物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在陜西人影作業(yè)裝備和彈藥全程監(jiān)控中的應(yīng)用

左愛文，劉映寧，何 軍，田 顯

(陜西省人工影響天氣辦公室，西安 710014 )

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)技術(shù)建立在“互聯(lián)網(wǎng)概念”的基礎(chǔ)上，通過射頻識別(Radio Frequency Identification，簡稱“RFID”)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等各種傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把裝有傳感設(shè)備的任何物品通過互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[1]。物聯(lián)網(wǎng)問世以來，發(fā)展迅猛，快速滲透到移動支付、共享單車、網(wǎng)購等生活的方方面面；物聯(lián)網(wǎng)在氣象領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛，已廣泛使用到自動站數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測和采集[2]、氣象裝備的動態(tài)管理[3]、氣象災(zāi)害監(jiān)測[4-5]、氣象智能機(jī)房[6]等方面，劉偉等人[7]將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于彈藥管理中。

近年來，人工影響天氣業(yè)務(wù)快速發(fā)展，社會需求越來越旺盛，作業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，但在具體業(yè)務(wù)中還存在以下問題：一是作業(yè)信息采集上報自動化程度不高，缺乏作業(yè)合理性分析數(shù)據(jù)；二是作業(yè)彈藥和裝備缺乏實(shí)時監(jiān)管、有效監(jiān)測，發(fā)生炮彈丟失現(xiàn)象，存在安全隱患?？茖W(xué)作業(yè)和作業(yè)彈藥安全已成為各級人影部門安全管理工作的重中之重。陜西省人影作業(yè)裝備和彈藥全程監(jiān)控系統(tǒng)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到人影裝備和彈藥管理中，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝備和彈藥的生產(chǎn)、驗(yàn)收、運(yùn)輸、倉儲、發(fā)射及報廢等環(huán)節(jié)的全流程跟蹤、自動感知和動態(tài)管理，作業(yè)信息實(shí)現(xiàn)自動采集、匯集和上報，為安全管理和科學(xué)評估提供技術(shù)支撐。

1 陜西人影作業(yè)彈藥物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了便于對裝備和彈藥進(jìn)行識別、跟蹤定位和管理，為每一枚裝備和彈藥進(jìn)行唯一身份識別，在裝備和彈藥上安裝能進(jìn)行身份識別的標(biāo)簽和定位用的GPS；制定人影專用設(shè)備統(tǒng)一的編碼規(guī)則，研制具有自動感知技術(shù)的作業(yè)參數(shù)采集傳感器和基于3S技術(shù)的作業(yè)裝備和彈藥狀態(tài)感應(yīng)設(shè)備，自動采集作業(yè)信息并上報，快速、近距離對彈藥安全準(zhǔn)確識別，解決彈藥在生產(chǎn)、驗(yàn)收、運(yùn)輸、儲存、作業(yè)消耗等環(huán)節(jié)的全程自動跟蹤監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)人影作業(yè)科學(xué)調(diào)度、量化指揮，提高人影彈藥管理和服務(wù)效益，為人影安全作業(yè)和科學(xué)作業(yè)提供技術(shù)支撐，提升人影業(yè)務(wù)現(xiàn)代化水平。

1.2 系統(tǒng)技術(shù)方案

根據(jù)《陜西省人影作業(yè)綜合管理系統(tǒng)方案》，陜西省人影作業(yè)彈藥全程監(jiān)控系統(tǒng)建立在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上,由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成，應(yīng)用層又分為數(shù)據(jù)處理層和服務(wù)層。

感知層是人影裝備和彈藥安全管理的基礎(chǔ)，主要進(jìn)行準(zhǔn)確識別，為了便于采集人影裝備的作業(yè)信息，準(zhǔn)確記錄高炮、火箭人影裝備作業(yè)時間、方位、仰角、數(shù)量等信息，研制了集三維數(shù)字羅盤、加速度計(jì)、光電感應(yīng)等技術(shù)的作業(yè)信息自動感知設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)參數(shù)信息自動識別和采集；從彈藥安全方面考慮，人影彈藥出廠時植入無源RFID電子標(biāo)簽，為彈藥建立唯一身份代碼；研發(fā)手持式和門禁式感應(yīng)設(shè)備，對人影作業(yè)彈藥儲運(yùn)位置實(shí)時跟蹤，彈藥庫存和出入庫信息自動記錄。網(wǎng)絡(luò)層利用各種通信手段將采集的信息上傳匯總。數(shù)據(jù)處理層是負(fù)責(zé)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，結(jié)合作業(yè)預(yù)警和指揮系統(tǒng)，按照角色分配不同的管理權(quán)限，實(shí)現(xiàn)人影信息安全共享；服務(wù)層是直接面對用戶的部分，也是用戶和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的接口部分，可根據(jù)人影實(shí)際業(yè)務(wù)需求不斷完善。

