智能化軍事變革下可視化技術(shù)的應(yīng)用

徐海翔

可視化泛指一切利用圖表、動畫和視頻來傳遞信息的技術(shù)，包括了科學(xué)可視化、信息可視化、可視化分析、教育可視化、知識可視化和視覺傳達等?？梢暬哪康氖菍崿F(xiàn)對事物認(rèn)知規(guī)律的洞悉，強化認(rèn)知理解，而非所繪制的可視化結(jié)果本身。從宏觀角度來看，可視化包括了三個功能，分別是信息記錄、支持對信息的推理和分析以及信息傳播與協(xié)同。當(dāng)前的可視化技術(shù)在軍事、科學(xué)、教育、工業(yè)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。隨著人工智能的浪潮在軍事領(lǐng)域興起，智能化軍事變革在世界各主要強國間不斷向縱深發(fā)展。在近年的可視化研究中，可視化和智能化的融合不斷加深，可視化技術(shù)在改善人工智能訓(xùn)練數(shù)據(jù)質(zhì)量和幫助人類理解人工智能方面發(fā)揮了重大作用，而人工智能技術(shù)的進步又反過來為可視化提供了強大的處理工具，二者可謂相輔相成，互為支撐。

軍事情報領(lǐng)域的應(yīng)用：情報可視化分析

情報可視化分析誕生于21世紀(jì)之初，2004年，美國家可視化分析中心成立，這是世界上第一個國家層級的可視化分析領(lǐng)導(dǎo)、協(xié)調(diào)、研究和發(fā)展中心，以此為契機，美國國內(nèi)形成了政產(chǎn)學(xué)研用五位一體的可視化分析復(fù)合體，巨大的安全和經(jīng)濟利益為可視化分析的發(fā)展注入了強大動力。作為可視化分析的直接推動者，美國情報界為這一項目投入了大量的人力和物力支持，國家安全局、中央情報局和海軍情報辦公室等機構(gòu)也加入了可視化分析界聯(lián)盟。這場情報分析領(lǐng)域的變革由美國向全世界擴散開來，加拿大、英國、德國、澳大利亞和新西蘭等國先后跟進。隨著可視化技術(shù)在情報領(lǐng)域的廣泛運用，對整個情報流程和情報文化都產(chǎn)生了重大影響。不僅僅局限于情報分析，美國情報界的頂級情報產(chǎn)品—《總統(tǒng)每日簡報》也由傳統(tǒng)的印刷品衍生出了全天候的可視化決策支持系統(tǒng)。2015年，美國家情報總監(jiān)辦公室發(fā)布了情報界第203號指令《分析標(biāo)準(zhǔn)》，將可視化納入了九大分析技藝標(biāo)準(zhǔn)，要求分析產(chǎn)品要酌情包含有效的可視化信息，以清晰闡明分析信息，強化數(shù)據(jù)和分析呈現(xiàn)。2020年1月，美陸軍發(fā)布ATP 2-33.4《情報分析手冊》，重申了這一標(biāo)準(zhǔn)，并認(rèn)為情報分析人員應(yīng)當(dāng)以可視化的形式呈現(xiàn)情報，可視化呈現(xiàn)的范圍可以從情報信息的簡單顯示到復(fù)雜問題和分析概念的交互式顯示。此外，該手冊的附件表明，美軍分布式通用地面系統(tǒng)的情報分析流程在分析、集成和生產(chǎn)環(huán)節(jié)使用了Arc地理信息系統(tǒng)、谷歌地球和IBM i2等一系列可視化分析工具。同年，美國家地理空間情報局發(fā)布年度技術(shù)指南，將先進分析和建模列為五大核心重點技術(shù)之一，可視化則是實現(xiàn)先進分析和建模的關(guān)鍵，這對其實現(xiàn)2025年預(yù)期目標(biāo)至關(guān)重要。作為情報可視化分析的首創(chuàng)者，可視化和可視化分析在美國情報界已深入人心。

然而，當(dāng)前的情報可視化分析仍然存在著諸多不足。戰(zhàn)場環(huán)境日趨復(fù)雜，情報數(shù)據(jù)海量增加，時域演化多變，急需高效的可視化表達與呈現(xiàn)方法。人的大腦本身就有一種“對所見進行過度解讀”的傾向，可視化由于顏色、標(biāo)記和視覺通道使用不當(dāng)，加之部分情報來源片面和不可靠，反而會適得其反“強化”分析人員的認(rèn)知偏見，最終導(dǎo)致“情報可視化陷阱”的出現(xiàn)?？梢暬@示空間固定，視覺感知有限，任務(wù)交互無限，極易造成分析人員視覺疲勞，帶來“認(rèn)知低效”問題。

