万物互联:物联网在军事卫勤领域中的应用探讨

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发表时间:2022-07-21 16:56作者:WEIQINJINGBING来源:腾讯网网址:https://xw.qq.com/cmsid/20210904A01PK700?pgv_ref=baidutw


1.引言

你是否听说,在物联网的世界里,每一粒沙子都将拥有自己的IP地址。

互联网为我们创造了虚拟世界,与其一字之差的物联网,却为我们开辟了一个从虚拟转向现实的窗口。通俗地讲,物联网就是“物物相连的互联网”。它通过部署在互联网上可传感不同信息源的海量传感器,实现人与物、物与物之间的信息交换和网络通信。

随着新一轮科技革命的蓬勃发展,人类社会即将迈入万物互联的新时代,也必将带来信息化战争作战样式的根本改变。而引爆未来战争革命的聚焦点,当属军事物联网。随着物联网在军事领域的潜在应用,尤其是受到信息化战场联合作战需求的强力牵引,使得战场物联网建设日益紧迫地提上议程。物联网军事需求的核心,重在围绕战场态势感知、智能分析判断和行动过程控制等因素,使系统实现全方位、全时域、全频谱的有效运行,从而破除“战争迷雾”,提高战场对己方的透明度,全面提升基于信息系统的体系作战能力。


2.物联网概念

未来无处不在的物联网将更好地实现人与物、物与物之间的沟通和相连,将给人类的生产和生活带来巨大影响,推动实现数字地球、智慧地球的宏大目标。所谓物联网(Internet of Things)是基于互联网、电信网等载体,通过传感器、射频识别(RFID)、红外感应器、激光扫描器、GPS、无线数字通信、智能嵌入等信息感知设备与技术,实时采集物体的声、光、热、电、力学、化学、生物或位置等信息,按约定协议,进行信息交换,以实现物与物、物与网连接并实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网技术是继计算机技术、移动通信技术和互联网技术之后的又一次信息技术革命,是现代电子信息技术发展到现阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升,是传感器与感知、计算机与通信网络、自动化与人工智能等技术的“大融合”,技术集成与应用创新是物联网发展的核心。物联网军事应用主要包括:战场感知、智能控制、精确作战保障等各系统要素的有机协同。


3.物联网的军事应用

知己知彼,方能百战不殆。现代战争中各类作战要素不断增多,能否全盘掌握战场信息将成为决定战争胜负的关键因素。美国军方对军事物联网给予了高度重视,尤其把传感器网络作为研究发展的重要领域,各种创新型物联传感平台层出不穷。早在伊拉克战争时期,美军就通过军事物联网将不同武器装备系统联成有机整体,使老旧装备在战争中发挥了新威力。可以说,从贴上电子标签、装上感知系统的那一刻起,原本静默的装备就成了一个有机生命体。而军事物联网就构成了“智能作战圈”,整个战场情况一目了然,势必将助推军队战斗力的巨大提升。

古今中外的任何一场战争,物资都是战争胜利的基础。美军利用射频技术建设的“全资产可视化”系统,实现了由“储备式后勤”向“配送式后勤”的转变,为解决后勤保障的“资源迷雾”和“需求迷雾”提供了重要技术方案。

2018年8月美国陆军研究实验室网络科学部近期发布了一份白皮书,提出“战场物联网”概念。美军规划者预计未来战场将由物联网定义,智能设备、士兵随身携带的传感器以及无人机将基于物联网不间断产生大量的可操作数据。经过几十年的发展,美军先后开展了收集战场信息的“智能微尘”系统、远程监视战场环境的“伦巴斯”系统、侦听武器平台运动的“沙地直线”、专门侦收电磁信号的“狼群”系统等一系列传感系统的研究与应用。尤其值得一提的是“智能微尘”系统,其探测元件只有沙粒大小,却“麻雀虽小,五脏俱全”,可实现物联网信息收集、处理和发送等全部功能。到伊拉克战争时期,军事物联网的雏形已经初步显现。美军规定任何进入其所辖战区的物资必须贴有射频标签,这样就可毫不费力地得到一张战场动态物流全景图。按照这张全景图调配部署,后勤补给可更快、更精确,大大缩短了美军的平均后勤补给时间,后勤物资保障效率也大幅提升。继美国之后,日本、英国、意大利等国也对军事物联网系统表现出极大兴趣,纷纷展开了物联网技术在军事应用领域的研究。


