系的戰略投資決策提供了信息。例子包括。

• 采用部門的量子科技戰略。

• 加拿大軍隊人工智能概念文件和技術路線圖。

• 提交給國防部（DND）"創新促進國防卓越和安全"（IDEaS）計劃的新的創新挑戰。

• 在新興技術領域的新FVEY活動，如超高分子量聚乙烯（UHMWPE）。

• 幾個國防和安全政策問題簡報。

• 對敏感技術和出口控制的系統性審查6。

4.0 結論

任務的成功和有效性取決于用于實現效果的能力的可用性、準備性、穩健性和復原力。長期的戰略能力發展計劃需要識別和評估新興技術對所有作戰功能的潛在影響，以了解哪些能力可能受益于這些技術，哪些可能面臨風險。為了支持這種評估，我們設計了一個框架，其中包括定量和定性的措施以及支持任務所需的能力要素的正式清單。通過對加拿大陸軍能力要素的幾個新興技術領域的評估結果，說明了該框架的應用。自2014年第一次迭代影響評估研討會以來，累積的結果提供了寶貴的見解，即在未來15年內，哪些軍事能力領域和作戰功能將受到審查技術的最大影響。

附錄A

表A-1: CA評估的新興技術領域

5.0 參考文獻

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[18] Gunashekar S., et al. Oversight of science and technology. Learning from past and present efforts around the world. RAND Europe report, 2019. RR-2921

在加拿大國防研究與發展部（DRDC）05da聯合情報收集和分析能力（JICAC）項目下，本科學報告提出了創新貢獻，為作戰提供先進的情報收集任務支持，作為情報需求管理和收集管理（IRM/CM）能力的一部分。它報告了新型收集任務優化工具的設計，旨在支持收集管理人員處理復雜任務和支持收集資產設施。它總結了新的研究和開發情報收集概念和自動決策支持/規劃能力，以支持/建議收集經理有效和高效的資源分配。以多衛星收集調度用例問題為重點，簡要報告了導致快速、自動和優化收集任務的新技術解決方案概念，提供服務水平的改善和增強及時的態勢感知。從人工智能和運籌學中借用的基本概念，目的是在各種任務、機會、資源能力、時間和成本約束下實現收集價值最大化。報告總結了技術成果，描述了新的快速、自動和優化的收集任務解決方案和原型推薦器，以安排真實/虛擬的多衛星星座。它應對了一些缺陷和挑戰，如短視（以單一任務為重點）或臨時性的情報收集任務分配方法，不適合集中式/分布式的開放和閉環資源管理方法或框架，以確保靜態/動態規劃或處理約束的多樣性/差異性和不確定性管理。本報告還旨在向加拿大軍隊情報指揮部（CFINTCOM）、空間總督（DG SPACE）、加拿大聯合行動指揮部（CJOC）和主要的軍事聯合情報、監視和偵察（JISR）利益相關者提供信息。

對國防和安全的意義

本科學報告提出了適用于天基情報、監視和偵察的多衛星情報收集調度問題的新型收集任務技術概念和技術發現。這項工作與雷達衛星星座任務（RCM）項目的后續舉措和加拿大軍隊（CF）在北極和北方的持久性聯合情報、監視和偵察方面的一些優先事項相吻合，以便及時提出增強情報收集任務的解決方案和工具。它提出了新的科學和技術方法，為低密度、高需求的可部署收集資產提供近乎最佳的情報收集。

1. 引言

針對適當的情報、監視和偵察(ISR)應用領域的具有成本效益的天基情報收集任務，對發展適當的國防情報需求管理和收集管理(IRM/CM)能力至關重要。因此，收集管理，特別是收集任務分配，對于保持加拿大領土、空中和海上領域的準確、及時和持久的態勢感知至關重要。典型的收集管理要求包括在資源有限的情況下進行適應性和響應性收集（CFINTCOM）；收集任務分配；規劃執行；傳感器組合優化；支持聯合ISR（JISR）資產的動態執行新任務（CJOC）；實時收集規劃以及有效的傳感器提示（DG SPACE），等等。最終的目的是有效地彌補信息需求和信息收集之間的差距，最佳的資源管理主要是由人員短缺、有限的收集任務自動化、成本效益、資源限制和低密度高需求的收集資產（衛星）在一個時間限制的不確定環境中的發展。通過多衛星收集調度問題（m-SatCSP）開展北極情報和監視的基于空間的圖像情報（IMINT），代表了一個典型的相關使用案例。

