一种数字化障碍场

摘要

本发明公开了一种数字化障碍场，包括数字化障碍、人员装备信息采集装置、实弹检测系统、综合处理软件、铁塔基站和信息中心；所述数字化障碍、人员装备信息采集装置和实弹检测系统采集数据后通过铁塔基站传送至信息中心，然后使用综合处理软件及信息中心内设置的模型资源库对采集的数据进行分析处理，完成毁伤计算、临机导调控制、破障效能评估计算、破障行动复盘分析、破障态势实时展示及大型障碍的虚拟构设，本发明综合运用北斗定位、5G通信、数字孪生、机器学习等技术，提出一种数字化障碍场，可极大提升破障训练的质效。

说明书

技术领域

本发明涉及训练技术领域，尤其涉及一种数字化障碍场。

背景技术

由轨条砦、三角锥、铁丝网、阻绝墙、阻绝壕、地雷等组成的障碍体系，是破障分队开展破障训练的基础资源。当前破障分队在实战化训练中面临如下困难：一是破障效能难以定量评估。由于破障过程中破障力量的行动及位置、障碍设施的分布及形态、破障弹药的弹道及威力等相关数据难以采集，无法对破障效能进行全面科学的评估；二是破障行动难以复盘分析。由于缺乏破障过程中装备、人员、障碍等的动态数据，无法对破障过程进行完整的复盘分析，不能全面地查找不足、总结经验，不利于战法训法和装备运用的创新；三是破障态势难以实时展示。由于缺乏破障实时进程及障碍动态分布等数据支撑，无法实时展示破障态势，导调人员不能精准掌握破障进程及障碍态势等，难以根据敌方的作战思想和战术规则等临机设置障碍、实施火力打击等，破障训练与实战有较大差距；四是大型障碍构筑困难。沉船、巨石等大型障碍物难以构建，障碍体系要素不全，训练环境与实战环境有所脱节。

当前，随着北斗定位、5G通信、数字孪生、机器学习等技术的迅猛发展，通过构建具备障碍设施虚实结合、毁伤信息自主采集、障碍态势数字孪生等功能的数字化障碍场，可有效解决破障训练过程中破障效能定量评估、破障行动复盘分析、破障态势实时展示、大型障碍虚拟构建等迫切需求，提升训练质效。

发明内容

本发明的目的是针对当前破障训练中对于破障效能定量评估、破障行动复盘分析、破障态势实时展示、大型障碍虚拟构建等迫切需求，综合运用北斗定位、5G通信、数字孪生、机器学习等技术，提出一种数字化障碍场，可极大提升破障训练的质效。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

一种数字化障碍场，包括数字化障碍、人员装备信息采集装置、实弹检测系统、综合处理软件、铁塔基站和信息中心；所述数字化障碍、人员装备信息采集装置和实弹检测系统采集数据后通过铁塔基站传送至信息中心，然后使用综合处理软件及信息中心内设置的模型资源库对采集的数据进行分析处理，完成毁伤计算、临机导调控制、破障效能评估计算、破障行动复盘分析、破障态势实时展示及大型障碍的虚拟构设。

作为优选，所述数字化障碍包括数字化轨条砦、数字化三角锥、数字化铁丝网、数字化阻绝墙、数字化地雷和数字化阻绝壕；所述数字化障碍具备毁伤前障碍位置和毁伤后障碍碎片实时定位能力，各类数据通过铁塔基站实时上传给信息中心，一方面用于毁伤计算、破障效能评估计算和破障行动复盘分析；另一方面，通过综合处理软件生成数字孪生障碍场，导调人员可以实时查看障碍态势，用于破障训练中的临机导调控制。

作为优选，所述人员装备信息采集装置包括北斗定位模块、5G通信模块、中央处理单元、总线通信模块、电池及充电单元；所述北斗定位模块通过基站差分，训练时加装在人员及装备上，达到高精度定位的目的，实时采集人员及装备的位置信息，并通过5G通信模块上传到信息中心，一方面用于对单个装备及人员的战术行动进行评估；另一方面结合实弹检测系统，用于解算人员及装备与障碍之间的毁伤关系。

