SMIW：一種基于RFID和智能腕帶的士兵管理系統(tǒng)?

王欽輝 魏軍儒 王 景 焦 萍 葉保留

（1.陸軍指揮學(xué)院軍事訓(xùn)練管理系 南京 210045）

（2.南京大學(xué)軟件新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京 210046）

（3.江北新區(qū)瑯小分校天潤(rùn)城小學(xué) 南京 211500）

1 引言

習(xí)主席指出：“軍隊(duì)能不能打仗、打勝仗，科學(xué)管理起著關(guān)鍵作用”。各級(jí)部隊(duì)“要更新管理理念、完善管理體系、優(yōu)化管理流程，提高專業(yè)化、精細(xì)化、科學(xué)化水平”。當(dāng)前，很多部隊(duì)士兵管理仍沿用一些傳統(tǒng)的方式方法，具有較強(qiáng)的主觀性，在一定程度上容易遭遇管理效益的瓶頸問題，比如難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)士的心理問題、難以根據(jù)個(gè)人實(shí)際情況制定個(gè)性化的訓(xùn)練計(jì)劃、難以掌握小特崗位與單獨(dú)遂行任務(wù)人員的活動(dòng)軌跡或位置信息等。對(duì)此，本文基于數(shù)據(jù)化的方法，研究并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套基于智能腕帶的士兵管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)部隊(duì)?wèi)?zhàn)士睡眠、運(yùn)動(dòng)和位置數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期跟蹤與分析，并為管理人員形成科學(xué)的管理評(píng)估建議，增強(qiáng)部隊(duì)士兵管理的科學(xué)化、數(shù)據(jù)化、智能化水平。

2 研究動(dòng)機(jī)

傳統(tǒng)的士兵管理方法通常存在難以發(fā)現(xiàn)士兵心理問題、容易導(dǎo)致訓(xùn)練傷，難以掌控人員位置的問題。

2.1 心理問題發(fā)現(xiàn)難

部隊(duì)是高度集中和封閉式管理的群體，生活條件往往較艱苦，訓(xùn)練任務(wù)重，承受著較多的心理應(yīng)激；加之近年來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展，部隊(duì)體制改革和各種心理干預(yù)措施的不斷深入開展，部隊(duì)?wèi)?zhàn)士新的心理健康狀況可謂層出不窮。文獻(xiàn)［2］對(duì)作訓(xùn)期間官兵心理健康狀況做了詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)與分析，結(jié)果顯示，心理狀況出現(xiàn)陽(yáng)性癥狀者比例較高，這些心理問題按照嚴(yán)重程度依次表現(xiàn)在強(qiáng)迫癥、軀體化、敵對(duì)、抑郁、人際關(guān)系敏感、焦慮等。這比率顯著高于全國(guó)平均水平，且在新兵群體中，心理問題尤為突出［3］。

心理健康問題已經(jīng)成為當(dāng)前部隊(duì)管理的焦點(diǎn)問題之一。一方面，新時(shí)期基層部隊(duì)中因戰(zhàn)士心理問題而導(dǎo)致的事故頻發(fā)。另一方面，戰(zhàn)士心理問題的表現(xiàn)通常比較隱晦，導(dǎo)致基層主管在管理中難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。因此，如何高效及時(shí)地發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)士心理問題成為了避免這類事故的關(guān)鍵。

2.2 訓(xùn)練致傷控制難

健康對(duì)于軍隊(duì)官兵具有特殊重要的意義，保健康就是保戰(zhàn)斗力，保健康就是保打贏。但隨著我軍實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練強(qiáng)度的不斷提高，官兵訓(xùn)練傷病數(shù)量呈現(xiàn)不斷上升趨勢(shì)。

大量數(shù)據(jù)表明訓(xùn)練傷已成為部隊(duì)常見病，嚴(yán)重影響了戰(zhàn)士健康和部隊(duì)訓(xùn)練戰(zhàn)備、值勤等任務(wù)的完成，成為了部隊(duì)訓(xùn)練管理關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一。因此，如何科學(xué)高效地組織訓(xùn)練成為了控制訓(xùn)練傷的關(guān)鍵。

