發布日期：2022-05-25 點擊率：40
1. 系統概述
1.1. 系統背景
對士兵進的基本軍事知識和作戰技能的訓練，是部隊訓練的重要組成部分，隨著現代戰爭形勢復雜多變，戰爭發起的突然性、軍隊現在的士兵訓練方式和管理手段已不能完全滿足現代戰爭快速的反應要求，為了適應現代化戰爭的要求，提高士兵的作戰經驗及理論水平，以及訓練后的復習，軍隊需要對他們進行動態跟蹤定位，及時了解士兵的位置及訓練中是否有士兵受傷情況，對士兵和車輛進行定位的問題也變的尤其重要。
1.2. 現狀與分析
因為國防的需要，戰爭的不可避免性，古往今來，士兵訓練都是軍隊發展中一項不可或缺的內容。現階段中國人民解放軍士兵主要訓練內容主要是射擊，投彈，刺殺，爆破，開辟沖擊道路，步炮協同，步坦協同等。訓練中，采取官教兵、兵教官、兵教兵的練兵方法。隨著軍種、兵種部隊的發展和全軍正規化訓練的開展，相繼組建了各種士兵訓練機構，訓練內容增多，專業性增強，難度增大，使士兵訓練不斷發展和完善。隨著中國的改革開放，成立了陸軍教導師、團，專門承訓野戰部隊各兵種專業新兵；調整了海軍、空軍、戰略導彈部隊的訓練機構；調整充實了訓練內容，廣泛開展了模擬訓練，訓練手段不斷現代化，士兵訓練發展到一個新水平。但隨著現代戰爭的發展都是信息化戰爭，高科技戰爭，現代科學技術不斷進步，軍隊的武器裝備不斷更新，傳統的士兵訓練方法已不能完全適應未來的戰爭，為提高士兵的整體作戰水平，士兵的信息化建設也變得特尤為突出，隨著RFID技術的發展，如何利用RFID技術提高對士兵的定位，已成為軍隊關注的一個熱門技術。本文將介紹基于RFID的士兵訓練管理方案。
2. 系統介紹
2.1. 系統原理
本系統是運用北斗衛星定位技術和射頻識別技術，結合3G便攜式視頻設備，每個士兵佩帶一個有源腕帶標簽，機械車輛及坦克安裝有源標簽，有源腕帶標簽及有源標簽集成北斗定位模塊，標簽工作可靠性高，信號傳輸距離遠，無論士兵處于靜止還是移動狀態，車輛處于行進或靜止狀態，標簽都能不停地發送信息到配置有北斗定位模塊的有源讀寫器，有源讀寫器實時的將士兵，機動車輛狀態，位置等信息上傳到指揮中心，同時如果士兵在訓練中受傷，可按下腕帶標簽上的SOS按鈕，腕帶標簽發出求救信號，信號被讀寫器識別到，讀寫器將數據傳送給指揮中心，指揮中心通過對信號的處理，將傷員坐標信息位置及傷情信息發送到醫護人員手持PDA，醫護人員立即趕赴士兵受傷現場對士兵進行救治。每個士兵都攜帶有3G便攜式視頻設備，可以拍攝到訓練過程中整個場景，視頻通過3G無線傳輸的方式傳送到指揮中心，指揮中心對視頻及時進行處理和分析，指揮中心通過分析出的數據和實時監控視頻，對士兵訓練進行合理分析，安排及調度。
信息采集
將某營的士兵的基本信息錄入到數據庫，每個人手上帶上一個存有與自己相對應ID 號的腕帶標簽在規定訓練場所訓練，安裝在數據記錄車輛上的讀寫器將識別到標簽的ID信息，北斗衛星將坐標信息上傳至指揮中心，指揮中心通過對數據處理來判斷士兵所處位置。
數據傳輸
訓練以營為單位，每個營以800人參加訓練，每個營有20輛實戰車輛，整個營分布在半徑為3公里的區域進行訓練。RFID 標簽、讀寫器、北斗衛星，3G便攜視頻設備，指揮中心構成一個完整的通信系統，當讀寫器獲取到標簽的數據時，通過WIFI無線網絡將數據傳輸到指揮中心，指揮中心對接收到的數據進行計算處理，以做出正確的調度。例如整個營以某一小方隊（300步兵和5輛坦克小規模推進）為實例進行說明，該方隊配備多臺數據記錄車，以確保隨時可以搜集到整個方隊的信息，數據記錄車可隨時跟隨小方隊前進，數據記錄車上的讀寫器都安裝有WIFI模塊，讀寫器將采集的數據即時通過WIFI的無線傳輸方式方法上傳到指揮中心，指揮中心通過系統對數據的分析，指導整個小方隊的訓練工作。
士兵定位
每個士兵帶有腕帶標簽，標簽中集成北斗定位模塊，讀寫器和北斗衛星將采集到標簽的ID，坐標位置等信息上傳到指揮中心，指揮中心根據采集的信息產生訓練士兵的位置報告，并根據電子地圖顯示相應的位置，以達到對士兵的定位，同時結合視頻的實時監控，通過語音方式指導士兵訓練。