IBM i2可視化分析工具的界面

人工智能的應(yīng)用為情報可視化分析的躍升帶來了可能?？梢暬治稣Q生之初就是為了幫助分析人員在短時間內(nèi)根據(jù)零散、相互矛盾甚至具有潛在欺騙性的數(shù)據(jù)做出正確研判，這一技術(shù)和方法在戰(zhàn)略、戰(zhàn)役和戰(zhàn)術(shù)層面都得到了廣泛運用。在智能化軍事變革的浪潮下，戰(zhàn)役和戰(zhàn)術(shù)層級的情報可視化分析也將得以應(yīng)用人工智能工具，將針對戰(zhàn)場高頻次的常見行動將分析固化為算法，前線的分析人員只需要在自動化分析結(jié)束后針對結(jié)論做出研判，而不再需要事無巨細(xì)地把握戰(zhàn)場的每一處細(xì)節(jié)。此外，整個分析過程將以可視化的形式呈現(xiàn)在分析人員眼前，這一方面能夠增進分析人員對人工智能工具的信任，另一方面也能及時發(fā)現(xiàn)自動化分析中數(shù)據(jù)和算法是否存在問題，并做出相應(yīng)的調(diào)整和改正。在一線戰(zhàn)場環(huán)境中，情報可視化分析工具中的人工智能引擎前期可以在分析人員進行數(shù)據(jù)處理和分析時進行學(xué)習(xí)，改進自身由平時實驗和訓(xùn)練得來的數(shù)據(jù)，投入使用后則可在分析人員的幫助下不斷趨于完備。真實的戰(zhàn)場具備著大量或然性事件，情報可視化分析工具需要對這些異常數(shù)據(jù)進行突出顯示，盡力確保情報分析人員對整個作戰(zhàn)空間的“全知”。

軍隊指揮領(lǐng)域的應(yīng)用：戰(zhàn)場態(tài)勢可視化

戰(zhàn)場態(tài)勢可視化是對所有作戰(zhàn)環(huán)境內(nèi)（陸、海、空、天、電磁、網(wǎng)絡(luò)和認(rèn)知）敵我雙方作戰(zhàn)單位形勢的可視化呈現(xiàn)，是一體化CISR系統(tǒng)的重要組成部分，對部隊作戰(zhàn)指揮、訓(xùn)練模擬和毀傷評估具有重要作用。信息化戰(zhàn)爭條件下的戰(zhàn)場態(tài)勢可視化可以追溯到20世紀(jì)末，1995年9月，美軍在巴拿馬舉行了一場名為Fuer tas Defensas的軍事演習(xí)，國家偵察辦公室在這次演習(xí)期間向參演的美陸軍第18空降軍提供了來自國家系統(tǒng)的數(shù)字地形數(shù)據(jù)支持，軍一級的情報部門將敵情數(shù)據(jù)和3D地形數(shù)據(jù)合二為一，供指揮官觀察了解戰(zhàn)場并進行指揮作戰(zhàn)，這次演習(xí)開啟了美陸軍戰(zhàn)場態(tài)勢可視化的先河。時至今日，戰(zhàn)場態(tài)勢可視化已歷經(jīng)二十余年發(fā)展，深度融入了信息化戰(zhàn)爭的方方面面。

戰(zhàn)場態(tài)勢可視化的用戶層級在不斷下沉，由營連級下沉到班組級，甚至是單兵級。2018年，美陸軍未來司令部成立，開啟了新一輪的陸軍轉(zhuǎn)型進程，意圖通過技術(shù)革新實現(xiàn)對競爭對手的體系代差優(yōu)勢，開啟了美陸軍后冷戰(zhàn)時代最大規(guī)模的換裝計劃。2021年3月26日，美陸軍授予微軟公司一份總價達218.8億美元且為期10年的集成視覺增強系統(tǒng)合同，該系統(tǒng)由美國陸軍未來司令部下屬的士兵殺傷力跨職能團隊負(fù)責(zé)，目的是將指控信息、通信信息、位置信息和情報等一系列關(guān)鍵信息集成到單一設(shè)備之中，可以實現(xiàn)單兵和分隊層級的全天候先進態(tài)勢感知，并將士兵獲取的數(shù)據(jù)融入到作戰(zhàn)局域網(wǎng)中，從而優(yōu)化部隊表現(xiàn)并提高殺傷能力。而由網(wǎng)絡(luò)跨職能團隊開發(fā)的“集成能力21”綜合戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)，可以將網(wǎng)絡(luò)增強技術(shù)融入到集成視覺增強系統(tǒng)。2022年3月28日，美國總統(tǒng)拜登公布了2023財年國防預(yù)算草案，在該草案中，美國軍方預(yù)計耗資4.24億美元向微軟公司購買7000臺集成視覺增強系統(tǒng)設(shè)備，美國防部還計劃再提供6260萬美元來開發(fā)1.2版本的集成視覺增強系統(tǒng)。