2.3 人員位置掌控難

由于部隊(duì)重要涉密崗位類型多，重點(diǎn)（要害）目標(biāo)數(shù)量大，單獨(dú)執(zhí)行任務(wù)頻次高，加之管理環(huán)境的復(fù)雜性、分布的廣泛性、任務(wù)的多樣性，使得部隊(duì)重要涉密崗位、要害目標(biāo)、單獨(dú)執(zhí)行任務(wù)的人員集中統(tǒng)管難、全面指導(dǎo)難、檢查驗(yàn)收難、末端掌控難。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，部隊(duì)發(fā)生的事故案件大部分發(fā)生在核心崗位、要害目標(biāo)、單獨(dú)執(zhí)行任務(wù)人員的管理上。

大量地方企事業(yè)單位管理實(shí)踐表明，借助定位技術(shù)手段，對(duì)重要崗位、零散人員進(jìn)行嚴(yán)密管控，可以有效提高管理工作效益。部隊(duì)完全可以借鑒地方實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過監(jiān)測(cè)人員的位置信息和活動(dòng)軌跡，以研判人員履職盡責(zé)情況，提高小特崗位人員和獨(dú)立執(zhí)行任務(wù)人員的管理效率，防止出現(xiàn)管理失控、行為失范。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)上述分析的部隊(duì)士兵管理存在的難點(diǎn)問題，我們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種基于智能腕帶的士兵管理系統(tǒng)SMIW。SMIW創(chuàng)新性地將智能腕帶（手環(huán)）綁定RFID標(biāo)簽，通過該腕帶設(shè)備采集士兵的睡眠、運(yùn)動(dòng)、位置信息，再利用建立的數(shù)據(jù)分析模型來(lái)分析戰(zhàn)士日常的睡眠質(zhì)量、訓(xùn)練效率、運(yùn)動(dòng)軌跡等，為管理者提供評(píng)估建議，使戰(zhàn)士管理變得更智能、便捷和科學(xué)。

圖1 系統(tǒng)運(yùn)行場(chǎng)景示意圖

系統(tǒng)場(chǎng)景運(yùn)行示意圖如圖1所示，營(yíng)區(qū)戰(zhàn)士每人佩戴智能腕帶（配有RFID）。智能腕帶感知士兵的睡眠與運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，RFID標(biāo)簽內(nèi)則存放士兵的基本信息，包括姓名、性別、身高、體重等。在營(yíng)區(qū)固定的位置（如食堂門口、營(yíng)房樓梯口）放置藍(lán)牙適配器和RFID閱讀器，戰(zhàn)士在經(jīng)過該位置時(shí)，藍(lán)牙適配器和腕帶相連，讀取腕帶感知的數(shù)據(jù)，并傳輸至PC電腦，讀寫器利用WiFi模塊通過無(wú)線AP將RFID數(shù)據(jù)標(biāo)簽信息傳輸至PC電腦。PC終端運(yùn)行軟件應(yīng)用平臺(tái)，平臺(tái)將接收的信息進(jìn)行集成、處理、分析與應(yīng)用。

3.1 系統(tǒng)框架構(gòu)建

當(dāng)前市場(chǎng)現(xiàn)有的智能手環(huán)（如小米手環(huán)）并不能滿足本文需求。一是無(wú)法實(shí)現(xiàn)定位；二是手環(huán)與手機(jī)APP是一對(duì)一的匹配連接，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多對(duì)一的匹配連接。通過分析與設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)基于DA1458x開發(fā)板［11］重新開發(fā)手環(huán)，并創(chuàng)新性地將智能手環(huán)與RFID標(biāo)簽相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定位功能，并可有效解決多對(duì)一匹配。

根據(jù)模塊化分割原理，系統(tǒng)主要?jiǎng)澐譃閮纱竽K，包括硬件采集系統(tǒng)和軟件分析系統(tǒng)，各子系統(tǒng)之間互聯(lián)形成一個(gè)高效的整體，系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

