关于警察战术训练与超宽带技术结合的一些设想以及战术训练系统的规划

吕律骏

摘 要 本文主要针对现有警察战术训练系统进行软件和硬件方面改进的可行性探讨，主要涉及技术包括超宽带数据传输、红外激光技术、图像识别以及多功能护具等科技，模拟、仿真当前执法作战环境，用于解决目前社会形势发展过快而给当前警察战术训练带来的困扰。

关键词 警察战术训练模式 超宽带技术 战术训练系统

中图分类号：D631.15 文献标识码：A

Vision and Tactical Training System Planning on Police Tactical

Training and Ultra-wideband Technology Combination

——Police Combat Training Simulation Technology Research Papers

LV Lvjun

（Shanghai Police College， Shanghai 200137）

Abstract This paper mainly police tactical training system for existing software and hardware improvements to explore the feasibility， mainly related technologies， including ultra-wideband data transmission， infrared laser technology， image recognition， and multi-functional protective gear and other technology， simulation， simulation of the current law enforcement combat environment for solving the current social situation and the development of fast tactical training to the current problems caused by the police.

Key words police tactical training mode; ultra-wideband technology; Tactical Training System

0 前言

随着科技的进步和社会的发展，我国的基础建设日新月异，各种标志性的建筑近几年不断出台，就以上海为例：地铁运营线由2005年的65公里增至现在的343公里，车站数225座;大型商业圈有：人名广场商业圈、淮海路商业圈等，还有分布在各个区县的中小型商业圈;以金茂大厦，环球金融中心为代表的甲级写字楼不完全统计就超过500幢;数量众多的建筑物其建筑风格大相径庭，其共同点就是面积庞大，通道复杂。

以此为基点，结合我国警察训练当前的状况，警察建筑物搜索、攻坚训练正处于上升发展阶段。受香港警察训练模式的启发，我国的警察战术训练由以往的剧情化训练模式逐步提升为对抗性训练模式，很多地方警察院校及特警单位借鉴香港警察学院训练模式，训练场地也由无规划性野外训练逐步向有规划性的室内场景过渡，并以工作任务特性为导向建有各自风格的战术训练大楼，便于院校学生、特警在训练中更直观地感受训练任务。但着眼于当前社会形势，就警察战术训练而言，特别是建筑物搜索等场景训练与现实社会环境还存有一定的差距，从而导致训练效果相对滞后于工作需求。

1 问题的提出

1.1 训练环境与工作环境的脱节

当前战术训练大多围绕多功能战术训练大楼而展开，学员虽然能完成一些基础科目，但要适应外界的社会环境还存有距离。特别是很多战术训练大楼的基础硬件建设基本被固定，进行结构上的调整势必要花费高额的人力、物力改造，因而训练环境存在僵化。另外还存在训练营区土地面积、财政开支等限制的因素，难以大幅度改动，训练环境具有局限性。

1.2 训练设备与训练需求的脱节

现有对抗训练设备主要是彩弹对抗和激光对抗两种，但二者在使用中却都存有一定弊端：

1.2.1 彩弹

彩弹对抗优点是能够在对抗中体验实弹射击的后坐力，被击中者有击中感和疼痛感。

问题在于精度差、射程近、训练成本高，对枪支损伤大，判别是否被击中带有主观性，训练结果滞后。

1.2.2 激光训练系统

激光训练系统，优点为便于移动、成本低，能实时掌控训练过程，问题在于：

（1）T型光柱问题。由于激光发射器的光柱成发散型，即：T型光柱，从发射源开始往后成比例无限扩大，导致在常规训练中出现两个问题：一是距离过远，红外光照覆盖覆盖多人，造成“多人中弹”;二是距离过近，红外光照捕捉不到接收器，造成“无人中弹”。

（2）镜面反射问题。接收器对任何经过反射、折射后抵达接收器的激光源都视为有效，例如：镜子、玻璃等所反射的光源，此时的结论与战术需求不符。

（3）遮挡接收器作弊问题。激光接收器由于外在的干扰而无法常理工作。此干扰为两种表现形式：一是人为恶意遮挡接收器。遮挡方式为：用手遮挡接收器或是用已经被击中的人员为掩体遮挡;二是无意识的遮挡掩体。遮挡方式为：a、虽然按照常规已经击中对方，但是由于所击中的身体部位没有布设接收器，因而系统无法识别。b、双方混战，被击中人员没有及时离场或恶意滞留场内，导致其身后人员没有实时识别是否被击中。

（4）掩体和掩护物的区分问题。掩体、掩护物区分与利用是战术训练一个重要知识点，但由于激光系统的工作原理都基于光线的传输特性，致使发射出的激光束能被所有遮蔽物所隔阻。

（5）实时掌控训练问题。现有的激光训练系统采用的传输模式是单向传输模式，且反馈来的数据仅限于是否被击中。指挥层所看到的只有一个个显示队员存活的亮或者暗的小灯泡，无法掌握是谁命中的目标，更无法实时掌控每个队员所处的方位以及所发挥的作用。

