便攜智能化的裝備保障信息系統設計

黃少羅，張建新,2，司徒成元

(1.陸軍工程大學石家莊校區軍事教研室， 石家莊 050003；2.解放軍66172部隊， 石家莊 050200)

網絡大數據時代的未來戰場，將會是情報信息爆炸，態勢可全面感知，作戰、保障精確精細的可視化數字戰場。未來戰爭強度高、速度快、消耗大，裝備保障對象更多、關系更加復雜、要求更高，這一演變要求必須實現裝備的精確保障。為適應未來戰場的裝備保障新要求，必須樹立信息主導的保障思想，研究裝備精確保障新模式新手段，形成以“精確”換時間、換空間、換優勢的保障新理念[1]。要想打贏信息化戰爭，必須創新作戰指揮保障方式，運用小型化的便攜智能設備構建保障信息系統應運而生。發展智能設備的軍事應用是打贏未來戰爭的重要手段。

時至今日，科學技術的長足發展為構建智能化裝備保障信息系統，實現精確保障提供了相應的技術支撐。隨著智能設備技術研發、軍事領域應用的拓展和各項新興技術的引入與融合，軍用智能設備將呈現出蓬勃發展的態勢。設備攜帶操作將更便捷，續航力將大幅提升，其高計算能力芯片、高檢測精度傳感器，通過數據交互、云端交互實現強大的信息采集與處理功能，為分析與把握戰場態勢提供技術支撐[2]。

近年來，我國自主研發的北斗全球導航衛星系統及其智能硬件模塊的軍事應用逐步深化，這為我軍用智能設備發展提供了良好機遇，軍隊改革也為其發展提供了新的契機。在軍隊新體制下，深入分析裝備保障指揮體系、任務特點，以軍用智能設備為核心的高技術手段為依托，創新性研發攝像頭智能識別維修器材技術，開發軍事物聯網，完善智能輔助決策功能，構建適用于所有裝備的、更為精準高效、實時共享的智能信息系統，實現對保障資源的精確控制、保障活動的全程可視。

立足適應未來信息化戰爭，發掘新技術新方法，本研究旨在解決現有保障問題基礎上，提出構建一套“著眼戰時、兼顧平時”的智能化保障信息系統研究思路及相關模型。依托小型便攜的智能設備，在新指揮架構下的高效運行、功能齊備，實現信息流實時共享、物資流全程可視可監控、智能輔助決策，使得未來戰場上，裝備狀態全時掌握，故障能夠科學預判，維修任務自動分配，器材識別申請智能便捷，精準定位、精確導航，確保精確保障，切實適應未來信息化條件下的戰場環境，有效提升保障能力。以精確為核心，推進保障方式的變革，樹立綜合保障觀念，以保障信息帶動保障行動，實現需求實時感知、資源全面掌控、物資精確配送、行動全程調控。

1 國內外研究現狀

美軍對智能設備技術的研究始于2009年，軍方先后舉行智能手機應用程序大賽，率先將智能設備納入 C4ISR 和組網技術演習中。目前，美軍軍用智能設備軍事應用研究已邁入實用階段，除作戰指揮類應用、武器裝備類應用、日常監管類運用外，其應用范圍不斷擴大[3-7]。戰術應用是智能設備在陸軍中發揮作用的關鍵領域之一。美國希望通過智能設備的軍事應用，徹底改變士兵獲取知識、信息、訓練內容和行動數據的方式，幫助士兵在信息化戰爭中更為準確、快速地感知、獲取、利用和分發信息，最終實現信息制勝。美國陸軍的目標是盡快將通過認證的多種型號手機裝備全體部隊[8-12]。

相比之下，便攜智能設備在保障領域的軍事化應用雖然已經引起了國內一些學者專家的重視，他們也提出了不少建設性指導意見，對其應用的總體設計有過很多闡述[13-18]。但由于我國智能設備產業相對落后、部隊保密的高要求造成保障理念革新不及時等因素，導致其研究僅處于理論階段，暫無可操作性的具體研究和應用[19-22]。因此，為縮小與外軍的發展差距，迫切需求加快研究步伐，緊緊抓住軍隊改革與科技發展帶來的雙重機遇，對便攜智能設備的軍事應用給予高度重視，在軍民融合發展框架下，尋求突破。

2 現有系統問題分析及解決策略

根據對相關部隊裝備系統的充分調研可知，在器材供應及作戰保障過程中，器材的申請、分發等環節對工作人員經驗的依賴性大，還存在一些信息處理上的不合理，維修實施的信息化、智能化程度不夠，不能滿足未來信息主導的戰場需要，導致保障時間較長、供應不準確，人力、物力和財力資源浪費。

