基于新型传输模式下的车辆感知与健康管理系统设计

赵泽一　张龙龙

摘要：针对未来高速信息化模式下的作战方式，本文旨在提出一套以5G通信系统为基础，通过从最底层的传感器数据采集到上层的车辆大数据健康管理分析，结合光电图像传感器技术，最终构建出一套车辆感知与健康管理系统。该系统主要能够在作战演练中为后方指挥所提供实时战况信息，也能在日常保障维修中对车辆状态进行健康管理。就未来5G建设及新形势作战体系建设，能够有效的提升战力降低保障难度。

关键词：5G通信系统;车辆感知;健康管理系统

引言：基于5G传输模式的车辆感知与健康管理系统其本质是未来信息化战场局势下，指战人员能够精准的实时获得车辆装备状态信息与战场环境感知信息，帮助作战人员与后方指挥系统搭建实时高效的通信链路，同时为战备日常检修保养、战时信息化调度提供最为全面的数据信息以及决策依据。无论从应用还是科技创新均有一定的进步意义。

1车辆感知与健康管理系统设计方案

系统在设计中主要由实时车辆信息获取分系统、通信分系统、辅助决策分系统、健康管理分系统共4个单元模块构成。其中：

1.1实时车辆信息获取分系统

“实时车辆信息获取分系统”将分为2个部分其中：车辆信息的获取主要是通过光电图像传感器获取装备车辆周围环境和车内驾驶员当前的实时画面，采用新型环视画面拼接、夜视成像等技术，将车身周围及车内环境进行采集，由车载终端进行处理。车辆信息的获取可结合或采用现有车载传感器系统进行数据搜集与存储，通过将如压力、温度、电压等等传感器信息进行采集由车载终端进行整合并加密最终通过通信系统发回后方进行处理。

1.2通信分系统

“通信分系统”分为队内部通信和面向指挥所通信两种方式，队内部通信时，前线分队指挥车可通过安装在其他作战装备车辆内的通信设备，采用抗干扰性无线电加密传输技术，实时获取视频信息、分队车况信息、当前战况信息等。面向指挥所通信方式主要是依托5G传输技术进行大数据流的传输，指挥车可采用5G通信单元将分队各个车辆的信息进行汇总并加密，统一发送至后方指挥所的5G数据接收基站中。

1.3辅助决策系统

“辅助决策系统”将以后方指挥所为基础，主要作用为通过接收前方各分队发回的大数据流，将各分队数据信息进行快速解密，同时由指挥部门“智能辅助决策系统”对信息进行判定和解析，将车况信息、实时战况环境信息显示在指挥所屏幕上。

1.4健康管理系统

“健康管理系统”则是作为日常维护保养与检修使用的保障系统，该系统可以通过对车辆传感器信息的采集与数据的分析，结合日常作战车辆的损耗与使用情况将当前车辆的健康状态进行清晰的判断从而给出最终的分析结果。

2 系统相关技术现状分析

2.1基于传感器的部件级监测技术

基于传感器的部件级测量技术将是整个车辆装备感知与健康管理系统的基础。在新一代的特种车辆中，设计有大量的传感器部件。以发动机传感器为例，针对油温、水温、转速、油压、进气压力、进气流量等均有专门的传感器，通过检测以上信息能够有效的监控发动机的运行状态。

本套系统在设计中，可结合现有或未来新型传感器采集技术来获取车辆状态信息，结合更为成熟的设计理念和综合管理方案，代替现有的数据采集器模式，从而有效的对车辆当前状态进行监控和检测。

2.2光电传感器监测技术分析

在实时信息获取方式中，实时环境信息的感知也同样十分重要，分析本系统其所需的主要技术是光电传感器监测技术，通过该技术进而能够实现对实时环境及车辆驾驶人员的监测，保障连队和后方指挥部对实时环境的识别，有效的帮助指挥人员分析局势。