4.卫勤保障物联网

卫勤物联网是指把各种军用卫勤装备物资通过军事信息传感系统与军事信息网络连接,组成卫勤物联网络,进行卫勤信息交换和通信,实现智能化识别、定位、监测、管理和精确投放的卫勤保障,为海空天地多维卫勤指挥救援提供重要技术支撑。

4.1勤务需求

由于传统卫勤保障技术手段较为被动和滞后,卫勤指挥与救援中心无法了解卫勤人员实时卫勤状态和作战人员实时战损信息,难以做到战区所辖卫勤资源的协同整合,及卫勤资源的实时动态调配和快速部署,无法实施精确定位投放的卫勤保障。在装备、人员和保障模式的信息化方面都存在一定的局限性。这表现在以下几方面。

(1)卫勤装备信息化低和人员信息化的滞后。目前现有卫勤装备大部分未配置监测自身状态信息的传感器,装备之间无从联网,更无综合集成控制系统。对于管理者而言,无法实时掌握所辖装备的状态信息(工作状态、设备身份信息、地理位置动态信息等),只能获取过时的装备信息。作战人员尚无实时获取自身生理状态信息的单兵用传感监测装置,与卫勤指挥救援中心也无信息的实时互联互通,以致不能获取伤病员的实时伤情信息和战场救援信息,不能适时调整卫勤保障方案,以应对作战人员战损信息的动态变化。

(2)卫勤情报获取有限。卫勤指挥救援机构对作战人员战损和时空变化信息的获取是被动和滞后的,一是缺乏能实时获取信息的战场传感监测装置,二是无互联互通的数据链网络,三是缺乏能获取战场数据信息的中继专业设备,如装甲侦测车辆,或大型侦察机中的专用卫勤数据链通道,甚至专业卫勤卫星网络,以实时获取战区卫勤信息,传输与分布专业卫勤救援机构,以促使有战损作战人员得到及时高效的专业救援。

(3)卫勤保障模式的信息化滞后。由于目前卫勤装备信息化程度低、数据容量有限,满足不了大数据存储需要,且无法自组网,与友邻作战人员和卫勤人员更无从联网,数据信息不能做到在整个卫勤网络中互联互通,以致卫勤指挥救援机构对所辖战场的卫勤人员与装备不能做到了如指掌,不能实时传输与分布相关卫勤信息,因而就做不到精准投放卫勤保障。

4.2应用前景

(1)战场形势实时监控。任何进入所辖战区的卫勤装备物资必须贴有RFID标签,卫勤人员和作战人员应配置有穿戴式传感器,这样卫勤指挥救援中心就能得到两张所辖战区的装备物资与人员全景动态图:一是卫勤装备物资的物流全景图;二是卫勤人员与作战人员全景调动图和生理监测图;三是卫勤单体、平台与作战人员都可以收发统一或个性化定制的战场卫勤态势图、卫勤行动计划,实现特定区域内的点对点、点对面、面对面通信。利用物联网技术,采用非接触射频识别技术使每个标签储存相关数据,通过卫星等实现远距离实时识别;使卫勤保障物资的数量、品种、位置、责任人和使用人等信息都可寻址、可通信、可感知。卫勤指挥员利用网络技术对战场的实时情况进行跟踪监控,实时调整,选择最优化的卫勤保障方案。按照动态全景图调配部署,卫勤保障可以更快、更精确投放,大大缩短我军的卫勤保障时间,以期极大提高卫勤保障效率。从贴上电子标签、装上感知系统的那一刻,卫勤物联网就构成了卫勤装备物资、卫勤人员和作战人员的"卫勤物流与投放圈”。

(2)保障过程实时可控。为作战人员配置轻巧穿戴式传感器,实时感知作战人员的异常变化生理特征,实时传输于战区空域的数据中继平台,并自组网,与卫勤指挥救援中心互联互通,如运用RFID技术,除了让官兵随身携带包含个人血型、病史等信息的“电子伤票”外,手腕上还可佩戴便携信号发射器。野战救护所的救护人员实时动态监测战斗人员的生命体征,卫勤保障实时伴随。若部队遭到袭击,受伤的官兵在进行自救互救的同时,通过信号发射器发出求救信号,救护人员根据电子战场态势图上显示出的伤员位置、伤情,通过智能化的医护战场资源协调,同时搜救小组就近选择路线前往搜寻,实现战场搜救的“精确定位”,同时实现伤员运送途中的实时监控,缩短伤员的治疗时间,提高伤员的治愈率,最大限度地保障军队的战斗力。为做到保障过程实时可控,建立士兵伤情电子管理系统,对伤员体征情况,受伤程度实时监控,实时合理分级救治或越级后送,提高救治效率。

