呂律駿

摘 要 本文主要針對現(xiàn)有警察戰(zhàn)術訓練系統(tǒng)進行軟件和硬件方面改進的可行性探討，主要涉及技術包括超寬帶數(shù)據(jù)傳輸、紅外激光技術、圖像識別以及多功能護具等科技，模擬、仿真當前執(zhí)法作戰(zhàn)環(huán)境，用于解決目前社會形勢發(fā)展過快而給當前警察戰(zhàn)術訓練帶來的困擾。

關鍵詞 警察戰(zhàn)術訓練模式 超寬帶技術 戰(zhàn)術訓練系統(tǒng)

中圖分類號：D631.15 文獻標識碼：A

Vision and Tactical Training System Planning on Police Tactical

Training and Ultra-wideband Technology Combination

——Police Combat Training Simulation Technology Research Papers

LV Lvjun

（Shanghai Police College， Shanghai 200137）

Abstract This paper mainly police tactical training system for existing software and hardware improvements to explore the feasibility， mainly related technologies， including ultra-wideband data transmission， infrared laser technology， image recognition， and multi-functional protective gear and other technology， simulation， simulation of the current law enforcement combat environment for solving the current social situation and the development of fast tactical training to the current problems caused by the police.

Key words police tactical training mode; ultra-wideband technology; Tactical Training System

0 前言

隨著科技的進步和社會的發(fā)展，我國的基礎建設日新月異，各種標志性的建筑近幾年不斷出臺，就以上海為例：地鐵運營線由2005年的65公里增至現(xiàn)在的343公里，車站數(shù)225座;大型商業(yè)圈有：人名廣場商業(yè)圈、淮海路商業(yè)圈等，還有分布在各個區(qū)縣的中小型商業(yè)圈;以金茂大廈，環(huán)球金融中心為代表的甲級寫字樓不完全統(tǒng)計就超過500幢;數(shù)量眾多的建筑物其建筑風格大相徑庭，其共同點就是面積龐大，通道復雜。

以此為基點，結(jié)合我國警察訓練當前的狀況，警察建筑物搜索、攻堅訓練正處于上升發(fā)展階段。受香港警察訓練模式的啟發(fā)，我國的警察戰(zhàn)術訓練由以往的劇情化訓練模式逐步提升為對抗性訓練模式，很多地方警察院校及特警單位借鑒香港警察學院訓練模式，訓練場地也由無規(guī)劃性野外訓練逐步向有規(guī)劃性的室內(nèi)場景過渡，并以工作任務特性為導向建有各自風格的戰(zhàn)術訓練大樓，便于院校學生、特警在訓練中更直觀地感受訓練任務。但著眼于當前社會形勢，就警察戰(zhàn)術訓練而言，特別是建筑物搜索等場景訓練與現(xiàn)實社會環(huán)境還存有一定的差距，從而導致訓練效果相對滯后于工作需求。

1 問題的提出

1.1 訓練環(huán)境與工作環(huán)境的脫節(jié)

當前戰(zhàn)術訓練大多圍繞多功能戰(zhàn)術訓練大樓而展開，學員雖然能完成一些基礎科目，但要適應外界的社會環(huán)境還存有距離。特別是很多戰(zhàn)術訓練大樓的基礎硬件建設基本被固定，進行結(jié)構上的調(diào)整勢必要花費高額的人力、物力改造，因而訓練環(huán)境存在僵化。另外還存在訓練營區(qū)土地面積、財政開支等限制的因素，難以大幅度改動，訓練環(huán)境具有局限性。

1.2 訓練設備與訓練需求的脫節(jié)

現(xiàn)有對抗訓練設備主要是彩彈對抗和激光對抗兩種，但二者在使用中卻都存有一定弊端：

1.2.1 彩彈

彩彈對抗優(yōu)點是能夠在對抗中體驗實彈射擊的后坐力，被擊中者有擊中感和疼痛感。

問題在于精度差、射程近、訓練成本高，對槍支損傷大，判別是否被擊中帶有主觀性，訓練結(jié)果滯后。

1.2.2 激光訓練系統(tǒng)

