一种基于图像识别和光电检测的单兵战术训练考核系统_于晓琳.pdf

www.ChinaAET.comEmbedded Technology嵌入式技术一种基于图像识别和光电检测的单兵战术训练考核系统*于晓琳1，张崇1，尹文刚1，秦岭2（1.中国人民武装警察部队警官学院，四川 成都 610213；2.西安翔迅科技有限责任公司，陕西 西安 710000）摘 要：单兵战术考核是融合智能、技能、体能为一体的综合体现，目前常用战术训练的训练场地、器材千差万别，缺乏必要的规范与标准性。基于图像识别和光电检测技术设计实现了智能化的单兵战术训练考核系统，该系统主要利用多对光电传感器代替传统铁丝网对训练者的进入、离开、跃进、冲刺以及训练过程中的违规触碰信号进行采集、处理、实时显示，并结合视频图像识别技术，对战术动作加以比对，以判断训练者通过全部掩体的时间，动作要领是否规范。采用无线传输方式，将考核成绩传送至后台管理中心进行分析统计，用于提高单兵考核训练的时效性、准确性、公平性。关键词：单兵战术；图像识别；光电感知；无线传输中图分类号：TM930.2 文献标志码：A DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.222882中文引用格式：于晓琳，张崇，尹文刚，等.一种基于图像识别和光电检测的单兵战术训练考核系统J.电子技术应用，2023，49(1)：114-118.英文引用格式：Yu Xiaolin，Zhang Chong，Yin Wengang，et al.A soldier tactical training and examination system based on image recognition and photoelectric detectionJ.Application of Electronic Technique，2023，49(1)：114-118.A soldier tactical training and examination system based on image recognition and photoelectric detectionYu Xiaolin1，Zhang Chong1，Yin Wengang1，Qin Ling2(1.Department of Information and Communication，Officers College of PAP，Chengdu 610213，China；2.Xian Xiangxun Technology Co.，Ltd.，Xian 710000，China)Abstract：Individual tactical assessment is a comprehensive reflection of intelligence,skills and physical fitness.Currently,the training sites and equipment commonly used in tactical training vary widely,lacking necessary norms and standards.Based on image recognition and photoelectric detection technique was used to implement the intelligent design individual tactics training evaluation system,the system is mainly used for photoelectric sensor instead of traditional barbed wire to training more enter,leave,jump,sprint training.In order to judge whether the time for the trainer to pass through all the shelters and whether the movement essentials are standard,the signal of illegal touch in the training process is collected,processed and displayed in real time.Combined with the video image recognition technology,the tactical movements are compared to judge.Wireless transmission method is adopted to send the assessment results to the background management center for analysis and statistics,which is used to improve the timeliness,accuracy and fairness of the individual soldier assessment training.Key words：soldier tactics；image recognition；photoelectric perception；wireless transmission0 引言近年来，围绕单兵战术训练的研究不断取得新的进展12。但是，常用的战术训练器材在不同程度上仍存在一些不足。一般战术地桩网上铺架铁丝网（即铁蒺藜），初学练习时背部极易被其刮伤。训练者被倒钩网刮住后，自己不易摘除，必须他人辅助，影响训练成绩，消耗训练时间，降低训练效率，且影响受训者心理。考核采用秒表计时，不够精确，易受人为因素影响，导致较大计时误差。考评人员对动作完成质量只能进行定性评定，无法进行定量客观评定。