军事空间数字孪生的案例｜远望专刊

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军事空间数字孪生的案例

本文摘自《地理空间情报专刊》 | 远望专刊

国防地理空间情报能力的未来目标应是建立空间数字孪生体：一个单一的动态数据集，以足够的分辨率表示物理世界，作为所有需要任务数据的系统的参考点。作为一个短语du jour（今日特色），目前有许多相互竞争的数字孪生的定义，但与这个概念最相关的是“物理对象或系统在其生命周期中的动态虚拟表示，使用实时数据来实现理解、学习和推理”。

实现数字化澳大利亚国防军的最大挑战之一是确保所有平台和系统的数据（以及传感器输入和输出）的一致性。如果没有关于作战空间、友军和威胁的一致数据，“第五代”部队有可能成为一个不兼容信息和数据的中断网络，无法理解作战空间或提供作战优势。[2]事实上，我们日益先进的系统面临的挑战之一是提供一致的情报任务数据，使这些系统能够在最温和的环境中运行。地理空间信息是所有这些功能的基础，如果没有信息的一致性，我们的部队就不会“在同一张地图上作战”（ fighting off the same map）。

虽然积极利用机器学习（ML）和有限人工智能（AI）功能的传感器和系统已经在国防的各个位置运行，但要实现这些能力的广泛集成，还需要几年的时间。在接下来的几年里，澳大利亚国防军有一个短暂的机会来确保我们建立一支为未来做好准备的人工智能部队。现在是时候把基本原理弄清楚了：如果人工智能武器向它所支持的人类提供不同的信息，那么精致昂贵的人工智能武器在很大程度上将是多余的。空间数字孪生将通过保证这些系统所消耗的地理空间信息的质量和一致性来提供该信息的基础。它对人工智能系统的效用将通过拥有足够的分辨率（空间、光谱、时间和辐射）来确保我们的人机团队能够在同一张地图上作战。澳大利亚地球科学研究所（Geoscience Australia）、CSIRO的Data61/新南威尔士空间数字孪生伙伴关系、英国国家数字框架工作组以及新加坡的城市规划工具集最近也将类似能力应用于民用基础设施。

由空间数字孪生体实现的信息一致性为澳大利亚国防军提供了几个重要的好处。

提供信息的一致性

从根本上说，它提供了一套地理空间信息，确保我们的部队能够在已知的部队一致性的情况下获得最有用和最准确的信息。并非所有的信息都是相同的；对信息细节、格式和标准的不同要求将持续存在，但与共同基线的偏离将更多地是一种例外，而不是规范，而且更可量化和可跟踪。

使计算成本更低

AI/ML过程一旦被收集和接收，战术平台上的数据存储相对便宜，但信息处理在时间、能量和内存上都很昂贵。因此，可以在本地存储大数据集，以便在接近检测点的位置进行变化检测，与大多数ML算法相比，这在计算上是廉价的。通过进行变化检测，需要通过计算（因此带宽）更昂贵的算法进行调查的位置和事件会立即减少到只检测到变化或异常的区域。

支持当前作战空间的AI/ML视图

机器很难解释上下文和细微差别，但擅长检测变化或异常信息。通过保持对作战空间的详细和一致的看法，变化几乎立即变得明显，允许他们的详细审问揭示更多的信息。这有助于更全面地了解作战空间，而不是仅仅关注传感器检测到局部变化的地方，更全面和更广泛的变化检测可能发生。这种方法支持广泛的监视，提示人/机器关注热点和趋势，并允许在多个级别更有效地管理ISR。

认识到信息在战斗中的重要性

这种方法将数据视为燃料，它被仔细提取、提炼、标准化，并通过精心管理的运输和QA/QC流程交付给用户。通过建立一个可信的数据存储库，可以对其他信息进行比较和对比，并且可以对其持续的相关性做出深思熟虑的决定。这就允许考虑摄取和更新最有用的数据，临时存储可以提供优势的数据，并且不再需要故意删除数据。

支持在拒绝或降级的位置、导航和授时（PNT）环境中的协同目标定位和作战

正确关联不同传感器的目标是协同瞄准或交战的基本要求，大多数系统将传感器的视场与地理空间数据集进行比较，以确保目标的一致性。因此，在GPS信号和其他精密定位系统退化或被拒绝的环境中，数字孪生体是合作瞄准（特别是人机小组）行动的必要先决条件。因此，鉴于在高强度冲突中预计会出现这种破坏，这种合作交战技术将是最有用的，并且允许使用精确武器，因此，这样一个数据库是必不可少的。通过扩展，如果定位和导航功能中断，数字孪生数据提供了广泛的缓解措施。

在计划、模拟和预演活动中提供一致的数据。作战空间的单一、准确和详细的表示，适用于作战计划（和监视，包括实时修改）和仿真。为了利用这一信息优势，仿真必须扩展到训练之外，包括演习和概率建模，以完善计划（我们目前称之为作战模拟），并对其进行扩展，以确定在给定的输入范围内，哪个行动方案最有可能成功。

建立空间数字孪生体是澳大利亚国防军在加速战争时代所渴望掌握的许多先进技术和能力的必要先决条件。建立这种能力应该是国防部地理空间和情报、监视和侦察能力发展计划的中心重点。

在计划、模拟和预演活动中提供一致的数据。作战空间的单一、准确和详细的表示，适用于作战计划（和监视，包括实时修改）和仿真。为了利用这一信息优势，仿真必须扩展到训练之外，包括演习和概率建模，以完善计划（我们目前称之为作战模拟），并对其进行扩展，以确定在给定的输入范围内，哪个行动方案最有可能成功。

建立空间数字孪生体是澳大利亚国防军在加速战争时代所渴望掌握的许多先进技术和能力的必要先决条件。建立这种能力应该是国防部地理空间和情报、监视和侦察（ISR）能力发展计划的中心重点。

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