呂律駿

摘 要 本文主要針對現(xiàn)有警察戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行軟件和硬件方面改進(jìn)的可行性探討，主要涉及技術(shù)包括超寬帶數(shù)據(jù)傳輸、紅外激光技術(shù)、圖像識別以及多功能護(hù)具等科技，模擬、仿真當(dāng)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(dāng)前警察戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練帶來的困擾。

關(guān)鍵詞 警察戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練模式 超寬帶技術(shù) 戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)

中圖分類號：D631.15 文獻(xiàn)標(biāo)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(jìn)步和社會的發(fā)展，我國的基礎(chǔ)建設(shè)日新月異，各種標(biāo)志性的建筑近幾年不斷出臺，就以上海為例：地鐵運(yùn)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(fēng)格大相徑庭，其共同點(diǎn)就是面積龐大，通道復(fù)雜。

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

1 問題的提出

1.1 訓(xùn)練環(huán)境與工作環(huán)境的脫節(jié)

當(dāng)前戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練大多圍繞多功能戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練大樓而展開，學(xué)員雖然能完成一些基礎(chǔ)科目，但要適應(yīng)外界的社會環(huán)境還存有距離。特別是很多戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練大樓的基礎(chǔ)硬件建設(shè)基本被固定，進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的調(diào)整勢必要花費(fèi)高額的人力、物力改造，因而訓(xùn)練環(huán)境存在僵化。另外還存在訓(xùn)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(xùn)練環(huán)境具有局限性。

1.2 訓(xùn)練設(shè)備與訓(xùn)練需求的脫節(jié)

現(xiàn)有對抗訓(xùn)練設(shè)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(diǎn)是能夠在對抗中體驗(yàn)實(shí)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(xùn)練成本高，對槍支損傷大，判別是否被擊中帶有主觀性，訓(xùn)練結(jié)果滯后。

1.2.2 激光訓(xùn)練系統(tǒng)

激光訓(xùn)練系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)為便于移動、成本低，能實(shí)時掌控訓(xùn)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(kuò)大，導(dǎo)致在常規(guī)訓(xùn)練中出現(xiàn)兩個問題：一是距離過遠(yuǎn)，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(dá)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(shù)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(shè)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(dǎo)致其身后人員沒有實(shí)時識別是否被擊中。

（4）掩體和掩護(hù)物的區(qū)分問題。掩體、掩護(hù)物區(qū)分與利用是戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練一個重要知識點(diǎn)，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(shí)時掌控訓(xùn)練問題?，F(xiàn)有的激光訓(xùn)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(biāo)，更無法實(shí)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(dāng)前戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練的場地、設(shè)備難以滿足當(dāng)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(shù)訓(xùn)練才能滿足當(dāng)前及將來社會發(fā)展的需要？

2 解決的方法

戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練形式多元化才能應(yīng)對社會形勢多元化。因而對于訓(xùn)練設(shè)備的要求需要做到以下幾點(diǎn)：一是設(shè)備的精準(zhǔn)性;二是設(shè)備的機(jī)動性;三是設(shè)備的變通性;四是設(shè)備的全局性;五是設(shè)備的延續(xù)性。

很多發(fā)達(dá)國家也都在考慮此類問題，在軍、警場景訓(xùn)練中盡可能的結(jié)合現(xiàn)實(shí)地場景，以達(dá)到訓(xùn)練預(yù)期的目的。就以美國為例，美國軍隊在2011年5月宣布預(yù)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(xùn)練系統(tǒng)的引擎。

該仿真模擬訓(xùn)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(yù)行動及和平時期的常規(guī)軍事任務(wù)等，模擬各種作戰(zhàn)環(huán)境進(jìn)行虛擬作戰(zhàn)。

圖1為訓(xùn)練場內(nèi)情景。圖2為虛擬場景。

圖1 圖2

以上仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，是以軟件模擬實(shí)地場景為主導(dǎo)，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(yīng)的地圖場景，讓受訓(xùn)隊員在執(zhí)行任務(wù)前，體驗(yàn)預(yù)期可能出現(xiàn)的種種狀況。此訓(xùn)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(shí)場景有所區(qū)別，操作人員在訓(xùn)練中無法感受如背靠掩體時依托力等的細(xì)節(jié)。同時3D引擎一般都是各家軟件公司的核心機(jī)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(dāng)前警察訓(xùn)練中普及。

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

2.1 激光訓(xùn)練系統(tǒng)的優(yōu)化

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

2.1.1 什么是超寬帶無線通信技術(shù)

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(shù)。這種原來專屬軍方使用的技術(shù)隨著2002年2月美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）正式批準(zhǔn)民用而備受世人的關(guān)注。

