基于北斗高精度时空服务技术的卫勤保障军事应用研究*

程 宾，张 鑫，秦晓丽，陈 平，陈 恩，段德光

（军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所，天津 300161）

0 引言

随着我国军队改革、现代化建设以及军事斗争的深入推进，以及国家“一带一路”、军事力量“走出去”、参与国际维和反恐等战略的持续推动，国防和军队建设更加注重“精准、精确、精细”方面的建设，军事领域对全球高精度定位导航应用提出了更加急迫的需求和要求，对基于全球定位导航的高精度时空服务的依赖性比以往更甚［1-2］。北斗作为国家战略性资源，是战场自主可控时空要素的源头和根基，对我军卫勤保障领域产生了巨大的冲击。当前，聚焦新一轮军事革命对发展高效卫勤保障的战略需求，在卫勤作业指挥、战伤救治、伤病员后送、核生化安全、卫生物资保障、联合搜救以及卫勤模拟训练等方面，充分发挥北斗对我军卫生装备发展技术引擎的支撑作用，已成为卫勤保障跨越式发展的内在迫切需求［3］。

1 民用“北斗+”内涵及启示

1.1 内涵

近些年来，在国家北斗专项的支撑和统筹规划下，我国已完成北斗三号卫星全球定位导航系统及北斗地基增强系统的建设，定位精度及可用性、可靠性不断提升，基础北斗产品研发及体系化应用推广效果显著，信号和服务覆盖范围不断扩大，北斗位置服务已然渗透到国防科技、国民经济、社会生活、灾害救援、联合搜救等各领域［4］。尤其在基于北斗高精度时空服务的体系化推广和应用方面，国家创新推出了“高精度北斗+互联网+增值服务”的“北斗+”模式，推动和带动了北斗定位导航在车联网、智慧城市、无人驾驶、形变监测、智能物流等领域的应用推广，也使定位导航系统由传统的单功能应用上升到触手可及、随遇接入、随需而用的时空资源服务，形成了结构合理、可持续、良性发展的北斗产业生态圈［5］。

1.2 启示

民用领域，北斗按照“互联网+”的发展理念，以位置服务平台为核心，通过建立“在线、智能、互联”的时空服务生态圈，提供良好的用户体验，借助数据积淀与大数据分析挖掘，拓展各类基于时空服务信息的增值业务服务，从而带动着民用北斗产业的迅猛发展。

北斗在卫勤保障领域的军用需求同样非常旺盛，借鉴民用的先进理念，北斗在卫勤保障领域的军事体系化应用，也迫切需要构建一个以时空位置服务为核心、“网络融合、数据融合、终端融合”为途径的基础服务体系，通过“民转军”的军民融合形式促进北斗军用的跨越式发展。

2 存在的问题

通过分析比较，北斗军用和民用发展相比还存在着较大的差距，但由于军用和民用在网络环境、服务模式、接入方式等方面存在的差异性，北斗民用技术成果并不完全适合直接在军事领域中照搬使用，推动军事领域北斗体系化应用还存在一些难点，需要通过技术攻关和集成验证研究来解决，体现在以下3 个方面：

2.1 网络融合难

我国西部偏远地区以及境外区域，北斗地基增强网站点稀疏甚至无基准站覆盖。因此，需要考虑各种形式机动增强站的补充、入网设计，能为该区域提供高精度时空服务覆盖。

民用时空服务面向互联网的高带宽环境进行设计，军用通信网络通常具有窄带宽、数据权限分级使用、安全保密等要求，与民用互联网、移动通信网络相比具有较大的差异。因此，需结合军事应用特点和服务模式，根据不同的使用环境要求，综合设计运用各种军民通信网络资源，需要研究占用最少通信资源的数据播发策略及协议。

民用时空服务单向广播模式的差分数据播发尚不具备广域范围服务能力，而军事应用在很多情况下由于使用条件要求，需要通过卫星播发等手段来解决广域覆盖问题。

2.2 数据融合难

民用时空服务基于运营模式以及实时在线服务的考虑，在提供高精度位置服务的同时搜集用户数据，主要以双向联网的模式提供亚米/分米/厘米级的服务；而军事应用考虑到位置的保密性，各类军事用户在平时、非战军事行动、战时环境下使用的方式和手段不同，在很多军事应用场景中需要以单向服务模式为主，自身的位置上报则通过战术通信渠道来实现数据和服务的双向在线问题。

