李治慶，商秀玉，李成名，馬照亭

(1.海軍航空工程學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264001; 2.浙江師范大學(xué)，浙江 金華 321004;3.中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院，北京 100830)

對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)( Battlefield)的研究是一切軍事行動(dòng)永恒的主題［1］，隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中信息元素所占的比重越來(lái)越高，傳統(tǒng)的戰(zhàn)場(chǎng)研究方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，而基于信息技術(shù)的數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)已經(jīng)成為指導(dǎo)戰(zhàn)爭(zhēng)制勝的必要手段。數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)的概念涵蓋內(nèi)容非常龐大，但是首要的就是戰(zhàn)場(chǎng)的數(shù)字化，通過(guò)戰(zhàn)場(chǎng)的數(shù)字化來(lái)構(gòu)建數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)各類信息的承載平臺(tái)，進(jìn)而通過(guò)決策支持系統(tǒng)對(duì)信息的融合及分析最終為作戰(zhàn)的指揮決策服務(wù)。GIS 作為測(cè)繪成果應(yīng)用的直接載體，在戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)字化建設(shè)中起到了重要的作用。但是長(zhǎng)期以來(lái)由于GIS 的發(fā)展限制，其應(yīng)用還主要以有針對(duì)性的應(yīng)用系統(tǒng)為主，即針對(duì)不同業(yè)務(wù)需要建立相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，這種系統(tǒng)主要以基于局域網(wǎng)環(huán)境的桌面型系統(tǒng)為主。而隨著不同作戰(zhàn)需要系統(tǒng)的不斷增加，跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)兼容與共享問(wèn)題可能成為影響指揮決策的重要因素，比如在后勤保障應(yīng)用系統(tǒng)上制定的保障方案能否無(wú)縫的應(yīng)用到作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)等等。另外傳統(tǒng)的桌面系統(tǒng)在開發(fā)成本上也會(huì)因?yàn)楣δ茴愃葡到y(tǒng)的重復(fù)開發(fā)而造成資源的浪費(fèi)問(wèn)題。目前，隨著GIS 由傳統(tǒng)的桌面型系統(tǒng)向面向Web 服務(wù)的大型分布式GIS 的演變［2］，以及基于此而產(chǎn)生的各種大型地理信息公共平臺(tái)［3］的廣泛應(yīng)用，面向作戰(zhàn)指揮服務(wù)的數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)地理信息服務(wù)平臺(tái)的構(gòu)建呼之欲出。

1 數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)地理信息平臺(tái)概述

目前對(duì)于數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)地理信息平臺(tái)的概念還沒(méi)有明確的定義，但是基于地理信息平臺(tái)的廣泛應(yīng)用，如現(xiàn)在國(guó)家大力推廣的數(shù)字城市建設(shè)中的城市地理信息公共平臺(tái)就是一種，以及GIS 在軍事中的應(yīng)用特點(diǎn)我們可以對(duì)它的主要功能及概念進(jìn)行簡(jiǎn)要概括:它是信息時(shí)代地理信息共享與軍事應(yīng)用的新型模式，它面向信息化時(shí)代作戰(zhàn)指揮對(duì)地理空間信息的迫切需求，基于基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，依托網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過(guò)分發(fā)服務(wù)軟件，為模擬演練、作戰(zhàn)指揮以及決策支持等提供空間數(shù)據(jù)支撐和服務(wù)，能夠集成并充分共享各種與地理空間位置有關(guān)的信息資源，提供承載作戰(zhàn)指揮決策及其它信息資源的平臺(tái)。也就是說(shuō)作戰(zhàn)地理信息平臺(tái)以地理信息服務(wù)為基礎(chǔ)，同時(shí)作為數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)的一個(gè)基本信息載體，實(shí)現(xiàn)其它信息要素與數(shù)字化的戰(zhàn)場(chǎng)的有機(jī)融合并以直觀高效的方式提供作戰(zhàn)指揮信息服務(wù)。由于城市地理信息公共平臺(tái)的框架結(jié)構(gòu)基本成熟，因此對(duì)于數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)地理信息平臺(tái)的可以基于此進(jìn)行適合作戰(zhàn)指揮應(yīng)用的擴(kuò)展使其滿足作戰(zhàn)需要，其整體架構(gòu)如圖1 所示。在架構(gòu)設(shè)計(jì)上采用由運(yùn)行支撐層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用表現(xiàn)層等四個(gè)具有內(nèi)在聯(lián)系、層次結(jié)構(gòu)分明的層次有機(jī)組成。

