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        一種基于數(shù)字地球技術(shù)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究演示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法

        2019-07-29 00:56:35魏海剛雷青峰車萬(wàn)平
        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2019年5期
        關(guān)鍵詞:武器裝備數(shù)字地球軍民融合

        魏海剛 雷青峰 車萬(wàn)平

        摘 要:戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究關(guān)系國(guó)家安全戰(zhàn)略、軍事戰(zhàn)略,是聯(lián)合作戰(zhàn)研究的重要組成部分,對(duì)作戰(zhàn)教學(xué)與武器裝備研發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展,尤其是軍民融合戰(zhàn)略的深度實(shí)施,與戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境相關(guān)的基礎(chǔ)技術(shù)有了很大突破,國(guó)內(nèi)相關(guān)問(wèn)題的解決方案也取得了一定成果。文中基于數(shù)字地球技術(shù),給出一種作戰(zhàn)場(chǎng)景演示系統(tǒng)的軟硬件組成情況,并重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)軟件各組成要素分別進(jìn)行論述。從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效果可以看出,該演示系統(tǒng)具備戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究的能力,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法可行、有效,可廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究演示與教學(xué)應(yīng)用。

        關(guān)鍵詞:戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究;數(shù)字地球;作戰(zhàn)教學(xué);武器裝備;演示系統(tǒng);軍民融合

        中圖分類號(hào):TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):2095-1302(2019)05-00-03

        0 引 言

        美軍從20世紀(jì)60年代開(kāi)始開(kāi)展戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究,并于80年代后期從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入了實(shí)用化階段。通過(guò)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境與軍事態(tài)勢(shì)的融合,滿足其聯(lián)合作戰(zhàn)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)信息的可視化需求。在作戰(zhàn)中,通過(guò)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究平臺(tái),實(shí)時(shí)推送關(guān)鍵地區(qū)詳細(xì)環(huán)境資料,在前方執(zhí)行單位便攜式設(shè)備上以三維可視化方式呈現(xiàn),前線士兵可借助配備的傳感器在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境上互動(dòng)。目前,隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,尤其是軍民融合戰(zhàn)略的深度實(shí)施,我國(guó)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究相關(guān)技術(shù)與解決方案已經(jīng)有了很大突破。

        數(shù)字地球技術(shù)已從20世紀(jì)末發(fā)展至今,數(shù)字地球建設(shè)是一場(chǎng)意義深遠(yuǎn)的科技革命。數(shù)字地球是將有關(guān)地球、海量、多分辨率、三維、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)按照地理坐標(biāo)集成起來(lái)的虛擬地球,主要由文本數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、應(yīng)用模型及操作平臺(tái)組成。這些數(shù)據(jù)包括全球性各種比例尺的地理空間數(shù)據(jù),各類高分辨率、多波段、多時(shí)相的對(duì)地觀測(cè)影像,各類不同比例尺的數(shù)字專題圖,以及相應(yīng)的以文本形式表現(xiàn)的有關(guān)可持續(xù)發(fā)展、資源、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、人口、災(zāi)害、氣候、水文循環(huán)、地理、生物、生態(tài)系統(tǒng)、教育等不同類別的數(shù)據(jù)。隨著云計(jì)算、高速計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,海量數(shù)字地球數(shù)據(jù)的計(jì)算越來(lái)越具備可行性。從戰(zhàn)略角度分析,數(shù)字地球是全球性的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo),數(shù)字地球是未來(lái)信息資源的綜合平臺(tái)與集成,現(xiàn)代社會(huì)擁有信息資源的重要性更基于工業(yè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)擁有自然資源的重要性,擁有數(shù)字地球等于占據(jù)了現(xiàn)代社會(huì)的信息戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

        本文基于數(shù)字地球技術(shù),通過(guò)對(duì)海量數(shù)據(jù)二次加工,給出一種戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究演示系統(tǒng)的組成與實(shí)現(xiàn)方法,并對(duì)系統(tǒng)軟件組成內(nèi)容進(jìn)行介紹,從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效果可看出本文方法可行有效。