激光訓練系統(tǒng)，優(yōu)點為便于移動、成本低，能實時掌控訓練過程，問題在于：

（1）T型光柱問題。由于激光發(fā)射器的光柱成發(fā)散型，即：T型光柱，從發(fā)射源開始往后成比例無限擴大，導致在常規(guī)訓練中出現(xiàn)兩個問題：一是距離過遠，紅外光照覆蓋覆蓋多人，造成“多人中彈”;二是距離過近，紅外光照捕捉不到接收器，造成“無人中彈”。

（2）鏡面反射問題。接收器對任何經(jīng)過反射、折射后抵達接收器的激光源都視為有效，例如：鏡子、玻璃等所反射的光源，此時的結(jié)論與戰(zhàn)術需求不符。

（3）遮擋接收器作弊問題。激光接收器由于外在的干擾而無法常理工作。此干擾為兩種表現(xiàn)形式：一是人為惡意遮擋接收器。遮擋方式為：用手遮擋接收器或是用已經(jīng)被擊中的人員為掩體遮擋;二是無意識的遮擋掩體。遮擋方式為：a、雖然按照常規(guī)已經(jīng)擊中對方，但是由于所擊中的身體部位沒有布設接收器，因而系統(tǒng)無法識別。b、雙方混戰(zhàn)，被擊中人員沒有及時離場或惡意滯留場內(nèi)，導致其身后人員沒有實時識別是否被擊中。

（4）掩體和掩護物的區(qū)分問題。掩體、掩護物區(qū)分與利用是戰(zhàn)術訓練一個重要知識點，但由于激光系統(tǒng)的工作原理都基于光線的傳輸特性，致使發(fā)射出的激光束能被所有遮蔽物所隔阻。

（5）實時掌控訓練問題?，F(xiàn)有的激光訓練系統(tǒng)采用的傳輸模式是單向傳輸模式，且反饋來的數(shù)據(jù)僅限于是否被擊中。指揮層所看到的只有一個個顯示隊員存活的亮或者暗的小燈泡，無法掌握是誰命中的目標，更無法實時掌控每個隊員所處的方位以及所發(fā)揮的作用。

綜上所述，當前戰(zhàn)術訓練的場地、設備難以滿足當今以及將來社會形勢發(fā)展的需求，那什么樣的常規(guī)戰(zhàn)術訓練才能滿足當前及將來社會發(fā)展的需要？

2 解決的方法

戰(zhàn)術訓練形式多元化才能應對社會形勢多元化。因而對于訓練設備的要求需要做到以下幾點：一是設備的精準性;二是設備的機動性;三是設備的變通性;四是設備的全局性;五是設備的延續(xù)性。

很多發(fā)達國家也都在考慮此類問題，在軍、警場景訓練中盡可能的結(jié)合現(xiàn)實地場景，以達到訓練預期的目的。就以美國為例，美國軍隊在2011年5月宣布預計投入5700萬美元，正式采用CryEngine 3游戲引擎，作為美國軍方Dismounted Soldier仿真模擬訓練系統(tǒng)的引擎。

該仿真模擬訓練系統(tǒng)主要是采用CryEngine3引擎，結(jié)合全套頭盔加傳感器等高科技，涉及常規(guī)軍事行動、非常規(guī)戰(zhàn)爭、維和行動、有限干預行動及和平時期的常規(guī)軍事任務等，模擬各種作戰(zhàn)環(huán)境進行虛擬作戰(zhàn)。