受技术体制限制，目前的各类数据服务基本以离线方式为主，严重影响装备功能和性能发挥。军用地图、地理信息等基础数据通常以下发拷贝方式提供，数据无法在线更新，有新的数据变化也不能即时更新，这和民用GIS 数据推送下载、在线引导、和结合用户反馈实时动态信息融合更新处理的模式无法相比，需要结合军事应用的终端、网络等环境条件分析，综合利用军民用数据资源，研究数据接口，突破现有服务模式限制，利用网络化的服务平台，按需为各类用户提供在线的数据服务。

由于缺乏对装备、用户以及应用数据的积累，同时并未充分利用民用互联网大量具有军事价值的信息资源，从而难以开展数据挖掘分析，同时数据分析挖掘模型更多的是针对应用场景量身定制，不能直接使用，因此，需要尽快分析和建立军事应用数据分析挖掘的各类模型，挖掘数据的潜在价值并开展智能化综合利用。

2.3 终端融合接入难

现有军用末端设备接口形态较多，且操作系统环境各异，如对其改造升级存在很多约束条件，难以提供统一的改造方案。因此，需要在尽量减少对现有终端软件、硬件改造的基础上，研究配备通用化、兼容性强的接口装置，支持现有军用末端设备获取军用时空服务平台提供的高精度定位和位置增值服务，实现功能升级。

3 卫勤保障“北斗+”军事应用体系

3.1 建设思路

综合上面论述所存在的问题，在借鉴北斗民用应用的先进思维、理念及模式基础之上，充分吸纳民用技术和已有成果，弥补北斗军事应用短板，围绕军事技术转化难点和集成应用难点的创新突破，开展卫勤保障领域“北斗+”体系化研究，打造以“卫勤保障高精度时空服务平台”为核心的“北斗+”服务体系，研制基础通用卫勤软硬件产品，探索北斗高精度时空服务应用发展模式，加速发挥北斗高精度时空服务对我军智能化卫勤保障体系发展技术引擎的支撑和引领作用。

3.2 卫勤保障“北斗+”军事应用体系架构

卫勤保障“北斗+”是以北斗卫星导航系统、北斗地基增强系统等北斗时空基础设施为基础，以在线、开放的军用时空服务平台为核心，支撑民用技术成果的快速转化，融合高精度地理空间信息资源（高分/气象等天基资源、地理信息系统、地图等）、作战要素信息资源、互联网大数据资源，综合运用军事通信网络和军民共用的移动通信网络，构建的“北斗+ 数据+ 网络+”军用时空基准综合应用体系。

卫勤保障“北斗+”体系按照分层架构设计，对资源进行有效组织和管理，形成面向全军卫勤保障的各种服务，其总体架构如图1 所示。

图1 卫勤保障“北斗+”军事应用体系架构Fig.1 Architecture of the‘beidou plus’application system for military medical support

以北斗地基增强网以及补充建设的机动增强网为核心时空基准资源，融入高分、互联网、卫勤保障要素等基础数据资源，利用各类军民通信网络（包括军用4G、军用5G、高通量卫通、军事综合信息网、国防光纤网等）作为基础网络支撑，形成卫勤军事“北斗+”资源池；利用军事“北斗+”资源池，面向高精度定位、加速定位、GIS 服务等开发基础服务，面向联合作战卫勤保障应用，提供通用功能服务和业务开发服务，集成军用时空服务平台；面向卫勤保障军事应用场景的特点，基于卫勤保障高精度时空服务平台提供的各类服务，开发应用支撑软件，并提供相关的硬件设备，支撑卫勤保障“北斗+”应用系统的构建。

卫勤保障高精度军用时空服务体系，面向陆军、海军、空军、火箭军、战略支援部队、联勤保障部队等各军兵种卫勤力量，包括战区医院、军区医院、野战医疗所（队）、师旅团救护所、卫生营、卫生连等机动卫勤力量和建制卫勤力量，为诸兵种之间的全天候、一体化联合作战提供全天候、连续、实时、高精度的卫勤保障，极大提高我军卫勤指挥控制、多域协同保障和快速反应能力，大幅提升卫勤保障效能。