作为优选，所述实弹检测系统包括弹道测量装置、弹药发射检测模块及检测分析软件；训练中通过测量装备及人员位置、发射时刻、弹药弹道、命中时刻和位置信息，解算人员及装备与障碍设施之间的毁伤关系，结合数字化障碍的分布及形态数据，用于破障效能评估计算及破障行动复盘分析。

作为优选，所述综合处理软件包括评估计算模块、复盘分析模块、态势展示模块、实体障碍管理模块及虚拟障碍生成模块；所述评估计算模块用于对破障效能进行评估计算，并生成所需的图表及文档；所述复盘分析模块用于对破障过程进行复盘分析，达到回顾事实-反思原因-探究规律-提升能力等目的；所述态势展示模块用于对破障态势进行实时展示，包括装备、人员、行动、数字化障碍分布及形态、展示破障效果，便于临机导调控制；所述实体障碍管理模块用于对数字化障碍进行标识和组网管理；所述虚拟障碍生成模块用于根据训练想定，在特定地域设置大型虚拟障碍，并结合信息中心内设置的模型资源库，对虚拟障碍进行毁伤计算。

作为优选，所述信息中心内还设置5G通信模块、标签读卡器、存储模块、计算模块和管理控制模块；主要用于提供存储服务、计算服务、管理服务等。

作为优选，所述模型资源库包含了装备模型、兵力模型、通信网络模型、毁伤计算模型、目标特性模型、评估分析模型、特效模型和公共服务模型等。

作为优选，所述铁塔基站包括铁塔、北斗定位基站、5G通信基站及高速摄像机，所述铁塔基站主要用于提供定位授时、网络通信、高速影像等服务；所述北斗定位基站用于差分定位，提高人员装备信息采集装置的定位精度，用于人员、装备、障碍等的高精度定位及测速；5G通信基站用于提供场内数据的高速传输，满足大容量高速实时传输的需求；高速摄像机用于拍摄场内的动态影像，辅助支撑弹道测量、毁伤评估等。

本发明的有益效果是：

第一：可实现破障效能的自动评估

在数字化障碍场内开展训练，通过加装在装备及人员上的高精度定位设备，可以实时采集其位置和战术动作；通过数字化轨条砦、数字化三角锥、数字化铁丝网等，可以实时测量障碍分布和毁伤后的形态；通过实弹检测系统，可精确测量破障弹药的弹道；将各类数据通过5G网络传输到信息中心，结合评估指标体系和模型等开展评估计算，实现对破障效能的自动评估。

第二：可实现破障行动的复盘分析

依托数字化障碍场完成破障训练后，可利用在破障过程中信息中心实时记录的侦察情报、指挥命令、装备及人员战术动作、破障效果等数据，通过综合处理软件中的复盘分析模块，对破障行动进行复盘分析，从而总结经验、查找不足，实现战法训法和装备运用等的创新。

第三：可实现破障态势的实时展示

数字化障碍场采用数字孪生技术，对破障过程中人员、装备、障碍设施等所有要素进行数字化，形成物理维度上的实体世界与信息维度上的数字世界同生共存。在训练过程中，导调人员可以通过全息成像或者环幕投影等形式，实时查看破障态势，开展临机导调，提高训练质效。

第四：可实现大型障碍的虚拟构设

沉船、巨石等是我军未来作战中会面临的主要大型障碍，但在实际训练中，设置实际的沉船障碍物，周期长、耗费大、难以重复开展。在数字化障碍场中，可以利用虚实结合的方案，数字化轨条砦、数字化三角锥、数字化铁丝网、数字化阻绝墙等采用实际障碍；大型沉船、巨石等障碍采用虚拟障碍，具体实现方法为，在综合处理软件中，选取相应的障碍模型，设置大型沉船等虚拟障碍，导演部根据破障分队的侦察能力，将破障分队能够获取的障碍位置、材质、状态等信息推送给破障分队，破障分队制定破障方案并组织破障，数字化障碍场自动采集相关数据，结合毁伤模型等，完成虚拟障碍的毁伤计算，实现大型沉船等障碍物的虚拟构设。