圖1為訓練場內(nèi)情景。圖2為虛擬場景。

圖1 圖2

以上仿真訓練系統(tǒng)，是以軟件模擬實地場景為主導，將現(xiàn)代戰(zhàn)爭中可能出現(xiàn)的地形地貌，樓宇建筑等，繪制成大量的數(shù)字地圖，再根據(jù)需求，從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取或是直接繪制所對應的地圖場景，讓受訓隊員在執(zhí)行任務前，體驗預期可能出現(xiàn)的種種狀況。此訓練具有針對性和前瞻性。但問題在于虛擬場景制作再為逼真，還是和現(xiàn)實場景有所區(qū)別，操作人員在訓練中無法感受如背靠掩體時依托力等的細節(jié)。同時3D引擎一般都是各家軟件公司的核心機密，其研發(fā)成本極高，就國內(nèi)較為普通的游戲公司來說，研發(fā)制作成本也超過千萬人民幣，且研發(fā)周期動輒三五年，難以在當前警察訓練中普及。

針對以上問題，本訓練系統(tǒng)力求一條既能夠降低成本，又能實地訓練的出路，解決方案如下：

2.1 激光訓練系統(tǒng)的優(yōu)化

把當前兩套戰(zhàn)術訓練設備進行分析，彩彈訓練模式相對單一，在研制上涉及到法律諸多問題，訓練中場地限制大，可優(yōu)化度較低。激光訓練系統(tǒng)具有一定的機動性，能夠與PC進行數(shù)字連接，再融入超寬帶無線通信技術，可優(yōu)化以往激光訓練系統(tǒng)工作模式。

2.1.1 什么是超寬帶無線通信技術

超寬帶是一種以極低功率在短距離內(nèi)高速傳輸數(shù)據(jù)的無線技術。這種原來專屬軍方使用的技術隨著2002年2月美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）正式批準民用而備受世人的關注。

（1）UWB的概念。超寬帶技術UWB（Ultra Wideband）是一種無線載波通信技術，利用納秒級非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此所占頻譜范圍較寬。按照FCC的規(guī)定，從3.1GHz到10.6GHz之間的7.5GHz的帶寬頻率為UWB所使用的頻率范圍。

從頻域來看，超寬帶有別于傳統(tǒng)的窄帶和寬帶，它的頻帶更寬。窄帶是指相對帶寬（信號帶寬與中心頻率之比）小于1%，相對帶寬在1%到25%之間的被稱為寬帶，相對帶寬大于25%，而且中心頻率大于500MHz的被稱為超寬帶。

（2）UWB的主要技術特點。UWB是一種無線通信技術，它將無線局域網(wǎng)LAN和個人局域網(wǎng)PAN的接口卡和接入技術帶來低功耗、高帶寬并且相對簡單的無線通信技術。

A、抗干擾性能強。UWB采用跳時擴頻信號，系統(tǒng)具有較大的處理增益，在發(fā)射時將微弱的無線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中，輸出功率甚至低于普通設備產(chǎn)生的噪聲。

B、傳輸速率高。UWB的數(shù)據(jù)速率可以達到幾十Mbit/s到幾百Mbit/s，有望高于藍牙100倍，也可以高于IEEE 802.11a和IEEE 802.11b。

C、帶寬極寬。UWB使用的帶寬在1GHz以上，高達幾個GHz。超寬帶系統(tǒng)容量大，并且可以和目前的窄帶通信系統(tǒng)同時工作而互不干擾。

D、消耗電能小。UWB不使用載波，只是發(fā)出瞬間脈沖電波，也就是直接按0和1發(fā)送出去，并且在需要時才發(fā)送脈沖電波，所以，消耗電能小。

E、保密性好。一是采用跳時擴頻，接收器只有已知發(fā)送端擴頻碼時才能解出發(fā)射數(shù)據(jù);二是系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度極低，用傳統(tǒng)的接收機無法接收。

F、發(fā)送功率非常小。UWB系統(tǒng)發(fā)射功率非常小，通信設備可以用小于1mW的發(fā)射功率就能實現(xiàn)通信。低發(fā)射功率大大延長系統(tǒng)電源工作時間，對人體的影響也會很小。