硬件采集系統(tǒng)：采集系統(tǒng)的關(guān)鍵是智能腕帶，主要負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，為主機(jī)系統(tǒng)提供感知數(shù)據(jù)。智能腕帶對(duì)數(shù)據(jù)的處理包括以下內(nèi)容：

1）數(shù)據(jù)采集：負(fù)責(zé)從不同的手環(huán)收集原始數(shù)據(jù)，并傳送至數(shù)據(jù)處理組件中。這些數(shù)據(jù)是時(shí)序數(shù)據(jù)，因此還需要記錄時(shí)間戳。

2）數(shù)據(jù)預(yù)處理：通常原始存在噪聲、運(yùn)動(dòng)偽影和感知錯(cuò)誤等。因此，需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括：（1）過濾掉非常規(guī)數(shù)據(jù)，過濾采用基于閾值的方法來(lái)消除異常的感知數(shù)據(jù)。（2）插值缺失的感知數(shù)據(jù)，通常采用統(tǒng)計(jì)方法來(lái)插入缺失的數(shù)據(jù)點(diǎn)。（3）移除高頻噪聲，為了從傳感器數(shù)據(jù)中去除高頻噪聲，應(yīng)用常見的低通/高通濾波工具。（4）感知數(shù)據(jù)的歸一化和同步。當(dāng)收集眾多數(shù)據(jù)后，為了消除各種數(shù)據(jù)指標(biāo)不同量綱的影響，需要對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化和同步化處理。

3）數(shù)據(jù)分割：對(duì)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理之后，通常并不是所有的數(shù)據(jù)都對(duì)收集特征和活動(dòng)識(shí)別有幫助。通常在連續(xù)感知過程中，可能存在數(shù)次沒有實(shí)質(zhì)活動(dòng)的感知。數(shù)據(jù)分割的主要功能在于辨別活動(dòng)和非活動(dòng)的時(shí)序數(shù)據(jù)。識(shí)別活動(dòng)區(qū)域和非活動(dòng)區(qū)域的方法是使用固定尺寸的時(shí)間窗口，然后將窗口滑過感知數(shù)據(jù)，以查看其顯示高于特定閾值的高活動(dòng)性，從而確定活動(dòng)區(qū)域。

4）感知代理：感知代理維護(hù)著一系列的“規(guī)則”，這些規(guī)則由感知中間件進(jìn)行設(shè)置。

5）本地控制器：負(fù)責(zé)直接與主機(jī)上的中間件交互，包括幫助中間件配置運(yùn)行參數(shù)等。

軟件分析系統(tǒng)：又稱管理應(yīng)用平臺(tái)，軟件平臺(tái)連接采集系統(tǒng)獲得感知數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析與處理。軟件系統(tǒng)主要包括兩大塊：應(yīng)用程序和智能腕帶感知中間件。

1）應(yīng)用程序：應(yīng)用程序是最終的功能應(yīng)用的體現(xiàn)，每一種功能模式對(duì)應(yīng)著一種分析模型（特種抽?。?。這種模式使得應(yīng)用程序更具可擴(kuò)展性，而不是受功能添加或減少的限制。

2）智能腕帶感知中間件：主要負(fù)責(zé)可穿戴設(shè)備的發(fā)現(xiàn)，以及維護(hù)和設(shè)備的連接。同時(shí)讓注冊(cè)的應(yīng)用知道感知設(shè)備是否可用。管理平臺(tái)需要同時(shí)連接多個(gè)數(shù)據(jù)采集裝置，為避免連接沖突，中間件通過識(shí)別采集裝置的MAC地址來(lái)解決連接的沖突問題。

3.2 系統(tǒng)流程描述

系統(tǒng)運(yùn)行流程可描述如下：

1）營(yíng)區(qū)戰(zhàn)士每人佩戴智能腕帶（附帶RFID標(biāo)簽），在營(yíng)區(qū)固定的位置（比如食堂門口和營(yíng)房走廊）放置藍(lán)牙適配器和RFID讀寫器。

2）戰(zhàn)士在經(jīng)過放置藍(lán)牙適配器和讀寫器的地點(diǎn)時(shí)，藍(lán)牙適配器與腕帶相連，讀取腕帶感知的數(shù)據(jù)，并傳輸至PC電腦；讀寫器利用WiFi模塊通過無(wú)線AP將數(shù)據(jù)標(biāo)簽信息傳輸給PC電腦。

