物聯網技術在陜西人影作業裝備和彈藥全程監控中的應用

左愛文，劉映寧，何 軍，田 顯

(陜西省人工影響天氣辦公室，西安 710014 )

物聯網(Internet of Things)技術建立在“互聯網概念”的基礎上，通過射頻識別(Radio Frequency Identification，簡稱“RFID”)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等各種傳感設備，按約定的協議，把裝有傳感設備的任何物品通過互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡技術[1]。物聯網問世以來，發展迅猛，快速滲透到移動支付、共享單車、網購等生活的方方面面；物聯網在氣象領域的應用也越來越廣泛，已廣泛使用到自動站數據的實時監測和采集[2]、氣象裝備的動態管理[3]、氣象災害監測[4-5]、氣象智能機房[6]等方面，劉偉等人[7]將物聯網應用于彈藥管理中。

近年來，人工影響天氣業務快速發展，社會需求越來越旺盛，作業規模不斷擴大，但在具體業務中還存在以下問題：一是作業信息采集上報自動化程度不高，缺乏作業合理性分析數據；二是作業彈藥和裝備缺乏實時監管、有效監測，發生炮彈丟失現象，存在安全隱患。科學作業和作業彈藥安全已成為各級人影部門安全管理工作的重中之重。陜西省人影作業裝備和彈藥全程監控系統，將物聯網技術應用到人影裝備和彈藥管理中，利用物聯網技術實現裝備和彈藥的生產、驗收、運輸、倉儲、發射及報廢等環節的全流程跟蹤、自動感知和動態管理，作業信息實現自動采集、匯集和上報，為安全管理和科學評估提供技術支撐。

1 陜西人影作業彈藥物聯網監控系統

1.1 系統設計

為了便于對裝備和彈藥進行識別、跟蹤定位和管理，為每一枚裝備和彈藥進行唯一身份識別，在裝備和彈藥上安裝能進行身份識別的標簽和定位用的GPS；制定人影專用設備統一的編碼規則，研制具有自動感知技術的作業參數采集傳感器和基于3S技術的作業裝備和彈藥狀態感應設備，自動采集作業信息并上報，快速、近距離對彈藥安全準確識別，解決彈藥在生產、驗收、運輸、儲存、作業消耗等環節的全程自動跟蹤監控,實現人影作業科學調度、量化指揮，提高人影彈藥管理和服務效益，為人影安全作業和科學作業提供技術支撐，提升人影業務現代化水平。

1.2 系統技術方案

根據《陜西省人影作業綜合管理系統方案》，陜西省人影作業彈藥全程監控系統建立在物聯網基礎上,由感知層、網絡層和應用層組成，應用層又分為數據處理層和服務層。

感知層是人影裝備和彈藥安全管理的基礎，主要進行準確識別，為了便于采集人影裝備的作業信息，準確記錄高炮、火箭人影裝備作業時間、方位、仰角、數量等信息，研制了集三維數字羅盤、加速度計、光電感應等技術的作業信息自動感知設備，實現了作業參數信息自動識別和采集；從彈藥安全方面考慮，人影彈藥出廠時植入無源RFID電子標簽，為彈藥建立唯一身份代碼；研發手持式和門禁式感應設備，對人影作業彈藥儲運位置實時跟蹤，彈藥庫存和出入庫信息自動記錄。網絡層利用各種通信手段將采集的信息上傳匯總。數據處理層是負責對采集的數據進行分析處理，結合作業預警和指揮系統，按照角色分配不同的管理權限，實現人影信息安全共享；服務層是直接面對用戶的部分，也是用戶和物聯網應用的接口部分，可根據人影實際業務需求不斷完善。

1.3 軟硬件設計及功能

(1)建立省(市、縣)級彈藥信息出入庫采集系統。安裝庫房管理控制系統，該系統包括RFID讀寫器、GPRS、拍照系統，設置彈藥掃描區域，在庫房入口的地方安裝讀寫器，使彈藥在出入庫房門進入掃描區域時，自動采集上傳彈藥信息，自動分辨出入庫行為，最大識別彈藥數量40枚/次，最大庫存量5 000枚，實時顯示彈藥出入庫數量，智能化掃描彈藥，無需人為干預，具有速度快、準確率高的特點。市縣級系統開關機和庫房門聯動，操作過程中，系統將操作人員的信息自動掃描并上傳，確保彈藥安全責任落實到人。

