戰(zhàn)場傷員智能感知體系構(gòu)建研究

劉朝斌，楊志玲，沙琨，謝泰，呂玉峰，連平

未來戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)節(jié)奏快，對(duì)抗程度強(qiáng)，打擊精度高，涉及地域廣，更容易出現(xiàn)大規(guī)模人員傷亡，對(duì)戰(zhàn)場衛(wèi)勤保障，尤其是戰(zhàn)場傷員快速搜救提出了更高要求［1］。如何建立戰(zhàn)場傷員實(shí)時(shí)感知、精確定位、快速搜救的智能化保障體系，具備看得見、救得到、送得走的保障能力，顯得尤為重要［2-3］。但是，當(dāng)前我國尚未形成系統(tǒng)完整的戰(zhàn)場傷員搜救體系［4］，戰(zhàn)場傷員感知的信息化水平偏低，主要通過搜救人員觀察、傷員電臺(tái)呼救等方式進(jìn)行，存在無法全天候?qū)崟r(shí)感知、無法精確定位、無法適應(yīng)復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境等問題，搜救效率偏低，難以滿足在未來戰(zhàn)爭中準(zhǔn)確、及時(shí)搜救傷員的衛(wèi)勤保障需求［5-8］。

戰(zhàn)場傷員智能感知是戰(zhàn)時(shí)一線快速、精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)傷員的重要前提，是落實(shí)“白金10 min”“黃金1 h”戰(zhàn)傷救治原則的關(guān)鍵支撐，是開展戰(zhàn)場衛(wèi)勤指揮和保障的關(guān)鍵信息源。本研究聚焦戰(zhàn)場傷員搜救的衛(wèi)勤保障需求，依托自組網(wǎng)、無線電網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)和移動(dòng)虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（virtual private network，VPN）等異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)，部署多種類、多用途智能感知終端設(shè)備，研發(fā)傷員感知應(yīng)用系統(tǒng)，提出一種戰(zhàn)場傷員智能感知體系架構(gòu)，具備及時(shí)發(fā)現(xiàn)、精確定位、實(shí)時(shí)獲取傷情信息的能力，解決現(xiàn)階段缺乏有效信息化手段及時(shí)感知傷員的問題，為提高戰(zhàn)場傷員搜救成功率提供關(guān)鍵支撐。

1 戰(zhàn)場傷員智能感知體系的架構(gòu)設(shè)計(jì)

戰(zhàn)場傷員智能感知體系在設(shè)計(jì)上緊貼信息化、智能化和實(shí)戰(zhàn)化方向，遵循需求牽引、異構(gòu)融合、創(chuàng)新實(shí)用、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、安全可靠的原則，主要實(shí)現(xiàn)單兵體征、車輛狀態(tài)等信息的動(dòng)態(tài)采集，單兵傷情、人裝位置等信息的聯(lián)網(wǎng)上報(bào)，以及傷員感知數(shù)據(jù)的匯聚、分析和共享，為戰(zhàn)場傷員搜救和衛(wèi)勤指揮保障提供有力支撐。按照層架架構(gòu)劃分，體系分為設(shè)備感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層和系統(tǒng)應(yīng)用層。（1）設(shè)備感知層主要包括單兵穿戴式、單兵手持式、車載式等智能終端，用于各類傷員感知的數(shù)據(jù)采集、傳輸和分發(fā)。（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸層主要組合使用自組網(wǎng)、無線電網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)和移動(dòng)VPN 等多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，構(gòu)建高效、可靠、安全的網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路，解決單一網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)難以適應(yīng)復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境的問題。（3）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層主要包括人裝基礎(chǔ)信息、單兵體征信息、單兵傷情信息、車輛狀態(tài)信息和地理位置信息等數(shù)據(jù)庫，作為戰(zhàn)場傷員感知數(shù)據(jù)的中樞，為戰(zhàn)場傷員智能感知提供數(shù)據(jù)資源池。（4）系統(tǒng)應(yīng)用層主要包括嵌入式傷員感知系統(tǒng)和傷員感知控制系統(tǒng)，承載著傷員感知數(shù)據(jù)的采集、匯聚、處理、傳輸、分析及共享運(yùn)用等各類功能應(yīng)用。見圖1。

圖1 戰(zhàn)場傷員智能感知體系的總體架構(gòu)

2 戰(zhàn)場傷員智能感知體系的關(guān)鍵構(gòu)成及功能設(shè)計(jì)

