基于物聯網的海軍武器裝備綜合保障研究＊

（92941部隊94分隊 葫蘆島 125001）

1 引言

隨著作戰、裝備信息化程度大幅提高，隨著大量高新武器裝備部隊，迫切要求武器裝備的綜合保障信息化、智能化，突破傳統的保障模式。信息化戰爭是諸軍兵種一體化作戰，戰場空間廣闊，作戰手段多樣，情況復雜多變，物資消耗巨大，保障范圍擴大，因而需要物聯網來提供強有力的支撐。近期發生的數次戰爭中，都表現出戰斗節奏加快，部隊機動范圍廣，需要物資裝備的數量、種類都在急劇膨脹。相應的，為了減少后勤保障的巨大經濟負擔，各國軍隊的供應理念都在發生巨大的變革。在新的戰爭形式下，部隊更加迫切地面臨著物流信息透明化、實時化的壓力，必須在第一時間洞悉整個供應鏈上物資、裝備的分布情況，及時對現狀作出快速反應和動態調整。

物聯網（The Internet of things）技術已經從理論研究階段過渡到融合各學科的應用實踐階段，在現代信息化戰爭背景下，物聯網技術體現出在軍事領域的重要技術價值和戰略意義，利用“物聯網技術”實現海軍武器裝備綜合保障跨越式發展，是我軍面臨的一個最佳機遇。目前，我國軍隊的無線通信網絡和有線通信網絡已經覆蓋了全軍，從繁華的城市到偏僻的疆域，從海島到遠洋，到處都有無線網絡的覆蓋，無線網絡是實現物聯網必不可少的基礎。發展基于物聯網的海軍武器裝備綜合保障，首先要研究物聯網核心技術應用，明確海軍武器裝備綜合保障體系結構。

2 物聯網技術

2．1 物聯網概念及其關鍵技術

物聯網的定義很簡單：把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理，具體地說是將各種信息傳感設備與互聯網結合起來，進行信息交換和通信，以實現智能化的識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網。

物聯網系統技術架構分為感知層、數據交互層（網絡層）、應用層，如圖1所示。物聯網涵蓋了從信息的獲取、傳輸、存儲、處理直至應用的全過程，包括物聯網的感知、通信、網絡、發現與搜索、數據處理等，其中負責物體標識的自動識別技術（RFID技術）、感知物體動態信息的傳感器技術、實現信息傳遞的通信和網絡融合技術、信息處理的智能技術是物聯網的四大關鍵技術。

圖1 物聯網體系結構

2．2 國外物聯網的發展應用情況

針對物聯網美國提出“智慧地球”，日本和韓國則分別提出了“U-japan”和“U-Korea”戰略，而在美軍海軍裝備的發展戰略中處處體現出對物聯網技術的具體應用。早在1997年，美國海軍就深入研究了發展中的先進技術對2035年海軍作戰的影響，形成了美國海軍裝備技術發展戰略研究系列咨詢報告—《2000—2035年美國海軍技術》，在其后勤卷中提出的重點領域包括：提高集裝箱化程度、高海況下運輸貨物機器人技術、總資產可視、作戰資源管理與儲運控制、信息維護支持以及武器裝備綜合保障系統戰備狀態監控等。

2．2．1 物聯網技術在美國軍事領域的發展影響

從目前美國海軍發展信息化后勤裝備及系統的做法看，2030年前美國海軍將積極研發對未來信息化后勤發揮關鍵作用的信息化后勤裝備及系統，從而實現海軍裝備的根本轉型，這里面包含了傳感器技術、全球定位技術等的應用。在發展信息化后勤保障裝備的同時，美海軍還十分重視海軍信息系統的建設，在21世紀建設的新構想中，明確提出利用物聯網技術重點改進后勤指揮系統：一是能夠實時了解所有的作戰后勤信息；二是能夠準確地預見作戰部隊的各種后勤需求；三是能夠對作戰部隊的后勤需求作出快速反應；四是提高后勤指揮的效率。其最終的目的是將獨立的后勤信息系統轉型為無縫聯通的一體化后勤物聯網路，將單功能后勤信息系統轉型為多功能的后勤物聯網系統，從發展單個后勤信息裝置轉型為開發全息物聯網后勤系統。

