军事物联网和人机协同技术在陆军机步旅新质作战能力的应用

1.引言

军队未来的发展方向是“精干化、一体化、小型化、模块化、多能化”，军改的目标是突出创新重点、减数提质、优化兵力，提高部队科技含量，把提高新质作战能力建设作为突破口，加强实战化训练，加快向质量效能型和科技密集型转变。未来30年，世界会从“互联网技术”进入“物联网时代”，我们要抓住这一机遇，依托军事物联网联合实验室，以现行的军用网络基础设施为中心，发挥军民融合的技术优势，采用军事物联网和人机协同技术，在装备物资全域可知、战场装备全维互联、作战保障全程可控三个应用层面上，研究军事物联网的总体架构，拟制标准规范，建设标准体系服务平台，攻克关键支撑技术，研发系列军事物联网感知设备，实现陆军机步旅作战保障的智能化，提高机步旅的新质作战能力。

 

2.军事物联网和人机协同是未来作战的平台和载体

2.1军事物联网和人机协同技术的意义

创新能力是一只军队的核心战斗力，也是生成和提高战斗力的加速器。战斗力=（人+武器+能量）×信息，未来战争将呈现出“信息无所不至”“战场无所不在”等特征，战场空间的范围变为全维立体，作战效能的释放方式由数量累加变为系统综合，制胜理念由实体摧毁变为体系破击，作战力量的主导要素由物质能变为信息能，取得战争胜负的关键在于谁能更多、更快地占用信息，有效地利用信息，并消弱甚至剥夺对方信息占有的能力。未来战争从“谋求信息优势”到“谋求决策优势”，需要更多的则是“智能型”军人，这就需要将军事物联网和人机协同技术应用到作战中，发挥“智能型”军人的作用，实现与所属武器装备密切配合、相互协作，共同完成作战任务。人机协同包含两个要素，人机分工和人机耦合。人机分工要求充分发挥人机各自的特长；人机耦合则是人机信息的交互和行为的互助，发挥人机的整体优势。未来作战中的人机协同有以下特点：一是人机协同难度大；二是同时存在多人间协同；三是人机功能的动态分配。为此需要处理人机任务分配、人机安全控制和人机信息交互。

2.2国内外军事物联网和人机协同技术的发展现状

未来战争，谁掌握了信息主动权，谁就掌握了战争的主动权；谁能全过程控制信息，谁就能赢得战争的胜利。信息资源取代物资能量资源成为陆军作战能力的新源泉，作战能力与信息质量的关系远比部队数量的关系更为密切。以前，优秀步兵的标准是大嗓门、铁脚板、满手茧；现在，一个合成营就有十余个兵种、几十种专业，官兵们需要掌握多种技能。陆军作为地面的核心力量已经从“区域陆军”向“全域陆军”转变，拓展战略投送地域，增强战场机动能力，实现陌生地域连续作战锐势达成作战目的，成为陆军新的任务。机步旅军事物联网和人机协同系统是未来“全域陆军”作战最前线信息感知的神经末梢，是未来战场上重要的决胜要素，军事物联网和人机协同技术已成为“全域陆军”军事变革和提高新质作战能力的关键点，成为融入到信息化战场的核心。

当今世界的高科技已经能创造出自主决策的攻击机器人，如美国海军陆战队的“角斗士”作战机器人，以色列军队用于边境安全任务的“守护者”无人驾驶战车等。美军的SIX3以组建具有人类和机器人协同作战能力的“联合兵种班”，能够把士兵与无人操纵装备、无所不在的通信和信息以及各种领域的先进作战能力结合起来，在日益复杂的作战环境中最大限度提高一个班的战斗水平。在叙利亚战场，俄叙联军建立了“人机协同”的作战模式。作战中，俄军通常部署无人机、 “平台”-M战斗机器人、“阿尔戈”作战机器人等无人作战平台，其中无人机负责情报侦察，战斗机器人使用机枪和反坦克导弹对敌方据点实施强攻，叙政府军则与战斗机器人保持安全距离尾随其后，负责战场扫尾工作。该战法一度创造了阵亡率0∶70的辉煌战绩。

