基于北斗高精度時空服務技術的衛勤保障軍事應用研究*

程 賓，張 鑫，秦曉麗，陳 平，陳 恩，段德光

（軍事科學院系統工程研究院衛勤保障技術研究所，天津 300161）

0 引言

隨著我國軍隊改革、現代化建設以及軍事斗爭的深入推進，以及國家“一帶一路”、軍事力量“走出去”、參與國際維和反恐等戰略的持續推動，國防和軍隊建設更加注重“精準、精確、精細”方面的建設，軍事領域對全球高精度定位導航應用提出了更加急迫的需求和要求，對基于全球定位導航的高精度時空服務的依賴性比以往更甚［1-2］。北斗作為國家戰略性資源，是戰場自主可控時空要素的源頭和根基，對我軍衛勤保障領域產生了巨大的沖擊。當前，聚焦新一輪軍事革命對發展高效衛勤保障的戰略需求，在衛勤作業指揮、戰傷救治、傷病員后送、核生化安全、衛生物資保障、聯合搜救以及衛勤模擬訓練等方面，充分發揮北斗對我軍衛生裝備發展技術引擎的支撐作用，已成為衛勤保障跨越式發展的內在迫切需求［3］。

1 民用“北斗+”內涵及啟示

1.1 內涵

近些年來，在國家北斗專項的支撐和統籌規劃下，我國已完成北斗三號衛星全球定位導航系統及北斗地基增強系統的建設，定位精度及可用性、可靠性不斷提升，基礎北斗產品研發及體系化應用推廣效果顯著，信號和服務覆蓋范圍不斷擴大，北斗位置服務已然滲透到國防科技、國民經濟、社會生活、災害救援、聯合搜救等各領域［4］。尤其在基于北斗高精度時空服務的體系化推廣和應用方面，國家創新推出了“高精度北斗+互聯網+增值服務”的“北斗+”模式，推動和帶動了北斗定位導航在車聯網、智慧城市、無人駕駛、形變監測、智能物流等領域的應用推廣，也使定位導航系統由傳統的單功能應用上升到觸手可及、隨遇接入、隨需而用的時空資源服務，形成了結構合理、可持續、良性發展的北斗產業生態圈［5］。

1.2 啟示

民用領域，北斗按照“互聯網+”的發展理念，以位置服務平臺為核心，通過建立“在線、智能、互聯”的時空服務生態圈，提供良好的用戶體驗，借助數據積淀與大數據分析挖掘，拓展各類基于時空服務信息的增值業務服務，從而帶動著民用北斗產業的迅猛發展。

北斗在衛勤保障領域的軍用需求同樣非常旺盛，借鑒民用的先進理念，北斗在衛勤保障領域的軍事體系化應用，也迫切需要構建一個以時空位置服務為核心、“網絡融合、數據融合、終端融合”為途徑的基礎服務體系，通過“民轉軍”的軍民融合形式促進北斗軍用的跨越式發展。

2 存在的問題

通過分析比較，北斗軍用和民用發展相比還存在著較大的差距，但由于軍用和民用在網絡環境、服務模式、接入方式等方面存在的差異性，北斗民用技術成果并不完全適合直接在軍事領域中照搬使用，推動軍事領域北斗體系化應用還存在一些難點，需要通過技術攻關和集成驗證研究來解決，體現在以下3 個方面：

2.1 網絡融合難

我國西部偏遠地區以及境外區域，北斗地基增強網站點稀疏甚至無基準站覆蓋。因此，需要考慮各種形式機動增強站的補充、入網設計，能為該區域提供高精度時空服務覆蓋。

民用時空服務面向互聯網的高帶寬環境進行設計，軍用通信網絡通常具有窄帶寬、數據權限分級使用、安全保密等要求，與民用互聯網、移動通信網絡相比具有較大的差異。因此，需結合軍事應用特點和服務模式，根據不同的使用環境要求，綜合設計運用各種軍民通信網絡資源，需要研究占用最少通信資源的數據播發策略及協議。

民用時空服務單向廣播模式的差分數據播發尚不具備廣域范圍服務能力，而軍事應用在很多情況下由于使用條件要求，需要通過衛星播發等手段來解決廣域覆蓋問題。

2.2 數據融合難

民用時空服務基于運營模式以及實時在線服務的考慮，在提供高精度位置服務的同時搜集用戶數據，主要以雙向聯網的模式提供亞米/分米/厘米級的服務；而軍事應用考慮到位置的保密性，各類軍事用戶在平時、非戰軍事行動、戰時環境下使用的方式和手段不同，在很多軍事應用場景中需要以單向服務模式為主，自身的位置上報則通過戰術通信渠道來實現數據和服務的雙向在線問題。