2．2．2 美國海軍“力量網”建設發展

目前，美國海軍正加快其“力量網”的建設。“力量網”建成將使美國海軍后勤工作發生重大的變化，后勤補給重心將通過“力量網”跟蹤船上的物質使用情況，使補給品的供給更加及時有序。遠程保障是美國海軍后勤信息化建設的另一個重要的內容，美國海軍將遠程保障比喻為21世紀美國海軍運行的基礎，主要通過岸基協調點為士兵提供技術、后勤、維護和生活質量方面的援助，所有的保障需求都通過網絡環境記錄、跟蹤并由保障供應商解決。目前其遠程的保障主要集中在艦艇的實時技術保。美國海軍的構想是將遠程的保障范圍擴展到人員、訓練、后勤的維護等多個方面，未來不僅向向所有的海上和港口海軍部隊提供援助，還將幫助改造海軍未來的基礎設施，從而提高保障的效率，這一切沒有物聯網底層相關技術理論支持是很難實現的。

3 海軍武器裝備綜合保障核心技術分析

要實現基于物聯網的海軍武器裝備綜合保障，首先要實現傳感器技術在海軍武器裝備、物質供應、維修等各個方面的廣泛應用，對現有數據信息網絡進行整合改造以適應物聯網的體系結構，加快海量數據交互、融合、分發處理等技術應用研究，加強數據信息安全技術的研究，完成對自主網自動切入、自我修復、容錯等技術的研究，加快對相關核心技術的應用性研究，下面對幾項核心技術簡要闡述分析。

1）傳感器技術

傳感器技術是建立物聯網的基礎，是終端節點信息交互的核心技術，涉及射頻自動識別（RFID）技術、紅外感應器技術、激光掃描技術、環境傳感器應用技術等，其中射頻識別技術是關鍵技術，其是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻電子設備產生的射頻信號（主動標簽）或空間電感耦合或電磁反向散射耦合（被動標簽）自動識別目標對象并獲取單個或多個對象信息數據，并且可以通過讀寫設備更新對象信息。完整的射頻識別系統包括RFID 標簽（內置天線）、RFID 讀寫器和RFID 數據管理系統，非接觸式IC 卡自動收費系統就屬于典型的射頻識別系統，射頻識別技術通常應用于物聯網中信息感知層。

2）無線傳感器網絡技術

無線傳感器網絡是通過部署在裝備、倉庫、車輛及環境中的傳感器實現信息感知、數據處理，并通過互聯網、移動通信網等傳輸方式實現信息交互和傳遞，每個傳感器網絡節點可根據程序算法進行獨立響應或將數據傳輸至控制中心實現智能決策和控制，并完成人與人、人與物、物與物的全面互聯交互，具有低功耗、自組織、低速率、短距離等特點。無線傳感器網絡可作為物聯網的衍生子網，通常應用于物聯網中信息感知層。

3）協議層

物聯網按其功能抽象可以分為五個層次：基礎層（傳感器集合）、網絡層（通信網絡）、中間件層、數據處理和管理層以及應用開發層。其中，基礎層以研究新型傳感器和傳感系統為核心，包括應用新的傳感原理、使用新的材料以及采用新的結構設計等，以降低能耗、提高敏感性、選擇性、響應速度、動態范圍、準確度、穩定性以及在惡劣環境條件下工作的能力，協議層應用在物聯網三個層次。

4）系統應用程序集

在建立整個裝備綜合保障體系前，必須研發一系列基礎支撐開發平臺，包括系統開發程序平臺、應用程序平臺、各種嵌入式程序集、服務程序集等，作為建設整個系統的基礎工具，主要在物聯網的應用層。

4 海軍武器裝備綜合保障體系結構

4．1 海軍武器裝備綜合保障的體系結構概述

基于物聯網的海軍武器裝備綜合保障體系結構是星系狀的，具體如圖2所示。武器裝備綜合保障是由一個一個的相互獨立又相互聯系、內部結構相同的子“基點”互聯融合而成，多個基點組成“節點”，基點可認為是一個獨立的小物聯網。所有的最小“基點”的內部結構按物理結構功能進行劃分，包括：電子細胞點、信息識別系、信息采集過濾、應用系統等基本系統。電子細胞點是武器裝備、軍需物質的最小的完整單元，嵌入電子標簽，形成一個可被物聯網感知的一個活的細胞信息點；信息識別系統是具有可變結構的自組網系統，具有對電子細胞進行信息識別，或接收電子細胞的主動請求信息，同時可自動切入枝干信息服務網絡，進行信息交互處理分發，應用系統是基于應用層的系統應用。以上四種基本系統相互作用融合成一個“基點”，而兩個“基點”互聯通信與內部融合原理是一樣的。

