一种用于班组探雷训练考核评估系统

1.本发明涉及一种用于班组探雷训练考核评估系统，属于军事训练与考核技术领域。


背景技术：

2.作业手利用手持式探雷器对埋设危险目标(地雷等)进行探测，仍然是当前国际地雷行动中扫雷作业分队在雷区进行危险目标清扫和通道开辟的主要方式。探雷器的操作训练和考核也是获得作业手资质的重要内容。目前探雷器操作使用训练的考核方式基本类似：大多都是通过设置模拟雷场，由参训人员利用探雷器进行操作训练，考核则是由考核人员跟随参训人员通过观察、记录参训人员作业动作规范程度、探测结果标记情况、完成作业时间等指标来对参训人员探雷作业状态和效果进行人工综合评判。
3.传统的探雷器训练和考核方式简单易于实施，但获取评价指标数据的手段以人的视听感观为主，数据的准确性、全面性、科学性以及实时性都存在缺陷，不能实时高效且全面反映参训人员的真实作业状态与作业效果。特别是多人班组同步实施训练或考核的话，人工监测评估考核方式效率低下。另外评估考核人员因不能实时获取所有参训人员作业状态和结果等全局性信息，无法在第一时间即可对参训人员进行个体差异性对比分析和整体训练效果的统计评估。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于班组探雷训练考核评估系统，以解决现有技术中探雷训练和考核方式效率低下并且获取到的评价指标数据准确性低、实时性低以及全面性差的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明是采用下述方案实现的：
6.本发明提供了一种用于班组探雷训练考核评估系统，包括：
7.探雷训练设备，包括若干组探雷器及固定于探雷器上的数据采集系统，用于在训练雷场中完成探雷作业并实时采集作业过程中的探雷作业数据以及参训人员的心率变化数据；
8.高精度定位系统，用于探雷作业中探雷器的运动定位以及训练雷场中待探测目标的定位；
9.通信系统，用于探雷训练设备和训练考核与评估系统之间的数据传输和通讯连接；
10.训练考核与评估系统，用于对接收到的数据进行融合处理，输出实时监测数据和训练评估成绩。
11.优选的，所述数据采集系统包括探高传感器、姿态传感器、实时心率监测传感器以及目标位置标记触发开关，用于实时采集探雷器离地高度数据、探雷器姿态变化数据、探雷参训人员的心率变化数据以及探测时间与探测目标位置数据。
12.优选的，所述探高传感器和姿态传感器固定于探雷器的探头上，实时心率监测传感器固定在参训人员操作探雷器的手腕上，目标位置标记触发开关集成于探雷器的手柄上。
13.优选的，所述探雷训练设备还包括与数据采集系统电连接的数据处理模块，用于对采集到的探雷器离地高度数据、探雷器姿态变化数据、探雷参训人员的心率变化数据以及探测时间与探测目标位置数据进行预处理。
14.优选的，所述数据处理模块为stm32嵌入式芯片，固定于探雷器上或参训人员的腰间。
15.优选的，所述高精度定位系统为rtk-gnss差分定位系统或uwb定位系统，所述rtk-gnss差分定位系统包括设置于探雷器上的gnss差分定位移动站和设置于训练雷场中的gnss差分定位基站，gnss差分定位移动站和gnss差分定位基站通讯连接；所述uwb定位系统包括设置于探雷器上的uwb定位标签模块和设置于训练雷场的uwb定位基站，uwb定位标签模块和uwb定位基站通讯连接。
16.优选的，所述gnss差分定位移动站包括固定于探雷器探头上的gnss差分定位天线、固定于探雷器上的数传天线以及固定于探雷器上或参训人员腰间的rtk解算模块，gnss差分定位基站上设置有数传电台天线。
17.优选的，所述通信系统包括固定于探雷器上的第一wifi模块、设置于训练考核与评估系统中的第二wifi模块以及设置于训练雷场中用于第一wifi模块和第二wifi模块通讯连接的无线路由器。