穿戴集成視覺增強系統(tǒng)進行訓(xùn)練的美軍（畫面右側(cè)是安裝在斯特瑞克步兵戰(zhàn)車上配套的態(tài)勢感知系統(tǒng)組件）

戰(zhàn)場態(tài)勢可視化的數(shù)據(jù)更新頻率不斷加快，細(xì)節(jié)程度不斷提高，虛擬現(xiàn)實和真實世界趨于融合。戰(zhàn)場態(tài)勢可視化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源既包括了國家層級和聯(lián)合部隊層級的情報支援，也包括了野戰(zhàn)部隊自身的ISR資產(chǎn)。而隨著“星鏈”系統(tǒng)的建成并投入使用，小型甚至是微型無人機的普及，基于5G技術(shù)的戰(zhàn)場信息網(wǎng)絡(luò)與戰(zhàn)場終端實現(xiàn)互聯(lián)互通，美軍戰(zhàn)場情報、監(jiān)視與偵察能力不斷強化，行動中的目標(biāo)和環(huán)境數(shù)據(jù)采集速度快、容量大，戰(zhàn)場態(tài)勢可視化從戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)役到戰(zhàn)略層級得以實現(xiàn)近實時效果。受限于戰(zhàn)場數(shù)據(jù)鏈帶寬限制和敵方的電磁干擾條件，在無法實時傳送戰(zhàn)場真實情況的條件下，戰(zhàn)場態(tài)勢可視化系統(tǒng)多采用仿真技術(shù)對戰(zhàn)場環(huán)境和敵我態(tài)勢進行還原。雖然這種仿真系統(tǒng)通過改進算法和革新硬件可以不斷接近真實環(huán)境，但是仍不能做到百分百呈現(xiàn)所有信息，這在戰(zhàn)場高度緊張的情境下會影響指戰(zhàn)員對戰(zhàn)場態(tài)勢的判斷。智能化軍事變革帶來戰(zhàn)場數(shù)據(jù)鏈傳輸速率的提升為彌補這一缺陷帶來了可能，將虛擬仿真數(shù)據(jù)和真實世界融合，在不同作戰(zhàn)地域應(yīng)用不同的可視化算法，為指戰(zhàn)員提供可視化效果最佳的呈現(xiàn)形式。

軍隊訓(xùn)練領(lǐng)域的應(yīng)用：戰(zhàn)爭可視化

近年來的局部戰(zhàn)爭與沖突水平同20世紀(jì)的兩伊戰(zhàn)爭并無太大分別，甚至部分武器裝備和戰(zhàn)術(shù)水平還弱于當(dāng)時的伊朗和伊拉克，任一沖突方都難以復(fù)制或是重現(xiàn)美國在海灣戰(zhàn)爭和伊拉克戰(zhàn)爭中的軍事成功。即使是有歐洲國家參加的科索沃戰(zhàn)爭和利比亞戰(zhàn)爭，歐洲各國也高度依賴美國在其背后的情報支援。在世界整體軍事水平停滯不前的情況下，美國甚至需要小心斟酌其海軍訂單，以確保本土的軍工造船廠不至于因缺少訂單而破產(chǎn)倒閉、人才流失。局部的軍事創(chuàng)新無法帶來整體軍事水平的躍進，正如V-1、V-2導(dǎo)彈和Me-262噴氣式戰(zhàn)斗機無法挽救二戰(zhàn)中德國的敗局。無論是在中東、歐洲，還是世界其它地區(qū)，盡管投入了大量新型裝備，各沖突方和參戰(zhàn)國體現(xiàn)出的技戰(zhàn)術(shù)水平仍遠遜美軍，在短時間內(nèi)利用各種手段達成政治目的的目標(biāo)受限于“落后”的軍事力量而告吹。然而，在這些局部沖突中，戰(zhàn)爭逐漸變得“可視化”了，無論是通過參戰(zhàn)人員用手機上傳，還是通過以無人機為代表的ISR資產(chǎn)回傳，世界各國可獲得的有關(guān)戰(zhàn)爭的圖像和視頻越來越多，圖像和視頻的分辨率和清晰度也在不斷提高。小到一個參戰(zhàn)人員，大到一場戰(zhàn)役，無論是普通民眾還是專業(yè)的軍事研究員，幾乎都能在智能顯示終端上回顧戰(zhàn)爭的每一個細(xì)節(jié)，“戰(zhàn)爭的迷霧”正逐漸被剝開。而隨著智能化軍事變革的不斷加深，工業(yè)制造水平的不斷提高，以小型無人機為代表的“低廉”傳感器超飽和配屬作戰(zhàn)部隊，戰(zhàn)爭的細(xì)節(jié)只會愈加豐富。

