《无人机战术自主控制与协同作战概念》218页论文

在海军陆战队的战术部队中，有一个关于技术进步和认知负荷的认知问题；具体来说，现代战场上几乎无穷无尽的新信息流正在过度消耗人脑。无人战术自主控制与协作（UTACC）是一种替代性作战概念，它的开发可以澄清技术进步与认知负荷之间的关系。UTACC的目的是通过自主协作，在提高任务完成度的同时减轻海军陆战队员的认知负荷。

本论文制定了UTACC作战概念，其中包含了海军陆战队作战实验室提供的场景逻辑、作战活动排序和初始信息交换要求。要应对UTACC的复杂性，还需要对协同自主、人机系统集成因素和决策支持进行深入分析。

本研究发现，在早期阶段，UTACC 可以作为一种可扩展的决策支持工具，实现常规计划流程的自动化，从而提高小型战术部队的效率。此外，本研究还发现了未来的工作领域，其中三个领域是：衡量能力差距、共同行动图像管理/融合和安全。

战争中出现了各种旨在帮助作战人员完成任务的先进技术。这些进步也引入了信息超载的概念。决策者在做出决策之前，必须从庞大的信息库中收集特定的信息。大量的信息很容易使作战人员的认知负荷过重，从而导致任务性能下降，这是一个意想不到的后果。无人战术自主控制与协作（UTACC）的目的是通过自主协作提高任务完成度，同时减轻操作员的认知负荷。UTACC的概念是武装陆战队员在半自主无人地面和空中飞行器的协助下开展行动。一个UTACC系统由人类组件、空中组件和地面组件三部分组成（SOW，2014年）。

A. 研究目的和方法

尽管人们担心几乎无穷无尽的新信息流会过度消耗人脑（Bates，2010 年），但目前专门针对技术进步与认知负荷之间现象的研究极少。UTACC这一另类战争概念的提出，可以澄清技术进步与认知负荷之间的关系。要有效地做到这一点，研究必须包括对作战环境的深入分析；可能的任务及相关任务；协作自主、人类系统集成（HSI）因素；以及信息交换要求（IERs）。该系统需要高度的语义互操作性和创新的技术流程，使操作员能够将所有 UTACC 组件（人类或机器）视为队友。 海军陆战队作战实验室（MCWL）于 2013 年启动了 UTACC 项目。MCWL 在其任务说明中指出： 利用兵棋推演、基于概念的实验、技术评估和分析的整体组合，严格探索和评估海军陆战队的服役概念，以验证、修改或否定概念的可行性，并确定能力差距和机会，为未来兵力发展提供信息。（"MCWL"，未注明日期，任务）

MCWL 邀请海军研究生院协助对UTACC 概念进行探索性研究，以实现 "以决策为中心、半自主、分布式、多代理、多领域机器人系统 "的愿景（SOW，2014 年，第 1 页）。

本论文是这一研究计划的第一步，即制定 "操作概念"。这项探索性研究捕捉到了 MCWL 的逻辑、操作活动排序和初始 IER，并提供了范围有限的场景。系统工程方法与海军陆战队部队领导步骤相结合，用于在任务规划和执行的整体流程中构建任务和子任务。这项研究探索了将机器组件纳入这些步骤中的每一个步骤，以帮助实现自动规划和执行。

作为一种未来军事概念，UTACC 必须以现有的条令和战术、技术与程序（TTPs）为框架，以便 MCWL（注：任务）验证、修改或拒绝概念的可行性。规划与执行模型（见附录 A）完成后，针对选定的单一任务，共确定了 38 项任务和子任务。创建了任务分析工作表（见附录 D），作为记录与 "作战概念 "相关的辅助信息的中央资料库。这些工作表将帮助潜在的系统建模人员、开发人员、设计人员和未来的UTACC研究人员了解基线UTACC作战概念，并对其进行修改以满足新的要求。