3.3 融合建设思路

3.3.1 军民融合

为了实现民用领域与军事应用的深度融合，打通并构建全天候的民向军、适时的军向民的基于“高精度北斗+互联网+增值服务”的军民双向共享机制，充分借鉴和利用国家推出的“高精度北斗+互联网+增值服务”的“北斗+”模式的已有成果，实现战时快速形成战斗力，平时快速形成保障力。通过以下两种手段开展相应设计与建设。1）构建基于“高精度北斗+军用网络+增值服务”的军事专用服务平台，通过符合安全保密的离线交互方式构建与民用“高精度北斗+互联网+增值服务”服务平台之间的双向共享机制。这种方式优点军民独立建设，安全性高，但是也存在共享实时性较差的问题；2）利用符合军队安全保密标准的数据网关、防火墙、入侵检测等设备，通过军码、民码等加密通信手段，在融合了“高精度北斗+互联网+增值服务”服务平台的民用网络之上，构建军用VPN、卫勤私有云，用于构建卫勤保障“北斗+”高精度时空服务平台，并实现军民融合数据实时共享。为我军遂行军事作战行动、突发公共卫生事件以及非战军事行动提供多源数据输入，极大便利了受伤人员搜索、疫区隔离封控的开展，进一步提升卫勤保障整体效能。

3.3.2 兼容共享

以体系化对抗为鲜明特征的现代化一体化联合作战，对后勤保障（包括卫勤保障）提出了体系深度融合的更高要求。由于我军后勤保障独立规划建设发展的历史原因，导致后勤尚未完全与作战实现深度融合。鉴于此，通过在遵循全军顶层体系架构的前提下，打破“竖烟囱”粗放式的发展建设，从全军顶层统筹规划做好后勤保障领域（包括卫勤保障）北斗高精度服务方面的标准规范、技术体制、安全保密等等工作。通过以下3 种手段开展相应设计与建设。1）在全军顶层架构下构建形成可覆盖战术战役区的态势感知、卫勤指挥、战伤救治、伤员后送、核生化威胁处置、卫生物资保障、联合搜救等卫勤保障各方面的报文格式、数据接口等卫勤保障标准规范集，指导和约束符合联合作战要求的卫勤保障体系建设；2）在作战指挥统一平台之上研发面向卫勤保障领域的统一交互平台，为各卫勤保障业务信息系统提供统一的平台支撑，也便于与联合作战指控系统之间信息交互；3）构建形成卫勤保障装备器材型谱，防止卫生装备器材无序、重复研发设计，形成可满足战术战役战略不同层级的卫生装备器材。逐步与联合作战指挥控制系统的有机融合衔接，实现作战与后勤保障的协同发展，大幅提升整体作战效能。

4 卫勤保障军事应用启示

综合卫勤保障“北斗+”的功能机理特点分析，卫勤保障“北斗+”可以在以下几个方面有所突破和作为。

4.1 一体化卫勤态势感知

习主席指出，“强国强军必须强后勤，着力建设一切为了打仗的后勤”。当前，一体化联合作战条件下，作战制胜机理正在由优先掌控物质和能量向夺取信息方面转变，一体化态势感知能力是实现信息主导的重要支撑［6］。卫勤保障领域现有的业务综合保障基地态势系统，采用态势逐级处理、逐级转发的模式，情报来源主要依赖现地侦察、先期侦察、内部汇集、上级情报保障，战场态势感知覆盖度、精确性、时空一致性等均已不能满足现代信息化作战卫勤保障的需求。因此，需要拓展高精度位置、高精准时间等北斗时空服务对态势感知的支持，整合天基、空基、地基感知资源，汇聚高分影像、互联网公开信息源等新型战场感知数据，使卫勤态势感知模式从“自我感知”向具备“天基信息和军民融合一体支持感知”转变，增强战场的“透明度”，提高复杂战场环境下遂行卫勤保障任务的全域态势感知维度、广度和精度。

4.2 全域卫勤作业指挥

在现代国际环境以及新型战争模式下，我军军事行动范围逐步由区域防卫作战扩大到全域机动作战，作战能力正在向“空地一体、远程机动、远程打击、快速突击”的方向跃升，作战样式也开始向远距机动作战转变。作为一体化联合指挥中后勤指挥重要的一环［7］，卫勤作业指挥针对卫勤保障装备、器材、物资、药材，以及遂行卫勤保障任务的各类人员等卫勤要素进行合理化的调配、前瞻性的谋划，来提升作战支援保障的效能。上述卫勤要素的精确定位和保障目标的精确定位，是支撑联合卫勤作业指挥的基础要素，而北斗为各卫勤力量提供高精度定位，建立战场统一坐标的基础，是实施联合卫勤保障的基础支撑，其精度和快速性直接影响卫勤保障快速反应速度和时间。但是目前卫勤保障装备器材、物资、药材、卫勤人员等，存在着知悉范围和精度受限、陌生地域缺乏高精度快速定位和引导手段、作业效率低、与友邻共享程度不够等问题，无法满足全域一体化联合卫勤作业指挥的实施、随时随地随机快速机动、陌生地域快速精准抵达以及联合保障共享的需求。因此，迫切需要利用现有地基增强网成果，将民用的高精度服务能力转化到军用中来。