電子傷情
當訓練過程中有士兵訓練受傷，士兵通過腕帶標簽上的SOS按鈕進行呼救，標簽信息被讀寫器識別到，坐標位置被北斗衛星記錄，讀寫器和北斗衛星將數據傳送給指揮中心，指揮中心再將處理后的信息加密傳送給北斗衛星，北斗衛星將有受傷士兵坐標信息和傷情信息的數據發送到持有手持機的醫護人員手上，醫護人員收到信息后，馬上趕赴現場對該受傷士兵進行救治。
3G視頻上傳
每個士兵都攜帶3G便攜式視頻設備，3G便攜式視頻設備實時拍攝場景，設備實時的將拍攝到的視頻信息通過3G無線通信方式傳送給指揮中心，指揮中心對視頻信息進行分析和處理，給士兵進行指導和安排任務。
實戰車輛及坦克定位
每輛實戰車輛安裝有有源標簽，標簽中集成北斗定位模塊，讀寫器采集標簽的ID，北斗衛星記錄車輛的坐標位置，讀寫器和北斗衛星將采集到的數據上傳至指揮中心，指揮中心根據采集的信息產生車輛位置報告，并根據電子地圖顯示相應位置，結合語音以達到指揮中心對實戰車輛和坦克進行合理調度。
設備安裝、實現及維護
士兵訓練以營為單位，每個營以800人計算，訓練場地覆蓋半徑為3公里的區域，每個營配備多臺數據記錄車以確保對整個訓練區域的信號覆蓋，每輛車搜集信號范圍為半徑為500m的區域，數據記錄車跟隨士兵和實戰車輛前進，數據記錄車隨時根據指揮中心的指揮調整前進方向和速度，確保整個訓練過程中對訓練場地士兵和實戰車輛信息的搜集，另需要多準備10左右的數據記錄車，以備當數據記錄車毀壞時使用，所有備用記錄車必需能在15分鐘內開往訓練現場。
腕帶標簽由士兵帶在手腕上，防拆，耐用，基本不用維護。
3G便攜視頻設備，便于攜帶，如果出現損壞情況，只需要更換設備即可，易于維護。
讀寫器可采用非金屬屏蔽罩屏蔽安裝在數據記錄車車頂，內置WIFI模塊，可進行無線傳輸，減少布線的麻煩，且讀寫器小巧，便于安裝與維護，施工難度低。
2.2. 抗干擾能力及數據安全
由于有源讀寫器采用頻道隔離技術，多個設備互不干擾 ，設備功率可調也，標簽具有多個頻點，可降低外界環境的影響，同時訓練場比較封閉，受外界影響比較小，大大增加數據的抗干擾能力。同時由于讀寫器采用AES-128bits密鑰實現加密，防止數據被竊聽，保證數據傳輸安全，且整個數據傳輸過程不采用外網的形式進行數據傳輸，也保證了數據的安全性。
2.3. 系統拓撲圖
圖2 士兵訓練模擬現場圖
2.4．系統工作流程
針對士兵，實戰車輛，坦克從進入訓練場地，到訓練結束，從士兵的移動，車輛的推進都是地理位置的的改變，在整個過程中需要對士兵和車輛進行動態跟蹤，如果發現傷員需要及時對傷員的位置進行確定，進行及時的救助，整個過程分為數據記錄車調度，士兵位置定位，實戰車輛及坦克定位，電子傷情處理，3G視頻上傳，數據記錄車輛摧毀補給。
由于整個訓練所有設備都具有可移動性，這需要指揮中心合理調動數據記錄車對信息的及時采集和傳輸，以便整個訓練過程中數據記錄車的移動隨時可以覆蓋整個訓練區域。
2.4.1．數據記錄車調度
數據記錄車上安裝有集成北斗定位模塊的有源讀寫器，北斗衛星通過讀寫器的定位模塊及時對數據記錄車的位置坐標進行記錄，并將數據記錄車的坐標信息發送給指揮中心，指揮中心針對系統分析的數據，確定記錄車的位置坐標，從而指揮調度數據記錄車輛應該行駛的方向和速度，以達到搜集整個訓練場士兵和實戰車輛的信息。
圖3 數據記錄車調度流程
2.4.2.士兵動態跟蹤
在訓練的過程中，士兵在不停的移動，北斗衛星通過標簽的定位模塊及時記錄士兵的坐標，并將坐標信息發送給指揮中心，指揮中心針對系統分析出的數據，確定士兵的位置，從而達到對士兵的定位和分析。
圖4 士兵動態跟蹤流程圖
2.4.3.實戰車輛和坦克動態跟蹤
在訓練的過程中，實戰車輛和坦克在不停的行進，北斗衛星通過安裝在的車輛和坦克中的定位模塊及時記錄實戰車輛和坦克的坐標，并將坐標信息發送給指揮中心，指揮中心針對系統分析出的數據，確定實戰車輛和坦克的位置，從而達到對實戰車輛的定位和分析。
