物聯網在海戰場柵格中的應用研究?

李正龍

（武漢數字工程研究所 武漢 430205）

1 引言

海戰場是一個包含若干海潛空岸作戰平臺、各種平臺載傳感器、武器、系統、設備以及通信網絡、計算和處理軟件等資源的復雜環境，在未來體系對抗的戰爭中，能夠高效充分地運用戰場中一切作戰資源的一方必然將在戰爭中獲得作戰優勢并最終贏得戰爭，因此體系的發展趨勢必將是極力實現戰場資源的高效動態部署和組織。

信息柵格是指通過網格計算技術、信息服務技術、網絡基礎設施和協議標準規范，將分布式的計算機、數字化設備、數據、信息、知識等統一管理和使用，其軍事應用催生了軍事信息柵格技術［1］。美軍早在1999年就提出全球信息柵格GIG的構想［2］，將戰場上的相關要素集成到一個統一的體系中，將這個大的體系建設成擁有傳感器、武器、通信、指揮等各種各類核心要素的作戰體系，實現網絡中心戰優勢［3］。

圖1 海戰場柵格體系結構

海戰場信息柵格體系是通過將海戰場中這些信息系統和信息資源通過網格體系有機組合成一個整體，將分散在不同海戰場位置的設備、服務和資源通過動態調度、按需提供等機制進行優化組織，實現體系內資源的高效整合和充分利用。通常將海戰場柵格體系自底向上劃分為物理層、網絡層、數據層及應用層等幾層［4］。

2 軍用物聯網簡介

物聯網IoT（Internet of Things）技術是一種建立在信息技術基礎上的，借由傳感器完成對數據信息的采集和傳輸，實現物物互連及人物互連，并為信息傳遞和識別定位等提供基礎的信息技術和手段［5］。一個典型的物聯網是在特定位置安裝識讀設備，通過識別特定頻段的無線標簽或電子卡信息對附著物進行識別和信息處理［6］。

通常將物聯網由底向上劃分為感知層、網絡層、數據層和功能層三個層次［7］。其中感知層一般對應各節點終端，通過自身的探測感知能力對周邊情況數據進行搜集，網絡層實現各節點終端感知數據的傳輸和共享，實現數據的互聯，應用層通過對這些數據進行計算和綜合處理，通過網絡向外界（通常是申請方）提供需要的信息。

圖2 物聯網結構示意圖

3 物聯網在海戰場柵格中的典型應用及效能提升構想

在當前海上作戰體系中引入基于傳感器網絡技術的物聯網之后，實現對己方海戰場作戰柵格體系終端實時屬性狀態信息的采集和反饋，一方面能夠提供戰場人員實時的位置狀態等實時信息，另一方面能夠隨時監控雷達、武器等裝備的數量、狀態等實時信息，將對指揮員的作戰決策起到強有力的支撐作用。

圖3 應用物聯網的海戰場柵格體系功能結構

根據OODA環理論［8］，指控體系本質就是按照觀察-判斷-決策-行動的行為循環嵌套，推動作戰過程的進行。在作戰的過程中，對抗雙方哪一方OODA環的效率高，速度快，反應及時，哪一方作戰優勢就更大。應用了物聯網技術后，物聯網實時信息的接入使得傳統海戰場作戰柵格體系具備了對戰場人員及裝備的狀態的實時采集以及高效的數據傳輸，將擁有更強大的戰場信息搜集和處理能力，使傳統體系不能實現或不好實現的問題具備可能實現的條件［9］，支撐形成海戰場柵格體系能力和提升海軍戰斗力。

在裝備狀態跟蹤和智能保障方面，物聯網技術將不同地理位置不同類型平臺的設備系統和裝備物資狀態進行自動定時的搜集、統計、記錄和上報，解決了海戰場中平臺分散且類型各異，各平臺相關設備和系統狀態不完備、不一致、不同步、不確定的情況。更進一步，通過實時狀態與作戰計劃和方案進行評估和比較，實現對體系節點中狀態受損或配置不足的資源進行智能化調配和補充，可以隨時了解到任一節點相關資源的補充狀態，進而根據補充完成情況調整作戰計劃。

在人員生理心理狀態監控和智能醫療方面，通過對己方人員數據的采集和統計，監測群體健康狀況，分析人員的環境適應能力、疾病及傳染病情況、生命體征，統計分析戰場上人員的心理特征和狀態等，實現對己方人員的狀態掌控，支撐指揮員對己方人員兵力的戰斗力評估和雙方兵力對比分析。