維修實施方面，裝備完好性評估還不能達到實時化、故障的診斷很大程度上還依靠人員經驗，信息化、智能化程度不夠，不能滿足未來信息主導的戰場需要。因此，為提高戰時維修保障效率，充分發揮其戰斗力，急需開展裝備戰時智能化維修保障問題研究。

我軍目前使用的裝備保障信息系統，多以電腦為硬件基礎。首先，由于其便攜性較差、對戰場有線依賴性大、電源難以供給、信息實時性難以保證等問題，導致其在功能發揮上，戰時較平時有所欠缺，需要尋求一定的方法進行改進。其次，智能化程度不夠高，輔助決策功能有待開發完善。再次，在實際業務進行中，系統的使用缺乏強制性，監督作用無法有效發揮。因系統功能分散、使用受限等原因，戰場的裝備維修保障管理難度大，不能有效監管所有物資，實時感知需求，造成重復申請、庫存積壓和無效運輸，致使保障效率低下，回收耗資巨大，存在一定的資源浪費。

整體上看，在用系統在功能發揮上，戰時較平時有所欠缺，這與“一切為作戰”、“戰時為主、平時為輔”的原則相違背，需要進行改進。

便攜式智能設備的優點正好可以解決這一關鍵問題。首先，便攜智能設備體積小、質量輕，其具有良好的便攜性，對戰場環境適應性強，在提供強大功能的同時，不增加人員負擔，不影響作戰人員行動。其次，便攜智能設備智能程度高，既可以是通信工具，還是裝備技術資料存儲器、閱讀機，使用中還可以提供精確高效的輔助決策。集信息采集、單兵通信、導航定位、遠程支援等功能于一體，功能強大。便攜式智能設備功能及應用如圖1所示。再次，便攜智能設備符合裝備保障設備小型化的趨勢，是解決現有保障問題的理想工具。

本研究提出在裝備保障中，以裝備、器材的智能識別為突破點，在此基礎上構建功能齊全、信息共享的智能化保障系統，并發掘新方法，在信息系統內部融合不同裝備的獨有特點，統籌所有現有裝備，逐步擴大系統的適用范圍。

首先，抓住我軍編制體制改革的契機，研究信息主導的未來戰爭下指揮保障的層級結構、層級功能定位、權限分配及力量編配，優化指揮流程，減少層級結構，研究探索符合我軍現狀的扁平化裝備保障指揮體系結構，為系統的開發框架奠定基礎。其次，采用面向對象方法，以軍用智能設備為核心的高技術手段運用為基礎，堅持器材為研究主體，將二維碼、射頻識別技術以及機器視覺等運用到裝備、器材識別中，實現對裝備和器材的智能識別和信息的自動化采集。再次，堅持以戰場裝備保障模式為研究對象，在綜合考慮可靠性、安全性和通用性的基礎上，進行保障理念創新，發掘信息化戰場的有效保障新方法，并對其進行優化。

2.1 總體設計思路

系統的設計緊貼實際，其基本思路是：依據現行編制和指揮層級構建裝備保障指揮體系結構，并以裝備保障各級人員職責分工為依據進行系統權限功能分配。對部隊武器、裝備、器材等保障數據建立數據庫，與解決實際問題的模型庫相連接；在指揮中心裝備高性能服務器及各業務保障終端；在坦克、運輸車等裝備加載車載終端；在裝備修理分隊、裝備使用分隊、裝備管理機關人員配備便攜手持終端。手持終端具有北斗模塊，實現精確定位導航功能；加載交互式手冊，實現輔助決策功能；攝像頭模塊實現信息實時采集功能。在此基礎上，以裝備業務為綱，分析裝備保障各環節(裝備日常維護-故障診斷維修-器材識別申請-精確保障)所需功能，合理選擇軟硬件及相應技術支撐，并結合網絡技術的應用將各功能串聯，實現系統的有效運行(裝備保障智能化系統總體框架結構如圖2所示)。

