物联网在海战场栅格中的应用研究∗

李正龙

（武汉数字工程研究所 武汉 430205）

1 引言

海战场是一个包含若干海潜空岸作战平台、各种平台载传感器、武器、系统、设备以及通信网络、计算和处理软件等资源的复杂环境，在未来体系对抗的战争中，能够高效充分地运用战场中一切作战资源的一方必然将在战争中获得作战优势并最终赢得战争，因此体系的发展趋势必将是极力实现战场资源的高效动态部署和组织。

信息栅格是指通过网格计算技术、信息服务技术、网络基础设施和协议标准规范，将分布式的计算机、数字化设备、数据、信息、知识等统一管理和使用，其军事应用催生了军事信息栅格技术［1］。美军早在1999年就提出全球信息栅格GIG的构想［2］，将战场上的相关要素集成到一个统一的体系中，将这个大的体系建设成拥有传感器、武器、通信、指挥等各种各类核心要素的作战体系，实现网络中心战优势［3］。

图1 海战场栅格体系结构

海战场信息栅格体系是通过将海战场中这些信息系统和信息资源通过网格体系有机组合成一个整体，将分散在不同海战场位置的设备、服务和资源通过动态调度、按需提供等机制进行优化组织，实现体系内资源的高效整合和充分利用。通常将海战场栅格体系自底向上划分为物理层、网络层、数据层及应用层等几层［4］。

2 军用物联网简介

物联网IoT（Internet of Things）技术是一种建立在信息技术基础上的，借由传感器完成对数据信息的采集和传输，实现物物互连及人物互连，并为信息传递和识别定位等提供基础的信息技术和手段［5］。一个典型的物联网是在特定位置安装识读设备，通过识别特定频段的无线标签或电子卡信息对附着物进行识别和信息处理［6］。

通常将物联网由底向上划分为感知层、网络层、数据层和功能层三个层次［7］。其中感知层一般对应各节点终端，通过自身的探测感知能力对周边情况数据进行搜集，网络层实现各节点终端感知数据的传输和共享，实现数据的互联，应用层通过对这些数据进行计算和综合处理，通过网络向外界（通常是申请方）提供需要的信息。

图2 物联网结构示意图

3 物联网在海战场栅格中的典型应用及效能提升构想

在当前海上作战体系中引入基于传感器网络技术的物联网之后，实现对己方海战场作战栅格体系终端实时属性状态信息的采集和反馈，一方面能够提供战场人员实时的位置状态等实时信息，另一方面能够随时监控雷达、武器等装备的数量、状态等实时信息，将对指挥员的作战决策起到强有力的支撑作用。

图3 应用物联网的海战场栅格体系功能结构

根据OODA环理论［8］，指控体系本质就是按照观察-判断-决策-行动的行为循环嵌套，推动作战过程的进行。在作战的过程中，对抗双方哪一方OODA环的效率高，速度快，反应及时，哪一方作战优势就更大。应用了物联网技术后，物联网实时信息的接入使得传统海战场作战栅格体系具备了对战场人员及装备的状态的实时采集以及高效的数据传输，将拥有更强大的战场信息搜集和处理能力，使传统体系不能实现或不好实现的问题具备可能实现的条件［9］，支撑形成海战场栅格体系能力和提升海军战斗力。

在装备状态跟踪和智能保障方面，物联网技术将不同地理位置不同类型平台的设备系统和装备物资状态进行自动定时的搜集、统计、记录和上报，解决了海战场中平台分散且类型各异，各平台相关设备和系统状态不完备、不一致、不同步、不确定的情况。更进一步，通过实时状态与作战计划和方案进行评估和比较，实现对体系节点中状态受损或配置不足的资源进行智能化调配和补充，可以随时了解到任一节点相关资源的补充状态，进而根据补充完成情况调整作战计划。

在人员生理心理状态监控和智能医疗方面，通过对己方人员数据的采集和统计，监测群体健康状况，分析人员的环境适应能力、疾病及传染病情况、生命体征，统计分析战场上人员的心理特征和状态等，实现对己方人员的状态掌控，支撑指挥员对己方人员兵力的战斗力评估和双方兵力对比分析。