在戰場感知及態勢綜合評估方面，利用物聯網及傳感器網絡技術［10］，在海戰場上散布無人探測系統和微型探測設備，結合傳統雷達、聲納等探測設備對戰場進行感知和監視，同時監控己方兵力及裝備詳細狀態，實現敵我雙方兵力及裝備狀態情況的對比分析、海戰場作戰環境及氣象水文數據的分析、特定環境條件下探測設備的探測能力和武器設備的性能情況分析，輔助指揮員分析戰局，制訂更加合理的作戰計劃和選取更有有利的作戰時機和作戰海域。

在海戰場作戰指揮扁平化方面，物聯網相關技術的引入使得信息的流轉直接在指揮和終端之間迅速交互，提高信息傳輸效率，推進指揮過程扁平化，甚至實現網絡化指揮和自適應指揮，提升海上柵格體系整體作戰效能。

此外，物聯網技術還可以廣泛應用于海戰場作戰柵格體系，并在其它諸如機動狀態監視、氣象海洋環境采集、進度協同匹配評估等若干方面提高效率，提升效能。設想海戰場交戰的甲乙雙方，甲方積極廣泛地應用了物聯網技術，乙方仍然采用傳統的海戰場柵格體系。根據OODA作戰環理論，作戰過程是一個“偵察-判斷-決策-行動”的循環，應用物聯網技術對OODA環各階段的影響對比如圖4所示。

圖4 物聯網對作戰柵格的效能影響示意圖

可以看出，在作戰模型OODA循環的每個階段，物聯網技術的應用都可以提供比傳統體系更智能高效的模式提升作戰效能。在戰場偵察階段，物聯網技術拓展了設備感知范圍，同時提供了精確掌握設備感知性能的能力，這些都使得對海戰場的感知更加精細；在態勢判斷階段，由于延伸了探測感知范圍，提升了數據實時性，同時保證了己方兵力和裝備狀態的可控，增強了態勢分析判斷的準確性；在決策制定階段，己方兵力狀態和機動、部署情況的已知及對敵方態勢的精準實時有效提升了決策制定的針對性和有效性；在行動監視階段敵情、我情、物情、海情的實時感知和反饋提高整個作戰體系的協調運作。

在上面的假定場景中，在OODA環的各個階段，乙方獲取的數據量、實時性、精確性等都與甲方基于己方兵力實時狀態的決策不可同日而語，行動監視和干預控制的效率也高下自分。以相對的“全面-準確-高效-實時”對相對的“片面-估計-計劃-推測”，這樣環環相繼，哪一方能在作戰中占據優勢地位顯而易見。

4 應用技術瓶頸分析

在現有的海戰場作戰信息柵格體系中應用物聯網技術，必須重點考慮和優先解決以下幾個方面的技術問題。

技術融合問題［11］。物聯網技術應用到海戰場信息柵格體系中將導致引入的傳感器技術、射頻識別技術、通信技術、控制技術、智能技術、基礎軟件技術等技術與軍事應用體系中的已經應用的相關通信和軟件技術并存的問題，必須保證這些技術不相互沖突并且協調運作是物聯網用于海戰場信息柵格體系的挑戰之一。

信息安全性問題［12］。海戰場中裝備屬性、狀態等數據通常密級較高，直接影響作戰決策和戰爭成敗，物聯網技術監視和統計的信息一旦失泄，后果不堪設想。因此，如何做好信息安全工作顯得非常重要。根據物聯網的技術特點，體系的安全性需要從感知層、網絡層、應用層逐層制定安全策略，層層保障信息的安全可信。

智能容錯及信息可靠性問題。物聯網技術的基本原理是通過對設備信息的獲取和統計，追溯和分析設備的狀態，是信息從物理域轉換到信息域的關鍵一環，可能出現信息錯漏、信息不完備甚至信息矛盾不可靠的情形。對錯漏信息的兼容，對不完備信息的填補，對矛盾信息的糾偏或剔除等操作都將影響信息域的協調一致性，進而影響信息的后續處理和應用。

5 結語

在網絡互聯技術蓬勃發展和全面應用的情況下，物聯網技術是當之無愧的網絡技術“最后一公里”，該技術不僅在民用領域得到廣泛應用，在軍用領域，尤其在海戰場上，物聯網技術通過對作戰平臺和人員裝備的數據合作式接入和統一管理運籌，對于增強海上軍事感知能力、指揮能力和作戰能力，提升海上作戰體系總體效能，都提供了重要的技術手段和支撐，未來還將挖掘和發揮越來越積極的作用。