基于物联网的海军武器装备综合保障研究＊

（92941部队94分队 葫芦岛 125001）

1 引言

随着作战、装备信息化程度大幅提高，随着大量高新武器装备部队，迫切要求武器装备的综合保障信息化、智能化，突破传统的保障模式。信息化战争是诸军兵种一体化作战，战场空间广阔，作战手段多样，情况复杂多变，物资消耗巨大，保障范围扩大，因而需要物联网来提供强有力的支撑。近期发生的数次战争中，都表现出战斗节奏加快，部队机动范围广，需要物资装备的数量、种类都在急剧膨胀。相应的，为了减少后勤保障的巨大经济负担，各国军队的供应理念都在发生巨大的变革。在新的战争形式下，部队更加迫切地面临着物流信息透明化、实时化的压力，必须在第一时间洞悉整个供应链上物资、装备的分布情况，及时对现状作出快速反应和动态调整。

物联网（The Internet of things）技术已经从理论研究阶段过渡到融合各学科的应用实践阶段，在现代信息化战争背景下，物联网技术体现出在军事领域的重要技术价值和战略意义，利用“物联网技术”实现海军武器装备综合保障跨越式发展，是我军面临的一个最佳机遇。目前，我国军队的无线通信网络和有线通信网络已经覆盖了全军，从繁华的城市到偏僻的疆域，从海岛到远洋，到处都有无线网络的覆盖，无线网络是实现物联网必不可少的基础。发展基于物联网的海军武器装备综合保障，首先要研究物联网核心技术应用，明确海军武器装备综合保障体系结构。

2 物联网技术

2．1 物联网概念及其关键技术

物联网的定义很简单：把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理，具体地说是将各种信息传感设备与互联网结合起来，进行信息交换和通信，以实现智能化的识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网。

物联网系统技术架构分为感知层、数据交互层（网络层）、应用层，如图1所示。物联网涵盖了从信息的获取、传输、存储、处理直至应用的全过程，包括物联网的感知、通信、网络、发现与搜索、数据处理等，其中负责物体标识的自动识别技术（RFID技术）、感知物体动态信息的传感器技术、实现信息传递的通信和网络融合技术、信息处理的智能技术是物联网的四大关键技术。

图1 物联网体系结构

2．2 国外物联网的发展应用情况

针对物联网美国提出“智慧地球”，日本和韩国则分别提出了“U-japan”和“U-Korea”战略，而在美军海军装备的发展战略中处处体现出对物联网技术的具体应用。早在1997年，美国海军就深入研究了发展中的先进技术对2035年海军作战的影响，形成了美国海军装备技术发展战略研究系列咨询报告—《2000—2035年美国海军技术》，在其后勤卷中提出的重点领域包括：提高集装箱化程度、高海况下运输货物机器人技术、总资产可视、作战资源管理与储运控制、信息维护支持以及武器装备综合保障系统战备状态监控等。

2．2．1 物联网技术在美国军事领域的发展影响

从目前美国海军发展信息化后勤装备及系统的做法看，2030年前美国海军将积极研发对未来信息化后勤发挥关键作用的信息化后勤装备及系统，从而实现海军装备的根本转型，这里面包含了传感器技术、全球定位技术等的应用。在发展信息化后勤保障装备的同时，美海军还十分重视海军信息系统的建设，在21世纪建设的新构想中，明确提出利用物联网技术重点改进后勤指挥系统：一是能够实时了解所有的作战后勤信息；二是能够准确地预见作战部队的各种后勤需求；三是能够对作战部队的后勤需求作出快速反应；四是提高后勤指挥的效率。其最终的目的是将独立的后勤信息系统转型为无缝联通的一体化后勤物联网路，将单功能后勤信息系统转型为多功能的后勤物联网系统，从发展单个后勤信息装置转型为开发全息物联网后勤系统。

