便携智能化的装备保障信息系统设计

黄少罗，张建新,2，司徒成元

(1.陆军工程大学石家庄校区军事教研室， 石家庄 050003；2.解放军66172部队， 石家庄 050200)

网络大数据时代的未来战场，将会是情报信息爆炸，态势可全面感知，作战、保障精确精细的可视化数字战场。未来战争强度高、速度快、消耗大，装备保障对象更多、关系更加复杂、要求更高，这一演变要求必须实现装备的精确保障。为适应未来战场的装备保障新要求，必须树立信息主导的保障思想，研究装备精确保障新模式新手段，形成以“精确”换时间、换空间、换优势的保障新理念[1]。要想打赢信息化战争，必须创新作战指挥保障方式，运用小型化的便携智能设备构建保障信息系统应运而生。发展智能设备的军事应用是打赢未来战争的重要手段。

时至今日，科学技术的长足发展为构建智能化装备保障信息系统，实现精确保障提供了相应的技术支撑。随着智能设备技术研发、军事领域应用的拓展和各项新兴技术的引入与融合，军用智能设备将呈现出蓬勃发展的态势。设备携带操作将更便捷，续航力将大幅提升，其高计算能力芯片、高检测精度传感器，通过数据交互、云端交互实现强大的信息采集与处理功能，为分析与把握战场态势提供技术支撑[2]。

近年来，我国自主研发的北斗全球导航卫星系统及其智能硬件模块的军事应用逐步深化，这为我军用智能设备发展提供了良好机遇，军队改革也为其发展提供了新的契机。在军队新体制下，深入分析装备保障指挥体系、任务特点，以军用智能设备为核心的高技术手段为依托，创新性研发摄像头智能识别维修器材技术，开发军事物联网，完善智能辅助决策功能，构建适用于所有装备的、更为精准高效、实时共享的智能信息系统，实现对保障资源的精确控制、保障活动的全程可视。

立足适应未来信息化战争，发掘新技术新方法，本研究旨在解决现有保障问题基础上，提出构建一套“着眼战时、兼顾平时”的智能化保障信息系统研究思路及相关模型。依托小型便携的智能设备，在新指挥架构下的高效运行、功能齐备，实现信息流实时共享、物资流全程可视可监控、智能辅助决策，使得未来战场上，装备状态全时掌握，故障能够科学预判，维修任务自动分配，器材识别申请智能便捷，精准定位、精确导航，确保精确保障，切实适应未来信息化条件下的战场环境，有效提升保障能力。以精确为核心，推进保障方式的变革，树立综合保障观念，以保障信息带动保障行动，实现需求实时感知、资源全面掌控、物资精确配送、行动全程调控。

1 国内外研究现状

美军对智能设备技术的研究始于2009年，军方先后举行智能手机应用程序大赛，率先将智能设备纳入 C4ISR 和组网技术演习中。目前，美军军用智能设备军事应用研究已迈入实用阶段，除作战指挥类应用、武器装备类应用、日常监管类运用外，其应用范围不断扩大[3-7]。战术应用是智能设备在陆军中发挥作用的关键领域之一。美国希望通过智能设备的军事应用，彻底改变士兵获取知识、信息、训练内容和行动数据的方式，帮助士兵在信息化战争中更为准确、快速地感知、获取、利用和分发信息，最终实现信息制胜。美国陆军的目标是尽快将通过认证的多种型号手机装备全体部队[8-12]。

相比之下，便携智能设备在保障领域的军事化应用虽然已经引起了国内一些学者专家的重视，他们也提出了不少建设性指导意见，对其应用的总体设计有过很多阐述[13-18]。但由于我国智能设备产业相对落后、部队保密的高要求造成保障理念革新不及时等因素，导致其研究仅处于理论阶段，暂无可操作性的具体研究和应用[19-22]。因此，为缩小与外军的发展差距，迫切需求加快研究步伐，紧紧抓住军队改革与科技发展带来的双重机遇，对便携智能设备的军事应用给予高度重视，在军民融合发展框架下，寻求突破。

2 现有系统问题分析及解决策略

根据对相关部队装备系统的充分调研可知，在器材供应及作战保障过程中，器材的申请、分发等环节对工作人员经验的依赖性大，还存在一些信息处理上的不合理，维修实施的信息化、智能化程度不够，不能满足未来信息主导的战场需要，导致保障时间较长、供应不准确，人力、物力和财力资源浪费。