综上所述，当前战术训练的场地、设备难以满足当今以及将来社会形势发展的需求，那什么样的常规战术训练才能满足当前及将来社会发展的需要？

2 解决的方法

战术训练形式多元化才能应对社会形势多元化。因而对于训练设备的要求需要做到以下几点：一是设备的精准性;二是设备的机动性;三是设备的变通性;四是设备的全局性;五是设备的延续性。

很多发达国家也都在考虑此类问题，在军、警场景训练中尽可能的结合现实地场景，以达到训练预期的目的。就以美国为例，美国军队在2011年5月宣布预计投入5700万美元，正式采用CryEngine 3游戏引擎，作为美国军方Dismounted Soldier仿真模拟训练系统的引擎。

该仿真模拟训练系统主要是采用CryEngine3引擎，结合全套头盔加传感器等高科技，涉及常规军事行动、非常规战争、维和行动、有限干预行动及和平时期的常规军事任务等，模拟各种作战环境进行虚拟作战。

图1为训练场内情景。图2为虚拟场景。

图1 图2

以上仿真训练系统，是以软件模拟实地场景为主导，将现代战争中可能出现的地形地貌，楼宇建筑等，绘制成大量的数字地图，再根据需求，从数据库中调取或是直接绘制所对应的地图场景，让受训队员在执行任务前，体验预期可能出现的种种状况。此训练具有针对性和前瞻性。但问题在于虚拟场景制作再为逼真，还是和现实场景有所区别，操作人员在训练中无法感受如背靠掩体时依托力等的细节。同时3D引擎一般都是各家软件公司的核心机密，其研发成本极高，就国内较为普通的游戏公司来说，研发制作成本也超过千万人民币，且研发周期动辄三五年，难以在当前警察训练中普及。

针对以上问题，本训练系统力求一条既能够降低成本，又能实地训练的出路，解决方案如下：

2.1 激光训练系统的优化

把当前两套战术训练设备进行分析，彩弹训练模式相对单一，在研制上涉及到法律诸多问题，训练中场地限制大，可优化度较低。激光训练系统具有一定的机动性，能够与PC进行数字连接，再融入超宽带无线通信技术，可优化以往激光训练系统工作模式。

2.1.1 什么是超宽带无线通信技术

超宽带是一种以极低功率在短距离内高速传输数据的无线技术。这种原来专属军方使用的技术随着2002年2月美国联邦通信委员会（FCC）正式批准民用而备受世人的关注。

（1）UWB的概念。超宽带技术UWB（Ultra Wideband）是一种无线载波通信技术，利用纳秒级非正弦波窄脉冲传输数据，因此所占频谱范围较宽。按照FCC的规定，从3.1GHz到10.6GHz之间的7.5GHz的带宽频率为UWB所使用的频率范围。

从频域来看，超宽带有别于传统的窄带和宽带，它的频带更宽。窄带是指相对带宽（信号带宽与中心频率之比）小于1%，相对带宽在1%到25%之间的被称为宽带，相对带宽大于25%，而且中心频率大于500MHz的被称为超宽带。

（2）UWB的主要技术特点。UWB是一种无线通信技术，它将无线局域网LAN和个人局域网PAN的接口卡和接入技术带来低功耗、高带宽并且相对简单的无线通信技术。

A、抗干扰性能强。UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。

B、传输速率高。UWB的数据速率可以达到几十Mbit/s到几百Mbit/s，有望高于蓝牙100倍，也可以高于IEEE 802.11a和IEEE 802.11b。

C、带宽极宽。UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz。超宽带系统容量大，并且可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰。

D、消耗电能小。UWB不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接按0和1发送出去，并且在需要时才发送脉冲电波，所以，消耗电能小。

E、保密性好。一是采用跳时扩频，接收器只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据;二是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。

F、发送功率非常小。UWB系统发射功率非常小，通信设备可以用小于1mW的发射功率就能实现通信。低发射功率大大延长系统电源工作时间，对人体的影响也会很小。

2.1.2 融入UWB后的工作特点

（1）工作范围。一套基本配置的UWB需要4个雷达，工作范围已经可以达到75米X5米=5625平方米，误差100～50公分。当需要更大的精确程度或者更大的工作范围时，可在需要的位置增加雷达。如需在一个占地22500平方米的营区进行全营覆盖，用9个左右雷达即可。需要多少面积以此类推。

（2）雷达的墙面穿透性。从所有无线数据传输的原理来说，最理想的信号传输场所是空旷的场地，但是我们选用的UWB技术因为穿透力极强，通常除开承重墙外，一般性墙门和家具可以忽略不计，同时可以通过增加雷达或者改变雷达的位置来解决问题。

（3）对于人员的定位。在雷达区域内，所有人员和物体的移动轨迹都能在主机中记录。其中根据需要，可以分为：单人定位、多人定位、全员定位。所需要人员身上携带一枚标签就可以完成基本的位置定位，若有需要可以完成更精确的姿势定位、面向定位等特殊需求。

（4）UWB对于人员识别及数量的。在雷达区域内，可同时记录定位的人员数量从理论上来说可以达到几千名，实际工作时的数量取决于主机运算的工作能力，现有普通主机已经可以支持两百名以上的人员同时定位需求。