外部评审和反馈对于确定项目范围，使其成为论文级别的工作非常重要。2014 年进行了两次外部评审，以听取各领域责任专家的不同观点。第一次评审强调，在开发的早期阶段，UTACC 最好用作决策支持工具，使任务规划期间的常规流程自动化。第二次外部审查强调，UTACC 的许多支持技术已经存在；挑战在于将技术融合到一个共享的共同环境中。

卡内基梅隆大学（CMU）于 2015 年 2 月举办的概念验证演示证明，只要有适当的可互操作软件，无人机（UAV）和无人地面飞行器（UGV）就能在没有人类协助的情况下协作寻找目标、拍摄目标照片并将照片发送给上级总部。虽然该演示是在受控环境下利用 CMU 设备进行的，但演示结果证明，UTACC 是一个可行的概念，并有能力随着技术的进步而不断成熟。

2015 年 2 月演示的成功以及自 2014 年 1 月以来所有与UTACC 相关的探索性研究工作获得了尊敬的雷-马布斯（海军部长）和凯文-基里亚准将（MCWL 总司令）的关注。在2015年海空博览会期间，两位领导人讨论了UTACC的价值。马布斯的评论侧重于创新，他说UTACC计划的成员 "开发了一种无人地面飞行器与无人空中飞行器无缝通信、自主识别目标并执行任务的方法"（马布斯，2015年，第7页）。Killea 的评论集中于 UTACC 作为战场自主性的下一个层次为战场带来的战术价值（Tucker，2015 年）。Killea 进一步解释说："无人系统必须认识到他们被告知要做什么，制定计划，然后执行对任务要求的共同理解......海军陆战队操作员告诉无人系统做什么，而不是怎么做。这样，操作员就可以腾出手来处理其他任务，而自主系统则可以共同协作完成手头的任务"（Tucker，2015 年，第 1 页）。

B. 主要结论

1.在有足够制图和传感器数据的条件下，UTACC 的早期阶段可完全设计为一种规划工具。海军陆战队规划流程中的许多任务和过程都属于常规性质，可以实现自动化。尽管强调自动化，但作者认识到在特定的关键点上仍需要人工输入和监督。

2.UTACC 软件应完成约 80% 的规划，并允许人工完善最后 20% 的规划。

3.任务规划自动化的一个风险是会损失人类在规划过程中获得的隐性知识。可以通过使用 3D 演练和虚拟演练来降低这一风险。

4.支持UTACC行动概念的许多技术已经存在，尽管还处于起步阶段。应立即开始行动，了解当前技术存在的问题，并不断发展以适应技术的进步。

5.在计划和执行模型中，明确的反馈回路是必要的，这可以让机器组件补充人类的自然思维过程。

C. 对未来研究的主要建议

1.UTACC是一个模块化的系统（SoS）。未来的研究工作需要利用这种模块化设计，纳入更多的任务、条件和威胁。

2.通过度量解决能力差距问题对于了解UTACC的战术价值至关重要。这种分析应比较UTACC辅助单位与非UTACC辅助单位在执行任务中的表现。通过这一过程，应开发出评估人机协作的新指标。

3.未来研究应解决共同行动图像（COP）管理和融合方面的挑战。这项研究应解决以下方面的挑战：大数据管理；信息过滤；信息推与拉；共同行动画面显示硬件选择；以及联合/机构间共同行动画面融合。

4.如果从一开始就不考虑系统的安全性，UTACC 将无法完成任何任务。使用保密性、完整性和可用性（CIA）三要素，通过人员、操作和技术（Batson & Wimmer，2015 年）的视角完成了初步的威胁和漏洞评估。未来的工作应在这一初步评估的基础上进行扩展。

D. 结论

UTACC是一个有效的探索性研究领域，它研究了未来海军陆战队中人与机器组件之间协作自主的概念。本论文是企业级潜在的更大规模倡议的第一批种子之一。成果摘要是讨论UTACC战术价值的起点。对进一步研究的建议说明了协作自主的复杂性。尽管UTACC能力的实战化面临无数挑战，但利益相关者必须始终牢记，UTACC的概念是利用机器人技术提高海军陆战队的战斗力。