(3)卫勤保障主动配送。利用物联网技术,建立一条从战略后方直达战斗前沿的通道,以主动部署卫勤力量的动态流,取代固定的请求支援模式,真正形成以主动配送为基础的信息化卫勤保障系统。一方面,通过信息化感知系统,能够预知预报和及时了解前沿部队战场态势、伤员伤情伤势、救治物资需求情况,从而全面掌握从整个战场到最低保障单元的卫勤保障需求;另一方面,根据随时随地感知、测量、捕获的保障资源信息,不断优化保障方案,实现救治补给和卫勤需求的准确对接,提高保障效率。通过有效地夺取卫勤“制信息权”,促进各保障要素的融合,快速、高效地完成保障任务。可以与单兵生命监测系统和战场环境感知系统相融合集成,或配置有战场感知系统的无人飞行器,以感知战场进展、武器状况、战损状况、高能武器的应用状态等,使卫勤指挥救援中心能主动获取战场相关情报,以根据战场进展和战损状况主动进行保障物资供应。


5.外军后勤保障物联网建设原则

(1)“需求导向、应用牵引”的原则。针对消除“资源迷雾”,解决海湾战争中后勤保障暴露出的资源保障的盲目性与低效率的需求,美军采取科学调研摸底的方式,对民用部门已经使用和正在研发的、以及可能出现的可用于驱除“资源迷雾”的相关技术(如RFID技术)进行了全面调查,从而得出了实现资产可视化技术条件已经具备的重要判断。在此基础上,对全资产可视化系统各级用户的需求(实质上是各业务环节对系统中数据的需求)进行了详细的分析与分解,包括终端用户的需求、作战司令部的需求、指挥部门的需求、物资管理机构的需求等从战略到战术各级的需求。明确需求为全资产可视化系统的建设指明了方向,避免了系统建设的盲目性和脱离实际。与此同时,美军在实施“全资产可视化”项目的过程中始终遵循“应用牵引”的原则。一方面,通过先期概念技术演示验证来检验系统(概念)原型的合理性与可行性,从而对其进行修正与进一步完善;通过先期技术演示验证来发现(试验)系统在实际应用过程中可能碰到的问题,从而改进、补充与提高性能。另一方面,在系统建设过程中坚持“边开发、边应用、边改进”的原则,先后通过在战区一级的部署(如驻欧洲、韩国、日本、夏威夷的部队以及司令部),阿富汗、伊拉克战争以及反恐行动中的应用,不断发现存在的问题,并持续予以质量改进。

(2)“分步实施、重点突破”的原则。在项目建设上,特别是业务分系统的建设上,遵循“分步实施、重点突破”的原则,科学合理地确定了优先建设顺序。通过选择在储资产可视化作为建设的突破口,能够在相对较短的时间内、以较少的投入实现系统的可操作化,并充分利用已有资源和能力(如原有的统计报表、管理系统和业务人员),可以取得较为理想的“投入—产出”效益。一方面增强了用户对新系统的信心,另一方面则通过尽早投入使用发现问题、予以改进。与之相类,美军在各军种资产可视化建设的优先顺序上坚持以陆军为优先,因为与海军相比,陆军物资供应与管理面临的不确定性与风险相对较小,与空军相比,陆军对物资供应的时效性与管理费效比的要求相对较低。而在各类补给物资的可视化建设优先顺序上,坚持以军种间消耗品可视化为优先,则一方面便于集成各军种之间的共性需求,形成规模效应,另一方面也为下一步的军种间系统集成积累了经验。而在战略级可视化取得经验的基础上向战役级和战术级可视化逐步推广,在物资可视化取得经验的基础上向装备、人员、财务等其他各类保障资源逐步推广,体现出同样的建设思路。