(2)建立彈藥運輸信息跟蹤系統。彈藥運輸車輛上安裝運輸跟蹤系統，包括GPS、GPRS以及讀寫器，GPS記錄車輛行駛路線并通過GPRS實時上傳，車輛停止時，啟動讀寫器掃描是否有彈藥離開車廂，若有彈藥離開車廂，識別離開車廂彈藥的信息并記錄車輛位置，上傳彈藥信息。運輸跟蹤系統完成對運輸車輛的跟蹤和監管，查看裝卸彈記錄，并實時上傳車輛的GPS軌跡，上傳信息還包含彈藥交接人員信息，確保彈藥交接的時間、位置和人員信息完整。

(3)建立作業點數字化人影彈藥發射系統。在作業點配備手持式RFID標簽掃描裝備進行彈藥出入庫掃描并上傳信息，購買自動化作業裝備或改裝作業裝備，在彈藥發射架上安裝彈藥點火控制及數字化彈藥信息采集系統，控制彈藥點火發射的同時通過RFID識別器自動識別發射彈藥的電子信息，通過電子羅盤、GPS等自動調整采集彈藥發射時俯仰方位角、發射點經緯度坐標、發射時間、發射彈藥的信息，并通過GPRS實時上報作業信息。該系統不僅完成了彈藥最后過程跟蹤，而且為人影作業指揮和效果評估積累數據。

(4)建立信息管理軟件系統。信息采集上傳后，利用信息管理軟件和通訊系統將實時采集的彈藥信息進行分析處理，通過GIS地圖準確反應省、市、縣作業彈藥的狀態分布信息，包括省、市、縣各自的彈藥庫存量、已使用、報廢等各種信息，對彈藥從生產到消耗的全過程信息進行跟蹤和監控管理，實現彈藥從生產、運輸到消耗全過程信息的實時收集和傳輸上報，按照需求可形成各類報表，為作業預警和作業指揮人員提供決策信息；實時盤點彈藥狀態，當彈藥接近報廢日期時，報警提示管理人員先行使用即將過期彈藥，以免造成彈藥浪費。

(5)開發了基于物聯網技術人影作業調度指揮業務平臺及終端APP。作業預警、指令發布、彈藥分析、空域申報、計劃調配、作業監控、安全管理等環節實現一條龍服務，滿足智慧人影業務需要；將機器自動識別作業預警目標及計算作業參數主動推送到作業終端APP，實現基于用戶位置、用戶屬性的精準推送；終端同時具備空域申報、安全射界、彈藥掃碼、庫存查詢、信息上報、學習培訓等功能。

2 物聯網技術在人影裝備和彈藥管理中的應用

2.1 在人影裝備中的應用

對人影作業的高炮、火箭進行改裝，加載數字羅盤、加速度計、光電感應等人影作業感知傳感器，準確記錄高炮、火箭人影裝備作業時間、方位、仰角、數量等信息，采集精度滿足業務需要，實現作業參數自動采集，解決長久以來作業信息人工上報準確性差和時效長的缺點，為安全管理和科學評估作業效益提供數據支撐。

2.2 在彈藥管理中的應用

物聯網技術在人影彈藥管理中的應用主要體現在對彈藥的全程監控上，彈藥全流程管理系統實現對每一枚彈藥從生產到消耗的全流程跟蹤、監控和管理，實現對彈藥質量和有效期的自動化監控、告警等功能，同時實現彈藥發射信息實時采集、傳輸上報功能，主要流程如下。