2．2．2 美国海军“力量网”建设发展

目前，美国海军正加快其“力量网”的建设。“力量网”建成将使美国海军后勤工作发生重大的变化，后勤补给重心将通过“力量网”跟踪船上的物质使用情况，使补给品的供给更加及时有序。远程保障是美国海军后勤信息化建设的另一个重要的内容，美国海军将远程保障比喻为21世纪美国海军运行的基础，主要通过岸基协调点为士兵提供技术、后勤、维护和生活质量方面的援助，所有的保障需求都通过网络环境记录、跟踪并由保障供应商解决。目前其远程的保障主要集中在舰艇的实时技术保。美国海军的构想是将远程的保障范围扩展到人员、训练、后勤的维护等多个方面，未来不仅向向所有的海上和港口海军部队提供援助，还将帮助改造海军未来的基础设施，从而提高保障的效率，这一切没有物联网底层相关技术理论支持是很难实现的。

3 海军武器装备综合保障核心技术分析

要实现基于物联网的海军武器装备综合保障，首先要实现传感器技术在海军武器装备、物质供应、维修等各个方面的广泛应用，对现有数据信息网络进行整合改造以适应物联网的体系结构，加快海量数据交互、融合、分发处理等技术应用研究，加强数据信息安全技术的研究，完成对自主网自动切入、自我修复、容错等技术的研究，加快对相关核心技术的应用性研究，下面对几项核心技术简要阐述分析。

1）传感器技术

传感器技术是建立物联网的基础，是终端节点信息交互的核心技术，涉及射频自动识别（RFID）技术、红外感应器技术、激光扫描技术、环境传感器应用技术等，其中射频识别技术是关键技术，其是一种非接触式的自动识别技术，通过射频电子设备产生的射频信号（主动标签）或空间电感耦合或电磁反向散射耦合（被动标签）自动识别目标对象并获取单个或多个对象信息数据，并且可以通过读写设备更新对象信息。完整的射频识别系统包括RFID 标签（内置天线）、RFID 读写器和RFID 数据管理系统，非接触式IC 卡自动收费系统就属于典型的射频识别系统，射频识别技术通常应用于物联网中信息感知层。

2）无线传感器网络技术

无线传感器网络是通过部署在装备、仓库、车辆及环境中的传感器实现信息感知、数据处理，并通过互联网、移动通信网等传输方式实现信息交互和传递，每个传感器网络节点可根据程序算法进行独立响应或将数据传输至控制中心实现智能决策和控制，并完成人与人、人与物、物与物的全面互联交互，具有低功耗、自组织、低速率、短距离等特点。无线传感器网络可作为物联网的衍生子网，通常应用于物联网中信息感知层。

3）协议层

物联网按其功能抽象可以分为五个层次：基础层（传感器集合）、网络层（通信网络）、中间件层、数据处理和管理层以及应用开发层。其中，基础层以研究新型传感器和传感系统为核心，包括应用新的传感原理、使用新的材料以及采用新的结构设计等，以降低能耗、提高敏感性、选择性、响应速度、动态范围、准确度、稳定性以及在恶劣环境条件下工作的能力，协议层应用在物联网三个层次。

4）系统应用程序集

在建立整个装备综合保障体系前，必须研发一系列基础支撑开发平台，包括系统开发程序平台、应用程序平台、各种嵌入式程序集、服务程序集等，作为建设整个系统的基础工具，主要在物联网的应用层。

4 海军武器装备综合保障体系结构

4．1 海军武器装备综合保障的体系结构概述

基于物联网的海军武器装备综合保障体系结构是星系状的，具体如图2所示。武器装备综合保障是由一个一个的相互独立又相互联系、内部结构相同的子“基点”互联融合而成，多个基点组成“节点”，基点可认为是一个独立的小物联网。所有的最小“基点”的内部结构按物理结构功能进行划分，包括：电子细胞点、信息识别系、信息采集过滤、应用系统等基本系统。电子细胞点是武器装备、军需物质的最小的完整单元，嵌入电子标签，形成一个可被物联网感知的一个活的细胞信息点；信息识别系统是具有可变结构的自组网系统，具有对电子细胞进行信息识别，或接收电子细胞的主动请求信息，同时可自动切入枝干信息服务网络，进行信息交互处理分发，应用系统是基于应用层的系统应用。以上四种基本系统相互作用融合成一个“基点”，而两个“基点”互联通信与内部融合原理是一样的。