圖2 綜合保障體系結構示意圖

4．2 海軍武器裝備綜合保障體系結構的標準規范

建立基于物聯網的海軍武器裝備綜合保障體系結構，必須先建立各種標準體系，包括構建各類標準體系框架參考模型，制定海軍武器裝備與物聯網標準體系框架，擬訂標準體系框架明細表，研究描述海軍各單位建網的一套通用的指導原則、規范方法和標準，為推廣與應用提供參考標準和模型。

4．3 海軍武器裝備綜合保障應用系統分析

4．3．1 信息化物資補給系統

第一種是特定物品尋找系統，即能在集裝箱貨場上快速確定出某種特定物品裝在哪個箱子內；第二種是運輸途中物資可見性（ITV）系統，可及時跟蹤在運物資的品名、數量、目的地、用戶和途中所在位置等各種有關信息；第三種是全資產可見性（TAN）系統，可全面掌握所有物資從倉庫到散兵坑全過程中的所有情況。

1）特定物品尋找系統

由射頻卡和手持式無線電詢問機組成。射頻卡如一副紙牌大小，內裝微型無線電收發機、微處理器和電池。微處理器可以特定的數據庫文件格式儲存128000 個字符，相當于300 頁文字資料。每個集裝箱或大件集裝物資上均安裝上一個射頻卡，箱內所裝物資品名、數量、狀況、終點、用戶等所有信息均存在卡內。射頻卡相當堅實，耐惡劣氣候，耐沖擊，能在野戰條件下多次使用。手持式無線電詢問機能發出脈沖電波“激活”射頻卡，并能在90多米距離范圍內閱讀卡上的信息內容。一個集裝箱貨場上通常堆放著成百上千個集裝箱，當需要緊急查找某種特定物品時，詢問機可根據該物品的名稱和編碼提出詢問，所有裝有該物品的集裝箱上的射頻卡即會作出應答，隨后利用詢問機激活射頻卡上的鳴叫器，作業人員即可循聲找到集裝箱。如果聲音在聽覺范圍之外，則可根據詢問機上測距儀顯示的距離去逐步接近，整個尋找過程只需幾分鐘，具有特定尋找功能的射頻卡已經有實際應用的先例。

2）運輸途中物資可見性系統。

由射頻卡、固定式或手持式詢問機和計算機系統組成。射頻卡也是附裝在集裝箱或集裝件上，同時在運輸起點、終點和各中途轉運站上配置固定式或手持式詢問機和微機系統。當運輸車輛經過時，詢問機就閱讀卡上信息并將此信息傳給計算機系統加以存儲和顯示。計算機系統還能通過電話線路或通信衛星將物資信息傳送給本土的中心數據庫。各級后勤人員和有關單位利用該庫即可及時獲取運輸途中的所有物資信息。根據需要詢問機還可對射頻卡上的內容進行更新。

3）運輸途中物資機動跟蹤系統

為了實時跟蹤前方運輸過程中物資的精確位置，需采用機動跟蹤系統。它主要安裝在運輸工具上，尤其適合安裝在整裝整卸車上。系統包括：射頻卡、車載微機、射頻卡閱讀器、無線電收發機和全球定位接收器。射頻卡安裝在集裝件或整裝整卸車的集裝托板上，用來儲存車上的物資信息，全球定位接收器可以隨時確定車輛所在位置；與終端相連的閱讀器可閱讀射頻卡上的信息。通過無線電收發機和通信衛星，車上物資信息和位置可傳送給本土的中心數據庫。整裝整卸車集運輸、裝卸功能于一身，是當前的高效補給裝備。應用以上成果，將能建成戰場物資精確化補給系統，即各作戰和保障平臺上中安裝上彈藥、油料等自動監測傳感器，一旦即將耗盡，便自動向補給站發出申補要求，補給站計算機系統根據作戰和后勤態勢作出最佳安排并選出最安全路線，派出補給運輸工具前往目的地，途中進行嚴密跟蹤直到安全抵達終點。