受技術體制限制，目前的各類數據服務基本以離線方式為主，嚴重影響裝備功能和性能發揮。軍用地圖、地理信息等基礎數據通常以下發拷貝方式提供，數據無法在線更新，有新的數據變化也不能即時更新，這和民用GIS 數據推送下載、在線引導、和結合用戶反饋實時動態信息融合更新處理的模式無法相比，需要結合軍事應用的終端、網絡等環境條件分析，綜合利用軍民用數據資源，研究數據接口，突破現有服務模式限制，利用網絡化的服務平臺，按需為各類用戶提供在線的數據服務。

由于缺乏對裝備、用戶以及應用數據的積累，同時并未充分利用民用互聯網大量具有軍事價值的信息資源，從而難以開展數據挖掘分析，同時數據分析挖掘模型更多的是針對應用場景量身定制，不能直接使用，因此，需要盡快分析和建立軍事應用數據分析挖掘的各類模型，挖掘數據的潛在價值并開展智能化綜合利用。

2.3 終端融合接入難

現有軍用末端設備接口形態較多，且操作系統環境各異，如對其改造升級存在很多約束條件，難以提供統一的改造方案。因此，需要在盡量減少對現有終端軟件、硬件改造的基礎上，研究配備通用化、兼容性強的接口裝置，支持現有軍用末端設備獲取軍用時空服務平臺提供的高精度定位和位置增值服務，實現功能升級。

3 衛勤保障“北斗+”軍事應用體系

3.1 建設思路

綜合上面論述所存在的問題，在借鑒北斗民用應用的先進思維、理念及模式基礎之上，充分吸納民用技術和已有成果，彌補北斗軍事應用短板，圍繞軍事技術轉化難點和集成應用難點的創新突破，開展衛勤保障領域“北斗+”體系化研究，打造以“衛勤保障高精度時空服務平臺”為核心的“北斗+”服務體系，研制基礎通用衛勤軟硬件產品，探索北斗高精度時空服務應用發展模式，加速發揮北斗高精度時空服務對我軍智能化衛勤保障體系發展技術引擎的支撐和引領作用。

3.2 衛勤保障“北斗+”軍事應用體系架構

衛勤保障“北斗+”是以北斗衛星導航系統、北斗地基增強系統等北斗時空基礎設施為基礎，以在線、開放的軍用時空服務平臺為核心，支撐民用技術成果的快速轉化，融合高精度地理空間信息資源（高分/氣象等天基資源、地理信息系統、地圖等）、作戰要素信息資源、互聯網大數據資源，綜合運用軍事通信網絡和軍民共用的移動通信網絡，構建的“北斗+ 數據+ 網絡+”軍用時空基準綜合應用體系。

衛勤保障“北斗+”體系按照分層架構設計，對資源進行有效組織和管理，形成面向全軍衛勤保障的各種服務，其總體架構如圖1 所示。

圖1 衛勤保障“北斗+”軍事應用體系架構Fig.1 Architecture of the‘beidou plus’application system for military medical support

以北斗地基增強網以及補充建設的機動增強網為核心時空基準資源，融入高分、互聯網、衛勤保障要素等基礎數據資源，利用各類軍民通信網絡（包括軍用4G、軍用5G、高通量衛通、軍事綜合信息網、國防光纖網等）作為基礎網絡支撐，形成衛勤軍事“北斗+”資源池；利用軍事“北斗+”資源池，面向高精度定位、加速定位、GIS 服務等開發基礎服務，面向聯合作戰衛勤保障應用，提供通用功能服務和業務開發服務，集成軍用時空服務平臺；面向衛勤保障軍事應用場景的特點，基于衛勤保障高精度時空服務平臺提供的各類服務，開發應用支撐軟件，并提供相關的硬件設備，支撐衛勤保障“北斗+”應用系統的構建。

衛勤保障高精度軍用時空服務體系，面向陸軍、海軍、空軍、火箭軍、戰略支援部隊、聯勤保障部隊等各軍兵種衛勤力量，包括戰區醫院、軍區醫院、野戰醫療所（隊）、師旅團救護所、衛生營、衛生連等機動衛勤力量和建制衛勤力量，為諸兵種之間的全天候、一體化聯合作戰提供全天候、連續、實時、高精度的衛勤保障，極大提高我軍衛勤指揮控制、多域協同保障和快速反應能力，大幅提升衛勤保障效能。