為處理情報收集任務的缺陷和挑戰而提出的解決方案[1]有很多。最近關于收集任務，特別是多衛星圖像采集調度的公開文獻，在 "多異質衛星任務的收集規劃和調度：調查、優化問題和數學規劃公式"[2]和 "QUEST--多衛星調度問題的新二次決策模型，計算機與運籌學"[3]。以下是對擬議方法的主要局限性的簡要總結。讀者可以參考后面的出版物[2],[3]以了解更明確的細節。基于低密度高需求的集合資產為前提，一般的問題在計算上是困難的。大多數研究貢獻主要限于同質衛星和單一星座情景，主要處理簡單的觀測點目標（"點 "區域）任務，并提出新的任務聚類和預處理策略以減輕計算復雜性。已呈現的工作大多忽略了大面積覆蓋的復雜性、及復雜的任務結構、聯合價值任務構成、觀測結果和成像機會質量的不確定性以及常見的操作約束。這些制約因素包括最小任務覆蓋閾值、相互任務排斥、任務優先級和成像成本。目前的采集資產任務分配方案大多提供基于短視啟發式的策略，以規劃或分配采集器任務。在實踐中，最好的資源往往是短視推薦或局部選擇，以完成一個特定的任務，而忽略了其他約束條件（例如，為其他采集請求服務的時間窗口和成像機會）、追求的全局目標和持續進行的部分規劃解決方案質量。因此，ISR資源分配和動態重新分配是臨時性的，因為它們是以單一任務為中心的，而不是采用更全面的任務觀，關注整體任務，更好地利用替代機會，更有效地滿足整體收集要求。擬議的基本收集任務的部分解決方案沒有提供一個健全的資源管理框架，以確保適應性動態規劃或處理約束的多重性/多樣性和不確定性管理。它們也未能展示有價值的分布式規劃和融合的協同作用或整合，同時對支持可重構的傳感器網絡提出很少的指導。一方面，減少感知或高級信息融合與資源分配（RA）任務之間的差距，另一方面，規劃（任務分配）和執行（收集）監測之間的差距，仍然難以實現。

這項工作提出了新的研究和發展情報收集概念和自動決策支持/規劃能力，以支持/建議收集人員有效和高效的資源分配。它旨在開發自動咨詢調度組件和概念驗證原型，以實現有效的收集任務分配。以多衛星圖像采集（IMINT）調度為重點，介紹了導致快速、自動和優化采集任務的新技術解決方案概念，改善提供的服務水平，并增強及時的態勢感知。所設想的問題包括許多新的附加功能和完善的元素，這些元素在公開的文獻中主要是被忽視或忽略的。假設在低密度、高需求的收集資產條件下的m-SatCSP，新的特征包括收集資產的多樣性和敏捷性、任務抽象化、更多的包容性目標和更多的約束多樣性。重新審視的表述涉及抽象的情報收集任務，將單一目標區域（點）的重點明確地包括在大面積覆蓋范圍內，同時考慮多個或虛擬的異質衛星星座，脫離了傳統的同質情景。新的空間和時間依賴性，反映更現實的任務復雜性，放松相互獨立和可分離的假設。它抓住了成像質量、部分任務執行和成功概率等概念，擺脫了對有序行動執行或確定性結果的不現實的假設。該方法還重新審視了任務優先級利用的概念。因此，優先權被用作沖突解決機制，而不是基于優先權的有偏見的短視策略，強加任意的任務部分排序來管理高復雜性需求。設想的問題目標是要捕捉到超越通常區域覆蓋范圍特定任務的性能措施，引入收集質量，考慮到探測成功率、跟蹤質量和識別的不確定性，以提高收集的信息價值。基于最近提出的一個問題陳述，即m-SatCSP的背景[3]，將情報請求映射到收集資產成像機會，以實現收集價值最大化，這項工作簡要地擴展了標準確定性問題決策模型，使用常規的混合整數二次規劃優化問題表述[5]。針對基于空間的ISR應用領域，新的優化模型降低了計算復雜性，使得在某些情況下利用精確的問題解決方法成為可能，同時提供了對最優解的約束。在公開文獻中大量報道的傳統特征約束的基礎上，推廣的模型引入了額外的規范，如合適的任務覆蓋閾值、可選的任務互斥、任務優先級、聯合值任務組成、成像/服務時間窗口，以及單個和平均軌道的熱約束。報告了在集中式和分布式決策背景下各種靜態和動態情景下的主要貢獻和創新之處。簡要介紹了為支持收集任務而明確開發的創新模型、求解器和概念驗證原型（推薦器）。