（1）UWB的概念。超寬帶技術(shù)UWB（Ultra Wideband）是一種無線載波通信技術(shù)，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(shù)特點(diǎn)。UWB是一種無線通信技術(shù)，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(shù)帶來低功耗、高帶寬并且相對簡單的無線通信技術(shù)。

A、抗干擾性能強(qiáng)。UWB采用跳時擴(kuò)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(shè)備產(chǎn)生的噪聲。

B、傳輸速率高。UWB的數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到幾十Mbit/s到幾百M(fèi)bit/s，有望高于藍(lán)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(dá)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(kuò)頻，接收器只有已知發(fā)送端擴(kuò)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(jī)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(shè)備可以用小于1mW的發(fā)射功率就能實(shí)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(diǎn)

（1）工作范圍。一套基本配置的UWB需要4個雷達(dá)，工作范圍已經(jīng)可以達(dá)到75米X5米=5625平方米，誤差100～50公分。當(dāng)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(dá)。如需在一個占地22500平方米的營區(qū)進(jìn)行全營覆蓋，用9個左右雷達(dá)即可。需要多少面積以此類推。

（2）雷達(dá)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(shù)因?yàn)榇┩噶O強(qiáng)，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(dá)或者改變雷達(dá)的位置來解決問題。

（3）對于人員的定位。在雷達(dá)區(qū)域內(nèi)，所有人員和物體的移動軌跡都能在主機(jī)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(biāo)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(dá)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(dá)到幾千名，實(shí)際工作時的數(shù)量取決于主機(jī)運(yùn)算的工作能力，現(xiàn)有普通主機(jī)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(xùn)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(xùn)練系統(tǒng)為模板，考慮該訓(xùn)練系統(tǒng)所存在的問題，結(jié)合UWB技術(shù)和圖像傳輸技術(shù)對激光的非正常工作進(jìn)行過濾，并融入WEB2.0的技術(shù)理念，進(jìn)行多方位傳輸，形成一個點(diǎn)點(diǎn)傳輸、點(diǎn)面?zhèn)鬏敗⒚婷鎮(zhèn)鬏數(shù)亩嘣瘋鬏斚到y(tǒng)。

參照訓(xùn)練目的，我們首先將指定訓(xùn)練場所，在計算機(jī)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(shí)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(dāng)使受訓(xùn)隊員穿戴好傳感裝備后能夠與虛擬人物同步。

同時在訓(xùn)練場景內(nèi)布置發(fā)射雷達(dá)與建筑物地圖進(jìn)行連接，從而訓(xùn)練管理層能夠通過PC實(shí)時掌握受訓(xùn)人員在訓(xùn)練場景內(nèi)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，同時可以通過無線通訊實(shí)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(jī)。其次，超寬帶識別兩人之間的位置坐標(biāo)信號，將該數(shù)據(jù)傳入主機(jī)。第三，將圖像傳輸?shù)街鳈C(jī)。根據(jù)這三重數(shù)據(jù)，主機(jī)結(jié)合建筑物結(jié)構(gòu)圖形進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，將非正常因素進(jìn)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(hù)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(yīng)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(xùn)練系統(tǒng)的弊端，通過多重數(shù)據(jù)分析進(jìn)行彌補(bǔ)。

（3）對于訓(xùn)練過程的掌控。

A、參訓(xùn)人員的識別

由于UWB技術(shù)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(biāo)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(diǎn)擊調(diào)取。

B、全局指揮層、紅方指揮層、藍(lán)方指揮層對訓(xùn)練信息的不同程度掌握（如圖5）。

訓(xùn)練全程將以實(shí)時數(shù)字信號形式進(jìn)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(diǎn)的細(xì)節(jié)，以便訓(xùn)練后總結(jié)。

3 對于激光訓(xùn)練系統(tǒng)的下一步設(shè)想

3.1 細(xì)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(shù)訓(xùn)練存在哪些關(guān)鍵因素？

（1）警方。警方在訓(xùn)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(xùn)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(xùn)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(xùn)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(shù)上分析，要害部位和軀干的識別通過標(biāo)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(xùn)服上，區(qū)分不同人員和受傷部位，通過圖像傳送進(jìn)入主機(jī)進(jìn)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(shè)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(jī)，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(jī)，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(jī)，而決策層和指揮層將能夠在屏幕上以2D或3D的形式實(shí)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(shù)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(xùn)練系統(tǒng)除運(yùn)用到常規(guī)訓(xùn)練和實(shí)戰(zhàn)之外，其中超寬帶技術(shù)還能夠運(yùn)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(lǐng)域，用做隱秘安全通信、救援應(yīng)急通信、精確測距和定位、透地探測雷達(dá)、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(xiàng)目是上海市教育委員會科研（創(chuàng)新）項(xiàng)目資助;項(xiàng)目編號：12YZ193