基于實時戰場態勢的電子白板系統研究與實現

張宏宇，李祥

（1.海軍指揮所，北京 100841；2.中國電子科技集團公司第二十八研究所，南京 210007）

基于實時戰場態勢的電子白板系統研究與實現

張宏宇1，李祥2

（1.海軍指揮所，北京 100841；2.中國電子科技集團公司第二十八研究所，南京 210007）

0　引言

隨著中國周邊形勢日益嚴峻，與周邊國家領海主權爭議不斷，我國海上維權行動力度不斷加強，隨時可能出現突發事件，為了保證前后方指揮員在突發事件時能夠快速交互對當前形勢的研判，并形成作戰決心供前方指揮員實施，需要即時會商系統滿足指揮員基于共同戰場態勢的協同研討需求。

隨著多點觸控和手勢識別技術以及大屏顯示設備的成熟，近年來基于觸控屏的電子白板交互技術發展迅速，借助網絡技術，實現異地多用戶基于同一工作區的文字書寫和文件瀏覽等功能。但該技術沒有作戰應用背景，無法與指揮信息系統互通，工作區無戰場態勢背景；同時，用戶意圖只能通過手寫批注表達，不具備軍事背景的軍隊標號繪制支撐。將電子白板系統、戰場態勢顯示系統［2-3］和協同標繪系統進行重構設計和整合，形成“基于實時戰場態勢的電子白板系統”，有效解決指揮員異地協同研討和決策需求。

1　交互要素分析

指揮員進行異地協同研討主要是通過交換各自對當前態勢的意見來形成決策決心，因此，研討有兩個要素：“態勢”和“意見”。“態勢”通常是指戰場空間中兵力分布和戰場環境的當前狀態及發展變化趨勢的總稱［2-3］，一幅完整的態勢圖形由背景地圖、動態目標和靜態部署情報組成，其中，靜態部署通過軍隊標號表示；“意見”是指揮員對當前態勢的看法或想法，通過具有軍事含義的軍隊標號和不限定應用場景的任意書寫批注來表達。

通過以上分析，可將指揮員研討交互要素歸納為一個五元組T=（B，J，H，P，W），其中：

●B為背景地圖，可以為海圖、空圖、陸圖或三軍協同圖，地圖數據存儲于指揮所內的地圖服務器中；

●J為軍隊標號，軍隊標號符合作戰標圖規定，通過軍標標號可以構成作戰計劃圖、敵我雙方部署情況，也可供指揮員標注戰斗發展過程和作戰決心，各指揮所使用一致的標號庫文件；

●H為實時海空情態勢，由情報處理中心根據雷達站、觀通站等探測的實時目標數據融合處理形成，一批實時海空情的顯示要素有軍標、航跡和標牌；

●P為手寫批注，批注是不規則的，指用戶手指（或觸控筆）在工作區中形成的軌跡點的連線，用于便捷、直觀表達指揮員作戰意圖。批注不受標號形狀限制，是表達作戰意圖的有效補充手段；

●W為格式化文檔 （.doc、.ppt、.xls、.pdf等）和圖片，輔助指揮員進行意圖表述。

B、J、H為態勢構成基本要素，P和W附加于態勢之上。基于實時戰場態勢的電子白板系統實現異地間研討交互要素的同步。

2　系統設計

基于實時戰場態勢的電子白板系統能夠通過指揮專網同步會商組內的實時態勢、兵力部署、作戰計劃、標繪、文檔和批注等信息，能夠同步指揮員對系統的干預操作，如地圖操作、航跡調整、要圖標繪和批注書寫等。

2.1體系結構

基于實時戰場態勢的電子白板系統體系結構圖如圖1所示，由觸控處理軟件、白板書寫軟件、作戰指揮應用軟件和會商管理軟件組成。

圖1　軟件體系結構圖

（1）觸控處理軟件

包括觸控數據采集和手勢識別兩個模塊。觸控數據采集模塊具備觸控設備產生的原始觸控數據的接收和預處理功能；手勢識別模塊支持對用戶操作手勢進行識別的功能，能夠識別放大、縮小、旋轉、移動、切塊等手勢操作，識別結果作為白板書寫軟件和作戰指揮應用軟件的人機交互觸發條件。