圖5 實戰車輛和坦克動態跟蹤流程
2.4.4.電子傷情處理
在訓練過程中，如果出現士兵受傷的情況，士兵通過按下腕帶標簽上的SOS按鈕發出求救信號，北斗衛星將接收到該士兵的坐標信息發送能指揮中心，指揮中心再將坐標信息發送給附近的醫護人員手中的PDA，醫護人員根據接收到的士兵的坐標信息，趕赴現場對士兵進行及時救治。
圖6 電子傷情處理流程圖
2.4.5.數據記錄車輛搜索源毀壞補給
在整個模擬訓練過程中，如果指揮中心持續30s搜索不到數據記錄車輛的數據，指揮中心確定數據記錄車輛搜索源被毀壞，指揮中心馬上指揮最靠近該數據記錄車位置的實戰車輛切換到數據記錄車狀態，對附近士兵，實戰車輛，坦克的信息進行搜索，同時指揮中心再安排數據記錄車進入訓練現場重新對現場進行信息搜集，臨時轉換成數據記錄車的實戰車再次切換到先前狀態。
圖7 數據記錄車毀壞補給流程圖
2.4.6. 3G視頻上傳
每個士兵背后都背負有3G便攜視頻設備，設備一直處于拍攝狀態，設備將拍攝的視頻信息通過3G無線通信方式將視頻信息即時上傳到指揮中心，指揮中心能過對視頻的分析和實時監控，可通過語音對士兵進行指導和安排任務。
圖8 視頻上傳
3. 系統功能介紹
3.1．系統功能模塊
圖9 系統功能模塊
3.2．系統功能模塊說明
3.2.1. 士兵定位分析功能
每個士兵手上帶有一個存在與自己相對應ID號的腕帶標簽，腕帶標簽與北斗定位模塊集成，系統將該電子標簽的ID號與士兵的詳細信息進行綁定，如：人員的姓名、年齡、性別等等，系統通過讀寫器采集到的標簽坐標位置，實現對士兵的定位分析。
3.2.2. 實戰車輛和坦克軍定位分析功能
每臺車輛上安裝好集成北斗定位模塊的電子標簽，系統將該電子標簽的ID號與車輛或坦克的詳細信息進行綁定，如：車輛的編號，車輛的型號等等，系統通過讀寫器采集到電子標簽的坐標位置，實現對車輛的定位分析。
3.2.3. 電子傷情分析功能
每個士兵手上帶有一個存在與自己相對應ID號的腕帶標簽，腕帶標簽與北斗定位模塊集成，系統將該電子標簽的ID號與士兵的詳細信息進行綁定，如：人員的姓名、年齡、性別等等，系統通過讀寫器采集到的標簽信息，實現對士兵的傷情進行分析。
3.2.4. 視頻優化功能
系統通過采集到的視頻，通過從不同的角度看一個場景事件，通過對關鍵視頻的檢索與裁剪，通過只記錄與訓練有關的視頻和圖像，標注訓練細節，壓縮視頻，達到優化視頻的目的，節省文件的存儲成本。
3.2.5. 自動訓練分析功能
通過實時了解參訓人員、車輛、武器的精確位置，士兵訓練管理系統可以自動檢測并記錄有關軍事訓練的事件。超過95%的戰術評審由系統自動生成，節省分析時間和經費。
4．系統特點及優點
4.1. 系統特點
1）每張標簽采用北斗定位模塊，能夠準確定位到士兵，車輛，坦克的行進位置；
2）每個士兵都背負便攜式視頻設備，能夠實時的拍攝訓練場景，將視頻信息實時的上傳到指揮中心，使指揮部能及時的對訓練場面進行分析；
3）事后分析、訓練評審：對訓練情況進行事后分析，評審訓練效果，改進戰術編排；
4）訓練場景、武器聯動：根據人員位置結合物聯網技術進行實時訓練場景聯動，增強現場真實感；
5）自動判斷訓練效果：結合物聯網和無線通信技術自動判斷訓練效果，士兵的反應能力等；
6）實時檢驗訓練過程：根據位置和既定的戰術編排，指出訓練過程的遺漏、檢測戰術動作是否完成。
4.2. 系統優點
1）本系統采用腕帶標簽和有源電子標簽，具有廉價、實用、防拆的優點；采用低功耗設計，產品硬件結構簡單，僅需小量電能即可工作，使用壽命長；
2）數據傳輸采用無線網絡方式，無需人工布線維護；
3）可準確定位事件發生的位置，且受環境影響小。
5. 其他應用領域
煤礦井下作業人員定位管理
學校學生的定位管理
監獄犯人的定位管理
醫院病人的定位管理
6. 硬件設備選型
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