軍犬遠(yuǎn)程指揮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

羅 騰 周學(xué)廣 郝彥樂(lè) 李 拓

一、軍犬遠(yuǎn)程控制指揮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

軍犬遠(yuǎn)程控制指揮系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)基于智能硬件、物聯(lián)網(wǎng)及流媒體傳輸?shù)拇髷?shù)據(jù)指揮系統(tǒng)，它能夠按照運(yùn)作的業(yè)務(wù)規(guī)則和運(yùn)算法則，對(duì)軍犬位置、數(shù)量、信息、情報(bào)、行為、指令和安全進(jìn)行更完美地遠(yuǎn)程管理，使其最大化降低軍犬管理難度和作業(yè)盲區(qū)，提高執(zhí)勤過(guò)程中的有效性、真實(shí)性、行為掌控性、指令快捷性及位置精確性的要求。

（一）技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)采用成熟的LAMP 架構(gòu)體系，在邏輯上劃分為物理層、采集與交互層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、應(yīng)用層。通過(guò)總線機(jī)制，將各個(gè)單元模塊或子系統(tǒng)連接成一個(gè)高效、低耦合、組合方便、擴(kuò)充能力強(qiáng)的分布式系統(tǒng)。既適合在獨(dú)立的服務(wù)器集群上運(yùn)行，也適合部署在云計(jì)算環(huán)境下使用。軍犬遠(yuǎn)程控制指揮系統(tǒng)原理參見(jiàn)圖1。

圖1 軍犬遠(yuǎn)程控制指揮系統(tǒng)原理圖

（二）實(shí)施方案

1.通過(guò)在N 頭軍犬的頭部部署微型視頻/音頻傳輸設(shè)備，對(duì)軍犬視野內(nèi)影音進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集，并通過(guò)對(duì)設(shè)備廠商提供的標(biāo)準(zhǔn)訪問(wèn)接口的SDK 庫(kù)(2015 部標(biāo))實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的校時(shí)、注冊(cè)等功能。利用無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)與云服務(wù)器及控制中心的數(shù)據(jù)同步。系統(tǒng)信息流程參見(jiàn)圖2。

2.在云服務(wù)器中對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行H.264、H.265或MPEG-4的編解碼，實(shí)時(shí)傳輸?shù)焦芾砜刂平K端，對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)源實(shí)現(xiàn)分畫(huà)面同步指揮，并將預(yù)先錄制的口令音頻以數(shù)字信號(hào)編碼向指定軍犬傳達(dá)。犬端效果圖參見(jiàn)圖3，后臺(tái)控制指揮端參見(jiàn)圖4。

3.軍犬在實(shí)戰(zhàn)行動(dòng)中，佩戴微型視頻/音頻傳輸設(shè)備，通過(guò)無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)獲得遠(yuǎn)程下達(dá)的數(shù)據(jù)指令，編譯模擬后形成原音口令，播放口令后軍犬按命令執(zhí)行。

（三）系統(tǒng)組成

軍犬遠(yuǎn)程控制指揮系統(tǒng)組成要素和功能參見(jiàn)表1。

圖2 軍犬遠(yuǎn)程控制指揮系統(tǒng)信息流程

圖3 軍犬遠(yuǎn)程控制指揮系統(tǒng)效果

圖4 軍犬遠(yuǎn)程控制指揮系統(tǒng)控制端

表1 系統(tǒng)組成要素和功能

系統(tǒng)最終要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)要求有：

1.犬端偵測(cè)模塊能夠在野外使用，指揮控制模塊可遠(yuǎn)程操控；

2.網(wǎng)絡(luò)正常情況下，信號(hào)傳輸最大延遲在5 秒以?xún)?nèi)；

3.犬端偵測(cè)模塊必須在4G/5G 通信基站信號(hào)作用范圍內(nèi)，后臺(tái)指揮控制模塊必須在可接入互聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)。

二、軍犬遠(yuǎn)程指揮控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

（一）啟動(dòng)系統(tǒng)

建立監(jiān)聽(tīng)服務(wù)器，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)端請(qǐng)求Access Token，服務(wù)端接收請(qǐng)求后通過(guò)用戶(hù)App Key 和App Secret向設(shè)備接口請(qǐng)求Token，獲取到后返回到客戶(hù)端。將若干攝像設(shè)備序列整理到數(shù)組中，遍歷數(shù)組向頁(yè)面添加對(duì)應(yīng)的攝像畫(huà)面顯示窗口。啟動(dòng)服務(wù)端和客戶(hù)端即可接收到軍犬處實(shí)時(shí)畫(huà)面。

進(jìn)入源代碼文件夾，先打開(kāi)服務(wù)端，然后啟動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)入系統(tǒng)后等待數(shù)秒，出現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻畫(huà)面，如圖5 所示即為系統(tǒng)初始界面。