3.3 融合建設思路

3.3.1 軍民融合

為了實現民用領域與軍事應用的深度融合，打通并構建全天候的民向軍、適時的軍向民的基于“高精度北斗+互聯網+增值服務”的軍民雙向共享機制，充分借鑒和利用國家推出的“高精度北斗+互聯網+增值服務”的“北斗+”模式的已有成果，實現戰時快速形成戰斗力，平時快速形成保障力。通過以下兩種手段開展相應設計與建設。1）構建基于“高精度北斗+軍用網絡+增值服務”的軍事專用服務平臺，通過符合安全保密的離線交互方式構建與民用“高精度北斗+互聯網+增值服務”服務平臺之間的雙向共享機制。這種方式優點軍民獨立建設，安全性高，但是也存在共享實時性較差的問題；2）利用符合軍隊安全保密標準的數據網關、防火墻、入侵檢測等設備，通過軍碼、民碼等加密通信手段，在融合了“高精度北斗+互聯網+增值服務”服務平臺的民用網絡之上，構建軍用VPN、衛勤私有云，用于構建衛勤保障“北斗+”高精度時空服務平臺，并實現軍民融合數據實時共享。為我軍遂行軍事作戰行動、突發公共衛生事件以及非戰軍事行動提供多源數據輸入，極大便利了受傷人員搜索、疫區隔離封控的開展，進一步提升衛勤保障整體效能。

3.3.2 兼容共享

以體系化對抗為鮮明特征的現代化一體化聯合作戰，對后勤保障（包括衛勤保障）提出了體系深度融合的更高要求。由于我軍后勤保障獨立規劃建設發展的歷史原因，導致后勤尚未完全與作戰實現深度融合。鑒于此，通過在遵循全軍頂層體系架構的前提下，打破“豎煙囪”粗放式的發展建設，從全軍頂層統籌規劃做好后勤保障領域（包括衛勤保障）北斗高精度服務方面的標準規范、技術體制、安全保密等等工作。通過以下3 種手段開展相應設計與建設。1）在全軍頂層架構下構建形成可覆蓋戰術戰役區的態勢感知、衛勤指揮、戰傷救治、傷員后送、核生化威脅處置、衛生物資保障、聯合搜救等衛勤保障各方面的報文格式、數據接口等衛勤保障標準規范集，指導和約束符合聯合作戰要求的衛勤保障體系建設；2）在作戰指揮統一平臺之上研發面向衛勤保障領域的統一交互平臺，為各衛勤保障業務信息系統提供統一的平臺支撐，也便于與聯合作戰指控系統之間信息交互；3）構建形成衛勤保障裝備器材型譜，防止衛生裝備器材無序、重復研發設計，形成可滿足戰術戰役戰略不同層級的衛生裝備器材。逐步與聯合作戰指揮控制系統的有機融合銜接，實現作戰與后勤保障的協同發展，大幅提升整體作戰效能。

4 衛勤保障軍事應用啟示

綜合衛勤保障“北斗+”的功能機理特點分析，衛勤保障“北斗+”可以在以下幾個方面有所突破和作為。

4.1 一體化衛勤態勢感知

習主席指出，“強國強軍必須強后勤，著力建設一切為了打仗的后勤”。當前，一體化聯合作戰條件下，作戰制勝機理正在由優先掌控物質和能量向奪取信息方面轉變，一體化態勢感知能力是實現信息主導的重要支撐［6］。衛勤保障領域現有的業務綜合保障基地態勢系統，采用態勢逐級處理、逐級轉發的模式，情報來源主要依賴現地偵察、先期偵察、內部匯集、上級情報保障，戰場態勢感知覆蓋度、精確性、時空一致性等均已不能滿足現代信息化作戰衛勤保障的需求。因此，需要拓展高精度位置、高精準時間等北斗時空服務對態勢感知的支持，整合天基、空基、地基感知資源，匯聚高分影像、互聯網公開信息源等新型戰場感知數據，使衛勤態勢感知模式從“自我感知”向具備“天基信息和軍民融合一體支持感知”轉變，增強戰場的“透明度”，提高復雜戰場環境下遂行衛勤保障任務的全域態勢感知維度、廣度和精度。