2.3未来机步旅作战中人机协同的主要实现方式

在未来机步旅作战中，军事物联网和人机协同的最高境界是所有装备、人员、设备、物资等万物互联、互通、互控制。所有机步旅的主战装备、支援装备、保障装备、作战物资、作战人员全部安装军事物联网智能控制系统，通过侦察无人机、攻击无人机、侦察机器人、作战机器人、排雷机器人等无人作战平台和人机协同联合作战指挥与控制命令无线组网与传输系统，实现了“网状”指挥体系“树干、树枝、树叶”的组织形态中的效能，旅指挥中心就是其中的“树干”。合成营的作战体系就是其中的“树枝”，合成营中的主战装备、支援装备、保障装备、作战物资和官兵就是其中的“树叶”，通过“树叶”和“树枝”为“树干”提供“基本养分”。

在机步旅的作战区域内，通过人机高效自组织网与多跳无线传输技术，在整个机步旅实现装备与装备、装备与单兵、单兵与单兵、单兵与指挥员的连接和信息交互，通过高可靠、低时延无线组网与传输技术，同步完成信息分析与处理，在作战现场真正实现步步协同、步空协同、步炮协同、步坦协同。在作战中侦察兵和突击分队的骨干通过侦察无人机、攻击无人机、侦察机器人、作战机器人、智能控制系统、自组织网传输系统，实时获得战场态势、我方弹药油料的消耗、敌我双方的战损信息和毁伤评估，通过战场态势人机快速感知、信息压缩与提取技术，实现人机协同联合作战指挥与控制命令无线传输，通过现场大数据特征分析与辅助决策技术，对作战的进程进行分析和评估，得出在哪些方向需要加强、哪些方向需要补充、哪些方向需要救护等等，实现了作战过程的全透明、全控制。

 

3现有基础和已突破的关键技术

3.1现有的基础

经过8年的探索实践，我们完成了军事物联网的理论基础、技术基础和工程实现模式研究，初步形成了军事物联网工程技术理论研究、技术攻关、设备生产、安装调试、实践运用于一体的科研和实践能力。一是建成了一个国家级联合实验室。联合东南大学和威高集团，合力创建了“军事物联网联合实验室”，构建了集装备传感网、装备保障云、装备指控中心于一体的“一网、一云、一中心”的军事物联网工程实验环境，构建了“研、学、产、用”一体的装备保障实验基地。二是打造了一个高层次创新团队。现在联合实验室有双聘院士4人，长江学者1人，知名专家3人，现有博士、硕士等信息技术骨干人才30余人，形成了一支军事物联网工程技术研究攻关的人才队伍。三是取得了一系列军事物联网工程技术创新成果。出版了《军事物联网》理论专著2部，构建了军事物联网工程技术体系架构，创新了基于军事物联网的装备维修保障模式，取得发明专利8项，荣获军队科技进步一等奖、二等奖各1项，受到了军委首长的关注和肯定。

3.2已突破的关键技术

（1）研发了具有自主知识产权的军用自组织网络协议并构建了无中心军用自组织网；

（2）研发了基于多天线技术的空间主动安全加密技术；

（3）研发的协议支持跳频无线传输技术，最高跳频次数可达2000次/秒，具有很强的抗干扰能力；

（4）研制了专用的军用自组织网基带芯片；

（5）研究形成了合成作战单元（团、营）装备保障信息采集和传输技术规范；

（6）研发了机器人识别、控制和定位技术；

（7）研发了路径自动搜索、智能避弹技术；

（8）研发了多自由度位姿自动调节及变形补偿技术；

（9）研发了数据挖掘、分布式系统、云计算平台为依据的大数据技术。

（10）研发了单兵无人机系统，包括单兵、无人机平台、数据链路、光电/红外侦察设备、地面站、手持终端。

（11）研发的任务载荷分系统，能实时提供侦察目标图像和毁伤评估分析，提高战场侦察监视效能。

3.3已完成的5个典型应用

“基于军事物联网技术的某型导弹装备智能维修保障研究及应用”项目，应用于原济南军区2个集团军、南京军区1个集团军部队的装备上；“基于军事物联网技术的军械维修器材智能储供管理”项目，应用于原济南军区装备部、20集团军部队；“基于军事物联网技术的某型导弹装备智能维修系统”，应用于某型轮式装备研制定型生产中；“基于军事物联网技术的某型突击车阅兵训练及智能维修保障系统”应用于9.3阅兵装备保障。

 

4打通军民融合“最后一公里”