1.3 軟硬件設(shè)計(jì)及功能

(1)建立省(市、縣)級彈藥信息出入庫采集系統(tǒng)。安裝庫房管理控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括RFID讀寫器、GPRS、拍照系統(tǒng)，設(shè)置彈藥掃描區(qū)域，在庫房入口的地方安裝讀寫器，使彈藥在出入庫房門進(jìn)入掃描區(qū)域時，自動采集上傳彈藥信息，自動分辨出入庫行為，最大識別彈藥數(shù)量40枚/次，最大庫存量5 000枚，實(shí)時顯示彈藥出入庫數(shù)量，智能化掃描彈藥，無需人為干預(yù)，具有速度快、準(zhǔn)確率高的特點(diǎn)。市縣級系統(tǒng)開關(guān)機(jī)和庫房門聯(lián)動，操作過程中，系統(tǒng)將操作人員的信息自動掃描并上傳，確保彈藥安全責(zé)任落實(shí)到人。

(2)建立彈藥運(yùn)輸信息跟蹤系統(tǒng)。彈藥運(yùn)輸車輛上安裝運(yùn)輸跟蹤系統(tǒng)，包括GPS、GPRS以及讀寫器，GPS記錄車輛行駛路線并通過GPRS實(shí)時上傳，車輛停止時，啟動讀寫器掃描是否有彈藥離開車廂，若有彈藥離開車廂，識別離開車廂彈藥的信息并記錄車輛位置，上傳彈藥信息。運(yùn)輸跟蹤系統(tǒng)完成對運(yùn)輸車輛的跟蹤和監(jiān)管，查看裝卸彈記錄，并實(shí)時上傳車輛的GPS軌跡，上傳信息還包含彈藥交接人員信息，確保彈藥交接的時間、位置和人員信息完整。

(3)建立作業(yè)點(diǎn)數(shù)字化人影彈藥發(fā)射系統(tǒng)。在作業(yè)點(diǎn)配備手持式RFID標(biāo)簽掃描裝備進(jìn)行彈藥出入庫掃描并上傳信息，購買自動化作業(yè)裝備或改裝作業(yè)裝備，在彈藥發(fā)射架上安裝彈藥點(diǎn)火控制及數(shù)字化彈藥信息采集系統(tǒng)，控制彈藥點(diǎn)火發(fā)射的同時通過RFID識別器自動識別發(fā)射彈藥的電子信息，通過電子羅盤、GPS等自動調(diào)整采集彈藥發(fā)射時俯仰方位角、發(fā)射點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)、發(fā)射時間、發(fā)射彈藥的信息，并通過GPRS實(shí)時上報作業(yè)信息。該系統(tǒng)不僅完成了彈藥最后過程跟蹤，而且為人影作業(yè)指揮和效果評估積累數(shù)據(jù)。

(4)建立信息管理軟件系統(tǒng)。信息采集上傳后，利用信息管理軟件和通訊系統(tǒng)將實(shí)時采集的彈藥信息進(jìn)行分析處理，通過GIS地圖準(zhǔn)確反應(yīng)省、市、縣作業(yè)彈藥的狀態(tài)分布信息，包括省、市、縣各自的彈藥庫存量、已使用、報廢等各種信息，對彈藥從生產(chǎn)到消耗的全過程信息進(jìn)行跟蹤和監(jiān)控管理，實(shí)現(xiàn)彈藥從生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)较娜^程信息的實(shí)時收集和傳輸上報，按照需求可形成各類報表，為作業(yè)預(yù)警和作業(yè)指揮人員提供決策信息；實(shí)時盤點(diǎn)彈藥狀態(tài)，當(dāng)彈藥接近報廢日期時，報警提示管理人員先行使用即將過期彈藥，以免造成彈藥浪費(fèi)。

(5)開發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人影作業(yè)調(diào)度指揮業(yè)務(wù)平臺及終端APP。作業(yè)預(yù)警、指令發(fā)布、彈藥分析、空域申報、計(jì)劃調(diào)配、作業(yè)監(jiān)控、安全管理等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)一條龍服務(wù)，滿足智慧人影業(yè)務(wù)需要；將機(jī)器自動識別作業(yè)預(yù)警目標(biāo)及計(jì)算作業(yè)參數(shù)主動推送到作業(yè)終端APP，實(shí)現(xiàn)基于用戶位置、用戶屬性的精準(zhǔn)推送；終端同時具備空域申報、安全射界、彈藥掃碼、庫存查詢、信息上報、學(xué)習(xí)培訓(xùn)等功能。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在人影裝備和彈藥管理中的應(yīng)用

2.1 在人影裝備中的應(yīng)用

對人影作業(yè)的高炮、火箭進(jìn)行改裝，加載數(shù)字羅盤、加速度計(jì)、光電感應(yīng)等人影作業(yè)感知傳感器，準(zhǔn)確記錄高炮、火箭人影裝備作業(yè)時間、方位、仰角、數(shù)量等信息，采集精度滿足業(yè)務(wù)需要，實(shí)現(xiàn)作業(yè)參數(shù)自動采集，解決長久以來作業(yè)信息人工上報準(zhǔn)確性差和時效長的缺點(diǎn)，為安全管理和科學(xué)評估作業(yè)效益提供數(shù)據(jù)支撐。