2.1.2 融入UWB后的工作特點

（1）工作范圍。一套基本配置的UWB需要4個雷達，工作范圍已經(jīng)可以達到75米X5米=5625平方米，誤差100～50公分。當需要更大的精確程度或者更大的工作范圍時，可在需要的位置增加雷達。如需在一個占地22500平方米的營區(qū)進行全營覆蓋，用9個左右雷達即可。需要多少面積以此類推。

（2）雷達的墻面穿透性。從所有無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑韥碚f，最理想的信號傳輸場所是空曠的場地，但是我們選用的UWB技術因為穿透力極強，通常除開承重墻外，一般性墻門和家具可以忽略不計，同時可以通過增加雷達或者改變雷達的位置來解決問題。

（3）對于人員的定位。在雷達區(qū)域內(nèi)，所有人員和物體的移動軌跡都能在主機中記錄。其中根據(jù)需要，可以分為：單人定位、多人定位、全員定位。所需要人員身上攜帶一枚標簽就可以完成基本的位置定位，若有需要可以完成更精確的姿勢定位、面向定位等特殊需求。

（4）UWB對于人員識別及數(shù)量的。在雷達區(qū)域內(nèi)，可同時記錄定位的人員數(shù)量從理論上來說可以達到幾千名，實際工作時的數(shù)量取決于主機運算的工作能力，現(xiàn)有普通主機已經(jīng)可以支持兩百名以上的人員同時定位需求。

2.1.3 優(yōu)化后的激光訓練系統(tǒng)能夠解決哪些問題

（1）如何優(yōu)化。以現(xiàn)有激光訓練系統(tǒng)為模板，考慮該訓練系統(tǒng)所存在的問題，結(jié)合UWB技術和圖像傳輸技術對激光的非正常工作進行過濾，并融入WEB2.0的技術理念，進行多方位傳輸，形成一個點點傳輸、點面?zhèn)鬏敗⒚婷鎮(zhèn)鬏數(shù)亩嘣瘋鬏斚到y(tǒng)。

參照訓練目的，我們首先將指定訓練場所，在計算機中制作一個建筑模型，根據(jù)需要對墻壁的顏色做渲染及添加更多的家具擺放（圖3），然后在其中安放人物模型，每個人物模型可以根據(jù)實際情況配置不同的衣服、槍支、顏色及冠名（圖4）。

圖3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖4

將人物模型寫入站立、蹲、行走、跑動、趴等姿態(tài)，再將傳感器芯片原代碼寫入電腦，當使受訓隊員穿戴好傳感裝備后能夠與虛擬人物同步。

同時在訓練場景內(nèi)布置發(fā)射雷達與建筑物地圖進行連接，從而訓練管理層能夠通過PC實時掌握受訓人員在訓練場景內(nèi)的訓練數(shù)據(jù)，同時可以通過無線通訊實時指揮。

（2）激光非正常工作的過濾。對于激光非正常工作的過濾，主要是采用三層方法。

首先，發(fā)射器發(fā)射出激光被接收器接收并將數(shù)據(jù)傳入主機。其次，超寬帶識別兩人之間的位置坐標信號，將該數(shù)據(jù)傳入主機。第三，將圖像傳輸?shù)街鳈C。根據(jù)這三重數(shù)據(jù)，主機結(jié)合建筑物結(jié)構圖形進行數(shù)據(jù)分析，將非正常因素進行過濾，得出結(jié)論：a、激光接收器正常工作——確定擊中;b、鏡面反射工作——否定擊中;c、前方有作弊性阻擋——確定擊中;D、前方為掩體（能夠擋子彈的隱蔽物）——否定擊中;E、前方為掩護物（不能夠擋子彈的隱蔽物）——確定擊中;F、多個激光接收器同時感應一個發(fā)射器所發(fā)射的光源——最前方人員確定擊中。也就是可以將單一的激光訓練系統(tǒng)的弊端，通過多重數(shù)據(jù)分析進行彌補。