在裝備日常維護環節，以數據庫技術和電子數據交換技術為支撐，通過對裝備維修數據進行有效采集、存儲和分析，提供裝備性能動態監測與評估、潛在故障預判，進行預防性維修；通過器材數據的實時采集、存儲、共享與分析，實現器材消耗預測、輔助申請，確保對裝備狀態、器材數據的全程可視與實時監控。在裝備故障維修環節，以數據庫為依托，利用現有的維修模型，輔以數據交換實現交互式電子手冊的輔助決策功能：依據故障現象，智能判定故障類型及部位，進行故障診斷；進一步確定維修設備、人員與器材需求，進行修理服務與標的器材一鍵申請。器材保障環節，以便攜智能設備所攜帶的攝像頭為硬件，配套對應算法模型作為智能識別模塊，可實現對器材及其包裝上的條形碼、二維碼等的識別與信息采集；對裝備標識牌、無標簽器材實現基于機器視覺技術的無標簽識別與信息采集，為指揮中心提供原始數據。在野戰保障環節，運用北斗芯片硬件作為定位導航模塊，以全球導航衛星系統和軍事地理信息技術為技術支撐，實現裝備、器材、人員的精確定位功能，并為導航功能提供技術支持。

2.2 不同裝備的基礎數據庫生成及應用模型

依托便攜智能設備構建的裝備保障信息系統，旨在建立一個人機一一對應關系，對參戰人員、裝備普遍適用的軟件系統架構體系，用于指揮機關對所有所屬裝備、人員進行平時管理、戰時保障的智能管控。建立一套針對單裝的數據庫生成模型，并依照此模型在總數據庫中生成不同裝備的數據包。在此基礎上，不同裝備的部隊和單位，在共有的系統框架內只需導入所屬裝備的基礎數據(不同兵種單兵設備基礎數據如圖3所示)，即可有效運用本系統。

2.3 基于軍用智能設備的物聯網體系架構設計

物聯網系統在軍事物流領域發揮著及其重要的作用，借鑒成熟的民用物聯網理論，立足軍用智能設備及其信息技術，建立符合我軍體制的物聯網技術與流程結構，實現軍事物流的信息共享實時化，器材運輸、分發全程可視化。研究權限內的遠程物資信息查詢技術，人員物資對接綁定技術，物資交接程序等，實現物資全程責任化，全流程智能化(物資可視化系統示意圖如圖4所示)。

2.4 維修保障過程優化及決策輔助技術

針對平時和戰時保障需求的區別，區分平時裝備供應管理模式和戰時裝備保障指揮模式，對其裝備保障各環節及裝備指揮各節點加以規范，優化流程，提高供保效能。

平時的裝備供應管理模式下，器材管理模塊可提供器材申請、運送、存儲、消耗數據的自動化采集，并在不同層級實時共享與同步更新，具備器材消耗預測、輔助申請功能，優化申請、流通、管理、保養等流程，實現從新器材申請到舊件回收的全程可視與監控。維修管理模塊記錄裝備歷史維修數據，提供裝備整體性能實時評估，故障預測與智能診斷，殘缺器材的智能識別，修理服務與標的器材一鍵申請，大大提升平時器材和維修管控能力，真正實現對裝備的全壽命管理。

戰時裝備保障指揮模式下，系統集成了計劃方案編制、動態需求預測、情報信息共享、數據獲取及比較、任務的智能分析與分配、精確定位及導航、運力及維修力量調遣、后備力量支援等功能，對可用資源精確控制、利用，真正實現精確保障。其輔助決策功能包括裝備性能動態監測與評估、智能預判故障、故障智能診斷，根據設置自動對需求進行反應并組織和控制供給，可進行遠程技術援助等等。達成“外賣式的器材保障、網約式的維修服務、推進式的區域支援”，最大限度地提高保障的實效性與準確性，最大限度地節約保障資源，提高保障效益。

2.5 基于智能設備的裝備保障信息系統

利用軍用智能設備及信息化手段，按照平時管理和戰時保障需求，構建覆蓋裝備保障各環節和裝備指揮各節點的裝備保障信息系統，將其區分為平時裝備供應管理模式和戰時裝備保障指揮模式， 并通過平轉戰時的智能升級將兩種模式有效銜接。

2.5.1 系統平時模式的運行

平時模式下，器材管理模塊可提供器材物流、存儲、消耗數據的自動化采集、實時共享與同步更新，作戰單位器材消耗預測與智能申請，實現單個器材的全程可視與監控。維修管理模塊則提供裝備整體性能實時評估，故障智能診斷，器材的智能識別，修理服務與器材一鍵式申請，大大提升平時管理能力和水平，真正實現器材的全壽命管理(系統平時器材管理模型如圖5所示)。

平時，各級人員在權限內，可通手持終端與車載終端相匹配，進行數據查詢與輸入。通過分析數據庫中某裝備的歷史數據，預判車輛故障，進行器材更換與保養；通過車輛動用記錄，提供裝備的實時性能評估，確定車輛大修、中修、小修時機；通過交互式手冊，進行車輛訓練、維修的模擬練習；通過攝像頭識別，熟悉裝備各部件、器材的名稱、性能，并可通過內置的視頻等進行學習。

