军犬远程指挥系统的设计与实现

罗 腾 周学广 郝彦乐 李 拓

一、军犬远程控制指挥系统的设计

军犬远程控制指挥系统是一个实时基于智能硬件、物联网及流媒体传输的大数据指挥系统，它能够按照运作的业务规则和运算法则，对军犬位置、数量、信息、情报、行为、指令和安全进行更完美地远程管理，使其最大化降低军犬管理难度和作业盲区，提高执勤过程中的有效性、真实性、行为掌控性、指令快捷性及位置精确性的要求。

（一）技术架构

系统采用成熟的LAMP 架构体系，在逻辑上划分为物理层、采集与交互层、数据服务层、应用层。通过总线机制，将各个单元模块或子系统连接成一个高效、低耦合、组合方便、扩充能力强的分布式系统。既适合在独立的服务器集群上运行，也适合部署在云计算环境下使用。军犬远程控制指挥系统原理参见图1。

图1 军犬远程控制指挥系统原理图

（二）实施方案

1.通过在N 头军犬的头部部署微型视频/音频传输设备，对军犬视野内影音进行实时动态采集，并通过对设备厂商提供的标准访问接口的SDK 库(2015 部标)实现对设备的校时、注册等功能。利用无线物联网技术实现与云服务器及控制中心的数据同步。系统信息流程参见图2。

2.在云服务器中对获取的数据进行H.264、H.265或MPEG-4的编解码，实时传输到管理控制终端，对多个数据源实现分画面同步指挥，并将预先录制的口令音频以数字信号编码向指定军犬传达。犬端效果图参见图3，后台控制指挥端参见图4。

3.军犬在实战行动中，佩戴微型视频/音频传输设备，通过无线物联网获得远程下达的数据指令，编译模拟后形成原音口令，播放口令后军犬按命令执行。

（三）系统组成

军犬远程控制指挥系统组成要素和功能参见表1。

图2 军犬远程控制指挥系统信息流程

图3 军犬远程控制指挥系统效果

图4 军犬远程控制指挥系统控制端

表1 系统组成要素和功能

系统最终要实现的目标要求有：

1.犬端侦测模块能够在野外使用，指挥控制模块可远程操控；

2.网络正常情况下，信号传输最大延迟在5 秒以内；

3.犬端侦测模块必须在4G/5G 通信基站信号作用范围内，后台指挥控制模块必须在可接入互联网范围内。

二、军犬远程指挥控制系统的实现

（一）启动系统

建立监听服务器，通过网络向服务端请求Access Token，服务端接收请求后通过用户App Key 和App Secret向设备接口请求Token，获取到后返回到客户端。将若干摄像设备序列整理到数组中，遍历数组向页面添加对应的摄像画面显示窗口。启动服务端和客户端即可接收到军犬处实时画面。

进入源代码文件夹，先打开服务端，然后启动系统，进入系统后等待数秒，出现实时视频画面，如图5 所示即为系统初始界面。

（二）控制摄像头方向

选择军犬镜头画面，通过方向功能键，向设备接口发送转向操作请求，通过远程控制参数改变镜头向不同方向转动，并可发送请求停止转动。

点击选中一个视频框，选中后边框会有白色阴影。选中后，点击如图6 所示的方向键即可让摄像头调整方向。当调整到满意位置后，点击如图7 所示的暂停键即可停止移动，每次只可调整一个方向，停止后才能调整其他方向。

图5 初始界面

图6 调整摄像头方向

图7 暂停

图8 指令选择框

图9 常见指令

（三）发送语音指令

通过指挥平台点击选择框选择需要发送的口令，调用预先录制存储的军犬指挥口令，由TCP 协议加密后通过4G/5G网络发送给军犬携带的设备终端，设备终端编译解析后，还原为语音指令并通过扬声器播放，军犬听到语音指挥口令后，执行远程指令。

点击如图8 所示的指令选择框，在弹出的指令菜单中选择需要发送的指令。如图9 所示选中后指令框中会显示当前指令名称，点击发送键即可发送指令，等待几秒后摄像头扬声器会播放指令。

（四）接口功能开发

1.数据关联：通过标准接口，从军犬指挥调度平台提供的数据源获取军犬和设备等信息，将这些信息写入电子数据系统，并与视、音频数据绑定，将绑定了这些信息的视、音频数据推送到军犬指挥调度平台。