图2 综合保障体系结构示意图

4．2 海军武器装备综合保障体系结构的标准规范

建立基于物联网的海军武器装备综合保障体系结构，必须先建立各种标准体系，包括构建各类标准体系框架参考模型，制定海军武器装备与物联网标准体系框架，拟订标准体系框架明细表，研究描述海军各单位建网的一套通用的指导原则、规范方法和标准，为推广与应用提供参考标准和模型。

4．3 海军武器装备综合保障应用系统分析

4．3．1 信息化物资补给系统

第一种是特定物品寻找系统，即能在集装箱货场上快速确定出某种特定物品装在哪个箱子内；第二种是运输途中物资可见性（ITV）系统，可及时跟踪在运物资的品名、数量、目的地、用户和途中所在位置等各种有关信息；第三种是全资产可见性（TAN）系统，可全面掌握所有物资从仓库到散兵坑全过程中的所有情况。

1）特定物品寻找系统

由射频卡和手持式无线电询问机组成。射频卡如一副纸牌大小，内装微型无线电收发机、微处理器和电池。微处理器可以特定的数据库文件格式储存128000 个字符，相当于300 页文字资料。每个集装箱或大件集装物资上均安装上一个射频卡，箱内所装物资品名、数量、状况、终点、用户等所有信息均存在卡内。射频卡相当坚实，耐恶劣气候，耐冲击，能在野战条件下多次使用。手持式无线电询问机能发出脉冲电波“激活”射频卡，并能在90多米距离范围内阅读卡上的信息内容。一个集装箱货场上通常堆放着成百上千个集装箱，当需要紧急查找某种特定物品时，询问机可根据该物品的名称和编码提出询问，所有装有该物品的集装箱上的射频卡即会作出应答，随后利用询问机激活射频卡上的鸣叫器，作业人员即可循声找到集装箱。如果声音在听觉范围之外，则可根据询问机上测距仪显示的距离去逐步接近，整个寻找过程只需几分钟，具有特定寻找功能的射频卡已经有实际应用的先例。

2）运输途中物资可见性系统。

由射频卡、固定式或手持式询问机和计算机系统组成。射频卡也是附装在集装箱或集装件上，同时在运输起点、终点和各中途转运站上配置固定式或手持式询问机和微机系统。当运输车辆经过时，询问机就阅读卡上信息并将此信息传给计算机系统加以存储和显示。计算机系统还能通过电话线路或通信卫星将物资信息传送给本土的中心数据库。各级后勤人员和有关单位利用该库即可及时获取运输途中的所有物资信息。根据需要询问机还可对射频卡上的内容进行更新。

3）运输途中物资机动跟踪系统

为了实时跟踪前方运输过程中物资的精确位置，需采用机动跟踪系统。它主要安装在运输工具上，尤其适合安装在整装整卸车上。系统包括：射频卡、车载微机、射频卡阅读器、无线电收发机和全球定位接收器。射频卡安装在集装件或整装整卸车的集装托板上，用来储存车上的物资信息，全球定位接收器可以随时确定车辆所在位置；与终端相连的阅读器可阅读射频卡上的信息。通过无线电收发机和通信卫星，车上物资信息和位置可传送给本土的中心数据库。整装整卸车集运输、装卸功能于一身，是当前的高效补给装备。应用以上成果，将能建成战场物资精确化补给系统，即各作战和保障平台上中安装上弹药、油料等自动监测传感器，一旦即将耗尽，便自动向补给站发出申补要求，补给站计算机系统根据作战和后勤态势作出最佳安排并选出最安全路线，派出补给运输工具前往目的地，途中进行严密跟踪直到安全抵达终点。