3）PC電腦運(yùn)行管理應(yīng)用程序，將接收到的信息進(jìn)行集成、處理、分析，為用戶提供捷化、智能化、人性化的服務(wù)。主要包括：（1）評(píng)估戰(zhàn)士的睡眠質(zhì)量，繪制睡眠質(zhì)量隨時(shí)間變化的趨勢(shì)變化。找出睡眠質(zhì)量異常之人，如果一名戰(zhàn)士超過一周內(nèi)睡眠質(zhì)量持續(xù)異常，則提醒管理人員將其作為重點(diǎn)人關(guān)注，提早介入；（2）評(píng)估戰(zhàn)士的訓(xùn)練質(zhì)量和卡里路消耗，并將訓(xùn)練量和心率數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，依此制定因人施訓(xùn)的訓(xùn)練計(jì)劃和訓(xùn)練量；（3）根據(jù)時(shí)間和位置繪制戰(zhàn)士的活動(dòng)軌跡，并計(jì)算和顯示當(dāng)前所處的區(qū)域。此外，管理平臺(tái)的應(yīng)用軟件還包含歷史記錄模塊與歷史趨勢(shì)模塊，前者主要以列表的形式記錄戰(zhàn)士最近的數(shù)據(jù)記錄，同時(shí)列出預(yù)測(cè)值、日變化率的評(píng)估條。歷史趨勢(shì)主要包括睡眠趨勢(shì)和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。該模塊也具有數(shù)據(jù)的管理功能，可以對(duì)某條記錄進(jìn)行相應(yīng)的操作；（4）最后，系統(tǒng)還提供用戶的注冊(cè)和設(shè)置功能，可以修改個(gè)人的基本信息和查看個(gè)人的數(shù)據(jù)結(jié)果。用戶還可以通過設(shè)置模塊完成對(duì)分析的周期選擇、預(yù)警方式的選擇等。

3.3 功能模塊設(shè)計(jì)

3.3.1 睡眠分析功能

睡眠數(shù)據(jù)的好壞直接反映了戰(zhàn)士的心理健康程度，通過獲取戰(zhàn)士每日的睡眠數(shù)據(jù)，可判斷分析戰(zhàn)士的睡眠質(zhì)量的高低。對(duì)于長(zhǎng)期睡眠質(zhì)量不高或者睡眠時(shí)間不長(zhǎng)的戰(zhàn)士，可以給予重點(diǎn)關(guān)注，及時(shí)發(fā)現(xiàn)一些戰(zhàn)士的心理問題，并做出有效引導(dǎo)和疏通，以把問題的苗頭扼殺在搖籃之中。

系統(tǒng)可獲取的數(shù)據(jù)主要包括：1）夜間睡眠時(shí)間night_sleep_time；2）深度睡眠時(shí)間deep_sleep_time；3）醒來(lái)次數(shù)wakeup_time；4）進(jìn)入睡眠時(shí)間fall_asleep_time。

獲取基本數(shù)據(jù)后，可計(jì)算出：1）總睡眠時(shí)間to?tal_sleep_time=night_sleep_time+deep_sleep_time；2）睡眠質(zhì)量評(píng)分。根據(jù)深度睡眠的占比來(lái)評(píng)判，但是每個(gè)人的最優(yōu)比例是不一樣的，因此系統(tǒng)繪制深度睡眠的占比曲線，出現(xiàn)偏離中心值較大的情況視為異常情況。

睡眠分析模型：由于要分析的數(shù)據(jù)與時(shí)間周期有關(guān)，因此，分析模型中需要與實(shí)踐相關(guān)的參數(shù)，要確定這些參數(shù)，需要對(duì)實(shí)際收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、訓(xùn)練來(lái)確定，以提高模型的準(zhǔn)確率和精確度。具體模型設(shè)計(jì)如下：