（2）作戰指揮應用軟件

作戰指揮應用軟件依托海軍指揮信息系統提供地圖信息、實時態勢、兵力部署、作戰方案等信息，具有底圖選擇、比例尺切換、背景設置/轉換以及地圖放大/縮小、漫游等功能；提供對目標航跡能按區域、目標類別和屬性進行分類顯示功能；具有路程計算、面積計算和方位距離計算等常用圖上量算功能；具有雷達探測范圍、軍事部署等信息的展現功能；提供態勢標繪工具，對戰場態勢進行標繪、編輯；能夠調閱查看數據庫中的作戰方案；能夠同步顯示計劃擬制部位擬制的作戰方案；能對擬制好的作戰方案計劃進行基于二維地理態勢圖的推演。

（3）白板書寫軟件

白板書寫軟件在工作界面上使用手指或書寫筆自由勾畫完成相關功能，支持多格式文檔（.doc、.ppt、.xls、. pdf等）和圖片的瀏覽；支持手寫或筆書寫方式，提供豐富的形狀、筆形與筆色進行批注書寫；支持書寫擦除、恢復操作和切塊功能；支持在文檔上進行批注、繪畫等操作；支持對白板工作區進行縮放、漫游、旋轉等干預操作。

（4）會商管理軟件

包括會商組管理，會商數據同步和會商重演重放三個模塊。會商組管理模塊提供會商管理功能，支持會商組的創建、加入、退出等操作；會商數據同步模塊提供會商數據同步功能，同一會商組內的成員，能夠同步顯示實時態勢、兵力部署、作戰計劃、要圖標繪、調閱的文檔、批注信息等；會商重演重放模塊支持會商結果的存儲和重演重放。

2.2圖像分層顯示設計

基于實時戰場態勢的電子白板系統的信息顯示分為三層，如圖 2所示。第一層為背景地圖；第二次為作戰應用業務信息，包括實時態勢、兵力部署、作戰計劃和自繪軍標；第三層為白板書寫信息，包括多格式文件、圖片和手寫批注。

圖2　信息顯示層次圖

2.3信息關系和流程

（1）與其他系統信息關系

基于實時戰場態勢的電子白板系統作為作業終端與指揮信息系統相連，獲取實時態勢、兵力部署、作戰計劃和地理信息，通過作戰指揮應用軟件在顯示器上顯示。用戶通過觸控設備產生的干預操作和標繪、批注操作經觸控處理軟件處理后分發給白板書寫軟件和作戰指揮應用軟件。基于實時戰場態勢的電子白板系統與其他系統的信息交互關系如圖3所示。

圖3　與其他系統信息流程示意圖

（2）遠程會商信息關系

基于實時戰場態勢的電子白板系統組建會商組后，客戶機會同步主席機的實時態勢、兵力部署、作戰計劃、標繪、文檔和批注等信息，會商進行時，組內其他成員能夠同步某一成員對遠程可視化交互系統的干預操作，如地圖操作、航跡調整、要圖標繪和批注書寫等。基于實時戰場態勢的電子白板系統間的信息交互關系如圖4所示。

（3）協同研討信息流程

通過基于實時戰場態勢的電子白板系統進行協同研討的流程如圖5所示，共有四個步驟。

圖4　系統間信息流程示意圖

圖5　協同研討流程圖

①協同工作臺建立連接并同步戰場態勢

將需要協同研討的協同工作臺通過網絡連接，具體步驟是：某協同工作臺發起會商組，成為主席機，其他協同工作臺申請加入，成為客戶機；主席機將所在指揮所接收到的戰場態勢（實時目標、兵力部署、作戰計劃等）通過網絡推送到客戶機，客戶機與主席機戰場實時態勢保持一致。