本科學報告總結了技術成果，描述了新的快速、自動和優化的收集任務（改善服務水平，增強態勢感知）解決方案和原型推薦器，為規劃多衛星真實/虛擬星座。它還旨在向CFINTCOM、DG SPACE和CJOC軍事組織通報主要發現，并確定最有希望的收集管理性能要求、技術和工具，容易對正在進行的主要軍事舉措產生潛在影響。這項工作是在2015年12月至2020年3月的DRDC聯合部隊發展（JFD）05da聯合情報收集和分析能力（JICAC）項目下進行的。

本報告概述如下。第2節簡要介紹了m-SatCSP問題陳述。它描述了問題的基本特征，并強調了開環和閉環設定以及集中式和分布式的決策背景。第3節和第4節分別總結了各自的開環（靜態）和閉環（動態）建議的貢獻。簡要介紹和討論了所開發的概念、模型特征、算法或求解器以及主要結果。第5節介紹了在JICAC下明確開發的概念驗證集合任務原型，以檢驗靜態/動態問題。第6節總結了核心貢獻、發現及其潛在影響。最后，在第7節中提出了建議。提出了一些進一步的技術解決方案開發和未來工作擴展的方向。

摘要

今天的戰場正在經歷一場由建立在人工智能和機器學習等方法和手段上的智能系統（IS）帶來的軍事事務革命。這些技術有可能從根本上改變戰場的性質，為用戶提供更好的數據，使其能夠更好、更快地做出決定。雖然這些技術具有巨大的潛力，但它們在被作戰人員、軍事領導層和政策制定者廣泛采用方面面臨巨大障礙。

混合戰爭的戰場是一個危險的環境。基于信息系統的決策支持，提供計算機生成的預測或建議，必須與現實世界的巨大后果抗衡。不幸的是，智能系統所固有的復雜性和多維性往往使傳統的驗證和確認工作（如可追溯性分析）變得不可能。此外，由于智能系統的典型的不透明性，用戶經常面臨著可能有廣泛的道德和倫理問題的決策。戰士們可能不愿意將自己或他人的生命交到決策不透明的系統手中。將軍們可能會擔心為失敗承擔責任。政策制定者可能會擔心他們的政治前途。這些對信任和采用先進系統的挑戰，如果不直接理解和系統地克服，將可能使西方軍隊與那些對使用先進系統不那么擔心的對手相比處于非常不利的地位。

無數的研究工作提供了關于人們何時信任技術系統并采用它們的觀點。然而，這些觀點中很少有專門針對基于智能系統的技術的，更少的是針對軍事應用中的高風險環境和獨特需求，特別是混合戰爭的背景。

本文提供了一個關于信任和接受技術的混合模型概述，它將幫助開發者和設計者建立系統，以提高對軍事應用先進智能系統的信任和接受。具體來說，我們的方法借鑒了多個經驗證的計算行為科學信任模型，以及經驗證的技術接受框架。我們的混合模型旨在支持快速的現場測試，為提高先進軍事智能系統的信任度和接受度提供一個應用的、計算上有效的框架。