4.3 实兵数字化卫勤训练

从实战化卫勤保障需求出发，从难从严训练部队，是提高卫生力量实战化卫勤保障水平的根本途径。既往我军综合卫勤演训存在逼真度低、保障难度大、战场氛围不浓、训练效果不明显等缺点。随着北斗定位导航、大数据、虚拟现实等新技术的发展，以数字化虚拟卫生装备器材、沉浸式虚拟实战场景为基础，开展实兵数字化卫勤训练成为新兴训练模式［8］，但是由于定位精度低，仍存在着伤员后送路线不精确、核生化探测区域界定精度不够、联合搜救效率低下、物资全域可视化分辨率不高、卫勤保障要素运动轨迹不精确、效果评估缺乏全方位的可信数据支撑等不足，这都对基于北斗的高精度时空服务能力提出了更高的要求。通过构建高精度卫勤演训环境及对演训卫勤单元高精度位置和运动轨迹的采集，将准确的时空信息与行动状态结合起来，分析卫勤保障单元的行动轨迹状态，能对训练效果进行精准判断和评估，不仅提高我军卫勤实兵训练水平和军事训练质量，也可复盘反推卫勤训练和型号卫生装备的研制及新技术研发。

4.4 快递式精准卫生物资保障

现代化战争异常惨烈，伤病员的伤病情更加复杂，卫生物资需求呈指数级上升，体量巨大。美军率先提出“全球资源可视系统”的概念，依托其先期构建的GPS 全球定位导航系统，融合自动识别技术、全球运输网络、联合资源信息库和决策支持系统，使得物资调配效率得到优化，物资保障效能大幅提升［9-10］。当前，在我军卫勤保障领域，存在“伤员流”、“装备流”和“器材流”全程可视化难的问题，缺乏实时高精度位置服务的基础支撑，难以实施高效的可覆盖生产、供应、接收、分发、盘点、调换、维修、报废等卫生装备器材全生命周期活动，导致卫生装备器材管理精准化程度不足，严重制约了卫生物资保障效能的提升。因此，建立现代化的卫生物资保障系统是发展的根本出路。依托军用高精度时空服务平台，融合新一代移动通信技术（军用4G/5G、高通量卫星通信等）、自动识别技术、智能化决策支持、智能路径规划、资源调配等高新信息技术，实现卫生装备物资全流程、全生命周期的可视化监控，实时掌握卫生装备物资底数以及调配的完成情况，并根据局势变化及时且适时作出决策调整，对运输平台进行科学化调度，发挥其最大运力。最终，构建形成协同统一、调度高效的卫生装备物资可视化管理中心，卫生装备物资保障效能大幅提升，实现精确卫勤资源保障。

4.5 无人化/智能化协同卫勤保障

谋求“无人制胜”是当前及未来军事作战领域的一个重要发展趋势，将彻底颠覆传统作战样式。未来陆、海、空、天战场将大量运用无人化/智能化作战装备，成为信息化战场的“尖兵之翼”，构建形成多维多域无人化/智能化的联合作战体系［9-10］。卫勤保障领域，常面临复杂环境下执行伤病员搜救、医疗救治、医疗后送以及核生化威胁处置等任务，使得远程无人诊疗装备器材、可适应多复杂地形条件的智能无人后送平台、智能集群核生化威胁处置无人装备等无人智能化系统或无人平台，成为当前和未来卫勤保障领域研究的热点。无人智能装备器材发展的关键在于高精度定位、姿态感知、环境感知和自动化控制等技术，而高精度时空基准以及基于时空的拓展服务是支撑这些关键技术的基础条件，能够推动无人/智能装备快速形成能力，保证高度自动化/自主运行、协同作业/集群化保障等多样化卫勤保障任务的完成。