一、基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能無線哨兵系統(tǒng)背景

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以協(xié)助實(shí)現(xiàn)有效的戰(zhàn)場態(tài)勢感知，滿足力量態(tài)勢感知 的 要求。典型設(shè)想是用無人機(jī)將大量微傳感器結(jié)點(diǎn)散布在戰(zhàn)場的廣闊地域，這些 結(jié)點(diǎn) 自組成網(wǎng)，將戰(zhàn)場信息收集、傳輸、融合，為各參戰(zhàn)單位提供情報(bào)服務(wù)。近 年來， 世界各國對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于情報(bào)探測的研究越來越多。 美國在上世紀(jì)90 年代初已經(jīng)出現(xiàn)了多種戰(zhàn)場傳感器監(jiān)視系統(tǒng)，如“輪巴斯" 系 統(tǒng)，包括聲、振動(dòng)、紅外、磁等傳感器， 可以識(shí)別人（識(shí)別范圍3-50 米）、輪 式車 輛（識(shí)別范圍 15-250 米）還是履帶車輛（識(shí)別范圍 25-350 米），并將結(jié)果 實(shí)時(shí) 無線上傳至指揮部。五角大樓委托洛克希德-馬丁公司研制一系列各種各樣 的無線 傳感器，其中一些可以成普通的石頭，安裝了太陽能電池板、微型計(jì) 算機(jī)、地 震傳感器、攝像頭和麥克風(fēng)等設(shè)備， 這些無線傳感器可對潛在的分 子暗中監(jiān)視 20 年之久。 在美國弗吉尼亞州諾?？丝?，洛克希德公司研制了由50 枚手掌大小的聲學(xué) 和 地震傳感器連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)模塊。當(dāng)傳感器發(fā)現(xiàn)人或者交通工具時(shí)，它 就會(huì) 利用射頻將信號(hào)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并最終發(fā)送到衛(wèi)星、戰(zhàn)術(shù) 網(wǎng)絡(luò)和 士兵終端上，或者直接傳送到指揮中心。這些傳感器耗能很少，能裝備太 陽能電池 板，可工作20 年甚至更久。新型傳感器的價(jià)格相對不高， 每套為1000 美元左右， 僅為高精炮彈的八十分之一。 俄羅斯沃羅涅日空軍學(xué)院發(fā)明了一種秘密觀察設(shè)備——“間諜石頭"，該設(shè) 備 成石頭模樣，并配有運(yùn)動(dòng)傳感器、迷你攝像頭和履帶式行走裝置， 可用來 進(jìn)行 信息收集、處理和傳輸。由于其外貌酷似石頭，在野外時(shí)很難被發(fā)現(xiàn)。 特別是 在陣地戰(zhàn)中，當(dāng)中立地帶處于敵方嚴(yán)密監(jiān)控，且被手火力控制時(shí)，普 通偵察兵 很難實(shí)施偵察活動(dòng)，“間諜石頭"這時(shí)就能派上大用場。

二、無線哨兵系統(tǒng)組成

本方案介紹的智能無線哨兵基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于區(qū)域內(nèi)環(huán)境 （振動(dòng)、聲、磁場、紅外）探測與感知，并將匯總的區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心。 智能無線哨兵具有體積小、自供電、長時(shí)間續(xù)航、智能化探測、自主學(xué)習(xí)等特點(diǎn)。

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能無線哨兵組成如圖2 所示。系統(tǒng)由探測節(jié)點(diǎn)、路 由節(jié)點(diǎn)、無線網(wǎng)關(guān)、和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心組成。

無線探測節(jié)點(diǎn)定時(shí)或觸發(fā)方式探測周圍的環(huán)境數(shù)據(jù)，并將分析的探測結(jié)果數(shù) 據(jù)（節(jié)點(diǎn)位置、闖入物類型和特征值）發(fā)送至無線網(wǎng)關(guān)；無線探測節(jié)點(diǎn)的典型傳 輸距離2000 米，如果數(shù)據(jù)無法直達(dá)無線網(wǎng)關(guān)，可通過無線路由節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接后發(fā)送 至無線網(wǎng)關(guān)。一片區(qū)域內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)無線網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)通過4G/5G 或北斗衛(wèi)星 匯總上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，遠(yuǎn)程監(jiān)控中心分析遠(yuǎn)程戰(zhàn)場的態(tài)勢，并綜合各種數(shù)進(jìn) 行現(xiàn)場態(tài)勢評估。

三、智能無線哨兵系統(tǒng)典型應(yīng)用領(lǐng)域

智能無線哨兵系統(tǒng)可應(yīng)用于以下場景：

（1） 邊遠(yuǎn)海島監(jiān)測：實(shí)現(xiàn)邊遠(yuǎn)海島的隱秘的環(huán)境監(jiān)測，分析判斷是否有敵 我戰(zhàn)船、戰(zhàn)車、戰(zhàn)機(jī)或人員經(jīng)過，并進(jìn)行安全預(yù)警，大大減輕資 源投入和人員風(fēng)險(xiǎn)。