參數(shù)：NT=AVG（total_sleep_time），表示求得個(gè)人一段時(shí)間的平均睡眠時(shí)間；

DS=AVG（deep_sleep_time），表示求得個(gè)人一段時(shí)間的平均深度睡眠時(shí)間；

則最優(yōu)睡眠數(shù)值OPT=a1*DS/NT-a2*wake?up_time/NT，其中a1和a2是調(diào)控參數(shù)，與時(shí)間周期跨度有關(guān)，通過數(shù)據(jù)訓(xùn)練獲得；隨后計(jì)算每個(gè)人具體的睡眠數(shù)值：Current=a1*deep_sleep_time/ NTa2*wakeup_time/NT。最后，將每天具體的睡眠數(shù)值與最優(yōu)睡眠數(shù)值相比，得出每天的睡眠評(píng)分：SL=Current/OPT，這是一個(gè)百分?jǐn)?shù)值，不超過1。

系統(tǒng)通過監(jiān)測(cè)睡眠數(shù)據(jù)和分析模型，可以實(shí)現(xiàn)：

1）長(zhǎng)期跟蹤士兵的睡眠時(shí)間與睡眠質(zhì)量，根據(jù)睡眠時(shí)間長(zhǎng)短和睡眠質(zhì)量的高低來(lái)判斷戰(zhàn)士是否存在睡眠問題。

2）有助于士兵認(rèn)識(shí)自己的睡眠模式，有針對(duì)性地改變睡眠習(xí)慣，以改善睡眠質(zhì)量。

3.3.2 運(yùn)動(dòng)分析功能

體能訓(xùn)練是部隊(duì)的基礎(chǔ)性訓(xùn)練，科學(xué)的訓(xùn)練計(jì)劃有助于提高訓(xùn)練效益。通過獲取戰(zhàn)士的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，合理安排體能訓(xùn)練時(shí)間和訓(xùn)練強(qiáng)度。根據(jù)數(shù)據(jù)指標(biāo)，通過適度調(diào)整時(shí)間、控制訓(xùn)練強(qiáng)度、保持適度適量，增強(qiáng)體能訓(xùn)練的科學(xué)性和有效性。

系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)包括：1）步行數(shù)與里程數(shù)；2）跑步數(shù)；3）卡里路消耗量；4）心率；5）脂肪消耗。

運(yùn)動(dòng)分析模型：系統(tǒng)首先建立運(yùn)動(dòng)矩陣AMD，矩陣X坐標(biāo)為小時(shí)（可以根據(jù)需要調(diào)整為天），Y坐標(biāo)是每小時(shí)的卡路里消耗，或者是跑步里程。如此，矩陣的每個(gè)元素表示每個(gè)小時(shí)所消耗的卡路里或跑步里程。隨后的分析以對(duì)運(yùn)動(dòng)矩陣為主，計(jì)算運(yùn)動(dòng)矩陣的特征值。根據(jù)特征值，可以計(jì)算紋理特征（Textual Features），具體的計(jì)算方法參見文獻(xiàn)［12］。通過紋理特征值可以用于判斷不同運(yùn)動(dòng)特征的測(cè)量，來(lái)分析每個(gè)人的運(yùn)動(dòng)特征。

通過監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和分析模型，可以實(shí)現(xiàn)：

1）科學(xué)地分析訓(xùn)練數(shù)據(jù)。系統(tǒng)可存儲(chǔ)所有人員的運(yùn)動(dòng)信息，并繪制人員的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)曲線，通過強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析工具，管理人員可以了解和對(duì)比士兵的身體狀況和訓(xùn)練量等情況。

2）科學(xué)地制定訓(xùn)練計(jì)劃?？商崆爸贫吭隆⒚恐?、每日的體能訓(xùn)練計(jì)劃，從易到難，逐步調(diào)整訓(xùn)練量，并可根據(jù)個(gè)人實(shí)際制定不同的訓(xùn)練計(jì)劃。

3.3.3 位置分析功能

系統(tǒng)通過監(jiān)測(cè)戰(zhàn)士的位置信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員的及時(shí)定位，同時(shí)在必要時(shí)可還原人員特定時(shí)間范圍內(nèi)的活動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)掌握人員的位置和行動(dòng)軌跡。