维修实施方面，装备完好性评估还不能达到实时化、故障的诊断很大程度上还依靠人员经验，信息化、智能化程度不够，不能满足未来信息主导的战场需要。因此，为提高战时维修保障效率，充分发挥其战斗力，急需开展装备战时智能化维修保障问题研究。

我军目前使用的装备保障信息系统，多以电脑为硬件基础。首先，由于其便携性较差、对战场有线依赖性大、电源难以供给、信息实时性难以保证等问题，导致其在功能发挥上，战时较平时有所欠缺，需要寻求一定的方法进行改进。其次，智能化程度不够高，辅助决策功能有待开发完善。再次，在实际业务进行中，系统的使用缺乏强制性，监督作用无法有效发挥。因系统功能分散、使用受限等原因，战场的装备维修保障管理难度大，不能有效监管所有物资，实时感知需求，造成重复申请、库存积压和无效运输，致使保障效率低下，回收耗资巨大，存在一定的资源浪费。

整体上看，在用系统在功能发挥上，战时较平时有所欠缺，这与“一切为作战”、“战时为主、平时为辅”的原则相违背，需要进行改进。

便携式智能设备的优点正好可以解决这一关键问题。首先，便携智能设备体积小、质量轻，其具有良好的便携性，对战场环境适应性强，在提供强大功能的同时，不增加人员负担，不影响作战人员行动。其次，便携智能设备智能程度高，既可以是通信工具，还是装备技术资料存储器、阅读机，使用中还可以提供精确高效的辅助决策。集信息采集、单兵通信、导航定位、远程支援等功能于一体，功能强大。便携式智能设备功能及应用如图1所示。再次，便携智能设备符合装备保障设备小型化的趋势，是解决现有保障问题的理想工具。

本研究提出在装备保障中，以装备、器材的智能识别为突破点，在此基础上构建功能齐全、信息共享的智能化保障系统，并发掘新方法，在信息系统内部融合不同装备的独有特点，统筹所有现有装备，逐步扩大系统的适用范围。

首先，抓住我军编制体制改革的契机，研究信息主导的未来战争下指挥保障的层级结构、层级功能定位、权限分配及力量编配，优化指挥流程，减少层级结构，研究探索符合我军现状的扁平化装备保障指挥体系结构，为系统的开发框架奠定基础。其次，采用面向对象方法，以军用智能设备为核心的高技术手段运用为基础，坚持器材为研究主体，将二维码、射频识别技术以及机器视觉等运用到装备、器材识别中，实现对装备和器材的智能识别和信息的自动化采集。再次，坚持以战场装备保障模式为研究对象，在综合考虑可靠性、安全性和通用性的基础上，进行保障理念创新，发掘信息化战场的有效保障新方法，并对其进行优化。

2.1 总体设计思路

系统的设计紧贴实际，其基本思路是：依据现行编制和指挥层级构建装备保障指挥体系结构，并以装备保障各级人员职责分工为依据进行系统权限功能分配。对部队武器、装备、器材等保障数据建立数据库，与解决实际问题的模型库相连接；在指挥中心装备高性能服务器及各业务保障终端；在坦克、运输车等装备加载车载终端；在装备修理分队、装备使用分队、装备管理机关人员配备便携手持终端。手持终端具有北斗模块，实现精确定位导航功能；加载交互式手册，实现辅助决策功能；摄像头模块实现信息实时采集功能。在此基础上，以装备业务为纲，分析装备保障各环节(装备日常维护-故障诊断维修-器材识别申请-精确保障)所需功能，合理选择软硬件及相应技术支撑，并结合网络技术的应用将各功能串联，实现系统的有效运行(装备保障智能化系统总体框架结构如图2所示)。

在装备日常维护环节，以数据库技术和电子数据交换技术为支撑，通过对装备维修数据进行有效采集、存储和分析，提供装备性能动态监测与评估、潜在故障预判，进行预防性维修；通过器材数据的实时采集、存储、共享与分析，实现器材消耗预测、辅助申请，确保对装备状态、器材数据的全程可视与实时监控。在装备故障维修环节，以数据库为依托，利用现有的维修模型，辅以数据交换实现交互式电子手册的辅助决策功能：依据故障现象，智能判定故障类型及部位，进行故障诊断；进一步确定维修设备、人员与器材需求，进行修理服务与标的器材一键申请。器材保障环节，以便携智能设备所携带的摄像头为硬件，配套对应算法模型作为智能识别模块，可实现对器材及其包装上的条形码、二维码等的识别与信息采集；对装备标识牌、无标签器材实现基于机器视觉技术的无标签识别与信息采集，为指挥中心提供原始数据。在野战保障环节，运用北斗芯片硬件作为定位导航模块，以全球导航卫星系统和军事地理信息技术为技术支撑，实现装备、器材、人员的精确定位功能，并为导航功能提供技术支持。