器材管理人員在權限內，通過與智能貨柜終端匹配，對器材信息進行查詢。通過查詢可了解器材物流、存儲、消耗數據，實現對器材的全程監控；通過分析進行作戰單位器材消耗預測，進行智能申請。器材入庫時，通過手持終端的攝像頭掃描包裝上的二維碼、條形碼(無包裝零散器材通過掃描器材實體)識別器材，通過與智能貨柜終端交互定位存儲位置，實現自動開鎖與數據寫入上報。

器材申請的具體操作為：裝備出現故障時，士兵根據交互式手冊，依據教程進行裝備修理。對從裝備上拆卸的廢舊器材(無包裝、無標簽)，直接采用攝像頭(配套視覺增強AR算法)掃描識別，而后上報數據進行申請。服務器根據權限設置，報送相應負責人批準后，生成電子憑證下發申請人。申請人根據收到的電子憑證，通過在貨柜終端輸入憑證碼或者貨柜終端的攝像頭掃描電子憑證的二維碼，實現器材存儲位置的定位與自動開鎖，完成器材的自助式請領。期間所有的數據交換自動在數據庫進行記錄，實現數據自動化采集，并在各數據庫實時共享與同步更新，作為維修模型的參考數據。此系統，可增強修理人員請領器材的靈活性，減少器材管理人員的工作量，實現對器材數據實時精確掌握，隨時上報，一鍵查庫。

2.5.2 系統戰時模式運行

該系統可升級性能好，戰備轉級時，指揮機關根據預先設定的戰備方案，將所屬末端設備平時的供應管理模式升級為戰時裝備保障指揮模式。升級后，系統可按預設戰備方案及裝備數據庫實時數據進行保障方案計劃智能生成，提高保密安全等級，進行相應的作戰輔助決策。

戰時模式下系統對可用資源精確控制、利用，將保障物資、力量盡可能準確、及時、適量、有效地投送，在準確的時間、地點為作戰部隊提供準確數量、質量的物資技術保障，實現精確保障。通過達成“外賣式的器材保障，網約式的維修服務，推進式的區域支援”，最大限度地提高保障的實效性與準確性，最大限度地節約保障資源，提高保障效益(戰場器材快速保障流程圖如圖6所示)。

戰時，人員根據編組進入相應車輛，隨即將手持終端與車載終端進行綁定，實現數據共享，明確人員對車輛管理責任。人員手持終端自行下載車輛相關數據包，為下一步的車輛維修及器材申請相關工作奠定基礎。非故障期間，士兵可在屏幕上顯示道路情況、本車位置、車輛狀態以及指揮中心發布的信息；也可通過手持終端了解車輛信息，依托模型進行預防性維修與器材申請。

一旦車輛發生故障，士兵可通過手持終端根據交互式手冊，依托維修模型，根據現象進行故障裝備診斷，得出可能的故障原因，確定需要的修理設備、專業人員、待更換器材種類及數量，連同故障車輛位置信息，一并提交指揮中心，進行維修服務申請。服務器接受信息后，根據所需權限進行審批，而后依據戰場情況(路途遠近、敵情威脅等)就近選定所需設備、人員、器材，進行任務分配。受領任務的車輛根據各自的路徑導航，前往故障車輛進行維修。整個過程，從發生故障、故障診斷、維修需求確定申請、輔助決策到導航定位實現精確保障，對人員能力要求較低。士兵無需對裝備非常了解，無需精通裝備維修，也無需認識所需器材并熟知其存儲位置，大大降低人員的培養成本。

3 基于層次分析法(AHP)的系統效能評估

系統效能的評估是對系統的功能、質量和效果的全面評價。在此，針對裝備保障的基本要求，建立一種基于層次分析法(AHP)的評判模型，對基于無線射頻技術、基于便攜智能設備、基于計算機技術構建的3種裝備保障信息系統進行系統效能評估。力求通過對評判過程所涉及各要素進行量化分析，對保障信息系統給出較為客觀、準確的評判。

首先，找出影響裝備保障信息系統性能的各種因素，將這些因素按目標、準則、方案進行分類，得出層次結構示意圖(見圖7)。

建立模型后，采取專家打分的方法對各層因素分別進行兩兩比較，并引入1～9的標度將這種比較結果用數值表示出來，構成判斷矩陣并進行一致性檢驗，獲得層次總排序及裝備保障信息系統效能比較結果。