摘要

戰術軍事陸地行動嚴重依賴地形，因此在軍事決策過程中始終需要考慮地形。地形相關（地理空間）戰術信息產品，例如最佳路線或近場途徑通常由情報單元中的地形分析師確定，但也可以自動生成。這些產品可用于決策支持工具，以支持規劃過程。當在這些決策支持工具中使用機器學習時，這些產品還有助于對軍事單位的行為進行建模，這是通過機器學習找到表現良好的行動方案所需的。這項工作概述了地理空間產品，并將它們分類為基于層的體系結構，其中產品基于底層的產品。我們進一步規范了創建機器學習所需的戰術地形模型和戰術任務模型的步驟。基于兩個實際示例，我們演示了如何在提出的架構中生成地理空間產品，這些產品如何用于機器學習以進行戰術規劃，以及如何將學習到的行動和情報產品提供給規劃者以支持決策。

【標 題】

Wargaming in Professional Military Education: Challenges and Solutions

職業軍事教育中的兵棋推演：挑戰與解決方案

【作 者】

美國海軍陸戰隊埃里克·沃爾特斯（Eric M. Walters）上校（退役）

【摘 要】

鑒于強調在專業軍事教育中使用兵棋推演，學校、作戰部隊和支持機構的教官——尤其是那些本身沒有經驗的兵棋推演者——如何去做呢？本文解釋了在經驗豐富專家的幫助下，為選定、修改或內部設計的嚴格兵棋式推演制定理想的學習成果的必要性。總結了最近的相關學術成果，它提供了促進協作對話的基本術語和概念，并就這種動態和沉浸式教學方法的常見但可避免的陷阱提供了建議。

【正 文】

對于那些認為兵棋推演不僅僅是一種娛樂消遣的人來說，商業兵棋推演曾經是——而且可以說仍然是——一種小眾愛好。在 20 世紀和 21 世紀初的歷史中，只有相對較小比例的軍人和學者經常進行所謂的嚴格式兵棋推演。過去，這一想法受到制度性的抵制，在職業軍事教育（PME）中使用一些人認為是兒童游戲的東西；雖然最近這種恥辱感有所減輕，但對于外行來說，兵棋推演的學習障礙仍然很高。兵棋推演可能很難學習，甚至更難戰勝有能力的對手。然而，我們已經到了 2021 年，軍事兵棋推演似乎正在 PME 學校、作戰部隊甚至支持機構中復活。海軍陸戰隊司令大衛 H. 伯杰將軍在他的指揮官規劃指南中，強調了在 PME 中練習軍事決策的必要性，這是教育兵棋推演的主要目的。但一個事實仍然存在。對于那些有興趣使用和設計兵棋推演來教授軍事判斷力的人來說，這種教學方法似乎很難有效實施。學術界的成功案例涉及作戰部隊中已經是兵棋推演者的教授、教官和海軍陸戰隊領導人。不是兵棋推演者但教軍事決策的人如何弄清楚要使用什么兵棋推演？如何使用它？各種可用游戲的優點和局限性是什么？整合兵棋推演和課程有哪些挑戰，如何克服這些挑戰？本文旨在幫助那些不熟悉兵棋推演的人定位，并就在教授決策中的軍事判斷時使用它們的經過驗證的最佳實踐提供建議。

提 綱

1 教育者如何使用游戲來教學生？
1.1 了解戰術、作戰和戰略中力量、空間和時間之間的關系
?1.2 在兵棋推演中模擬現實“決策環境”以解決決策困境
?1.3 在兵棋推演環境中體驗摩擦、不確定性、流動性、無序和復雜性的交互動力學
1.4 鍛煉創造性和批判性思維：準備、參與和分析兵棋推演活動

2 哪種類型的兵棋推演最適合學習目標？
?2.1 角色扮演游戲 (RPG)
? ?2.2 研討會矩陣游戲
2.3 系統游戲
?2.4 紙牌游戲

3 哪種情況最適合使用——歷史情景還是假設情景？

4 兵棋推演教學——挑戰與解決方案
?4.1 克服設計偏見
?4.2 時間和復雜性的挑戰
?4.3 對教師要求的考慮
?4.4 兵棋推演支持單位教育和凝聚力