18.优选的，所述训练考核与评估系统基于预设的训练评估模型输出训练评估成绩并统计显示，预设的训练评估模型为：
[0019][0020]
其中，r为训练评估成绩，ωi为探测状态评价指标i的权重，ω
p
为探测结果评价指标p的权重，为探测状态评价指标i的平均误差，σ
is
为探测状态评价指标i的可忽略误差，σ
ib
为探测状态评价指标i的最大允许误差，为探测结果评价指标p的平均误差，σ
ps
为探测结果评价指标p的可忽略误差，σ
pb
为探测结果评价指标p的最大允许误差。
[0021]
优选的，所述探测状态评价指标包括探头俯仰角、探头横滚角、探头离地高度、探头扫描角速度和参训人员心率，探测结果评价指标包括探测时长、探出率、虚警率和探测精度。
[0022]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
[0023]
1、本发明定量采集参训人员在探雷训练过程中手持的探雷器探测状态(位置、探测高度、运动状态)、目标探测结果和参训人员探扫动作与生理(脉搏监测)等多层次信息来代替现有人工视听感观获取手段，以实现训练信息获取的全面性与科学性；利用多因素评估决策模型实时完成多因素信息的融合与评估结果输出，以实现对参训人员探测作业行为与训练效果的高效科学评价。
[0024]
2、本发明可广泛应用于部队、院校等单位的探雷训练、教学、作业等环节，以全面提高雷场探测训练、监测、评估与考核的效率和水平。
附图说明
[0025]
图1是本发明实施例提供的一种用于班组探雷训练考核评估系统的组成图；
[0026]
图2是本发明实施例提供的一种用于班组探雷训练考核评估系统在gnss信号良好的室外训练区域中的使用示意图；
[0027]
图3是本发明实施例提供的一种用于班组探雷训练考核评估系统在gnss信号强度较弱的室外训练区域或室内场所中的使用示意图；
[0028]
图4是本发明实施例提供的一种用于班组探雷训练考核评估系统在gnss信号良好环境下的系统组成图；
[0029]
图5是本发明实施例提供的一种用于班组探雷训练考核评估系统在gnss信号良好环境下高精度定位系统、探雷训练设备及训练考核与评估系统的结构示意图；
[0030]
图6是本发明实施例提供的一种用于班组探雷训练考核评估系统在gnss信号良好环境下的系统工作原理及数据传输机制图；
[0031]
图7是本发明实施例提供的一种用于班组探雷训练考核评估系统的探雷训练效果评估指标体系的组成示意图；
具体实施方式
[0032]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0033]
本实施例提供了一种用于班组探雷训练考核评估系统，如图1所示，该系统主要由多个探雷训练设备、高精度定位系统、通信系统以及训练考核与评估系统组成。
[0034]
探雷训练设备包括手持式探雷器、数据采集系统和数据处理模块，主要用于在训练雷场中完成探雷作业并实时采集作业过程中的探雷作业数据以及参训人员的心率变化数据并进行预处理。其中，数据采集系统包括探高传感器、姿态传感器、实时心率监测传感器以及目标位置标记触发开关，用于实时采集探雷器离地高度数据、探雷器姿态变化数据、探雷参训人员的心率变化数据以及探测时间与探测目标位置精准数据(需结合探雷器的报警信号及探测参训人员的主观判定)等。数据处理模块为stm32嵌入式芯片与数据采集系统电连接，用于完成对采集到的探雷器离地高度数据、探雷器姿态变化数据、探雷参训人员的心率变化数据以及探测时间与探测目标位置数据的格式转换及打包转发等数据预处理任务。
[0035]
高精度定位系统用于不同训练环境下探雷器的运动定位和训练雷场中待探测目