2.数据接口：电子数据系统通过中间件，对从军犬指挥调度系统中获取的数据，进行数据转换。

（1）数据的完整性。对所有的数据进行检查，包括当事军犬、训导员、指挥负责人、时间、地点、画面、语音、任务描述等，对于完整的数据，予以进入电子数据系统，不完整的数据则返回给军犬指挥调度系统，并报告预警进行核查。

（2）数据的唯一性。从各业务系统中获取的数据，应保证数据的唯一性，即对相同事件或任务进行去重，综合为一个事件。

（3）数据的一致性。任务或军犬信息应保持连贯。

（4）数据的标准性。数据统一以一种通用的格式提交和返回，确保网络间数据传输能够以标准和规范的形式流通。

3.对外服务接口：电子数据系统提供标准的Web Service 接口，并预留二次开发接口，支持军用内网、加密通道等系统的无缝接入。

三、系统室内测试

（一）测试背景

本系统通过物联网技术实现实时采集军犬周围视频数据，并通过远程指令对其进行控制。本测试目的在于总结分析测试阶段的过程及结果，描述系统是否达到需求的目的。本测试预期参考人员包括测试人员、测试部门经理、项目管理人员和其他质量控制人员。

（二）基本测试信息

1.测试范围

产品 功能军犬远程控制系统获取Access Token控制镜头方向镜头停止转动发送语音指令

2.测试环境

测试操作系统：Windows 10操作系统。

测试浏览器：Firefox 浏览器、Chrome 浏览器。

3.测试案例设计思路

根据上述测试范围进行测试案例的设计。

（三）测试结果及缺陷分析

1.测试结果

序号 测试功能 预期结果 实测结果1 获取Access Token与预期结果一致2 控制镜头方向 镜头向指定方向转动得到对应Access Token与预期结果一致3 镜头停止转动 镜头停止转动 与预期结果一致4 发送语音指令 镜头播放对应指令与预期结果一致

2.缺陷的统计与分析

缺陷 分析高清模式下画面有时会卡顿因为是实时高清画面的传输，所以本系统对网络要求较高，需尽量在信号较好的区域使用。发送指令到播放指令延迟小于5 秒由于发送语音指令需向云服务器上传音频文件，云端还需进行解码才能在设备上播放，这个过程的延迟难以避免。可从文件大小的角度入手，将音频文件进行压缩，在保证音频质量的情况下尽量压缩文件大小，可使上传时间缩短。

（四）测试结论与建议

经过测试，系统功能全部正常，满足需求中的所有内容。建议在网络信号较好的区域使用，可使系统体验更好。

四、系统野外实验

（一）实验准备

实验用具：激光棒、小型对讲机、军犬远程指挥系统、调引球、咬棒、咬靶、追踪绳、牵引绳、鞭子。

实验用犬：比利时牧羊犬、德国牧羊犬（工 作犬系）。

（二）实验内容

实验科目：基础服从科目，包括坐、卧、立、吠叫、前来、后退、匍匐、延缓、衔取；应用科目，包括追踪、扑咬。

前期训导员按照计划进行选犬、脱敏训练、军犬对语音播放的适应性训练、使用对讲机开展军犬部分基础服从科目和应用科目训练等工作，且所选实验用犬已经过训练，具备较为成熟的作业能力。

1.军犬远程指挥系统现场调试，见图10、图11；

2.军犬实地穿戴远程指挥系统设备，要增强军犬对系统设备的适应性；

3.通过系统指挥端指挥军犬分别完成基础服从科目和应用科目，见图12、图13。

（三）实验效果

系统能够持续运行，指挥端操作流畅，犬终端语音播放模块和视频监控模块运行正常，犬无抓咬系统设备的行为，基本完成所选近距离和远距离基础服从科目，应用性科目有效成功率在60%以上。

图10 穿戴犬用终端

图11 指挥端调试

图12 使用系统开展远距离指挥实验

图13 使用系统开展扑咬实验

五、总结与展望

本文基于智能硬件、物联网及流媒体传输设计了一套军犬远程指挥系统，基本实现了对犬远程监视、控制和指挥，达到了利用信息化装备改进军犬指挥运用方法的目的，对于拓展军犬实战能力具有重要意义。下一步可以探索通过新增犬端设备，实现由一个控制端同步、实时、远程指挥多头犬，通过优化信息采集和数据传输等软硬件性能，进一步缩短指令传输时延，实现远程对犬指挥的“即 点即播”。