運(yùn)行支撐層主要是構(gòu)建基于作戰(zhàn)指揮網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)接入環(huán)境，以及數(shù)據(jù)庫(kù)集群服務(wù)、存儲(chǔ)備份、安全保密控制和管理的軟硬件環(huán)境。

數(shù)據(jù)層主要是依托基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)提取部分要素和內(nèi)容，并應(yīng)用軟件進(jìn)行多尺度無(wú)縫集成、可視符號(hào)配置、地名地址擴(kuò)充、地圖瓦片輸出以及數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)信息要素等整合加工，形成平臺(tái)數(shù)據(jù)體、瓦片、地圖配置文件三種組織方式協(xié)同服務(wù)。

服務(wù)層基于服務(wù)型GIS 軟件，通過(guò)在線調(diào)用、在線服務(wù)、二次開發(fā)等多種形式的地理信息以及軍事相關(guān)業(yè)務(wù)服務(wù)，提供軍事專題與地理信息集成與共享完整解決方案，滿足不同作戰(zhàn)部門、不同用戶的多樣化需求。具體說(shuō)，通過(guò)地理信息公共平臺(tái)集成了矢量、影像、三維、地名等多種類型的地理空間數(shù)據(jù)以及軍標(biāo)、想定、數(shù)字兵力、裝備等專題數(shù)據(jù)，依托網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定向發(fā)布，具備專題信息加載、查詢統(tǒng)計(jì)、空間分析、可視輸出等直接應(yīng)用服務(wù)功能，可以滿足各個(gè)作戰(zhàn)部門的空間定位需求;提供了數(shù)據(jù)索引、網(wǎng)絡(luò)地圖、按需緩存地圖、三維地圖等地理信息服務(wù)以及可擴(kuò)充的多種軍事相關(guān)服務(wù)，用戶可根據(jù)自身實(shí)際需求和基礎(chǔ)情況開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng);利用豐富的二次開發(fā)接口，不同專業(yè)及職能部門可以在平臺(tái)所提供的基本應(yīng)用功能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)不同職能部門的個(gè)性應(yīng)用開發(fā)等。

應(yīng)用表現(xiàn)層是面向用戶的具體應(yīng)用。不同軍兵種、不同作戰(zhàn)部門以及不同級(jí)別單位通過(guò)統(tǒng)一的服務(wù)接口，或者實(shí)現(xiàn)查詢分析功能的直接應(yīng)用，或者通過(guò)功能擴(kuò)充構(gòu)建專題的應(yīng)用系統(tǒng)，或者通過(guò)服務(wù)調(diào)用實(shí)現(xiàn)已有應(yīng)用的擴(kuò)展與深化，真正地實(shí)現(xiàn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的作戰(zhàn)地理信息在線服務(wù)與應(yīng)用。

圖1 數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)地理信息平臺(tái)的總體架構(gòu)

2 數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)地理信息平臺(tái)構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)地理信息平臺(tái)從通用的地理信息公共平臺(tái)演變而來(lái)，融合了軍事作戰(zhàn)要素從而可更好地為軍隊(duì)服務(wù)，其主要功能以GIS 的空間數(shù)據(jù)服務(wù)為主，同時(shí)以開放的組件式結(jié)構(gòu)與作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，通過(guò)戰(zhàn)場(chǎng)空間信息與作戰(zhàn)信息的融合達(dá)到為其決策支持服務(wù)的目的。這其中數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，服務(wù)是靈魂，應(yīng)用是目的，這也是平臺(tái)構(gòu)建的關(guān)鍵部分，有些分別對(duì)其探討。

1)多源海量數(shù)據(jù)的分庫(kù)管理

數(shù)據(jù)是數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)地理信息平臺(tái)的基礎(chǔ)，由于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境本身的復(fù)雜性及特殊性，因此平臺(tái)數(shù)據(jù)具有如下特點(diǎn):

多源性，由于平臺(tái)不僅要對(duì)外提供基礎(chǔ)地理信息標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)服務(wù)，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)各類信息的融合，而戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)涵蓋面廣，不僅包括戰(zhàn)場(chǎng)地理環(huán)境信息，還包括空、天、電磁、核生化等多源環(huán)境信息以及戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)等情報(bào)信息，因此平臺(tái)數(shù)據(jù)首先具有多源特性;