(1)出廠環節：生產廠家生產帶有無源RFID電子標簽標識的彈藥，該標簽按照中國氣象局彈藥編碼規范編制，作為該彈藥唯一身份標識。

(2)驗收環節：由氣象物資管理部門對廠家生產的彈藥進行合格驗收，利用電子標簽掃描及感應技術，實現驗收合格彈藥信息的采集和保存。

(3)采購驗真、倉儲環節：通過掃描電子標簽采集到彈藥信息，對彈藥是否是合格品與物資管理部門合格彈藥信息庫數據進行驗證，將通過驗證的彈藥入庫。

(4)出庫和轉運環節：通過電子標簽掃描感應、車載定位及通信傳輸手段，實現對彈藥出庫和轉運環節跟蹤管理。

(5)發射(作業)信息采集環節：通過電子標簽掃描感應、通信傳輸等手段實現對彈藥消耗和作業信息的采集、傳輸、上報。

3 物聯網技術在陜西人影作業裝備和彈藥全程監控中的應用

通過對作業高炮和火箭進行改裝，物聯網裝備在咸陽、渭南、延安、榆林等6市64個作業點完成了人影作業感知傳感器的安裝，實現了作業信息自動采集和上報。

在銅川全市實現了作業裝備和彈藥的全程監控應用，完成了裝備標識、倉儲、跟蹤和采集全流程物聯監控，安裝有省級庫房門禁系統2套、無源RFID電子標簽火箭彈200枚、市縣級門禁系統25套、自動火箭系統6套、改裝火箭作業采集傳感器20套。

陜西省人影作業裝備和彈藥全程監控系統解決了彈藥從生產、驗收、運輸、儲存、作業消耗等環節的全程自動跟蹤、監控、作業信息上傳等問題。各級業務單位之間可分級分權限查看裝備、彈藥和人員信息，動態監控彈藥的出入庫、運輸、消耗等信息。通過系統的使用，管理人員可以根據需求提前做好火箭彈的儲備工作，建立彈藥從出廠、運輸到消耗的規范流程和管理制度，方便對彈藥的調度，提高了彈藥的規范管理和使用效率，實現了作業裝備和彈藥的精細化智能管理；基于用戶位置、屬性的智慧人影作業終端，提高了作業監測預警和指揮調度準確性、時效性，進一步豐富和拓展了陜西省人影現代化業務系統的科技內涵，為人影安全作業和科學作業提供技術支撐，提高了人影業務現代化水平。

4 結語

物聯網技術作為新一代信息通訊技術，已成為新一輪科技革命和產業變革的核心，物聯網技術在人工影響天氣作業裝備、物資管理等方面的應用是科技發展的必然趨勢，應用前景廣闊，在實現彈藥全程監控管理的基礎上，逐步全面建設增雨飛機和地面作業信息的自動采集系統，建立基于傳感器技術、GIS、遠程通訊、移動互聯和智能識別等多種技術融合的人影物聯網綜合應用，實現“彈藥物聯、裝備物聯、信息物聯”，向著“智能化、科學化、安全化、標準化”邁進。

參考文獻：

[1] 高常水,許正中,王忠. 我國物聯網技術與產業發展研究[J].中國科學基金,2012,26(04):205-209.

[2] 唐慧強,周靜艷.物聯網自動氣象站遠程數據采集處理系統[J].南京信息工程大學學報(自然科學版),2011,3(5):436-439.

[3] 劉江，王斯玉，李晶艷.淺析RFID技術在氣象裝備動態管理中的應用[C]//第32屆中國氣象學會年會S16 地基遙感觀測技術與應用.北京：中國氣象學會，2015.

[4] 趙智鵬,史蓮梅.基于物聯網技術的氣象災害監測預警體系研究[J].電腦知識與技術,2016,12(8):263-265.

[5] 鐘勇.物聯網在氣象災害預警中的應用[J].通信與信息技術,2012(2):78-79.

[6] 胥志強,何國平,楊漾.物聯網技術在氣象部門智能機房建設中的應用[J].網絡安全技術與應用,2017(2):130-131.

[7] 劉偉,曹烤,龔茜,等.基于物聯網的人工影響天氣作業用彈藥管理系統[J].電腦知識與技術,2017,13(25):63-64.