在战场感知及态势综合评估方面，利用物联网及传感器网络技术［10］，在海战场上散布无人探测系统和微型探测设备，结合传统雷达、声纳等探测设备对战场进行感知和监视，同时监控己方兵力及装备详细状态，实现敌我双方兵力及装备状态情况的对比分析、海战场作战环境及气象水文数据的分析、特定环境条件下探测设备的探测能力和武器设备的性能情况分析，辅助指挥员分析战局，制订更加合理的作战计划和选取更有有利的作战时机和作战海域。

在海战场作战指挥扁平化方面，物联网相关技术的引入使得信息的流转直接在指挥和终端之间迅速交互，提高信息传输效率，推进指挥过程扁平化，甚至实现网络化指挥和自适应指挥，提升海上栅格体系整体作战效能。

此外，物联网技术还可以广泛应用于海战场作战栅格体系，并在其它诸如机动状态监视、气象海洋环境采集、进度协同匹配评估等若干方面提高效率，提升效能。设想海战场交战的甲乙双方，甲方积极广泛地应用了物联网技术，乙方仍然采用传统的海战场栅格体系。根据OODA作战环理论，作战过程是一个“侦察-判断-决策-行动”的循环，应用物联网技术对OODA环各阶段的影响对比如图4所示。

图4 物联网对作战栅格的效能影响示意图

可以看出，在作战模型OODA循环的每个阶段，物联网技术的应用都可以提供比传统体系更智能高效的模式提升作战效能。在战场侦察阶段，物联网技术拓展了设备感知范围，同时提供了精确掌握设备感知性能的能力，这些都使得对海战场的感知更加精细；在态势判断阶段，由于延伸了探测感知范围，提升了数据实时性，同时保证了己方兵力和装备状态的可控，增强了态势分析判断的准确性；在决策制定阶段，己方兵力状态和机动、部署情况的已知及对敌方态势的精准实时有效提升了决策制定的针对性和有效性；在行动监视阶段敌情、我情、物情、海情的实时感知和反馈提高整个作战体系的协调运作。

在上面的假定场景中，在OODA环的各个阶段，乙方获取的数据量、实时性、精确性等都与甲方基于己方兵力实时状态的决策不可同日而语，行动监视和干预控制的效率也高下自分。以相对的“全面-准确-高效-实时”对相对的“片面-估计-计划-推测”，这样环环相继，哪一方能在作战中占据优势地位显而易见。

4 应用技术瓶颈分析

在现有的海战场作战信息栅格体系中应用物联网技术，必须重点考虑和优先解决以下几个方面的技术问题。

技术融合问题［11］。物联网技术应用到海战场信息栅格体系中将导致引入的传感器技术、射频识别技术、通信技术、控制技术、智能技术、基础软件技术等技术与军事应用体系中的已经应用的相关通信和软件技术并存的问题，必须保证这些技术不相互冲突并且协调运作是物联网用于海战场信息栅格体系的挑战之一。

信息安全性问题［12］。海战场中装备属性、状态等数据通常密级较高，直接影响作战决策和战争成败，物联网技术监视和统计的信息一旦失泄，后果不堪设想。因此，如何做好信息安全工作显得非常重要。根据物联网的技术特点，体系的安全性需要从感知层、网络层、应用层逐层制定安全策略，层层保障信息的安全可信。

智能容错及信息可靠性问题。物联网技术的基本原理是通过对设备信息的获取和统计，追溯和分析设备的状态，是信息从物理域转换到信息域的关键一环，可能出现信息错漏、信息不完备甚至信息矛盾不可靠的情形。对错漏信息的兼容，对不完备信息的填补，对矛盾信息的纠偏或剔除等操作都将影响信息域的协调一致性，进而影响信息的后续处理和应用。

5 结语

在网络互联技术蓬勃发展和全面应用的情况下，物联网技术是当之无愧的网络技术“最后一公里”，该技术不仅在民用领域得到广泛应用，在军用领域，尤其在海战场上，物联网技术通过对作战平台和人员装备的数据合作式接入和统一管理运筹，对于增强海上军事感知能力、指挥能力和作战能力，提升海上作战体系总体效能，都提供了重要的技术手段和支撑，未来还将挖掘和发挥越来越积极的作用。