2.2 不同装备的基础数据库生成及应用模型

依托便携智能设备构建的装备保障信息系统，旨在建立一个人机一一对应关系，对参战人员、装备普遍适用的软件系统架构体系，用于指挥机关对所有所属装备、人员进行平时管理、战时保障的智能管控。建立一套针对单装的数据库生成模型，并依照此模型在总数据库中生成不同装备的数据包。在此基础上，不同装备的部队和单位，在共有的系统框架内只需导入所属装备的基础数据(不同兵种单兵设备基础数据如图3所示)，即可有效运用本系统。

2.3 基于军用智能设备的物联网体系架构设计

物联网系统在军事物流领域发挥着及其重要的作用，借鉴成熟的民用物联网理论，立足军用智能设备及其信息技术，建立符合我军体制的物联网技术与流程结构，实现军事物流的信息共享实时化，器材运输、分发全程可视化。研究权限内的远程物资信息查询技术，人员物资对接绑定技术，物资交接程序等，实现物资全程责任化，全流程智能化(物资可视化系统示意图如图4所示)。

2.4 维修保障过程优化及决策辅助技术

针对平时和战时保障需求的区别，区分平时装备供应管理模式和战时装备保障指挥模式，对其装备保障各环节及装备指挥各节点加以规范，优化流程，提高供保效能。

平时的装备供应管理模式下，器材管理模块可提供器材申请、运送、存储、消耗数据的自动化采集，并在不同层级实时共享与同步更新，具备器材消耗预测、辅助申请功能，优化申请、流通、管理、保养等流程，实现从新器材申请到旧件回收的全程可视与监控。维修管理模块记录装备历史维修数据，提供装备整体性能实时评估，故障预测与智能诊断，残缺器材的智能识别，修理服务与标的器材一键申请，大大提升平时器材和维修管控能力，真正实现对装备的全寿命管理。

战时装备保障指挥模式下，系统集成了计划方案编制、动态需求预测、情报信息共享、数据获取及比较、任务的智能分析与分配、精确定位及导航、运力及维修力量调遣、后备力量支援等功能，对可用资源精确控制、利用，真正实现精确保障。其辅助决策功能包括装备性能动态监测与评估、智能预判故障、故障智能诊断，根据设置自动对需求进行反应并组织和控制供给，可进行远程技术援助等等。达成“外卖式的器材保障、网约式的维修服务、推进式的区域支援”，最大限度地提高保障的实效性与准确性，最大限度地节约保障资源，提高保障效益。

2.5 基于智能设备的装备保障信息系统

利用军用智能设备及信息化手段，按照平时管理和战时保障需求，构建覆盖装备保障各环节和装备指挥各节点的装备保障信息系统，将其区分为平时装备供应管理模式和战时装备保障指挥模式， 并通过平转战时的智能升级将两种模式有效衔接。

2.5.1 系统平时模式的运行

平时模式下，器材管理模块可提供器材物流、存储、消耗数据的自动化采集、实时共享与同步更新，作战单位器材消耗预测与智能申请，实现单个器材的全程可视与监控。维修管理模块则提供装备整体性能实时评估，故障智能诊断，器材的智能识别，修理服务与器材一键式申请，大大提升平时管理能力和水平，真正实现器材的全寿命管理(系统平时器材管理模型如图5所示)。

平时，各级人员在权限内，可通手持终端与车载终端相匹配，进行数据查询与输入。通过分析数据库中某装备的历史数据，预判车辆故障，进行器材更换与保养；通过车辆动用记录，提供装备的实时性能评估，确定车辆大修、中修、小修时机；通过交互式手册，进行车辆训练、维修的模拟练习；通过摄像头识别，熟悉装备各部件、器材的名称、性能，并可通过内置的视频等进行学习。

器材管理人员在权限内，通过与智能货柜终端匹配，对器材信息进行查询。通过查询可了解器材物流、存储、消耗数据，实现对器材的全程监控；通过分析进行作战单位器材消耗预测，进行智能申请。器材入库时，通过手持终端的摄像头扫描包装上的二维码、条形码(无包装零散器材通过扫描器材实体)识别器材，通过与智能货柜终端交互定位存储位置，实现自动开锁与数据写入上报。