2.1.3 优化后的激光训练系统能够解决哪些问题

（1）如何优化。以现有激光训练系统为模板，考虑该训练系统所存在的问题，结合UWB技术和图像传输技术对激光的非正常工作进行过滤，并融入WEB2.0的技术理念，进行多方位传输，形成一个点点传输、点面传输、面面传输的多元化传输系统。

参照训练目的，我们首先将指定训练场所，在计算机中制作一个建筑模型，根据需要对墙壁的颜色做渲染及添加更多的家具摆放（图3），然后在其中安放人物模型，每个人物模型可以根据实际情况配置不同的衣服、枪支、颜色及冠名（图4）。

图3                                       图4

将人物模型写入站立、蹲、行走、跑动、趴等姿态，再将传感器芯片原代码写入电脑，当使受训队员穿戴好传感装备后能够与虚拟人物同步。

同时在训练场景内布置发射雷达与建筑物地图进行连接，从而训练管理层能够通过PC实时掌握受训人员在训练场景内的训练数据，同时可以通过无线通讯实时指挥。

（2）激光非正常工作的过滤。对于激光非正常工作的过滤，主要是采用三层方法。

首先，发射器发射出激光被接收器接收并将数据传入主机。其次，超宽带识别两人之间的位置坐标信号，将该数据传入主机。第三，将图像传输到主机。根据这三重数据，主机结合建筑物结构图形进行数据分析，将非正常因素进行过滤，得出结论：a、激光接收器正常工作——确定击中;b、镜面反射工作——否定击中;c、前方有作弊性阻挡——确定击中;D、前方为掩体（能够挡子弹的隐蔽物）——否定击中;E、前方为掩护物（不能够挡子弹的隐蔽物）——确定击中;F、多个激光接收器同时感应一个发射器所发射的光源——最前方人员确定击中。也就是可以将单一的激光训练系统的弊端，通过多重数据分析进行弥补。

（3）对于训练过程的掌控。

A、参训人员的识别

由于UWB技术的介入，除对抗双方的人员信息识别外，还可以随意添加其他角色，例如人质、群众等。

该功能还可以随时调取带有标签的任何人的现场信息，即我需要了解张飞的活动信息，只需要点击调取。

B、全局指挥层、红方指挥层、蓝方指挥层对训练信息的不同程度掌握（如图5）。

训练全程将以实时数字信号形式进行录像，如有需要可随时调取并可以任意视角观察任意时间点的细节，以便训练后总结。

3 对于激光训练系统的下一步设想

3.1 细化人体部位

人体部分从武器使用区分为：致命部位和非致命部位。即有些部位可以一枪毙命，有些则不能。人体部位对于战术训练存在哪些关键因素？

（1）警方。警方在训练中，如果能够识别出中弹部位，如非致命性部位受伤则可以同时开展自救和互救的训练;（2）犯罪嫌疑人。如果能够区分犯罪嫌疑人的中弹部位，那么训练内容又可增加一个环节：根据对象不同的中弹状况，采取不同的控制方法，即：受伤和死亡的不同控制方法。此环节一直都是对抗训练的空白。

图5

图6

3.2 该系统功能原理的可行性

（1）识别。人体部位的识别从技术上分析，要害部位和躯干的识别通过标签识别和激光接受器双重过滤完成。四肢的识别可采用涂料完成识别，该涂料为类似汽车牌照的炳光反光涂料，对人体无害，肉眼无法识别。用于涂在战训服上，区分不同人员和受伤部位，通过图像传送进入主机进行图像自动识别分析，确定谁中弹及中弹部位。（2）要害部位和非要害部位中弹后的状态。要害部位被击中后则立刻失去战斗能力，非要害部位被击中后可根据击中部位设定不同单位的时间，例如：躯干击中后5分钟后失去战斗能力，四肢被击中后则削弱战斗能力。

4 该系统对于将来特警攻坚战的影响

将来的时代是信息时代，作用在特警攻坚战也不例外，在以往的很多案例中曾经出现不少由于信息传递的延迟而延误战机，主要矛盾存在于决策层和指挥层获得信息的不及时，而该系统的出现则可在信息传递时间上缓解这一矛盾。队员的位置及状态信号通过UWB系统传入主机，嫌疑人的位置及状态信号可通过狙击手或观察员手动输入主机，而决策层和指挥层将能够在屏幕上以2D或3D的形式实时查看所有人员的位置及状态，以便及时作出合理指令（如图6）。

介入WEB2.0技术理念，改变以往的单一传输模式，今后将在攻坚战的信息传送上，最高效率地传输第一信息。

指挥系统和控制系统也可以由以往的固定模式提升为车载的移动模式，便于现场指挥。

5 结论

该训练系统除运用到常规训练和实战之外，其中超宽带技术还能够运用到消防、监管、军事、公安、消防、医疗、救援、测量、勘探等各种领域，用做隐秘安全通信、救援应急通信、精确测距和定位、透地探测雷达、墙内和穿墙成像、监视和入侵检测、医用成像、贮藏罐内容探测等。

本项目是上海市教育委员会科研（创新）项目资助;项目编号：12YZ193