最后，通過分析得出3種裝備保障信息系統中性能排序為D2(基于便攜智能設備的裝備保障信息系統)、D1(基于無線射頻技術的裝備保障信息系統)、D3(基于計算機技術的裝備保障信息系統)。結果符合人們一般性認識，較好地驗證了各系統使用效能。實際上，運用便攜智能設備構建裝備保障信息系統，是適應未來戰場裝備精確保障的有效舉措。

4 結論

1) 將便攜智能設備的裝備保障系統研究作為陸軍推動實現數字化、落實“大數據工程”的有效方法，通過對現有裝備保障各階段的技術成果整合，對陸軍保障力提高有很大幫助。

2) 數據采集處理自動化、使用范圍大眾化使全體官兵都成為戰場態勢感知的一部分，海量的數據錄入、維護與更新實現了全員參與，有效破解“戰場態勢感知和融合難”這一難題。

3) 對所有裝備系統的適用性有效適應陸軍目前“多代、多型裝備并存”的裝備發展現狀，有效解決“信息系統難融合”的技術難題。

參考文獻：

[1] 劉明臣．綜合電子信息系統裝備保障模式構建研究[J]．國防科技，2013，34(4)：51-55．

[2] 鄧威，張德彬．智能可穿戴設備軍事應用與發展趨勢[J] ．國防科技，2016，37(1)：57-60．

[3] 劉毅敏．不斷擴展的智能手機軍事應用[J] ．軍事裝備，2010，11：58-61．

[4] THABOUILLOT O,PERRIER P,ROCHE N C,et al.A Fortunate Story of an Unusual AK-47 Bullet Trajectory:Always Keep a Smartphone in Your Pocket[J].Prehosp Disaster Med,2016,31(3):343-345.

[5] WELSH D,ROY N.Smartphone-based mobile gunshot detection[C]//IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications Workshops.IEEE,2017.

[6] LIN T S,LIN I L,LEU F Y.Constructing Military Smartphone Usage Criterion of Cloud-DEFSOP for Mobile Security[C]//International Conference on Innovative Mobile and Internet Services in Ubiquitous Computing.IEEE,2015:420-425.

[7] STEWART S J.NPS Class Inspires Officer to Combat Military Suicide With Smartphone App[D].Monterey California Naval Postgraduate School,2013.

[8] 張曉玉．智能手機的軍事應用研究[J] ．通信導航與指揮自動化，2011(05)：37-40,55．

[9] 黃志明.智能手機化身戰場利器[J].學與玩,2017(6):22-23.

[10] ZHONG L,LV P,PLA U O.The prospect of military application of smart phone[C].Microcomputer & Its Applications,2016.

[11] EPSTEIN R J.Policy and Policy Formulation Considerations for Incorporation of Secure Mobile Devices in USMC Ground Combat Units[C].Approved for public release; distribution is unlimited,2014.

[12] LEE G J,GOH S C.A Guidelines for Establishing Mobile App Management System in Military Environment-focus on military App store and verification system[J].The Journal of the Korea Information and Communications Society,2013,17(3):525-532.

[13] 冉承其．北斗衛星導航系統運行與發展[J] ．衛星應用，2016(6):13-16．

[14] 劉光成，張時杰．戰區空軍虛擬軍械倉庫的構建[J] ．倉儲管理與技術，2012(3)：18-22．

[15] 高崎．軍械維修器材管理學[M].北京:國防工業出版社,2012.

[16] GARDNER G C.The Lived Experience of Smartphone Use in a Unit of the United States Army[C].Dissertations & Theses-Gradworks,2014.

[17] WALKER A M,MILLER D P,CHEN L.Spatial Orientation Aware Smartphones for Tele-operated Robot Control in Military Environments[J].Proceedings of the Human Factors & Ergonomics Society Annual Meeting,2013,57:2027-2031.

[18] UNIVERSITY V.Tracking Gunfire With a Smartphone[C].Communications of the Acm,2013.

[19] 蔡麗影,孫江生.美國陸軍裝備兩級維修作業體系研究[M].北京:軍事科學出版社，2015.

[20] 楊志順.野戰條件下部隊軍械器材快速保障的特點及方法[J].軍械，2012(4):28-29.

[21] 王輝，王祥，梅剛.基于AHP的電子戰裝備保障指揮系統評估模型[J].艦船電子工程,2006(4):52-55.

[22] TéTARD F,HAN S,COLLAN M,et al.Smart Phone as a Medium to Access Medical Information: A Field Study of Military Physicians[C].2006.