戰(zhàn)場傷員智能感知體系主要由異構(gòu)網(wǎng)系、智能感知終端和傷員感知應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成。

2.1 異構(gòu)網(wǎng)系的構(gòu)建與設(shè)計(jì)

網(wǎng)系構(gòu)建是戰(zhàn)場傷員感知數(shù)據(jù)能否可靠傳輸與共享的關(guān)鍵。自組網(wǎng)、無線電網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)和移動(dòng)VPN 等網(wǎng)絡(luò)之間互為異構(gòu)，各具優(yōu)勢，能作為未來戰(zhàn)場的備選網(wǎng)絡(luò)通信鏈路，但任何單一網(wǎng)絡(luò)均無法滿足復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境的通聯(lián)需求，實(shí)際應(yīng)用中需要組合使用多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。戰(zhàn)場傷員智能感知的網(wǎng)系構(gòu)建重點(diǎn)在于打通上述異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)安全通聯(lián)鏈路，增強(qiáng)信息的機(jī)動(dòng)力，切實(shí)解決“最后一公里”的保底通信難題。

戰(zhàn)場傷員智能感知體系采用自組網(wǎng)通信技術(shù)，具備自分配、自管理、自修復(fù)、無中心、無基站的組網(wǎng)特點(diǎn)，可靠性和抗打擊、抗干擾能力強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間有效通信距離和組網(wǎng)能力適合戰(zhàn)術(shù)部（分）隊(duì)的內(nèi)部數(shù)據(jù)通聯(lián)，能夠與無線電網(wǎng)相配合，有效解決“最后一公里”的數(shù)據(jù)通聯(lián)難題。利用移動(dòng)VPN 覆蓋廣泛、帶寬高速的特點(diǎn)，將自組網(wǎng)和移動(dòng)VPN 組合使用，解決自組網(wǎng)難以滿足高帶寬傳輸需求的問題，能夠?qū)崿F(xiàn)戰(zhàn)場傷員搜救過程中的語言、視頻通聯(lián)。同時(shí)，將自組網(wǎng)、無線電網(wǎng)與衛(wèi)星網(wǎng)組合使用，利用衛(wèi)星網(wǎng)可靠性高、傳輸性遠(yuǎn)的特點(diǎn)，以滿足遠(yuǎn)距離、復(fù)雜地形地貌的傷員感知數(shù)據(jù)傳輸需求。通過組合使用上述異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了穩(wěn)定、靈活、可靠的戰(zhàn)場傷員感知通信網(wǎng)絡(luò)，為各類傷員感知數(shù)據(jù)的采集、傳輸和共享提供安全高效的網(wǎng)絡(luò)保障。

2.2 智能感知終端的功能設(shè)計(jì)

戰(zhàn)場傷員智能感知體系中的智能感知終端主要包括單兵智能腕表、單兵腕帶式智能終端、單兵手持式衛(wèi)星終端、車載式智能終端和便攜式傷員感知控制終端，終端功能設(shè)計(jì)注重穩(wěn)定性、可靠性、實(shí)用性和便攜性。

2.2.1 單兵智能腕表 單兵智能腕表配置自組網(wǎng)通信模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)生命體征監(jiān)測、傷員智能呼救和戰(zhàn)場數(shù)據(jù)采集，具備身份標(biāo)識(shí)驗(yàn)證、天文/行動(dòng)時(shí)間授時(shí)、電子羅盤、人體脈率監(jiān)控、人體動(dòng)靜監(jiān)視、人工/智能呼救、傷情上報(bào)、電子傷票存儲(chǔ)、短信交互、衛(wèi)星定位、室內(nèi)定位和心理疏導(dǎo)等功能。其中，傷情上報(bào)可以由傷員自己或同伴根據(jù)傷情點(diǎn)擊、選擇腕表系統(tǒng)預(yù)置的受傷位置和受傷程度，腕表系統(tǒng)能夠按照戰(zhàn)傷分類標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)將傷員分為輕傷、中傷和重傷類別，并將傷情及類別、傷員位置及傷員脈率等信息通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行上報(bào)；在單兵脈率出現(xiàn)異常時(shí)，單兵智能腕表能夠自動(dòng)發(fā)出求救信號(hào)，并同時(shí)發(fā)送傷員脈率、傷員位置等信息。單兵智能腕表基于自組網(wǎng)通信模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)人與人、人與車之間的信息交互和救護(hù)協(xié)同。