（二）控制攝像頭方向

選擇軍犬鏡頭畫(huà)面，通過(guò)方向功能鍵，向設(shè)備接口發(fā)送轉(zhuǎn)向操作請(qǐng)求，通過(guò)遠(yuǎn)程控制參數(shù)改變鏡頭向不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并可發(fā)送請(qǐng)求停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

點(diǎn)擊選中一個(gè)視頻框，選中后邊框會(huì)有白色陰影。選中后，點(diǎn)擊如圖6 所示的方向鍵即可讓攝像頭調(diào)整方向。當(dāng)調(diào)整到滿意位置后，點(diǎn)擊如圖7 所示的暫停鍵即可停止移動(dòng)，每次只可調(diào)整一個(gè)方向，停止后才能調(diào)整其他方向。

圖5 初始界面

圖6 調(diào)整攝像頭方向

圖7 暫停

圖8 指令選擇框

圖9 常見(jiàn)指令

（三）發(fā)送語(yǔ)音指令

通過(guò)指揮平臺(tái)點(diǎn)擊選擇框選擇需要發(fā)送的口令，調(diào)用預(yù)先錄制存儲(chǔ)的軍犬指揮口令，由TCP 協(xié)議加密后通過(guò)4G/5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給軍犬?dāng)y帶的設(shè)備終端，設(shè)備終端編譯解析后，還原為語(yǔ)音指令并通過(guò)揚(yáng)聲器播放，軍犬聽(tīng)到語(yǔ)音指揮口令后，執(zhí)行遠(yuǎn)程指令。

點(diǎn)擊如圖8 所示的指令選擇框，在彈出的指令菜單中選擇需要發(fā)送的指令。如圖9 所示選中后指令框中會(huì)顯示當(dāng)前指令名稱(chēng)，點(diǎn)擊發(fā)送鍵即可發(fā)送指令，等待幾秒后攝像頭揚(yáng)聲器會(huì)播放指令。

（四）接口功能開(kāi)發(fā)

1.數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)：通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口，從軍犬指揮調(diào)度平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)源獲取軍犬和設(shè)備等信息，將這些信息寫(xiě)入電子數(shù)據(jù)系統(tǒng)，并與視、音頻數(shù)據(jù)綁定，將綁定了這些信息的視、音頻數(shù)據(jù)推送到軍犬指揮調(diào)度平臺(tái)。

2.數(shù)據(jù)接口：電子數(shù)據(jù)系統(tǒng)通過(guò)中間件，對(duì)從軍犬指揮調(diào)度系統(tǒng)中獲取的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

（1）數(shù)據(jù)的完整性。對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，包括當(dāng)事軍犬、訓(xùn)導(dǎo)員、指揮負(fù)責(zé)人、時(shí)間、地點(diǎn)、畫(huà)面、語(yǔ)音、任務(wù)描述等，對(duì)于完整的數(shù)據(jù)，予以進(jìn)入電子數(shù)據(jù)系統(tǒng)，不完整的數(shù)據(jù)則返回給軍犬指揮調(diào)度系統(tǒng)，并報(bào)告預(yù)警進(jìn)行核查。

（2）數(shù)據(jù)的唯一性。從各業(yè)務(wù)系統(tǒng)中獲取的數(shù)據(jù)，應(yīng)保證數(shù)據(jù)的唯一性，即對(duì)相同事件或任務(wù)進(jìn)行去重，綜合為一個(gè)事件。

（3）數(shù)據(jù)的一致性。任務(wù)或軍犬信息應(yīng)保持連貫。

（4）數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)性。數(shù)據(jù)統(tǒng)一以一種通用的格式提交和返回，確保網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)傳輸能夠以標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的形式流通。

3.對(duì)外服務(wù)接口：電子數(shù)據(jù)系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的Web Service 接口，并預(yù)留二次開(kāi)發(fā)接口，支持軍用內(nèi)網(wǎng)、加密通道等系統(tǒng)的無(wú)縫接入。

三、系統(tǒng)室內(nèi)測(cè)試

（一）測(cè)試背景

本系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集軍犬周?chē)曨l數(shù)據(jù)，并通過(guò)遠(yuǎn)程指令對(duì)其進(jìn)行控制。本測(cè)試目的在于總結(jié)分析測(cè)試階段的過(guò)程及結(jié)果，描述系統(tǒng)是否達(dá)到需求的目的。本測(cè)試預(yù)期參考人員包括測(cè)試人員、測(cè)試部門(mén)經(jīng)理、項(xiàng)目管理人員和其他質(zhì)量控制人員。

（二）基本測(cè)試信息

1.測(cè)試范圍

產(chǎn)品 功能軍犬遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)獲取Access Token控制鏡頭方向鏡頭停止轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)送語(yǔ)音指令