系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)：1）RSSI信號(hào)強(qiáng)度；2）訪問錨點(diǎn)時(shí)間（數(shù)據(jù)接收點(diǎn)）。定位模型：定位算法采用RSSI計(jì)算法，示意圖如圖3所示，計(jì)算三個(gè)不同的RSSI信號(hào)值（CVR1，CVR2，CVR3），三個(gè)值是通過三個(gè)RFID閱讀器獲得，并經(jīng)過MA過濾算法處理得到的數(shù)值，其中最大的數(shù)值決定了所在的區(qū)域（區(qū)域預(yù)先編號(hào)）。這個(gè)算法的精準(zhǔn)性取決于MA算法中所用的采樣。在計(jì)算區(qū)域位置時(shí)，采用經(jīng)典的KNN算法，其根據(jù)參考向量RV和當(dāng)前向量CV，選擇最近的k個(gè)參考向量，然后計(jì)算距離每個(gè)閱讀器的向量，來(lái)確定最終的區(qū)域編號(hào)R#，其中向量均是三維向量。為了使算法達(dá)到一定的精準(zhǔn)性，參考向量的數(shù)量和k值是最重要的。

圖3 RSSI計(jì)算示意圖

通過計(jì)算和定位模型，可以獲得人員的位置信息和對(duì)應(yīng)的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)：

1）對(duì)人員的實(shí)時(shí)定位。根據(jù)手環(huán)設(shè)備與藍(lán)牙適配器的信號(hào)強(qiáng)弱來(lái)判斷人員的大致范圍，可在特殊情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)人員的快速定位。

2）繪制人員的活動(dòng)軌跡。根據(jù)手環(huán)設(shè)備與不同的適配器通信的時(shí)間和地點(diǎn)，繪制人員的活動(dòng)軌跡，檢查其遂行任務(wù)的路線。

4 實(shí)驗(yàn)

4.1 睡眠實(shí)驗(yàn)

我們隨機(jī)選取4名人員進(jìn)行測(cè)試，年齡在18～25之間。我們將結(jié)果與流行的手環(huán)（小米、華為和JAWBONE）以及純手機(jī)測(cè)試結(jié)果（BES模型［13］）對(duì)比。結(jié)果如圖4所示。

圖4 將不同的睡眠模型進(jìn)行對(duì)比

圖4中顯示的是每個(gè)人員每天的平均睡眠時(shí)間錯(cuò)誤，從中可以看出純手機(jī)應(yīng)用的誤差最大，SMIW比當(dāng)前流行的小米、華為手環(huán)進(jìn)度略差，但考慮到所有與睡眠時(shí)間相關(guān)的應(yīng)用都是以小時(shí)為單位，所以這個(gè)誤差基本可以忽略。

4.2 運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)

我們隨機(jī)選擇一名測(cè)試人員，對(duì)其每天的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并計(jì)算ADMs，持續(xù)四周時(shí)間，活動(dòng)時(shí)間嚴(yán)格落實(shí)一日生活制度。對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行相異度測(cè)量，結(jié)果如圖5所示。

從圖中，我們可以看出，周一至周四相異度較低，周五略高，而周六周日因休息而與周一的相異度高。同時(shí)周六周日的行動(dòng)步數(shù)也大幅下降。

圖5 一周時(shí)間的運(yùn)動(dòng)矩陣相異度測(cè)量

4.3 位置實(shí)驗(yàn)

表1 位置識(shí)別準(zhǔn)確率

我們選擇在某營(yíng)房?jī)?nèi)進(jìn)行定位實(shí)驗(yàn)，首先將3個(gè)RFID閱讀器分別置于3個(gè)相鄰的房間（編號(hào)為房間#1，房間#2和房間#3）。測(cè)試人員戴著智能腕帶持續(xù)一周時(shí)間。期間收集到總共6760個(gè)向量值。使用MA和KNN算法識(shí)別活動(dòng)位置的準(zhǔn)確性如表1所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明MA算法在取樣值取10時(shí)準(zhǔn)確率能達(dá)到97.87%。而KNN算法在k=30時(shí)準(zhǔn)確率95.87%，此外KNN算法在識(shí)別前還需要訓(xùn)練過程。因此MA算法更好的選擇。