2.2.2 單兵腕帶式智能終端 單兵腕帶式智能終端配置自組網(wǎng)和移動(dòng)VPN 通信模塊，終端集成部署嵌入式傷員感知系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)傷員智能感知、主動(dòng)查詢傷員、戰(zhàn)場搜救協(xié)同、傷情錄入、傷情轉(zhuǎn)發(fā)、藥材消耗上報(bào)和救護(hù)態(tài)勢顯示等功能，具備語言、視頻和短消息通聯(lián)交互功能，可與單兵智能腕表進(jìn)行信息交互，構(gòu)建傷員與搜救人員的雙向通信鏈路。其中，傷情錄入主要功能是將搜救人員搜索到的傷員傷情、位置、脈率等信息進(jìn)行填報(bào)與發(fā)送；傷情轉(zhuǎn)發(fā)主要將單兵腕帶式智能終端作為網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的傳輸中繼，將單兵智能腕表發(fā)送的傷員傷情、傷員位置等報(bào)文進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，以提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃院途嚯x。

2.2.3 單兵手持式衛(wèi)星終端 單兵手持式衛(wèi)星終端配置自組網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)和移動(dòng)VPN（可選）通信模塊，除具備單兵腕帶式智能終端所有功能外，其通過衛(wèi)星網(wǎng)通信模塊，能夠在特殊條件下進(jìn)行衛(wèi)星短報(bào)文通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離可靠通信。

2.2.4 車載式智能終端 車載式智能終端配置自組網(wǎng)、移動(dòng)VPN 和衛(wèi)星網(wǎng)（可選）等通信模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)車與車、車與人之間自組網(wǎng)雙向數(shù)據(jù)交互，自動(dòng)感知并轉(zhuǎn)發(fā)車載人員和傷員的信息、數(shù)量及其動(dòng)態(tài)變化情況，自動(dòng)采集車輛位置、行駛速度、行駛方向、行駛軌跡、車輛狀況、油料消耗等車輛動(dòng)態(tài)信息，并按照需求及一定策略進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

2.2.5 便攜式傷員感知控制終端 便攜式傷員感知控制終端由加固筆記本電腦或平板電腦承載，配備自組網(wǎng)、移動(dòng)VPN、衛(wèi)星網(wǎng)和無線電網(wǎng)（可選）通信模塊，部署傷員感知控制系統(tǒng)，具備在復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下快速配置搜救力量、保障資源的能力，支持智能化、可視化戰(zhàn)場傷員感知與搜救的組織協(xié)調(diào)控制，能夠根據(jù)戰(zhàn)場實(shí)時(shí)變化監(jiān)控傷員位置、傷員傷情和傷員后送，并實(shí)時(shí)感知搜救人員、急救藥材等關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化。同時(shí)，便攜式傷員感知控制終端能夠?qū)Σ杉?、匯聚的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析、上報(bào)和共享運(yùn)用，真正發(fā)揮數(shù)據(jù)的價(jià)值和效益。

2.3 傷員感知應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

傷員感知應(yīng)用系統(tǒng)由嵌入式傷員感知系統(tǒng)和傷員感知控制系統(tǒng)組成。嵌入式傷員感知系統(tǒng)主要部署于單兵穿戴式智能腕表、單兵腕帶式智能終端、單兵手持式衛(wèi)星終端和車載式智能終端，傷員感知控制系統(tǒng)主要部署于便攜式傷員感知控制終端。

2.3.1 嵌入式傷員感知系統(tǒng) 嵌入式傷員感知系統(tǒng)具備對(duì)單兵基本信息、地理定位信息、生命體征信息、呼救信息、傷情信息的感知功能，能夠?qū)麊T感知、定位搜救、傷票、藥材消耗等信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、分析和共享等作業(yè)。按照勤務(wù)需求不同，嵌入式傷員感知系統(tǒng)主要分為單兵版和搜救版，分別配給作戰(zhàn)單兵和搜救人員。單兵版主要具備緊急呼救、傷情上報(bào)、信息收發(fā)等功能，搜救版主要具備傷員搜救、傷票填報(bào)、藥材填報(bào)、救護(hù)指南、信息收發(fā)等功能。