2.2 在彈藥管理中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在人影彈藥管理中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對彈藥的全程監(jiān)控上，彈藥全流程管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對每一枚彈藥從生產(chǎn)到消耗的全流程跟蹤、監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)對彈藥質(zhì)量和有效期的自動化監(jiān)控、告警等功能，同時實(shí)現(xiàn)彈藥發(fā)射信息實(shí)時采集、傳輸上報功能，主要流程如下。

(1)出廠環(huán)節(jié)：生產(chǎn)廠家生產(chǎn)帶有無源RFID電子標(biāo)簽標(biāo)識的彈藥，該標(biāo)簽按照中國氣象局彈藥編碼規(guī)范編制，作為該彈藥唯一身份標(biāo)識。

(2)驗(yàn)收環(huán)節(jié)：由氣象物資管理部門對廠家生產(chǎn)的彈藥進(jìn)行合格驗(yàn)收，利用電子標(biāo)簽掃描及感應(yīng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)驗(yàn)收合格彈藥信息的采集和保存。

(3)采購驗(yàn)真、倉儲環(huán)節(jié)：通過掃描電子標(biāo)簽采集到彈藥信息，對彈藥是否是合格品與物資管理部門合格彈藥信息庫數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，將通過驗(yàn)證的彈藥入庫。

(4)出庫和轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)：通過電子標(biāo)簽掃描感應(yīng)、車載定位及通信傳輸手段，實(shí)現(xiàn)對彈藥出庫和轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)跟蹤管理。

(5)發(fā)射(作業(yè))信息采集環(huán)節(jié)：通過電子標(biāo)簽掃描感應(yīng)、通信傳輸?shù)仁侄螌?shí)現(xiàn)對彈藥消耗和作業(yè)信息的采集、傳輸、上報。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在陜西人影作業(yè)裝備和彈藥全程監(jiān)控中的應(yīng)用

通過對作業(yè)高炮和火箭進(jìn)行改裝，物聯(lián)網(wǎng)裝備在咸陽、渭南、延安、榆林等6市64個作業(yè)點(diǎn)完成了人影作業(yè)感知傳感器的安裝，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)信息自動采集和上報。

在銅川全市實(shí)現(xiàn)了作業(yè)裝備和彈藥的全程監(jiān)控應(yīng)用，完成了裝備標(biāo)識、倉儲、跟蹤和采集全流程物聯(lián)監(jiān)控，安裝有省級庫房門禁系統(tǒng)2套、無源RFID電子標(biāo)簽火箭彈200枚、市縣級門禁系統(tǒng)25套、自動火箭系統(tǒng)6套、改裝火箭作業(yè)采集傳感器20套。

陜西省人影作業(yè)裝備和彈藥全程監(jiān)控系統(tǒng)解決了彈藥從生產(chǎn)、驗(yàn)收、運(yùn)輸、儲存、作業(yè)消耗等環(huán)節(jié)的全程自動跟蹤、監(jiān)控、作業(yè)信息上傳等問題。各級業(yè)務(wù)單位之間可分級分權(quán)限查看裝備、彈藥和人員信息，動態(tài)監(jiān)控彈藥的出入庫、運(yùn)輸、消耗等信息。通過系統(tǒng)的使用，管理人員可以根據(jù)需求提前做好火箭彈的儲備工作，建立彈藥從出廠、運(yùn)輸?shù)较牡囊?guī)范流程和管理制度，方便對彈藥的調(diào)度，提高了彈藥的規(guī)范管理和使用效率，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)裝備和彈藥的精細(xì)化智能管理；基于用戶位置、屬性的智慧人影作業(yè)終端，提高了作業(yè)監(jiān)測預(yù)警和指揮調(diào)度準(zhǔn)確性、時效性，進(jìn)一步豐富和拓展了陜西省人影現(xiàn)代化業(yè)務(wù)系統(tǒng)的科技內(nèi)涵，為人影安全作業(yè)和科學(xué)作業(yè)提供技術(shù)支撐，提高了人影業(yè)務(wù)現(xiàn)代化水平。

4 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為新一代信息通訊技術(shù)，已成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的核心，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在人工影響天氣作業(yè)裝備、物資管理等方面的應(yīng)用是科技發(fā)展的必然趨勢，應(yīng)用前景廣闊，在實(shí)現(xiàn)彈藥全程監(jiān)控管理的基礎(chǔ)上，逐步全面建設(shè)增雨飛機(jī)和地面作業(yè)信息的自動采集系統(tǒng)，建立基于傳感器技術(shù)、GIS、遠(yuǎn)程通訊、移動互聯(lián)和智能識別等多種技術(shù)融合的人影物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)“彈藥物聯(lián)、裝備物聯(lián)、信息物聯(lián)”，向著“智能化、科學(xué)化、安全化、標(biāo)準(zhǔn)化”邁進(jìn)。

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