执行摘要

这项工作是在任务9 "关于指挥和控制系统的信息融合、数据分析和决策支持的人为因素问题 "下,由Calian和C3人为因素咨询公司为加拿大国防研究和发展部(DRDC)进行的,作为更大的人机交互(HAI)任务授权合同(TAC;合同号W7719-185397/001/TOR)的一部分。HAI TAC的目标是设计、开发、实施和评估人机协作(HAT)概念、方法和技术,以改善加拿大武装部队的整体人机系统性能。北美航空航天防御司令部(NORAD)是美国和加拿大的联合军事组织,一直在为北美大陆提供航空航天预警、空中主权和保护。自1957年以来,它一直在为整个北美大陆提供航空航天警报、空中主权和保护。现在已经超过60年了,面对新出现的威胁,北美防空司令部及其相关的机场、雷达站和卫星网络需要进行一次大修。例如,美国和加拿大的对手专门开发了朝鲜弹道导弹、快速发展的巡航导弹技术和高超音速滑翔飞行器,以绕过NORAD主要是冷战时期的防御系统。

北美防空司令部未来的现代化努力已经确定了 "探路者计划",以建立国土防御数据生态系统(HDE)的原型,通过更多地采用自动化、人工智能(Al)和机器学习(ML)技术,提高防御决策的及时性。DRDC是对这一努力做出贡献的关键参与者。如何融合信息,如何通过交互式界面向操作人员展示和解释人工智能和ML模型所提供的决策,是探路者的关键人因(HF)问题。为了确保改进决策,减少操作人员的认知负荷,增加自动化的采用,需要使用HF原则、措施、方法和/或最佳实践来设计和评估开拓者的技术。

这项工作的目的是审查现有的文献和资源,并与DRDC中小型企业就指挥和控制(C2)系统的信息融合、数据分析和决策支持方面的高频问题进行访谈,为NORAD提供初步的高频建议,并确定可以探索的研究差距,以帮助改善开拓者的整体系统性能和未来行动的有效性。为此,我们对文献进行了回顾,并与DRDC主题专家(SMEs)进行了访谈,以更好地了解从高频角度设计、开发和评估信息融合、数据分析和决策支持系统的复杂性、挑战和最佳实践。文献回顾和中小企业访谈集中在以下领域。

1.交互和界面设计。回顾C2系统的信息融合(即原则、措施、方法)的交互和界面设计的最新进展。系统和基于Al和ML的决策支持系统的交互和界面设计的最新进展,特别关注于可解释的Al决策的设计。

2.人为因素的挑战。确定信息融合和基于Al/ML的决策支持系统的以人为本的关键分析和设计挑战,这些系统可用于航空航天防御任务的C2系统。

3.培训系统。回顾在C2系统的信息融合和Al/ML决策辅助的背景下,针对操作者-自主性/操作者-操作者互动的培训系统(如智能辅导系统)设计的最新进展。

总之,文献审查包括HF、人机交互和Al领域的总共189篇文章。在这些文章中,134篇文章的子集在本报告的第3节中报告。此外,项目组还采访了四个DRDC中小企业。

本报告还概述了由多伦多DRDC开发的高频分析和设计框架--以交互为中心的设计(ICD),该框架已成功应用于智能自适应系统(IASs)的设计。两个DRDC项目被确定为相关的案例研究,以展示如何将ICD框架应用于支持NORAD的开拓者计划。具体而言。

1.创新战斗管理决策支持技术演示项目(INCOMMANDS TDP)由DRDC Valcartier在2006年至2009年期间实施,旨在为加拿大皇家海军哈利法克斯级护卫舰的指挥团队开发和演示先进的指挥决策支持能力(CDSC)原型,以提高威胁评估(TE)和战斗力管理(CPM)的整体决策效率。

2.多伦多DRDC在2014年至2019年期间开发了武器交战的权威路径(APWE)决策支持工具,以协助加拿大皇家空军无人机系统机组人员在使用致命武器攻击目标时遵循正确的交战规则和武装冲突法。

这两个用例都与开拓者计划的目标一致,即利用Al/ML技术将人类的参与从处理 "大数据 "转移到关注高阶决策过程。这样一来,操作人员可以在比对手更清晰的数据基础上做出更快、更好的决定,从而实现 "决策优势"。

未来的研究可能会试图确定INCOMMANDS CDSC和APWE与开拓者计划的相关性。此外,作为ICD的延伸,人类-自主性信任的意图、可测量性、可预测性、敏捷性、沟通、透明度和安全性(IMPACTS)模型可用于指导开拓者计划中IAS设计概念的发展,以帮助运营商和半自主的TE和CPM系统之间建立有效的伙伴关系,实现共同目标。

总之,从文献综述和与多伦多DRDC和瓦尔卡蒂尔的中小企业的访谈中收集到的信息,以及本报告中的报告,提供了丰富的信息,DRDC可以在此基础上为开拓者计划做出重大贡献;特别是通过利用他们现有的HAT工作,以及高频分析和设计框架,如感知控制理论、以交互为中心的设计方法来设计IAS以及HAT信任的IMPACTS模型。

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