（2） 邊防線監(jiān)測：在邊防線附近部署基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能無線哨 兵，可隱秘的監(jiān)測邊防線附近的人員、車輛等流動(dòng)情況，防止、 偷 渡等事件發(fā)生；

（3） 島嶼情報(bào)偵察：通過無人機(jī)布撒傳感器的方式，在某島嶼海岸線附近 大量 布設(shè)智能無線哨兵，采集某島嶼海岸線附近的水文、環(huán)境、人員、 車輛、 艦船等信息，并通過北斗報(bào)文傳輸數(shù)據(jù)，了解地方布防情況， 為未來我 軍登陸提供數(shù)據(jù)支撐和遠(yuǎn)程情報(bào)支持。

四、智能無線哨兵系統(tǒng)主要特點(diǎn)

智能無線哨兵系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：

（1） 多節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)：智能無線哨兵由多個(gè)無線探測傳感器陣列組成，每個(gè)陣 列可 探測一個(gè)或多個(gè)區(qū)域，無線探測傳感器網(wǎng)絡(luò)包含少量無線網(wǎng)關(guān)， 匯聚探 測節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心；

（2） 探測多類型數(shù)據(jù)：每個(gè)探測節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)、噪聲、磁場、溫濕度、 GPS 位置等環(huán)境探測，以及數(shù)據(jù)分析、甄別；

（3） 4G/5G 與北斗衛(wèi)星結(jié)合：國內(nèi)有4G/5G 網(wǎng)絡(luò)的地方，使用4G/5G 網(wǎng) 絡(luò) ，成本更低；在邊遠(yuǎn)地區(qū)無 4G/5G 網(wǎng)絡(luò)的地方，或敵對非友好地 區(qū)探 測，使用北斗衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)；

（4） 隱蔽性好：被動(dòng)探測、體積小、隱蔽性好、可成石頭外觀，不易 被 發(fā)現(xiàn)；

（5） 高密度探測：傳感器體積小，成本低，可以提高單位面積內(nèi)的傳感器 的覆 蓋數(shù)量；

（6） 低功耗：采用太陽能+電池的能源供給方式，典型工況續(xù)航2 年以上；

（7） 傳輸距離遠(yuǎn)：探測節(jié)點(diǎn)與無線網(wǎng)關(guān)之間采用星型通訊方式，探測節(jié)點(diǎn) 與 無線網(wǎng)關(guān)之間通訊距離不低于2km（視距），如果需要監(jiān)測的范圍 更大 ，可以使用路由節(jié)點(diǎn)起到距離延伸的作用。

（8） 人工智能、大數(shù)據(jù)：結(jié)合數(shù)據(jù)加密技術(shù)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用， 打造物聯(lián)感知、智慧可視的邊防數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，全面構(gòu)筑人防、物防、 技防一 體化的全天候、、立體化的智能哨兵安全防控體系，最 終打造形成 全時(shí)空、多層次、寬領(lǐng)域的智能化邊防管控。

（9） 低成本：采用無線傳感器節(jié)點(diǎn)的方式，大大降低監(jiān)測成本，為未來大 面 積推廣提供可能。

五、智能無線哨兵系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

無線探測節(jié)點(diǎn)的主要性能指標(biāo)如下：

（1） 無線探測節(jié)點(diǎn)內(nèi)置振動(dòng)、噪聲、磁場、溫濕度、GPS/北斗等傳感器；

（2） 外表：成石頭樣，適應(yīng)沙漠、叢林、海灘等環(huán)境；

（3） 振動(dòng)測量：量程±2g ，采樣率 5kHz，可通過振動(dòng)數(shù)據(jù)分析、傳輸振 動(dòng) 特征值，探測振動(dòng)源的類型；

（4） 噪聲測量：量程 140dB，采樣率 100kHz，分析噪聲源的類型；

（5） 磁場測量：量程5 高斯，可分析是否有磁性設(shè)備經(jīng)過；

（6） 溫濕度測量：溫度測量范圍-40℃~85℃,精度±0.5℃,濕度測量范 圍 0%~99%RH，精度5%；

（7） GPS、北斗位置測量精度：10m RMS；

（8） 采樣周期：不低于 10分鐘采集一組數(shù)據(jù)；

（9） 觸發(fā)采集：如果振動(dòng)或噪聲超過門限值，探測節(jié)點(diǎn)可以啟動(dòng)采集并喚 醒周 圍節(jié)點(diǎn)進(jìn)入工作狀態(tài)；

（10） 電池：內(nèi)置電池，待機(jī)不小于2 年，具備光伏發(fā)電功能，可在有陽光的環(huán)境下自充電；

（11） 無線頻率：433MHz；

（12） 傳輸距離：空曠不低于2km；

（13） 體積：不大于50 mm×50 mm ×40mm；

（14） 重量：不大于 100g；

（15） 使用環(huán)境：-40℃~85℃,濕度0%~99%RH；

（16） 防水等級：IP67；

（17） 抗沖擊 1000g，可以適應(yīng)100米下的空投環(huán)境。

六、智能無線哨兵系統(tǒng)森瑟科技所涉及的傳感器