军民融合发展既是兴国之举，又是强军之策，他的核心是通过开放、协作、共享，使新技术、新理念、新材料、新工艺应用到军队的作战和保障中，迸发出最大的活力。在这样一个生态系统中，我们决不能靠自己单打独斗，要找能提供技术支持的战略合作伙伴。战区陆军保障部承上启下，我们既掌握先进技术，又了解部队的需求，发挥战区陆军主建的优势，打破约束创新的条条框框，通过“军事物联网联合实验室”，起到军民融合的桥梁作用，联合东南大学、威高集团，构建了“研、学、产、用”一体的装备保障实验基地，将新技术投向解决作战的具体问题上，打破信息壁垒，打通军民融合“最后一公里”。

4.1论证及需求基地

“军事物联网联合实验室”论证及需求基地北部战区陆军保障部，构建了一个研、学、产、用一体的最优装备保障实验基地，采用项目化运作方式，搭建高层次人才成长平台。目前，我们以军事物联网联合实验室为依托，在装备智能维修方面，摸索出了军事物联网进入实际应用的一个基本模式，即通过“一创两建”实现“三同”。一创，创研军事物联网工程技术体系。两建，一是构建基于合成作战单元（团、营）的军事物联网技术规范体系，二是构建基于“一网、一云、一中心”的军事物联网工程模式。实现三同，即同步自主感知装备状态、同步自主组网共享信息、同步自主生成保障决策。可以为军事物联网建设总体论证及关键技术应用研究提供总体论证、军事需求、设备研制等技术支撑。

4.2技术研发基地

“军事物联网联合实验室”技术研发基地是东南大学和国家2011计划无线通信技术协同创新中心，学科带头人是尤肖虎主任、教授，长江学者、首席科学家，获国家发明一等奖1项、国家科技进步二等奖1项，结合国家“973 计划”“863 计划”和“2011 计划”等一批重大、重点项目的实施，实验室一直致力于建立能支持新型移动通信理论、算法及系统验证的实验测试环境，以期为我国未来无线与移动通信标准的制定、新系统的研究开发提供强有力的支撑。8年来为军事物联网建设总体论证及关键技术应用研究提供技术支撑。

4.3生产试验基地

“军事物联网联合实验室”生产试验基地是威高电子集团，进行过“9.3”阅兵装备的生产、反舰导弹雷达设备生产、基于军事物联网的某型导弹装备智能保障系统的定型和生产，有完备的军工产品质量体系，装备硬件、软件和系统都按军工产品质量体系进行；生产验收、监督单位南京军代局驻青岛地区代表室在威高电子集团设有军代表验收点，可以为军事物联网建设总体论证及关键技术应用研究提供设备研制、生产的质量保证。

 

5某机步旅应用情况

5.1建设目标

（1）装备物资全域可知

通过为机步旅所属主战装备、弹药、物资器材加装射频标签、微机电传感装置，通过装备传感网络，使各级指战员能够在机步旅作战地域内全天时、全天候、近实时准确掌握主战装备、弹药、物资器材随战场环境的变化信息，实现整个作战地域内装备物资的全域可知。

（2）战场装备全维互联

通过深入植入装备的传感装置和自主研制的军用自组织网络协议，构建栅格化的自组织传感网，装备启动即可相互“握手”自动组网，同步共享装备状态、性能、战力等信息，如同主战装备不但有了末梢神经和中枢神经，还能够“张嘴说话”，实现装备与装备、装备与人、人与环境之间全方位的联接和信息交互。

（3）作战保障全程可控

通过合成营建设，探索合成营作战保障的新思路和新方法，为实现合成作战和合成保障提供技术手段。通过研发的装备智能维修供应保障系统，实时掌握机步旅作战装备、保障装备、保障分队整体保障态势和保障信息，跟踪查询单装技战术状态，同步掌握主战装备的持续作战效能，快速诊断故障部位，准确预测装备、物资需求，辅助生成保障决策，传输到基于军事物联网的装备维修保障指控模块，嵌入一体化指挥平台，及时将装备战力评估、态势评估、保障方案分类分发至用户，全程调控保障力量、保障装备和保障资源，最终实现“在确定的时间、沿正确的路线、到准确的地点、对明确的对象、提供精确的装备保障服务”。