        1 系統(tǒng)組成

        本文戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究演示系統(tǒng)采用數(shù)字地球技術(shù),通過(guò)集成自然環(huán)境數(shù)據(jù)、社會(huì)環(huán)境數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、指揮控制平臺(tái)數(shù)據(jù)、武器平臺(tái)數(shù)據(jù)等各類與作戰(zhàn)相關(guān)的數(shù)據(jù),建立作戰(zhàn)模型。通過(guò)對(duì)相關(guān)作戰(zhàn)影響因素的分析,形成作戰(zhàn)場(chǎng)景。對(duì)各類作戰(zhàn)相關(guān)裝備平臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行部署分配,形成作戰(zhàn)兵力部署。通過(guò)對(duì)作戰(zhàn)過(guò)程的任務(wù)流程建模,使用統(tǒng)一的時(shí)空基準(zhǔn)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)與組織,最終形成作戰(zhàn)過(guò)程的可視化與過(guò)程推演可研究。系統(tǒng)組成如圖1所示。

        系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)各類海量數(shù)據(jù)集成處理,需要完備的底層硬件支撐,包括大容量信息集成服務(wù)器、高速數(shù)據(jù)交換設(shè)備及高性能數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)等。在現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平下,以上底層硬件需求相對(duì)較容易滿足,本文對(duì)底層硬件建設(shè)不做過(guò)多介紹,重點(diǎn)介紹系統(tǒng)軟件組成部分。

        2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法

        2.1 數(shù)據(jù)集成處理

        本文戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境演示系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用在線免費(fèi)下載、采購(gòu)及按需制作加工等方式獲取。由這些不同方式獲取到的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式及提取與處理手段也各不相同,形成了多種格式原始數(shù)據(jù),再加上GIS應(yīng)用系統(tǒng)長(zhǎng)期處于以項(xiàng)目為中心的孤立發(fā)展?fàn)顟B(tài),很多GIS系統(tǒng)都擁有自己的數(shù)據(jù)格式,使得數(shù)據(jù)共享問(wèn)題尤為突出。

        數(shù)據(jù)集成將各類應(yīng)用系統(tǒng)資源與數(shù)據(jù)資源進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換,并將各類相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并,最終在信息服務(wù)器內(nèi)形成統(tǒng)一格式的地圖影像數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)及矢量數(shù)據(jù),最終應(yīng)用于演示系統(tǒng)。數(shù)據(jù)集成處理主要需解決數(shù)據(jù)來(lái)源問(wèn)題、格式轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)合并等問(wèn)題。數(shù)據(jù)集成流程如圖2所示。

        2.2 基礎(chǔ)地理地圖標(biāo)繪

        演示系統(tǒng)在二、三維地圖上通過(guò)點(diǎn)、線、面等常規(guī)標(biāo)繪工具,對(duì)道路、橋梁、河流、島嶼、村莊、醫(yī)院、學(xué)校、工廠、碉堡、飛機(jī)場(chǎng)、炮兵發(fā)射陣地、防空區(qū)、巡邏區(qū)等戰(zhàn)略目標(biāo)進(jìn)行標(biāo)繪,真實(shí)作戰(zhàn)時(shí)預(yù)演,進(jìn)行真實(shí)數(shù)據(jù)標(biāo)繪,進(jìn)行假想戰(zhàn)爭(zhēng)戰(zhàn)術(shù)演練時(shí),按需求進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)標(biāo)繪。

        基礎(chǔ)地理地圖標(biāo)繪內(nèi)容包括目標(biāo)經(jīng)緯度信息、高度信息,有效區(qū)域范圍、標(biāo)識(shí)信息等。通過(guò)底層數(shù)據(jù)加載,按照戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境特點(diǎn),對(duì)重點(diǎn)區(qū)域與目標(biāo)進(jìn)行突出顯示,為作戰(zhàn)演示提供基礎(chǔ)內(nèi)容標(biāo)注。