附图说明

图1为本发明总体方案示意图。

图2为本发明系统组成示意图。

图中：

1是数字化障碍、11是数字化轨条砦、12是数字化三角锥、13是数字化铁丝网、14是数字化阻绝墙、15是数字化地雷、16是数字化阻绝壕；

2是人员装备信息采集装置、21是北斗定位模块、22是5G通信模块、23是中央处理单元、24是总线通信模块、25是电池及充电单元；

3是实弹检测系统、31是弹道测量装置、32是弹药发射检测模块、33是检测分析软件；

4是综合处理软件、41是评估计算模块、42是复盘分析模块、43是态势展示模块、44是实体障碍管理模块、45是虚拟障碍生成模块；

5是铁塔基站、51是铁塔、52是北斗定位基站、53是5G通信基站、54是高速摄像机；

6是信息中心、61是5G通信模块、62是标签读卡器、63是存储模块、64是计算模块、65是管理控制模块、66是模型资源库。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1、图2，本发明实施例提供的数字化障碍场，主要由数字化障碍1、人员装备信息采集装置2、实弹检测系统3、综合处理软件4、铁塔基站5和信息中心6组成；所述数字化障碍1、人员装备信息采集装置2和实弹检测系统3采集数据后通过铁塔基站5传送至信息中心6，然后使用综合处理软件4及信息中心6内设置的模型资源库66对采集的数据进行分析处理，完成毁伤计算、临机导调控制、破障效能评估计算、破障行动复盘分析、破障态势实时展示及大型障碍的虚拟构设。

作为优选，所述数字化障碍1，主要用于构筑障碍体系。数字化障碍1主要包括数字化轨条砦11、数字化三角锥12、数字化铁丝网13、数字化阻绝墙14、数字化地雷15、数字化阻绝壕16；所述数字化障碍1具备毁伤前障碍位置和毁伤后障碍碎片实时定位能力，各类数据通过铁塔基站5实时上传给信息中心6，一方面用于毁伤计算、破障效能评估计算和破障行动复盘分析；另一方面，通过综合处理软件4生成数字孪生障碍场，导调人员可以实时查看障碍态势，用于破障训练中的临机导调控制。

作为优选，所述人员装备信息采集装置2包括北斗定位模块21、5G通信模块22、中央处理单元23、总线通信模块24、电池及充电单元25；

所述北斗定位模块21用于测量人员和装备的位置信息，依托铁塔基站5，采用差分定位以提高定位精度，位置信息通过5G通信模块22实时发送给信息中心6，一方面用于记录作战行动轨迹；另一方面结合实弹检测系统3测量的数据，用于解算人员及装备与障碍之间的毁伤关系；

所述5G通信模块22用于数据的高速传输，将北斗定位模块21、中央处理单元22、总线通信模块23和电池及充电单元25采集的各类数据实时发送到信息中心6，用于评估计算和系统管理等；

所述中央处理单元23用于管理人员装备信息采集装置2上各类资源的配置管理、协调运行和故障诊断等，并实时将各类数据通过5G通信模块22发送给信息中心6，用于资源配置和系统管理等；

所述总线通信模块24用于获取所需的人员或装备相关信息，具备CAN总线、RS485和车载以太网接口，通过接入人员及装备上的数据总线，可以获取评估计算所需要的各类信息，并通过5G模块发送给信息中心6；

所述电池及充电单元25用于给北斗定位模块21、5G通信模块22、中央处理单元23、总线通信模块24供电，同时进行自检测自诊断，将电池电压、故障信息等通过5G通信模块22传输给信息中心6。

作为优选，所述实弹检测系统3，主要用于解算人员及装备与障碍之间的毁伤关系。实弹检测系统3由弹道测量装置31、弹药发射检测模块32、检测分析软件33组成；

所述弹道测量装置31用于测量各类破障弹药的弹道信息，结合弹药发射检测模块32发送的带有时间戳的发射信息、高速摄像机53拍摄的图像信息等，通过检测分析软件33完成人员及装备与障碍之间毁伤关系的解算；