5 相關(guān)工作

當(dāng)前，一些智能可穿戴設(shè)備多用于老年人和兒童的監(jiān)控，防止老年人和兒童的走失［4～6］。文獻(xiàn)［7，14～15］嘗試通過RFID積水對(duì)醫(yī)院病人進(jìn)行自動(dòng)管理監(jiān)控系統(tǒng)，為每個(gè)病人帶上附有射頻芯片和GSM、GPS芯片的有源腕帶，腕帶一旦非法拆卸，系統(tǒng)將會(huì)啟動(dòng)自動(dòng)報(bào)警功能，并同時(shí)以短信的形式傳遞到監(jiān)控中心。國(guó)際上，一些高校研究機(jī)構(gòu)嘗試?yán)弥悄苁汁h(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)患老年癡呆人員進(jìn)行監(jiān)控與定位［8］。文獻(xiàn)［9］嘗試?yán)檬汁h(huán)來(lái)研究人類活動(dòng)和健康授權(quán)。一些類似的系統(tǒng)也嘗試應(yīng)用于校園兒童監(jiān)控［10］。本文創(chuàng)新性地將智能腕帶與RFID標(biāo)簽相結(jié)合，并應(yīng)用于部隊(duì)士兵管理，解決了部隊(duì)士兵管理的一些重難點(diǎn)問題，有效地提高了管理效率。本文的創(chuàng)新點(diǎn)可歸納為

1）系統(tǒng)首次將智能可穿戴設(shè)備運(yùn)用于部隊(duì)士兵管理，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于智能腕帶的士兵管理系統(tǒng)及其工作方法，能夠有效采集士兵的日常訓(xùn)練管理數(shù)據(jù)，并集中存儲(chǔ)分析，為士兵管理提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持和管理決策。

2）系統(tǒng)創(chuàng)新性地將RFID與智能腕帶相結(jié)合，賦予智能腕帶定位功能，可以幫助管理者及時(shí)了解重要人員的位置信息、活動(dòng)軌跡，判斷士兵是否按既定路線遂行任務(wù)。并解決了智能腕帶與連接點(diǎn)的多對(duì)一匹配連接的問題。

3）系統(tǒng)建立了三種數(shù)據(jù)分析模型和對(duì)應(yīng)的分析算法，包括睡眠數(shù)據(jù)分析模型、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)分析模型和定位分析模型，這些模型可以有效地提升數(shù)據(jù)分析的精準(zhǔn)性，實(shí)現(xiàn)有效地提取數(shù)據(jù)蘊(yùn)含的價(jià)值，以幫助部隊(duì)管理人員提高部隊(duì)管理的效率。

6 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)當(dāng)前部隊(duì)士兵管理的一些重難點(diǎn)問題，設(shè)計(jì)了一套基于智能腕帶的士兵管理系統(tǒng)。士兵通過佩戴智能腕帶，腕帶綁定RFID標(biāo)簽以及嵌入各種傳感器，腕帶采集戰(zhàn)士平時(shí)的睡眠數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)，并通過信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至管理平臺(tái)。管理平臺(tái)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析軟件平臺(tái)，用戶通過該平臺(tái)可以分析戰(zhàn)士的睡眠習(xí)慣，判斷戰(zhàn)士是否存在睡眠問題，并依此作為重點(diǎn)人關(guān)注；可以分析戰(zhàn)士的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，分析戰(zhàn)士的卡路里消耗，幫助戰(zhàn)士制定科學(xué)的訓(xùn)練計(jì)劃；可以分析戰(zhàn)士的位置信息，實(shí)現(xiàn)局部范圍內(nèi)人員定位，并繪制戰(zhàn)士的活動(dòng)軌跡。部隊(duì)輔助管理系統(tǒng)給部隊(duì)的日常訓(xùn)練管理帶來(lái)了便利，并解決了戰(zhàn)士心理，讓部隊(duì)管理者更為人性化、科學(xué)的管理部隊(duì)。