戰(zhàn)爭可視化旨在利用人工智能對有關(guān)戰(zhàn)斗的圖像和視頻進行評估、識別和分析，并通過可視化技術(shù)對戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)役級行動建模復(fù)現(xiàn)，實現(xiàn)對整場戰(zhàn)役中各個關(guān)鍵戰(zhàn)斗細(xì)節(jié)的可視化和分析。這一過程可以分為兩個部分，一是要通過人工引導(dǎo)的交互式機器學(xué)習(xí)對圖像和視頻進行數(shù)據(jù)清洗、整合和組織分類，篩選出合適的用于下一步可視化分析的素材；二是通過可視化技術(shù)將篩選后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可供分析的場景和空間，既可以動畫形式展現(xiàn)在顯示終端上，也能以虛擬現(xiàn)實的形式還原出真實的戰(zhàn)場環(huán)境供分析人員進行評估和分析，從每一場真實的戰(zhàn)斗中吸取經(jīng)驗教訓(xùn)。在第一階段實現(xiàn)人工智能主導(dǎo)的情況下，第二階段也應(yīng)當(dāng)在可視化呈現(xiàn)的過程中，通過收集分析人員的標(biāo)記、分類和評估數(shù)據(jù)逐步實現(xiàn)人工智能主導(dǎo)的數(shù)據(jù)自動化處理，提高分析的速度和效率，再由分析人員對生成的結(jié)果進行可視化分析，剔除生成的異常數(shù)據(jù)，減少偏差，提高人工智能引擎的魯棒性。最終生成的數(shù)據(jù)，根據(jù)不同裝備的處理能力，以場景匹配機制的形式存儲于武器裝備之中，既可用于日常的實戰(zhàn)化訓(xùn)練，幫助部隊了解作戰(zhàn)對手的特性、習(xí)慣、攻擊位置和方式，也能用于實戰(zhàn)，結(jié)合情報支援，在不同作戰(zhàn)環(huán)境中幫助部隊快速預(yù)測敵方可能采取的行動，提高部隊的生存能力，減少部隊傷亡。

戰(zhàn)爭可視化在實戰(zhàn)中可以幫助作戰(zhàn)單位快速提高戰(zhàn)斗能力，速度可以提升到小時級，甚至分鐘級。戰(zhàn)時，單個裝備作為前端的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，可以真實記錄敵方雙方的交戰(zhàn)過程，敵方的特征是什么？敵方偏好在什么時間發(fā)動攻擊？敵方使用何種武器裝備以何種方式發(fā)起進攻？我方人員在遭遇戰(zhàn)斗后心理的變化等海量數(shù)據(jù)都可以傳送到后端的數(shù)據(jù)存儲和分析中心。后端分析人員在對這些實戰(zhàn)數(shù)據(jù)可視化分析后，再通過戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)路將數(shù)據(jù)更新包下發(fā)至各型裝備，不斷提高戰(zhàn)場上我方武器裝備的預(yù)測、打擊和反制能力，幫助作戰(zhàn)部隊先敵發(fā)現(xiàn)、先敵調(diào)整、先敵決策和先敵行動，確保我方人員和裝備的作戰(zhàn)能力和水平在每一場戰(zhàn)斗中得到提高。戰(zhàn)爭可視化幾乎可以實現(xiàn)對人員和裝備近實時的訓(xùn)練，這種訓(xùn)練不再是傳統(tǒng)意義上在演訓(xùn)場中進行的訓(xùn)練，更多是在一場戰(zhàn)役中無數(shù)個戰(zhàn)斗間隙中進行的訓(xùn)練，甚至可以在戰(zhàn)斗中進行。訓(xùn)戰(zhàn)一體化，完成訓(xùn)練即刻投入戰(zhàn)斗，再由下一次的實戰(zhàn)檢驗數(shù)據(jù)的可靠性，不斷對數(shù)據(jù)進行糾正，最終實現(xiàn)“知彼知己，百戰(zhàn)不殆”的效果。