标的定位，包括但不限于适用于gnss信号环境的rtk-gnss(real-time kinematic，实时动态测量；global navigation satellite system，全球导航卫星系统)差分定位系统和非gnss信号环境下的uwb(ultra wide band，超宽带)定位系统。其中gnss信号环境下的定位系统基于rtk-gnss差分定位方案，主要包括设置于训练雷场中的gnss差分定位基站和移动站(移动站设置在探雷器上)，适用室外gnss信号环境，如图2所示：当探雷训练区域为gnss信号环境良好的室外区域时，使用此系统进行探雷班组训练前，需在模拟训练雷场附近架设好gnss差分定位基站，同时在多个探雷训练设备中的配置对应gnss差分定位天线，以满足模拟训练雷场区域的定位需求；非gnss信号环境下的定位系统基于uwb定位方案，主要包括设置于训练雷场中uwb定位基站和uwb定位标签模块(标签模块设置在探雷器上)，适用于室外非gnss信号环境或室内训练环境，如图3所示：当探雷训练区域为gnss信号强度较弱的室外区域或室内场所时，使用此系统进行训练时，需在训练雷场四角先设置好uwb定位基站，同时在探雷训练设备中用uwb定位标签模块替换gnss差分定位天线，从而实现训练雷场区域探雷训练前端的定位。
[0036]
通信系统用于探雷训练设备和训练考核与评估系统之间的数据传输和通讯连接，包括固定于探雷器上的第一wifi模块、设置于训练考核与评估系统中的第二wifi模块以及设置于训练雷场中用于第一wifi模块和第二wifi模块通讯连接的无线路由器。
[0037]
当手持式探雷器探测训练区域为gnss信号良好的室外环境时，班组探测训练系统采用rtk-gnss差分定位方案，系统组成原理图如图4所示。具体地，如图5和6所示：gnss差分定位移动站(含gnss差分定位天线、rtk解算模块、移动站数传天线、电源模块)、探高传感器、姿态传感器、实时心率监测传感器和目标位置标记触发开关，都集成在手持式探雷器上或由作业手在作业训练过程中随身携带。其中gnss差分定位天线、姿态传感器、探高传感器通过非金属支架安装固定在探雷器前端探头上方的相应位置；实时心率监测传感器通过腕带佩带在参训人员操作探雷器的手腕部位；探测目标位置标记触发开关集成在探雷器的手柄上方部位，方便参训人员使用；数据处理模块、第一wifi模块及电源模块安装在一轻质小盒中并固定在探雷器主机壳体外侧；gnss差分定位移动站中的rtk解算模块、数传天线及供电模块安装在一轻质小盒中并固定在探雷器主机壳体外侧，rtk解算模块和数据处理模块还可设计成佩带式的外壳结构，佩带在参训人员的腰间，以减轻参训人员探雷作业过程中的手臂负荷。gnss差分定位基站和训练考核与评估系统则作为相对独立的设备，设置在训练雷场外侧附近区域。
[0038]
当手持式探雷器探测训练区域为gnss信号强度较弱的室外区域或室内场所时，班组探测训练系统采用uwb定位方案，具体地将上述gnss差分定位基站替换成预先设置于训练雷场四角区域的uwb定位基站以及用uwb定位标签模块替换gnss差分定位天线即可，故不做详细描述。
[0039]
训练考核与评估系统用于对接收到的数据进行融合处理，完成训练雷场整体探雷作业态势监测显示以及参训人员各自的作业数据实时监测显示，并对参训人员的训练效果进行考核与评估，最终输出参训人员的训练评估成绩。具体地，根据获取到的探测参训人员作业状态和结果数据，完成人员作业状态统计分析与评价(动作规范性、心态稳定性等方面的评价)以及相关探测结果指标统计后，实现对参训人员训练效果综合打分与自动评估。
[0040]
训练效果的综合打分及评估基于构建完成的客观性探雷训练效果评估指标评价
体系和科学性训练评估模型。探雷训练效果评估指标评价体系依据数据采集系统所采集的有关探测训练状态与结果的多源数据作为构建、量化评价指标体系的基础，如图7所示，该指标体系主要包括探测训练状态数据和结果数据两大类型，探测状态数据主要有探测姿态数据(探头俯仰角、探头横滚角及探头扫描角速度)、探高数据(探头离地高度)、心率数据(参训人员心率)，用于量化评价作业手作业动作规范、稳定及可持续性等，代替传统的主观性评价；结果数据主要有探测时间、虚警率、探出率、探测精度等，用于量化评价作业效能。
