物联网技术在武器装备保障中的应用分析

发布时间：2016-02-08 作者：熊超群涂金来源：e-works

关键字：物联网技术 RFID技术武器装备

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本文介绍了物联网技术在武器全寿命周期保障中的一些应用，重点介绍通过RFID技术，收集装备在武器使用过程中参数信息，并通过特定网络传送给管理平台，为装备健康管理提供必要的管理信息。

2.2.2 网络平台搭建

传感网络的动态组网与监测管理是物联网装备智能信号采集与管理系统的核心机制之一。动态地组织、配置、调节相关的传感网络节点，以组成实时监测具体动力装备的智能传感网络，满足不同监测诊断的需求，实现设备状态数据的有效传输。主要包括基于传感网络的设备监测专用网的动态组建技术和基于物联网的多信息传感单元的关联管理技术两方面内容。使用互联网络平台，可通过TCP/IP 网络中处理、传输和接收数据，应用WEB服务器数据库技术合理存储和管理数据；使用3G或4G移动网络，需要使用集成TD-SCDMA或TD-LTE制式的通信模块进行二次开发。

2.2.3 软件框架设计

考虑武器设备在各技术领域的高度集成性、专业技术人员的有限性和非全面性及地域交通的限制性等，对设备进行健康管理需要一个柔性的软件框架。在柔性软件框架中，系统可以通过传感器网络获取设备的状态信息，这些状态信息经过信号处理与特征提取后，传送到CBM工具包。系统可以利用CBM工具包中模型（如灰色预测模型、比例风险模型、卡尔曼滤波模型等）对设备进行剩余寿命预测。此外，CBM工具包还可以与维修决策控制软件进行信息和功能的交互，对设备进行健康评估和制定维修计划。并且，信号处理与特征提取、CBM工具包以及维修决策控制软件可以为指挥中心提供数据分析、故障诊断、健康评估、寿命预测和维修决策等多种支持。该软件系统需要实现的功能如图7所示。

图7 柔性软件的主要功能模块

1）数据分析功能。

设备状态信息应是多层次、多方面和动态的，既可以是实时监测信息,也可以是定期检测信息。该功能主要是对设备基础数据、状态信息、维修信息、维修资源信息和系统用户信息等进行采集、存储或处理，进行故障模式及影响分析（FMEA）的基础信，实时监测或定期检测的设备状态信息

2）故障诊断功能。

设备健康管理是随着故障诊断技术的进步而发展起来的。如果设备的劣化不能及时、

准确地诊断,也就无法进行有效的状态维修。设备故障诊断采用多种分析方法（如相关分析与功率谱分析、倍频程分析、阶比分析、时间序列分析、模态分析、时频分析等）将采集的数据进行分析处理，查出故障点或劣化点。

3）健康评估功能。

该功能利用在线监测系统或离线检测系统获得的设备运行状态数据，可以定期或不定期地对设备状态做出评估，分析设备的性能衰退趋势，当设备出现劣化征兆时，向相关的设备使用人员、维修人员或管理人员分级报警。设备管理人员可以根据设备健康评估和分级报警结果及时进行维修决策。

4）寿命预测功能。

设备维修信息中心可以通过各种预测模型（如灰色预测模型、比例风险模型、卡尔曼滤波模型、人工神经网络等）预测设备或部件的剩余使用寿命，在设备严重停机事故发生之前，利用有效的预测功能可以保证有足够的时间制订和实施维修计划。

5）维修决策功能。

该功能主要包括维修计划制定、维修备件采购、维修任务调度、维修资源分配和维修策略优化等。在维修计划中，需要制定具体的预防及紧急维修计划，并激发维修任务调度功能。此外,还需要合理调度各类维修资源,如维修人员、备品备件、维修资金、维修工具及维修时间等。维修决策优化需要根据设备的重要性、可靠性、维修性、可监测性、经济性和维修能力等对维修方式与维修类型、维修时机等进行决策,。

3. 物联网技术在阵地体系协同管理中的应用

军事阵地的综合管理系统作为一个复杂的信息系统，涉及土木工程、通风空调、发/供电、环境监测、设备监控、网络通信及信息管理、反侦察伪装和安全警戒等多学科技术的综合应用。阵地物联网管理平台应用了物联网感知、接入、组网等技术，其总体开发目标是对人员出入、工程设备和阵地环境等进行整合，实现动态、规范、可跟踪、安全的资源管理，如图8所示。

图8 阵地综合管理框图

结合物联网基本结构及物联网应用系统开发分析，阵地协同管理系统的体系结构可分为传感控制层、网络通信层和应用数据服务层3个层次，如图9所示。传感控制层是整个网络的神经末梢，完成对环境、人员和设备的感知、跟踪与控制。网络通信层进行各种异构网络的融合和相关传感数据的交换，完成数据传输和网络控制。应用数据服务层完成人机交互和信息处理，进行数据挖掘、融合和分析处理，提供服务发现和服务呈现。

图9 阵地物联网系统架构图

阵地物联网协同管理系统是以无线传感器网络和RFID技术应用为基础的网络应用框架，把移动/非移动设备和人体贴上标签，实现跟踪管理，完成对环境参数、设备状态等的监控。

1）阵地物联网协同管理系统无线传感器网络设计

阵地各个小区域内布置多个2.4GHz 的终端节点，每个大区域下又包含多个小区域，这些终端节点形成一个局域网，在局域网中设定一个或多个汇聚节点。汇聚节点采用高性能微处理器，如 ARM7 系列控制器，有较大的内存和足够的能量，同时具有2.4GHz的CC2530 ZigBee无线收发模块。其中汇聚节点是连接阵地感知层网络和阵地外部公网的桥梁，实现两种协议之间的通信转换。所大区域的汇聚节点共同组成阵地局域网，通过无线方式将采集的原始数据经过网关直接连接到公共通信网络，实现阵地的远程数据采集、监视和控制等功能。

2）阵地物联网协同管理系统RFID系统的开发

通过基于RFID技术的管理系统可随时随地调取军用装备记录，便于装备的使用和管理；通过RFID读写器可读取人员身上的标签，进行身份识别，并对其进行准确定位；融合RFID技术的安防门禁系统可识别人员出入级别，实现区域的有效管理，保证重要区域安全；利用 RFID 技术实现对人员和区域的管理，实现人员考勤、阵地人员出入、车辆进出管理、受限区域管理、阵地安防管理等功能，如图 10所示。

图10 RFID技术在阵地物联网协同管理系统中的应用

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