（3）對于訓練過程的掌控。

A、參訓人員的識別

由于UWB技術的介入，除對抗雙方的人員信息識別外，還可以隨意添加其他角色，例如人質(zhì)、群眾等。

該功能還可以隨時調(diào)取帶有標簽的任何人的現(xiàn)場信息，即我需要了解張飛的活動信息，只需要點擊調(diào)取。

B、全局指揮層、紅方指揮層、藍方指揮層對訓練信息的不同程度掌握（如圖5）。

訓練全程將以實時數(shù)字信號形式進行錄像，如有需要可隨時調(diào)取并可以任意視角觀察任意時間點的細節(jié)，以便訓練后總結(jié)。

3 對于激光訓練系統(tǒng)的下一步設想

3.1 細化人體部位

人體部分從武器使用區(qū)分為：致命部位和非致命部位。即有些部位可以一槍斃命，有些則不能。人體部位對于戰(zhàn)術訓練存在哪些關鍵因素？

（1）警方。警方在訓練中，如果能夠識別出中彈部位，如非致命性部位受傷則可以同時開展自救和互救的訓練;（2）犯罪嫌疑人。如果能夠區(qū)分犯罪嫌疑人的中彈部位，那么訓練內(nèi)容又可增加一個環(huán)節(jié)：根據(jù)對象不同的中彈狀況，采取不同的控制方法，即：受傷和死亡的不同控制方法。此環(huán)節(jié)一直都是對抗訓練的空白。

圖5

圖6

3.2 該系統(tǒng)功能原理的可行性

（1）識別。人體部位的識別從技術上分析，要害部位和軀干的識別通過標簽識別和激光接受器雙重過濾完成。四肢的識別可采用涂料完成識別，該涂料為類似汽車牌照的炳光反光涂料，對人體無害，肉眼無法識別。用于涂在戰(zhàn)訓服上，區(qū)分不同人員和受傷部位，通過圖像傳送進入主機進行圖像自動識別分析，確定誰中彈及中彈部位。（2）要害部位和非要害部位中彈后的狀態(tài)。要害部位被擊中后則立刻失去戰(zhàn)斗能力，非要害部位被擊中后可根據(jù)擊中部位設定不同單位的時間，例如：軀干擊中后5分鐘后失去戰(zhàn)斗能力，四肢被擊中后則削弱戰(zhàn)斗能力。

4 該系統(tǒng)對于將來特警攻堅戰(zhàn)的影響

將來的時代是信息時代，作用在特警攻堅戰(zhàn)也不例外，在以往的很多案例中曾經(jīng)出現(xiàn)不少由于信息傳遞的延遲而延誤戰(zhàn)機，主要矛盾存在于決策層和指揮層獲得信息的不及時，而該系統(tǒng)的出現(xiàn)則可在信息傳遞時間上緩解這一矛盾。隊員的位置及狀態(tài)信號通過UWB系統(tǒng)傳入主機，嫌疑人的位置及狀態(tài)信號可通過狙擊手或觀察員手動輸入主機，而決策層和指揮層將能夠在屏幕上以2D或3D的形式實時查看所有人員的位置及狀態(tài)，以便及時作出合理指令（如圖6）。

介入WEB2.0技術理念，改變以往的單一傳輸模式，今后將在攻堅戰(zhàn)的信息傳送上，最高效率地傳輸?shù)谝恍畔ⅰ?/p>

指揮系統(tǒng)和控制系統(tǒng)也可以由以往的固定模式提升為車載的移動模式，便于現(xiàn)場指揮。

5 結(jié)論

該訓練系統(tǒng)除運用到常規(guī)訓練和實戰(zhàn)之外，其中超寬帶技術還能夠運用到消防、監(jiān)管、軍事、公安、消防、醫(yī)療、救援、測量、勘探等各種領域，用做隱秘安全通信、救援應急通信、精確測距和定位、透地探測雷達、墻內(nèi)和穿墻成像、監(jiān)視和入侵檢測、醫(yī)用成像、貯藏罐內(nèi)容探測等。

本項目是上海市教育委員會科研（創(chuàng)新）項目資助;項目編號：12YZ193