4．3．2 综合实时维修保障智能系统

综合实时维修保障智能系统是未来装备综合保障的一部分，主要包括装备自动检测系统、故障诊断人工智能系统、远程维修技术支援系统等。分别用于自行诊断、实时诊断、对保障装备提供快速维修技术服务，沟通后方工厂与仓库、技术机构、专家和前方维修机构的联系等。

远程维修系统。通过远程维修系统，可使前方维修人员能从后方获得技术指导和维修信息。视频辅助修理系统，实质上是一种视频、声频远程通信系统，使前方人员与后方专家之间建立联系。

士兵支援网络。该网络可从现成的全球网络中索取所需的视频、声频和动画方式表达的维修信息。可戴式计算机系统由头戴摄像机、显示屏和微机组成，可使前方人员与基地之间建立声、视通信，还可拨号进入士兵网络。

传感器人工智能通信综合维修系统。可使前方人员评价武备状况并预测故障。原有的许多后勤装备都将配加信息技术装备，如信息化整装整卸车、信息化救护车与救护直升机、数字化诊断检测装置、数字化野战医院系统等。经过改造的装备效能将大大提高。

4．3．3 医疗保障装备技术

如模块化医院、便携式远程医疗系统，区域性远程医疗网络系统，数字化野战医院以及前沿单兵救护装备都体现了物联网基础技术的应用。在未来的战争中，为作战人员配备集防护与救治为一体的多功能、信息化、智能化单兵装备。

4．3．4 装备保障综合集成决策系统

综合集成决策系统，实际上包括装备保障信息的收集、装备保障信息的集成和装备保障信息的流通三个子系统。各类保障信息都可以按照一定的规则通过特定的物联网通道，流通至综合集成决策系统，使信息收集工作准确及时，便于指挥机关实时掌握装备保障活动的进展情况，对装备保障实施不间断的指挥。收集到的装备保障信息经过分析处理后，由装备保障综合集成决策系统对其进行综合集成，用系统科学的方法进行研究，为指挥机关提供辅助决策。收集到的装备保障信息经分析处理后，根据需要流通到，装备保障物联网相应的子系统中。

4．3．5 横向一体化装备保障协作系统

横向一体化是指把装备保障部（分）队，即装备保障人员、装备和装备信息等所有要素与后勤保障、地方保障力量以及作战部队形成以装备保障为核心的保障协作群体，使作战与保障紧密结合，形成“同步型”的网络保障资源网。

4．3．6 纵向一体化指挥控制系统

通过装备资源物联网，实现装备保障指挥与作战指挥系统的融合，力求装备保障的直达、快捷。这里的装备保障指挥体系采用的是融入型（从属型）的指挥系统，能够更好地实施一体化联合指挥。通过物联网上获取的海量信息，使用计算机辅助决策系统，模拟现实作战和保障环境，对指挥员的决策方案进行推演、论证，定量分析装备保障力量的构成和编组，从中选出最佳方案，并对可能的情况提出预案，最大限度地减少决策失误和纵向指挥结构层次，保证各保障节点都有一定的自由度，把装备保障的构成要素、有生支援力量等组成一个有机整体，加强装备保障的统一指挥领导，即时处理和协调军地、军种以及装备保障各个层次、各个专业之间的关系，提高保障效率，做到快速反应式保障。

5 结语

本文分析了物联网技术特点和国外发展应用情况，深入研究了基于物联网的海军武器装备综合保障的体系结构，并对其核心技术进行系统分析归纳。纵观国内外物联网技术的发展应用可以看出，物联网的影响是广泛而深刻的，其应用已经深入到方方面面，其军事应用潜力巨大。在国内，物联网在军事领域的应用尤其是在武器装备综合保障方面还处在起步阶段，一旦我们抓住物联网发展的契机，就能使我们的武器装备综合保障水平走在世界的前沿。历时证明任何一场技术革命都会在军事上带来一场颠覆性的变革，因此应该抓住机遇，展开深入的研究。基于物联网的武器装备综合保障能够打破传统武器装备综合保障的思维模式，从微观到宏观彻底改变过去低效率的保障方式，以适应未来信息化及海军战略发展需求。

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