4．3．2 綜合實時維修保障智能系統

綜合實時維修保障智能系統是未來裝備綜合保障的一部分，主要包括裝備自動檢測系統、故障診斷人工智能系統、遠程維修技術支援系統等。分別用于自行診斷、實時診斷、對保障裝備提供快速維修技術服務，溝通后方工廠與倉庫、技術機構、專家和前方維修機構的聯系等。

遠程維修系統。通過遠程維修系統，可使前方維修人員能從后方獲得技術指導和維修信息。視頻輔助修理系統，實質上是一種視頻、聲頻遠程通信系統，使前方人員與后方專家之間建立聯系。

士兵支援網絡。該網絡可從現成的全球網絡中索取所需的視頻、聲頻和動畫方式表達的維修信息。可戴式計算機系統由頭戴攝像機、顯示屏和微機組成，可使前方人員與基地之間建立聲、視通信，還可撥號進入士兵網絡。

傳感器人工智能通信綜合維修系統。可使前方人員評價武備狀況并預測故障。原有的許多后勤裝備都將配加信息技術裝備，如信息化整裝整卸車、信息化救護車與救護直升機、數字化診斷檢測裝置、數字化野戰醫院系統等。經過改造的裝備效能將大大提高。

4．3．3 醫療保障裝備技術

如模塊化醫院、便攜式遠程醫療系統，區域性遠程醫療網絡系統，數字化野戰醫院以及前沿單兵救護裝備都體現了物聯網基礎技術的應用。在未來的戰爭中，為作戰人員配備集防護與救治為一體的多功能、信息化、智能化單兵裝備。

4．3．4 裝備保障綜合集成決策系統

綜合集成決策系統，實際上包括裝備保障信息的收集、裝備保障信息的集成和裝備保障信息的流通三個子系統。各類保障信息都可以按照一定的規則通過特定的物聯網通道，流通至綜合集成決策系統，使信息收集工作準確及時，便于指揮機關實時掌握裝備保障活動的進展情況，對裝備保障實施不間斷的指揮。收集到的裝備保障信息經過分析處理后，由裝備保障綜合集成決策系統對其進行綜合集成，用系統科學的方法進行研究，為指揮機關提供輔助決策。收集到的裝備保障信息經分析處理后，根據需要流通到，裝備保障物聯網相應的子系統中。

4．3．5 橫向一體化裝備保障協作系統

橫向一體化是指把裝備保障部（分）隊，即裝備保障人員、裝備和裝備信息等所有要素與后勤保障、地方保障力量以及作戰部隊形成以裝備保障為核心的保障協作群體，使作戰與保障緊密結合，形成“同步型”的網絡保障資源網。

4．3．6 縱向一體化指揮控制系統

通過裝備資源物聯網，實現裝備保障指揮與作戰指揮系統的融合，力求裝備保障的直達、快捷。這里的裝備保障指揮體系采用的是融入型（從屬型）的指揮系統，能夠更好地實施一體化聯合指揮。通過物聯網上獲取的海量信息，使用計算機輔助決策系統，模擬現實作戰和保障環境，對指揮員的決策方案進行推演、論證，定量分析裝備保障力量的構成和編組，從中選出最佳方案，并對可能的情況提出預案，最大限度地減少決策失誤和縱向指揮結構層次，保證各保障節點都有一定的自由度，把裝備保障的構成要素、有生支援力量等組成一個有機整體，加強裝備保障的統一指揮領導，即時處理和協調軍地、軍種以及裝備保障各個層次、各個專業之間的關系，提高保障效率，做到快速反應式保障。

5 結語

本文分析了物聯網技術特點和國外發展應用情況，深入研究了基于物聯網的海軍武器裝備綜合保障的體系結構，并對其核心技術進行系統分析歸納。縱觀國內外物聯網技術的發展應用可以看出，物聯網的影響是廣泛而深刻的，其應用已經深入到方方面面，其軍事應用潛力巨大。在國內，物聯網在軍事領域的應用尤其是在武器裝備綜合保障方面還處在起步階段，一旦我們抓住物聯網發展的契機，就能使我們的武器裝備綜合保障水平走在世界的前沿。歷時證明任何一場技術革命都會在軍事上帶來一場顛覆性的變革，因此應該抓住機遇，展開深入的研究。基于物聯網的武器裝備綜合保障能夠打破傳統武器裝備綜合保障的思維模式，從微觀到宏觀徹底改變過去低效率的保障方式，以適應未來信息化及海軍戰略發展需求。

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