根据需求分析在光电传感器的选型上，视距和画面的清晰度是两项重要的指标。当下流行的光电传感器多分为模拟制式和数字制式，模拟制式相交于数字格式在色彩和稳定性较好，但在未来使用设定中清晰度和远距离传输还应采用超高清数字格式作为最佳的图像传感器。可通过在车体周围分布式安装图像传感器，将周围的环境信息进行采集，通过车载设备进行图像拼接处理，最终能够在显示器上呈现出360°环视界面，点击任意区域还可进行放大进行细致观测。

2.3基于5G的新型高速加密传输技术

本套保障系统中，传感器采集的数据信息、连队间的通讯信息、环境监视系统所采集的图像，最终都要通过无线传输的方式发送至后方指挥所，这样才能实时将各类信息进行有效的反馈和分析判断，现有的视频传输方式，因其传输带宽的限制，传输的视频质量往往会存在卡顿、延迟、可视化辨识程度不高的缺点。随着技术的革新，近几年，5G技术已经成功研发并进行了应用，其在传输速率上将能够轻松达到GB的要求，且其具备更高的稳定性。

2.4基于“大数据”的分析技术

如何将“大数据”有效的进行分类和处理，是一项至关重要的技术。大数据动态解析主要可分为批式大数据和流式大数据两种类型，其中批式大数据主要以历史大数据为主，流式大数据主要以实时大数据为主。随着未来复杂指标的增量计算、分布式内存的并行计算、多尺度时间窗口漂移的动态数据处理、高可用可调内存计算技术的发展，本系统在为来将同时兼顾两种数据流处理方式分别用作战时和日常两种模式下：

在战时情况下，当车载传感器部件将实时动态数据采集后需要第一时间传回指挥所中，此时将以流式大数据处理模式通过高性能内存数据库进行查询，对最新实时数据实现高效预设分析处理。随后针对多样的数据解析结果，排除其中干扰值、错误值进行筛选选取正确的数值和可用的参数，随后将该部分参数送入实时动态解算的模型中，最终根据模型的结果分析出当前该装备的状态信息。

在战备情况下，车载传感器系统仍将实时对外传输大数据流，但此时将以批式大数据处理模式进行数据的分析和存儲，通过将一定时间内的数据进行收集和压缩，经批量预处理后加载至分析型数据仓库中，再进行高性能的实时查询，从而降低流式大数据处理模式下的损耗性能。现阶段该技术同样较为成熟，随着我国十三五计划的建成，新型技术人才大批量涌现，众多企业在该领域均具有广泛的研发，具备联合研发因需定制的能力和技术。

2.5基于整车的故障诊断与健康管理技术

基于整车的故障诊断与健康管理技术是利用各系统的BIT进行综合诊断，对构成诊断能力的各要素进行综合。通过考虑和综合使系统设备诊断能力达到最佳的结构化设计和管理过程，它是预测未来一段时间内系统失效的可能性以及采取适当维修措施的能力。

基于整车的故障诊断与健康管理一般应具备故障检测与隔离、故障诊断、故障预测、健康管理和零部件寿命追踪等能力。其利用各种传感器在线监测、定期巡检和离线检测相结合的办法，广泛获取设备状态信息，借助各种智能推理算法（物理模型、神经元网络、数据融合、模糊逻辑、专家诊断系统等）和智能模型来评估设备本身的健康状态;在系统发生故障之前，结合历史工况信息、故障信息、试车信息等多种信息资源对其故障进行预测，并提供维修保障决策及实施计划等以实现系统的视情维修，该技术成熟且可靠。

3 结束语

车辆感知与健康管理系统在未来的发展和使用中将会体现的更为重要，通过该系统能够在未来演练作战、日常维护中为特种车辆提供较为便捷和完善的联络通信以及分析保障作用，起到了简化人员操作，便捷使用的目的，从而进一步提升我军作战实力和保障基础。

参考文献

[1]崔胜民 . 智能网联汽车新技术 [M]. 化学工业出版社 2016.8

[2]黄运来 . 智能BIT故障诊断技术研究与实现 [J]. 火力与指挥控制 ， 2011，36（2）：174-176.