所述弹药发射检测模块32用于检测破障弹药的发射时刻，并实时将带有时间戳的发射信息发送给检测分析软件33，完成人员及装备与障碍之间毁伤关系的解算；

所述检测分析软件33实时接收弹道测量装置31发送的弹道信息、弹药发射检测模块32测量的带时间戳的发射信息、高速摄像机53发送的图像信息，结合弹道匹配模型和解算算法等，完成人员及装备与障碍之间毁伤关系的解算，并将解算数据发送给信息中心6，用于评估计算和复盘分析等。

作为优选，所述综合处理软件4，主要用于数字化障碍场的资源管理、系统配置、展示分析等。综合处理软件4主要由评估计算模块41、复盘分析模块42、态势展示模块43、实体障碍管理模块44、虚拟障碍生成模块45等组成。

所述评估计算模块41，通过信息中心6获取破障效能评估所需要的各类数据及模型，对破障效能进行评估计算，并生成所需的图表及文档等。

所述复盘分析模块42，从信息中心6获取破障过程中人员、装备、作战行动、障碍态势等各类数据，对破障过程进行复盘分析，达到回顾事实-反思原因-探究规律-提升能力等目的。

所述态势展示模块43，实时通过信息中心6读取红蓝双方体系支撑力量信息、破障人员装备作战行动信息、虚实障碍毁伤信息等，对破障态势进行实时展示，导调人员可以依据破障态势和训练目的，进行临机导调控制，设置复杂情况，提升训练质效。

所述实体障碍管理模块44，从信息中心6读取各类障碍的组态模型，结合各类障碍上的数字标签信息，一方面完成单个障碍的重构生成；另一方面完成障碍场的组网及初始化设置。

所述虚拟障碍生成模块45，主要用于根据训练想定，在特定地域设置沉船、巨石等的虚拟障碍，与实体障碍共同形成虚实结合、动态重构、高度逼真的障碍场环境。

作为优选，所述铁塔基站5，主要用于提供定位授时、网络通信、高速影像等服务；所述铁塔基站5主要由铁塔51、北斗定位基站52、5G通信基站53和高速摄像机54组成；

所述铁塔51，用于安装北斗定位基站52、5G通信基站53和高速摄像机54，并提供电能等；

所述北斗定位基站52，用于给数字化障碍1、人员装备信息采集装置2、实弹检测系统3等提供差分定位服务，以提高定位精度；

所述5G通信基站53，用于给场内所有联网设备提供通信服务，确保5G信号的覆盖范围和通信质量，使所有设备能够实时互联；

所述高速摄像机54，用于拍摄训练过程中的实时影像，并通过5G网络实时传输给信息中心6，辅助实现实弹检测。

作为优选，所述信息中心6，主要用于提供存储服务、计算服务、管理服务等；所述信息中心6主要由5G通信模块61、标签读卡器62、存储模块63、计算模块64、管理控制模块65和模型资源库66等组成；

所述5G通信模块61，主要用于信息中心6与铁塔基站5之间的数据通信，一方面接收铁塔基站5发送的人员、装备、作战行动、障碍态势等相关信息；另一方面发送配置参数、控制命令等给人员、装备和数字化障碍1；

所述标签读卡器62，主要用于在训练前，读取安装于人员、装备和数字化障碍上的标签，做到各类要素标签化，便于解析计算；

所述存储模块63，主要用于存储历次训练中产生的数据，一方面用于复盘分析；另一方面用于机器学习，对各类模型进行修正优化；

所述计算模块64，主要用于图像识别计算、弹道解析计算、数字孪生计算、态势展示计算等；

所述管理控制模块65，主要用于对训练场内人员、装备、障碍等的信息识别、数据管理、资源控制等；

所述模型资源库66，主要用于为评估计算、复盘分析、态势展示、虚拟障碍生成等提供模型服务，包括装备模型、兵力模型、通信网络模型、毁伤计算模型、目标特性模型、评估分析模型、特效模型和公共服务模型等。

本发明中所述涉及的综合处理软件4、信息中心6中设置的各种模块、模型等均为现有技术。

所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。