[0041]
不同类型的指标对最终训练效果评估打分所占的权重是不同的，因此如何选择正确的评价指标权重系数对于准确评估打分起着非常重要的作用。目前指标权重的确定方法使用较多的是层次分析法。该方法是一种定性与定量结合的方法，但实际过程中建立的判断矩阵往往都是不一致的，这就容易导致评价指标间权重系数排序关系的错乱，在指标数量较多的情况下，使用该方法计算量往往变得很大，本实施例采用但不限于序关系分析法(g1法)计算指标权重。
[0042]
训练评估模型的建立：
[0043]
探雷训练中共采集五个探测状态指标，在整个训练时长中，每个指标一共采集了n组数据，σ
ij
(i＝1
…
5，j＝1
…
n)为探测状态评价指标i在第j组数据点的指标值与预定对应的参考值(可通过较大样本数据的统计分析得到的平均值)之间的误差值，为整个训练时长探测状态评价指标i的平均误差值，探测状态评价指标i的可忽略误差记为σ
is
，允许存在的最大误差记为σ
ib
，评估成绩按百分制计算，则探测状态评价指标i在整个训练时长内的成绩的评定公式为：
[0044][0045]
再用每个探测状态评价指标i的得分乘以其相应的权重ωi，即可得出五个探测状态评价指标在整个评估体系中所占的分值r1为：
[0046][0047]
同理，按此方法也可以获得探测结果评价指标p在整个训练时长内的成绩的评定公式：
[0048]
[0049]
其中，为探测结果评价指标p的平均误差，σ
ps
为探测结果评价指标p的可忽略误差，σ
pb
为探测结果评价指标p的最大允许误差；
[0050]
四个探测状态评价指标在整个评估体系中所占的分值r2为：
[0051][0052]
其中，ω
p
为探测结果评价指标p的权重；
[0053]
最后将上述两部分的打分结果相加即可得到最终训练评估成绩r：
[0054][0055]
此外，可根据训练评估总分，可设置相应的成绩评判等级，此处设计五个成绩评定等级，为：v＝{v1＝优秀，v2＝良好，v3＝中等，v4＝及格，v5＝不及格}。具体评判标准如下表所示：
[0056]
表1成绩评判标准
[0057]
综合成绩水平分值区间v190≤r≤100v280≤r《90v370≤r《80v460≤r《70v50≤r《60
[0058]
系统工作机制与使用方式：
[0059]
探测作业开始前，需将探雷器和本系统都开机，待探测训练设备与训练考核与评估系统建立通信连接、高精度定位系统可正常输出定位信息后，即可开始探雷作业训练。探雷作业训练时，班组多个探雷作业人员分别在训练雷场各自的探测作业区域进行正常近地面探测作业，探雷器实时获取探测区域探测信号；数据采集系统实时采集探测作业过程中的探雷器中心位置信息、探雷器离地高度信息、探雷器姿态变化信息、探雷作业人员心率变化数据等；当探雷作业人员听到探雷器报警信号并确定可疑目标位置后，触发目标位置标记触发开关，开关输出脉冲信号，脉冲信号发生时间对应的探雷器中心位置信息即为探测目标位置信息；上述多路数据经有线传输至数据处理模块完成预处理后打包通过第一wifi模块、无线路由器和第二wifi模块无线传输至训练考核与评估系统中。训练考核与评估系
统可实时接收班组训练中多个探测训练设备所产生的所有数据并进行实时显示与融合处理，以实现雷场训练综合态势感知与多个探测作业人员作业状态的实时监测。训练考核与评估系统也可通过第二wifi模块以无线通信方式向探测训练设备发送调度指令，实现对训练雷场中探雷作业人员的调度指挥等。训练完毕后，训练考核与评估系统根据监测和记录的探雷参训人员作业数据，对参训人员的探雷作业训练效果与成绩进行自动评估打分以及对整个参训班组成绩进行统计分析。
[0060]
上述结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。