復(fù)雜性，由于戰(zhàn)場(chǎng)本身的復(fù)雜性，因此對(duì)其的數(shù)據(jù)描述很難通過(guò)統(tǒng)一的方式與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，而數(shù)據(jù)描述標(biāo)準(zhǔn)、格式、方法的不同必然造成數(shù)據(jù)本身的多樣性與復(fù)雜性，因此平臺(tái)數(shù)據(jù)具有極大的復(fù)雜特性;

海量性，因?yàn)榈乩砜臻g信息數(shù)據(jù)本身具有海量特征，因此平臺(tái)數(shù)據(jù)同樣存在這一特性，而且附以數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)的加入，其數(shù)據(jù)量通常極為龐大。

正是因?yàn)槠脚_(tái)數(shù)據(jù)的這些特性，這也為通過(guò)平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理與維護(hù)帶來(lái)了諸多困難，而對(duì)數(shù)據(jù)沒(méi)有一個(gè)合理的維護(hù)與管理方案勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致平臺(tái)類似一個(gè)海量信息的“垃圾場(chǎng)”的問(wèn)題，人們無(wú)法通過(guò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)有價(jià)值數(shù)據(jù)的挖掘與處理，因此如何對(duì)不同類型、不同標(biāo)準(zhǔn)、不同格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理是平臺(tái)構(gòu)建所重點(diǎn)要考慮的問(wèn)題。通常對(duì)于平臺(tái)數(shù)據(jù)的管理不能通過(guò)單一的一種方式實(shí)現(xiàn)，如數(shù)據(jù)庫(kù)管理，而是要根據(jù)數(shù)據(jù)本身的特征采用多庫(kù)并存的方式，目前主要有如下幾種方式:

基于空間數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，空間數(shù)據(jù)庫(kù)是主要空間數(shù)據(jù)的特殊性而從傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)衍生出來(lái)的一種數(shù)據(jù)庫(kù)類型，它能夠根據(jù)數(shù)據(jù)特征為其建立數(shù)據(jù)的空間索引，進(jìn)而解決傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)空間數(shù)據(jù)無(wú)法建立高效索引的問(wèn)題。

基于文件系統(tǒng)的管理，對(duì)于平臺(tái)中的部分?jǐn)?shù)據(jù)，其主要存在形式是以文件的方式存儲(chǔ)，如空間的幾何模型數(shù)據(jù)。對(duì)于此類數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)往往并不能對(duì)其調(diào)度效率有很好的提升，因而以文件的形式進(jìn)行管理，同時(shí)對(duì)此類數(shù)據(jù)的屬性查詢數(shù)據(jù)通常采用數(shù)據(jù)庫(kù)的形式，其中通過(guò)關(guān)鍵字進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

分目錄結(jié)構(gòu)管理，在平臺(tái)中有一類主要用來(lái)空間可視化的靜態(tài)緩存［4］數(shù)據(jù)，通常稱之為瓦片數(shù)據(jù)［5］，此類數(shù)據(jù)的基本特征是數(shù)量龐大而單個(gè)文件體積很小。對(duì)于此類數(shù)據(jù)我們將之稱為海量瓦片數(shù)據(jù)的管理問(wèn)題，對(duì)其管理目前可以同分目錄結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行管理，即依據(jù)瓦片數(shù)據(jù)所在代表空間位置的ID 將其存儲(chǔ)在不同的文件夾中［6］，如圖2 所示。

圖2 瓦片分目錄存儲(chǔ)的目錄結(jié)構(gòu)