5.2体系架构

研究不同作战环境下，机步旅的人机协同体系架构，包括人机（无人机、机器人、主战装备、保障装备、保障物资、单兵等）前端信息感知系统、自组织协同组网与信息回传系统、数据分析与战场决策系统、以及指挥与控制命令前传系统等，将遥控操作技术的发展和应用紧密结合，充分注重人机协同关键技术在作战和演习中的应用。合成营的组成框图见图1，合成营的系统框图见图2。

图1合成营的组成框图

图2合成营的系统框图

5.3关键技术攻关

（1）战场态势人机快速感知、信息压缩与提取技术；

（2）人机高效自组织组网与多跳无线传输技术；

（3）现场大数据特征分析与辅助决策技术；

（4）人机协同联合作战指挥与控制命令无线前传，高可靠、低时延无线组网与传输技术；

（5）专用芯片的研制及生产；

（6）人工智能与机器学习；

（7）侦察机器人、作战机器人、排雷机器人等机器人作战平台；

（8）侦察无人机、攻击无人机等无人机作战平台。

5.4应用模式

（1）自动实时感知装备性能状态模式

通过对装备植入微传感器，构建标准化技术体制，在不改变装备战技术性能的前提下，实时采集每台装备完好情况、动用情况、摩托小时或里程消耗情况、随装配套情况等状态信息，自动跟踪装备物资各种参数，随时获取装备物资在哪里、数量有多少、还能跑多远、还有多少弹，哪些性能参数正常、哪些不正常，对于有故障的装备，可以迅速将故障信息全部发到旅数据中心，通过诊断模型实现远程故障诊断。

（2）自动组网在线共享态势信息模式

通过研制自组织网络协议，构建合成作战单元级别的装备物资无线传感网络，实现人员、装备、物资、保障态势之间的实时交互，并通过既定的通信网络（平时用综合信息网或内部局域网，战时嵌入战术互联网），及时将感知信息自动上传，便于指挥机关单装、系统单元、使用维修供应“多维”在线共享装备保障态势，科学计划装备保障工作。

（3）自我故障诊断评估持续战力模式

通过研发维修储、供指标体系和评估模型，运用智能计算技术，对采集的大量数据进行存储、融合，对特征信息进行筛选、提取，快速诊断故障原因，自动生成装备维修计划、物资供应保障需求，综合弹药、油料、战损等因素，准确评估持续战力。

（4）自主辅助决策调控保障行动模式

通过装备智能维修供应保障平台，各级装备指控中心可随时掌握所属装备物资整体保障态势，以及武器装备的性能状态与物资器材的数质量状况，及时将装备物资性能评估、状态评估、决策指令、保障方案分类分发至用户，全程调控保障力量、保障装备和保障物资，确保“在确定的时机、沿正确的路线、到准确的地点、对明确的对象、提供精确的保障服务”。

（5）应用效果

成果已在某型主战装备××台战车、××台营指挥车、××台旅指挥车和×台检测车进行了2年多的野战环境下单车、多车、连级、营级整建制、全系统的应用验证工作，实现从单装到整连、整营、整旅（团）装备的状态感知、性能评估、故障诊断、寿命预测、维修决策和辅助保障指挥。在2012、2013年 “炮兵防空兵部队实弹战术演习”中得到了实战应用验证，排除重大故障2处，××发全部命中目标。相比现有维修保障模式，检测人员由原来的4人减少到1人，上装全部电子箱检测时间由2小时缩短到5分钟即可完成实时并行检测，并能同步监测底盘部分，测试时间缩短了96%；原来每台战车的平均故障排除时间为2个半小时，现在利用军事物联网技术，每台战车的平均故障排除时间为半个小时以内，平均故障排除时间缩短了80%以上。综合保障效率提高了60%以上，提升了部队装备智能化维修保障水平。

 

6结束语

军事物联网和人机协同技术将各种各类传感器件嵌入没有思维能力的装备中，赋予其“智慧”，实现了联合作战背景下装备与装备、装备与人、人与环境之间的对话与交互，是信息系统与武器装备高效融合的产物，它已不是普通意义上的网络，而是一个复杂的、综合的自组织结构性网络，是一个新型的融合多种学科的军事工程技术体系。能够实现装备状态与装备保障需求自动、实时、快速响应，装备保障资源精确配送，装备保障技术远程支援，它必将对作战方式、保障方式等一系列军事行动产生“革命性”效果，将产生重大的军事经济效益，提升陆军机步旅的战斗力。