(3)“统一组织、融合集成”的原则。“统一组织”首先体现为组织统一。早在1993年3月,美国防部长办公室就组建了国防部资产可视化一体化小组,作为全资产可视化建设工作的推进机构。1998年6月,美军正式成立了“联合全资产可视化”委员会,作为指导美军全资产可视化建设的最高领导机构,并将联合全资产可视化执行单位由原来的美国陆军改为国防后勤局担任。集中统一的领导体制为项目有效实施,特别是跨部门、跨军种之间的协调提供了组织保障。其次,体现为资源统一。美军早在二战之后,就实现了物资编目系统建设的正规化和统一化,建立起“国防部统一领导,业务部门具体负责,专门机构承担实施”的科学体制,为全资产可视化项目的实施奠定了良好的前期基础。最后,体现为规程与标准统一。美军在全资产可视化建设过程中,不仅注意在组织管理上形成各种规范性文件,如规章、程序与制度,在相关技术(如RFID)开发与应用上采用统一标准,还特别注意到了数据标准的一致性问题。美军于1995年12月公布了新的国防部电子数据交换标准。除要求新开发的系统要严格遵循新的电子数据交换标准外,还制定计划并投入巨资对原有系统进行数据改造,以适应新标准的要求。数据交换标准的统一,解决了系统之间的互联互通与互操作的关键“瓶颈”,从而为全资产可视化项目的实施,特别是从“全资产可视化”到“联合全资产可视化”的拓展提供了可靠的保障。“融合集成”首先体现为系统内部集成。在储资产可视化建设上,尽可能地利用现有资源与工作基础,并通过系统架构、业务流程的优化设计,以及一体化数据环境的构建(如数据接口、标准规范、数据中心),对现有信息系统中的可用部分进行升级改造、同时实现与新开发信息系统的融合集成。其次,体现为系统之间的融合集成。坚持以军种间消耗品可视化为优先,实现了不同(军种)系统之间类似功能模块的融合集成,从而为下一步的功能拓展与系统集成奠定了基础;以全球作战保障系统(GCSS)建设为依托,实现了对各层次、各环节管理职能及相关信息系统的综合集成,形成了全军一体化的、统一的信息系统。最后,体现为跨系统融合集成。以“网络中心战”思想的提出为标志,将全球指挥控制系统(GCCS),全球作战保障系统(GCSS),全球运输网(GTN)等系统和联合全资产可视化系统(JTAV)都纳入了“全球信息栅格”(GIG)系统建设之下。


6.潜在风险和问题

目前,物联网技术在军事领域的应用尚处于起步、探索阶段,为得到推广应用,还需要解决几个主要问题。

(1)标准化问题。物联网是一个巨大的工程,需要标准的软硬件与传感器技术、统一的物体身份标识与编码系统、通用的数据接口与通信协议、互联互通的网络平台等,才能让遍布于各个角落的物体接入网络,以实现“物联”。各种协议、接口、信号、数据如何统一,过去的物体、装备和系统如何经改造或升级后融入新的物联网,是一个漫长的过程,是限制物联网技术在军事领域得到应用和发展的关键因素之一。可以说,标准化工作做不好,军用物联网将无法做大、做强。

(2)网络技术问题。如果没有强大的现代化网络,物联网领域将无法取得任何成果。美国电话电报公司公共部门全球防务副总裁MikeLeff谈道:新的情报监视侦察(ISR)数据来源将“要求具有互联性与安全性,且需要一个强大的网络才能在战场上获得竞争性优势”。美防长:5G是军用物联网关键可推动美军向全领域作战转变。与今天的第四代无线网络,即4G相比,5G网络的数据传输速度、流量和延迟问题将得到显著改善。5G网络的速度有望提升20倍。

(3)信息安全问题。如何保证信息安全是在军事领域推广应用物联网技术的过程中需要突破的重大难关之一。由于物联网中的众多物体是通过无线方式实现互联,众多信息都是通过无线方式实现互通的,因此,必须解决好信息安全、通信安全等难题,才有可能使物联网技术在军事领域得到应用。

(4)资金成本问题。物联网技术在军事领域的推广应用涉及众多传感器、无线通信与数据传输设备、软件与数据库、网络与信息系统的开发研制,因而需要投入大量经费,在各方面成本一时还无法大幅降低以及各方利益模式尚未成熟成型的背景下,物联网技术在军事领域的推广速度将受到一定限制。

(5)装备管理问题。物联网技术在军事领域的推广应用将给装备使用和管理带来深刻变革,因此,必须改变传统的、物与物之间比较孤立状况下的思路,以系统化、网络化、信息化、一体化的观念和方法来管理依托物联网融为一体的各种装备,以形成合力、实现倍增。

(6)人员素质问题。虽然目前在武器装备研制中都在尽力提高人机友好性,但是,随着物联网在军事领域的推广应用,还将不可避免地引入众多新技术、新设备,这就需要广大部队指战员不断充实新知识、新理论、新技能,以适应物联网技术带来的新趋势和新挑战。


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