        2.3 作戰(zhàn)要素資源庫(kù)與作戰(zhàn)兵力部署

        作戰(zhàn)要素資源包括各種戰(zhàn)機(jī)、坦克、火炮、火箭、導(dǎo)彈、雷達(dá)、航母、戰(zhàn)艦、潛艇等軍事對(duì)象資源。戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境演示系統(tǒng)按照統(tǒng)一格式進(jìn)行數(shù)據(jù)元素填充,提供常見(jiàn)的作戰(zhàn)信息資源庫(kù),并提供一套可擴(kuò)展的要素資源庫(kù)??蓴U(kuò)展的作戰(zhàn)要素資源庫(kù)為系統(tǒng)適應(yīng)各類作戰(zhàn)場(chǎng)景構(gòu)設(shè)與演示提供可實(shí)現(xiàn)性。

        作戰(zhàn)兵力部署編輯可根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)場(chǎng)景構(gòu)設(shè)需要,編輯紅方與藍(lán)方兵力部署,并標(biāo)注兵種與數(shù)量,最終形成兵力部署態(tài)勢(shì)圖,并對(duì)作戰(zhàn)場(chǎng)景中相關(guān)的兵力作戰(zhàn)路徑進(jìn)行規(guī)劃。

        2.4 任務(wù)流程建模與場(chǎng)景動(dòng)態(tài)回放推演

        通過(guò)將二、三維地理信息數(shù)據(jù)與作戰(zhàn)想定內(nèi)容相結(jié)合,對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)流程按照需求進(jìn)行建模。對(duì)想定內(nèi)容進(jìn)行集成,驅(qū)動(dòng)各領(lǐng)域相關(guān)模型,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的航跡管理與靜態(tài)目標(biāo)的狀態(tài)變換。真實(shí)再現(xiàn)作戰(zhàn)過(guò)程中的信息流動(dòng)與作戰(zhàn)行動(dòng)的動(dòng)態(tài)演化,利用三維可視化技術(shù)將任務(wù)流程可視化,為作戰(zhàn)效能評(píng)估提供逼真的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境模擬與數(shù)據(jù)支持。

        戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境演示系統(tǒng)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)場(chǎng)景的真實(shí)再現(xiàn),需要基于全時(shí)空統(tǒng)一線,對(duì)集成、同化及融合的空間態(tài)勢(shì)感知信息進(jìn)行處理,利用數(shù)字地球二、三維GIS系統(tǒng),展現(xiàn)時(shí)空一體化作戰(zhàn)場(chǎng)景,并能支持時(shí)刻跳轉(zhuǎn)、事件跳轉(zhuǎn)、倍速變更等交互操作。

        3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效果

        本文戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境演示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)情況分別如圖3~圖6所示。

        圖3~圖5為在我國(guó)南海海域開(kāi)展的一次軍事對(duì)抗所進(jìn)行的作戰(zhàn)假想。從圖3基礎(chǔ)地理信息標(biāo)繪情況可以看出,該系統(tǒng)能夠按照作戰(zhàn)需求,進(jìn)行作戰(zhàn)區(qū)域標(biāo)注,并對(duì)其中的重點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行突出顯示。圖4為演示系統(tǒng)可支持作戰(zhàn)要素資源進(jìn)行管理的示意圖。圖5展示了戰(zhàn)場(chǎng)紅藍(lán)雙方兵力部署、各方武器裝備配置況。

        圖6以2018年4月14日美英法打擊敘利亞作戰(zhàn)過(guò)程為素材,表明展示系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)任務(wù)流程可視化與場(chǎng)景動(dòng)態(tài)推演的能力。

        4 結(jié) 語(yǔ)

        本文利用數(shù)字地球技術(shù),給出了一種戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境演示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法,介紹了系統(tǒng)組成與各部分功能模塊的功能需求,并展示了實(shí)現(xiàn)效果。從實(shí)現(xiàn)效果可以看出,本文所述演示系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)假想作戰(zhàn)與真實(shí)作戰(zhàn)場(chǎng)景的構(gòu)設(shè)與推演,滿足戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究的基本需求,可應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究與作戰(zhàn)教學(xué)應(yīng)用。

        隨著科技的高速發(fā)展,本文所述系統(tǒng)可增加虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)及混合現(xiàn)實(shí)(MR)等可視化技術(shù),擴(kuò)展應(yīng)用接口,增加作戰(zhàn)影響因素分析等功能,以滿足更高的應(yīng)用需求。

        參 考 文 獻(xiàn)

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