2.3.2 傷員感知控制系統(tǒng) 傷員感知控制系統(tǒng)能夠基于地理信息系統(tǒng)（geographic information sys?tem，GIS），顯示傷員、搜救人員和救治機(jī)構(gòu)的基本信息、位置信息及狀態(tài)信息，包括傷員數(shù)量、傷員分布、傷員傷勢、藥材消耗、救治機(jī)構(gòu)保障能力等要素，同時(shí)，系統(tǒng)能夠?yàn)閭麊T搜救行動(dòng)提供輔助決策支持。

3 戰(zhàn)場傷員智能感知體系的效能分析

依托融合的異構(gòu)網(wǎng)系、智能的感知終端和豐富的應(yīng)用功能，戰(zhàn)場傷員智能感知體系初步形成了復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下的實(shí)戰(zhàn)化搜救保障能力，主要包括傷員感知能力、網(wǎng)絡(luò)通聯(lián)能力、數(shù)據(jù)采報(bào)能力、組織控制能力和綜合拓展能力。

3.1 傷員感知能力

戰(zhàn)場傷員智能感知體系支持傷員手動(dòng)呼救、終端自動(dòng)呼救、搜救人員主動(dòng)搜索等傷員感知方式，能夠?qū)崟r(shí)獲取傷員位置、傷員傷情、傷員數(shù)量等信息，初步具備了感知地域廣、感知精度高、感知速度快、感知維度多的立體化傷員感知能力。

3.2 網(wǎng)絡(luò)通聯(lián)能力

戰(zhàn)場傷員智能感知體系組合運(yùn)用自組網(wǎng)、無線電網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)和移動(dòng)VPN 等網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了一張異構(gòu)互聯(lián)、天地互補(bǔ)、寬窄復(fù)用、遠(yuǎn)近結(jié)合、隨遇接入、信息共享的“大網(wǎng)”，具備穩(wěn)定性強(qiáng)、聯(lián)通度高、適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)變化等特性，能夠?yàn)閼?zhàn)場傷員感知提供安全可靠的網(wǎng)絡(luò)鏈路。

3.3 數(shù)據(jù)采報(bào)能力

戰(zhàn)場傷員智能感知體系的各類感知終端能夠自動(dòng)采集生命體征、緊急呼救、人車位置、行動(dòng)軌跡、車輛狀態(tài)等數(shù)據(jù)，還能夠支持官兵手動(dòng)填報(bào)搜救信息、傷情信息、藥材消耗、短信報(bào)文、行動(dòng)授時(shí)等數(shù)據(jù)，具備靈活、豐富、高效、可靠的戰(zhàn)場傷員感知數(shù)據(jù)采報(bào)能力。

3.4 組織控制能力

戰(zhàn)場傷員智能感知體系能夠基于實(shí)時(shí)的傷員感知數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)配置搜救力量及藥材、傷員轉(zhuǎn)運(yùn)工具，按照傷情的輕重緩急自動(dòng)規(guī)劃搜救路徑，讓傷員搜救工作更加科學(xué)高效。同時(shí)，搜救機(jī)構(gòu)能夠通過智能感知終端與一線搜救人員及傷員進(jìn)行直接通聯(lián)，讓傷員搜救組織工作更加扁平化、精準(zhǔn)化。

3.5 綜合拓展能力

戰(zhàn)場傷員智能感知體系的感知終端配備給每一個(gè)單兵，在具備傷員感知功能的同時(shí)，還能夠融合、集成情報(bào)偵察、作戰(zhàn)指揮、后勤保障等功能，讓每一個(gè)單兵都能夠成為戰(zhàn)場上的“神經(jīng)元”，采報(bào)偵察數(shù)據(jù)、態(tài)勢數(shù)據(jù)、彈藥物資消耗數(shù)據(jù)等，接收上級(jí)的各種作戰(zhàn)指令，從而將戰(zhàn)救與作戰(zhàn)有機(jī)融合，增強(qiáng)實(shí)戰(zhàn)化應(yīng)用能力。

4 小結(jié)

在未來戰(zhàn)場中，實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的傷員感知是實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場傷員快速搜救的關(guān)鍵前提，是提高搜救成功率、降低戰(zhàn)場傷死率的重要保證。本研究從戰(zhàn)場傷員搜救的實(shí)戰(zhàn)化需求出發(fā)，提出了一種戰(zhàn)場傷員智能感知體系架構(gòu)，具備及時(shí)發(fā)現(xiàn)、精確定位、實(shí)時(shí)獲取傷情信息等應(yīng)用能力，能夠?yàn)樘岣邞?zhàn)場傷員搜救成功率提供關(guān)鍵支撐。