参训人员的身份无法识别，容易出现替考、代考等现象。训练考核结果数据，如参训人员的运动数据需要人工记录存储，记录的数据还需要标明训练人员身份。这一过程工作量大且效率低*基金项目：武警部队 XXX 重点项目114Embedded Technology嵌入式技术电子技术应用 2023年 第49卷 第1期下，手工记录的数据的后期处理工作量大，无法满足现代化、网络化的训练需求34。针对以上问题，本文基于图像识别和光电检测技术设计并实现了一种智能化单兵战术训练考核系统。该系统的高低姿匍匐单元结构框架间采用激光传感器，不会对身体造成任何伤害，受训者可以尝试各种动作，并在不断地尝试中摸索出最适合受训者的动作。采用激光传感器对训练者的进入、离开以及完成过程中的违规触碰信号进行采集，以判断训练者通过全部掩体的时间。训练过程中对头部姿态、滚进、敌情观念等姿态进行视频采集，进行图像识别，并保存训练人员的考试视频。客户端可以将受训者各动作的完成时间、分析对比数据通过无线传输回数据库，及时发现训练不足，给出指导性建议，开展针对性专项训练。该系统设计从全方位、多角度地了解官兵训练的实际情况出发，从而达到结构新颖、组合型、标准化、光电式、数字化、多功能、系统化的稳定可靠、方便安全，极大地提高训练效果与提高考核效率与准确性。1 系统总体方案根据实训需求，该系统主要是利用多对光电传感器代替传统铁丝网对训练者的进入、离开、跃进、冲刺以及训练过程中的违规触碰信号进行采集、处理、实时显示，并结合视频图像识别技术，对战术动作加以比对，以判断训练者通过全部掩体的时间，动作要领是否规范，采用无线/有线传输结合的方式，将考核成绩传送至后台管理中心进行分析统计，用于提高单兵考核训练的时效性、准确性、公平性。如图 1 所示，根据训练整体布局，可分为 7 部分，分别标有、。后台管理中心对整个考核项目进行规划，将考核学员的信息通过无线网络发送至手持终端，手持终端获取考核学员考核成绩后，通过无线网络发送至后台管理中心；同时，各路视频监控通过有线网络将视频图像传送至视频图像处理单元进行样本比对分析，将视频处理完成后，该部分通过有线方式将视频处理结果发送至后台管理中心；由后台管理中心对最终的考核成绩进行分析统计，将统计完成的考核成绩通过无线网络发送至现场实时显示终端，并将考核成绩存入数据库。现场示意图如图2 所示。2 各模块设计单兵战术训练与考核智能系统分别由后台管理中心、视频图像处理单元、手持终端、低/高姿匍匐单元、冲刺单元和现场实时显示终端构成。2.1 低/高姿匍匐和冲刺单元高低网匍匐单元主要负责学员进网、变姿、出网三个时间点以及网架上方越界信息的检测记录，并将检测信息处理后经由无线传输模块送至手持终端。光电开关的布置为每个网架上方水平方向各 8 对，共 64 对；在进网、变姿、出网三处垂直方向各安装 1 对，共 3 对。电路设计如图 3 所示，单片机选用 STM32F429IGT6 增强型，单片机可通过带隔离的 CAN 收发器（ADM3053）与总机进行数据传输，单片机的 GPIO 口可实现 9 对光电开关接收端信号状态的检测，同时增加蜂鸣器进行犯规报警56。高低匍匐软件设计流程如图 4 所示。高低匍匐软件设计部分基于 Windows 7 环境下采用 KEIL5 平台开发。通过嵌入式系统实现 MCU 控制无线模块与后台处理中心建立连接，初始化软硬件后，实时将光电传感器触发信号记录发送至手持终端。该匍匐单元数据采集模块为主动对射式光电传感器，系统设备启动后，首先进行各部分无线通信连接，连接完成后，检测所有光电传感器是否已准备就绪，若未就绪，则发送相应存在问题匍匐单元编号至手持终端，图 1系统整体信息交联布局图图 2现场示意图图 3高低匍匐单元电路设计框图115Embedded Technology嵌入式技术www.ChinaAET.com准备就绪后，即可开展测试。当受训者触碰第一组主动对射式光电传感器时阻断光电传感器对射，视为开始考试，向手持终端发送开始考试信号，手持终端记录当前时间为进入时间。匍匐单元采集中间 64 组光电开关传感器信号，检测受训者是否触网违规，受训者考试过程中触碰光电开关传感器信号，进行蜂鸣报警并将数据发送至手持终端进行记录，作为考评扣分项。完全经过最后一组主动对射式光电传感器时阻断光电传感器对射，高低网匍匐单元记录匍匐网考核结束时间。冲刺单元由两根立柱组成，距离可调，安装两组光电传感器，用于检测受训者的冲刺时间点并通过无线方式将考核信息发送至手持终端。其由 2 对光电开关、MCU 单片机、无线传输单元、蜂鸣器组成。2.2 视频图像处理单元根据现场训练要求，目前对训练区 3 个部分进行监控，分别是：低/高姿匍匐单元（视频监控 1）、障碍物土堆/坑（视频监控 2）、冲刺单元（视频监控 3），通过有线网络进行视频传输，传输至视频图像处理单元，经图像处理完成后，将处理结果发送至后台管理中心。如图 5 所示，该单元由 6 个基本模块构成：数据采集与分析中心、人脸识别模块、匍匐前行头部姿态评分模块、肢体动作评分模块、敌情观测评分模块、部署调校单元。该部分采用人体骨架识别技术并结合 AI 样本训练学习，增强对战术动作的识别效率。开始考核，首先对设备进行部署调校，然后进入人脸识别过程，进行身份核对，视频采集头部姿态，判断敌情观念。出匍匐网后，对战术动作及利用地形地物进行视频采集，采集到受训者头部姿态后对其姿态所指示的角度进行水平切面与垂直切面的分析，计算出偏航角度，继而可以设置阈值来限定或者判断受训者头部姿态的偏航角是否符合训练大纲要求，可以量化考核标准。将分析结果发送至后台管理中心，并通过无线方式发送至现场显示终端进行实时状态显示，其工作流程如图 6所示。2.3 后台管理中心后台管理中心主要用于对整个考核/训练项目进行规划、分析、统计，得出最终考核/训练成绩。该单元与手持终端之间通过无线网络进行传输，与视频图像处理单元之间通过有线方式进行通信，与现场实时显示终端通过无线方式连接。在考核/训练规划完成后，该单元将考核人