4.2 全域衛勤作業指揮

在現代國際環境以及新型戰爭模式下，我軍軍事行動范圍逐步由區域防衛作戰擴大到全域機動作戰，作戰能力正在向“空地一體、遠程機動、遠程打擊、快速突擊”的方向躍升，作戰樣式也開始向遠距機動作戰轉變。作為一體化聯合指揮中后勤指揮重要的一環［7］，衛勤作業指揮針對衛勤保障裝備、器材、物資、藥材，以及遂行衛勤保障任務的各類人員等衛勤要素進行合理化的調配、前瞻性的謀劃，來提升作戰支援保障的效能。上述衛勤要素的精確定位和保障目標的精確定位，是支撐聯合衛勤作業指揮的基礎要素，而北斗為各衛勤力量提供高精度定位，建立戰場統一坐標的基礎，是實施聯合衛勤保障的基礎支撐，其精度和快速性直接影響衛勤保障快速反應速度和時間。但是目前衛勤保障裝備器材、物資、藥材、衛勤人員等，存在著知悉范圍和精度受限、陌生地域缺乏高精度快速定位和引導手段、作業效率低、與友鄰共享程度不夠等問題，無法滿足全域一體化聯合衛勤作業指揮的實施、隨時隨地隨機快速機動、陌生地域快速精準抵達以及聯合保障共享的需求。因此，迫切需要利用現有地基增強網成果，將民用的高精度服務能力轉化到軍用中來。

4.3 實兵數字化衛勤訓練

從實戰化衛勤保障需求出發，從難從嚴訓練部隊，是提高衛生力量實戰化衛勤保障水平的根本途徑。既往我軍綜合衛勤演訓存在逼真度低、保障難度大、戰場氛圍不濃、訓練效果不明顯等缺點。隨著北斗定位導航、大數據、虛擬現實等新技術的發展，以數字化虛擬衛生裝備器材、沉浸式虛擬實戰場景為基礎，開展實兵數字化衛勤訓練成為新興訓練模式［8］，但是由于定位精度低，仍存在著傷員后送路線不精確、核生化探測區域界定精度不夠、聯合搜救效率低下、物資全域可視化分辨率不高、衛勤保障要素運動軌跡不精確、效果評估缺乏全方位的可信數據支撐等不足，這都對基于北斗的高精度時空服務能力提出了更高的要求。通過構建高精度衛勤演訓環境及對演訓衛勤單元高精度位置和運動軌跡的采集，將準確的時空信息與行動狀態結合起來，分析衛勤保障單元的行動軌跡狀態，能對訓練效果進行精準判斷和評估，不僅提高我軍衛勤實兵訓練水平和軍事訓練質量，也可復盤反推衛勤訓練和型號衛生裝備的研制及新技術研發。

4.4 快遞式精準衛生物資保障

現代化戰爭異常慘烈，傷病員的傷病情更加復雜，衛生物資需求呈指數級上升，體量巨大。美軍率先提出“全球資源可視系統”的概念，依托其先期構建的GPS 全球定位導航系統，融合自動識別技術、全球運輸網絡、聯合資源信息庫和決策支持系統，使得物資調配效率得到優化，物資保障效能大幅提升［9-10］。當前，在我軍衛勤保障領域，存在“傷員流”、“裝備流”和“器材流”全程可視化難的問題，缺乏實時高精度位置服務的基礎支撐，難以實施高效的可覆蓋生產、供應、接收、分發、盤點、調換、維修、報廢等衛生裝備器材全生命周期活動，導致衛生裝備器材管理精準化程度不足，嚴重制約了衛生物資保障效能的提升。因此，建立現代化的衛生物資保障系統是發展的根本出路。依托軍用高精度時空服務平臺，融合新一代移動通信技術（軍用4G/5G、高通量衛星通信等）、自動識別技術、智能化決策支持、智能路徑規劃、資源調配等高新信息技術，實現衛生裝備物資全流程、全生命周期的可視化監控，實時掌握衛生裝備物資底數以及調配的完成情況，并根據局勢變化及時且適時作出決策調整，對運輸平臺進行科學化調度，發揮其最大運力。最終，構建形成協同統一、調度高效的衛生裝備物資可視化管理中心，衛生裝備物資保障效能大幅提升，實現精確衛勤資源保障。

4.5 無人化/智能化協同衛勤保障

謀求“無人制勝”是當前及未來軍事作戰領域的一個重要發展趨勢，將徹底顛覆傳統作戰樣式。未來陸、海、空、天戰場將大量運用無人化/智能化作戰裝備，成為信息化戰場的“尖兵之翼”，構建形成多維多域無人化/智能化的聯合作戰體系［9-10］。衛勤保障領域，常面臨復雜環境下執行傷病員搜救、醫療救治、醫療后送以及核生化威脅處置等任務，使得遠程無人診療裝備器材、可適應多復雜地形條件的智能無人后送平臺、智能集群核生化威脅處置無人裝備等無人智能化系統或無人平臺，成為當前和未來衛勤保障領域研究的熱點。無人智能裝備器材發展的關鍵在于高精度定位、姿態感知、環境感知和自動化控制等技術，而高精度時空基準以及基于時空的拓展服務是支撐這些關鍵技術的基礎條件，能夠推動無人/智能裝備快速形成能力，保證高度自動化/自主運行、協同作業/集群化保障等多樣化衛勤保障任務的完成。