器材申请的具体操作为：装备出现故障时，士兵根据交互式手册，依据教程进行装备修理。对从装备上拆卸的废旧器材(无包装、无标签)，直接采用摄像头(配套视觉增强AR算法)扫描识别，而后上报数据进行申请。服务器根据权限设置，报送相应负责人批准后，生成电子凭证下发申请人。申请人根据收到的电子凭证，通过在货柜终端输入凭证码或者货柜终端的摄像头扫描电子凭证的二维码，实现器材存储位置的定位与自动开锁，完成器材的自助式请领。期间所有的数据交换自动在数据库进行记录，实现数据自动化采集，并在各数据库实时共享与同步更新，作为维修模型的参考数据。此系统，可增强修理人员请领器材的灵活性，减少器材管理人员的工作量，实现对器材数据实时精确掌握，随时上报，一键查库。

2.5.2 系统战时模式运行

该系统可升级性能好，战备转级时，指挥机关根据预先设定的战备方案，将所属末端设备平时的供应管理模式升级为战时装备保障指挥模式。升级后，系统可按预设战备方案及装备数据库实时数据进行保障方案计划智能生成，提高保密安全等级，进行相应的作战辅助决策。

战时模式下系统对可用资源精确控制、利用，将保障物资、力量尽可能准确、及时、适量、有效地投送，在准确的时间、地点为作战部队提供准确数量、质量的物资技术保障，实现精确保障。通过达成“外卖式的器材保障，网约式的维修服务，推进式的区域支援”，最大限度地提高保障的实效性与准确性，最大限度地节约保障资源，提高保障效益(战场器材快速保障流程图如图6所示)。

战时，人员根据编组进入相应车辆，随即将手持终端与车载终端进行绑定，实现数据共享，明确人员对车辆管理责任。人员手持终端自行下载车辆相关数据包，为下一步的车辆维修及器材申请相关工作奠定基础。非故障期间，士兵可在屏幕上显示道路情况、本车位置、车辆状态以及指挥中心发布的信息；也可通过手持终端了解车辆信息，依托模型进行预防性维修与器材申请。

一旦车辆发生故障，士兵可通过手持终端根据交互式手册，依托维修模型，根据现象进行故障装备诊断，得出可能的故障原因，确定需要的修理设备、专业人员、待更换器材种类及数量，连同故障车辆位置信息，一并提交指挥中心，进行维修服务申请。服务器接受信息后，根据所需权限进行审批，而后依据战场情况(路途远近、敌情威胁等)就近选定所需设备、人员、器材，进行任务分配。受领任务的车辆根据各自的路径导航，前往故障车辆进行维修。整个过程，从发生故障、故障诊断、维修需求确定申请、辅助决策到导航定位实现精确保障，对人员能力要求较低。士兵无需对装备非常了解，无需精通装备维修，也无需认识所需器材并熟知其存储位置，大大降低人员的培养成本。

3 基于层次分析法(AHP)的系统效能评估

系统效能的评估是对系统的功能、质量和效果的全面评价。在此，针对装备保障的基本要求，建立一种基于层次分析法(AHP)的评判模型，对基于无线射频技术、基于便携智能设备、基于计算机技术构建的3种装备保障信息系统进行系统效能评估。力求通过对评判过程所涉及各要素进行量化分析，对保障信息系统给出较为客观、准确的评判。

首先，找出影响装备保障信息系统性能的各种因素，将这些因素按目标、准则、方案进行分类，得出层次结构示意图(见图7)。

建立模型后，采取专家打分的方法对各层因素分别进行两两比较，并引入1～9的标度将这种比较结果用数值表示出来，构成判断矩阵并进行一致性检验，获得层次总排序及装备保障信息系统效能比较结果。

最后，通过分析得出3种装备保障信息系统中性能排序为D2(基于便携智能设备的装备保障信息系统)、D1(基于无线射频技术的装备保障信息系统)、D3(基于计算机技术的装备保障信息系统)。结果符合人们一般性认识，较好地验证了各系统使用效能。实际上，运用便携智能设备构建装备保障信息系统，是适应未来战场装备精确保障的有效举措。

4 结论

1) 将便携智能设备的装备保障系统研究作为陆军推动实现数字化、落实“大数据工程”的有效方法，通过对现有装备保障各阶段的技术成果整合，对陆军保障力提高有很大帮助。

2) 数据采集处理自动化、使用范围大众化使全体官兵都成为战场态势感知的一部分，海量的数据录入、维护与更新实现了全员参与，有效破解“战场态势感知和融合难”这一难题。

3) 对所有装备系统的适用性有效适应陆军目前“多代、多型装备并存”的装备发展现状，有效解决“信息系统难融合”的技术难题。

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