2)基于Web Service 技術(shù)的服務(wù)擴(kuò)展

與傳統(tǒng)的桌面型GIS 應(yīng)用系統(tǒng)不同，在平臺(tái)中，GIS Server主要通過(guò)Web 服務(wù)的方式對(duì)客戶端提供空間數(shù)據(jù)服務(wù)，這種方式的一個(gè)最大特點(diǎn)就是組件化結(jié)構(gòu)，即不同的應(yīng)用服務(wù)通常是一個(gè)獨(dú)立的軟件模塊，彼此之間是低耦合的。這就為平臺(tái)的功能擴(kuò)展提供的極大的便利，因此平臺(tái)針對(duì)軍事應(yīng)用這一特殊需求，通?？梢栽诘乩硇畔⒐卜?wù)平臺(tái)的基礎(chǔ)之上基于Web Service 技術(shù)進(jìn)行軍事不同業(yè)務(wù)需求的服務(wù)擴(kuò)展，如軍標(biāo)服務(wù)等。而且隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，其服務(wù)種類也可以進(jìn)行獨(dú)立的開發(fā)與發(fā)布，進(jìn)而更好的實(shí)現(xiàn)跨部門、多業(yè)務(wù)需求在同一平臺(tái)中的部署與實(shí)施，從而最大可能地實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用間數(shù)據(jù)的共享與協(xié)同作業(yè)。

3)基于富客戶端的應(yīng)用開發(fā)

互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展使原來(lái)基于C/S 結(jié)構(gòu)的GIS 應(yīng)用逐漸為B/S 模式所取代。然而長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)基于瀏覽器的GIS 客戶端應(yīng)用還主要以地圖瀏覽和簡(jiǎn)單的發(fā)送空間分析請(qǐng)求為主，基于第三方可編譯庫(kù)( 如Flex、Silverlight 等)的富客戶端應(yīng)用有效地解決了基于瀏覽器客戶端端應(yīng)用的功能局限。通過(guò)此類工具的應(yīng)用可以很好地利用客戶端的運(yùn)算資源，進(jìn)而避免傳統(tǒng)的B/S 應(yīng)用中所有業(yè)務(wù)處理均要依托服務(wù)器實(shí)現(xiàn)的模式。尤其是隨著新一代的HTML5 語(yǔ)言［7］的不斷發(fā)展和Web-GL［8］新標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布與推廣以及瀏覽器端集成開發(fā)功能的不斷強(qiáng)大，直接應(yīng)用于瀏覽器開發(fā)更加復(fù)雜而完善的富客戶端GIS 應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)成為GIS 應(yīng)用的一個(gè)主要形式。瀏覽器也不再僅僅是數(shù)字地圖的顯示終端，而可以成為數(shù)據(jù)處理、業(yè)務(wù)作業(yè)和空間分析的主要實(shí)現(xiàn)者。通過(guò)富客戶端模式的開發(fā)可以實(shí)現(xiàn)基于瀏覽器的軍事標(biāo)繪與仿真推演等大型的軍事應(yīng)用系統(tǒng)，從而可以充分地發(fā)揮數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)地理信息平臺(tái)在作戰(zhàn)指揮中的作用。如圖3 所示的即為基于Flex 開發(fā)的某交通指揮戰(zhàn)備系統(tǒng)的客戶端界面。

圖3 基于Flex 的富客戶端應(yīng)用

3 結(jié)束語(yǔ)

基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)地理信息平臺(tái)的構(gòu)建可以以地理信息服務(wù)為基礎(chǔ)，很好地解決各個(gè)部門及專業(yè)的戰(zhàn)場(chǎng)地理信息需求，同時(shí)根據(jù)自身業(yè)務(wù)需要可以很好地在同一個(gè)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)服務(wù)的發(fā)布與信息的共享，從而有效解決基于傳統(tǒng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)兼容與共享問(wèn)題。

［1］廖學(xué)軍，王榮峰.數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)可視化技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2010.

［2］姚鶴嶺.基于REST 的GIS Web 服務(wù)研究［D］. 鄭州:解放軍信息工程大學(xué)，2005.

［3］地理信息公共平臺(tái)［EB/OL］. http: //zgch1. enicp. net/w10070276.htm.

［4］張俊麗，李艷明，李欣.WebGIS 地圖圖片緩存技術(shù)研究［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2009，25(10): 141-143.

［5］黃夢(mèng)龍.瓦片地圖技術(shù)在桌面端GIS 中的應(yīng)用［J］. 地理空間信息，2011，(4):149-151.

［6］GB/T 13923—2006，地理信息公共服務(wù)平臺(tái)電子地圖數(shù)據(jù)規(guī)范［S］.

［7］HTML Standard［EB/OL］.http: //www.whatwg.org/specs/web-apps/current-work/multipage/

［8］WebGL［EB/OL］.http: //en.wikipedia.org/wiki/WebGL