2.測(cè)試環(huán)境

測(cè)試操作系統(tǒng)：Windows 10操作系統(tǒng)。

測(cè)試瀏覽器：Firefox 瀏覽器、Chrome 瀏覽器。

3.測(cè)試案例設(shè)計(jì)思路

根據(jù)上述測(cè)試范圍進(jìn)行測(cè)試案例的設(shè)計(jì)。

（三）測(cè)試結(jié)果及缺陷分析

1.測(cè)試結(jié)果

序號(hào) 測(cè)試功能 預(yù)期結(jié)果 實(shí)測(cè)結(jié)果1 獲取Access Token與預(yù)期結(jié)果一致2 控制鏡頭方向 鏡頭向指定方向轉(zhuǎn)動(dòng)得到對(duì)應(yīng)Access Token與預(yù)期結(jié)果一致3 鏡頭停止轉(zhuǎn)動(dòng) 鏡頭停止轉(zhuǎn)動(dòng) 與預(yù)期結(jié)果一致4 發(fā)送語(yǔ)音指令 鏡頭播放對(duì)應(yīng)指令與預(yù)期結(jié)果一致

2.缺陷的統(tǒng)計(jì)與分析

缺陷 分析高清模式下畫(huà)面有時(shí)會(huì)卡頓因?yàn)槭菍?shí)時(shí)高清畫(huà)面的傳輸，所以本系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求較高，需盡量在信號(hào)較好的區(qū)域使用。發(fā)送指令到播放指令延遲小于5 秒由于發(fā)送語(yǔ)音指令需向云服務(wù)器上傳音頻文件，云端還需進(jìn)行解碼才能在設(shè)備上播放，這個(gè)過(guò)程的延遲難以避免?？蓮奈募笮〉慕嵌热胧?，將音頻文件進(jìn)行壓縮，在保證音頻質(zhì)量的情況下盡量壓縮文件大小，可使上傳時(shí)間縮短。

（四）測(cè)試結(jié)論與建議

經(jīng)過(guò)測(cè)試，系統(tǒng)功能全部正常，滿足需求中的所有內(nèi)容。建議在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)較好的區(qū)域使用，可使系統(tǒng)體驗(yàn)更好。

四、系統(tǒng)野外實(shí)驗(yàn)

（一）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)用具：激光棒、小型對(duì)講機(jī)、軍犬遠(yuǎn)程指揮系統(tǒng)、調(diào)引球、咬棒、咬靶、追蹤繩、牽引繩、鞭子。

實(shí)驗(yàn)用犬：比利時(shí)牧羊犬、德國(guó)牧羊犬（工 作犬系）。

（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)科目：基礎(chǔ)服從科目，包括坐、臥、立、吠叫、前來(lái)、后退、匍匐、延緩、銜取；應(yīng)用科目，包括追蹤、撲咬。

前期訓(xùn)導(dǎo)員按照計(jì)劃進(jìn)行選犬、脫敏訓(xùn)練、軍犬對(duì)語(yǔ)音播放的適應(yīng)性訓(xùn)練、使用對(duì)講機(jī)開(kāi)展軍犬部分基礎(chǔ)服從科目和應(yīng)用科目訓(xùn)練等工作，且所選實(shí)驗(yàn)用犬已經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，具備較為成熟的作業(yè)能力。

1.軍犬遠(yuǎn)程指揮系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，見(jiàn)圖10、圖11；

2.軍犬實(shí)地穿戴遠(yuǎn)程指揮系統(tǒng)設(shè)備，要增強(qiáng)軍犬對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的適應(yīng)性；

3.通過(guò)系統(tǒng)指揮端指揮軍犬分別完成基礎(chǔ)服從科目和應(yīng)用科目，見(jiàn)圖12、圖13。

（三）實(shí)驗(yàn)效果

系統(tǒng)能夠持續(xù)運(yùn)行，指揮端操作流暢，犬終端語(yǔ)音播放模塊和視頻監(jiān)控模塊運(yùn)行正常，犬無(wú)抓咬系統(tǒng)設(shè)備的行為，基本完成所選近距離和遠(yuǎn)距離基礎(chǔ)服從科目，應(yīng)用性科目有效成功率在60%以上。

圖10 穿戴犬用終端

圖11 指揮端調(diào)試

圖12 使用系統(tǒng)開(kāi)展遠(yuǎn)距離指揮實(shí)驗(yàn)

圖13 使用系統(tǒng)開(kāi)展撲咬實(shí)驗(yàn)

五、總結(jié)與展望

本文基于智能硬件、物聯(lián)網(wǎng)及流媒體傳輸設(shè)計(jì)了一套軍犬遠(yuǎn)程指揮系統(tǒng)，基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)犬遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制和指揮，達(dá)到了利用信息化裝備改進(jìn)軍犬指揮運(yùn)用方法的目的，對(duì)于拓展軍犬實(shí)戰(zhàn)能力具有重要意義。下一步可以探索通過(guò)新增犬端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)由一個(gè)控制端同步、實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程指揮多頭犬，通過(guò)優(yōu)化信息采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)溶浻布阅埽M(jìn)一步縮短指令傳輸時(shí)延，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)犬指揮的“即 點(diǎn)即播”。