②在協同工作臺上進行研討操作

協同工作臺建立連接并同步戰場態勢后，可以進行協同研討，研討的手段為軍隊標號、批注、文檔和圖片，也可調整背景地圖的顯示樣式和顯示范置。

標號可以被編輯，而批注不能（可被擦除）。可調整標號的位置、大小、角度、顏色和線寬等。當在某一協同工作臺上對標號進行編輯時，其他協同工作臺上的該標號被鎖定，編輯結果會被同步到其他協同工作臺上，編輯結束后該標號被解鎖。

③對研討操作進行數字化編碼并與其他協同工作臺同步

一個研討操作為一個有效的效互單元，如一個標號或一個批注，交互單元轉換為數字編碼在協同工作臺間進行同步。標號交互單元包括標號的顯示位置和顯示樣式，批注交互單元包括軌跡點、線寬和線色。

④解析并顯示標號或批注編碼

協同工作臺收到研討操作編碼后進行解析，如收到的是標號或批注編碼，解析后在態勢圖上顯示。

3　實現及應用

目前，已經某綜合態勢展現軟件、某協同標繪軟件和某商用電子白板系統重構實現了基于實時戰場態勢的電子白板系統，并已應用于海軍某類指揮所，擔負部隊日常值班任務。本節將對基于實時戰場態勢的電子白板系統的兩個關鍵技術實現思路進行描述。

3.1協同信息傳輸實現

為了在異地指揮員面前呈現一致的意圖表達畫面，需要同步態勢圖及附加于態勢圖上的操作信息。同步信息轉化為API指令，通過指揮專網在系統間互通。指令格式為：指令=動作類別+動作+參數（1…n）。常用指令設計如下：

（1）地圖操作指令

初始化地圖：map init name layer+sjd swd ejd ewd

漫游地圖：map move sjd swd ejd ewd

縮放地圖：map zoom factor

（2）軍標標繪、編輯指令

創建要圖圖層：sitlayer new name

刪除要圖圖層：sitlayer delete name

重命名要圖圖層：sitlayer rename name

改變要圖圖層位置：sitlayer order name index

標繪軍標：marker new lib code［jbid］（jd wd）+

刪除軍標：軍標ID marker delete jbid

設置軍標屬性：marker attrset jbid type value

改變軍標定位點：marker changepos jbid［index］jd wd

調整軍標疊放次序：marker order jbid index

組合軍標：marker combine jbid+

取消組合軍標：marker uncombine jbid

（3）航跡同步指令

更新航跡點：track new batchNo jd wd height time ［attr］

更新目標屬性：track modify batchNo attr

目標消失：track delete batchNo

（4）手寫批注指令

批注書寫：comment write bold color pos+

擦除：comment clear index

（5）文檔同步指令：

加載文檔數據：document new type data

移動文檔：document move name spos epos

旋轉文檔：document rotate name sangle eangle

縮放文檔：document zoom name factor

3.2基于多點觸控的軍標標繪實現

觸控交互手勢是人類交流的直接形式，相對于鼠標、鍵盤等間接交互方式而言更加直觀和自然［4-5］。目前應用觸控技術實現軍標標繪的理論研究和工程實踐較少，且沒有完全解決標繪的自然性。本文提出的標繪手勢基于鼠標標繪進行改進，將多點觸控手勢與鼠標事件相結合在觸控屏上便捷地進行軍標標繪，表達指揮員規范化的作戰意圖。軍標標繪手勢設計見表1。

表1　標號標繪手勢定義

4　結語

基于實時戰場態勢的電子白板系統解決了指揮員基于共同戰場態勢異地協同研討的難題，提出了基于指令的協同信息傳輸技術和基于多點觸控的軍標標繪技術。但是，該系統沒有集成語音和視頻系統，無法通過語音和視頻讓指揮員直接溝通。后續將研究將基于實時戰場態勢的電子白板系統與視頻會議系統整合，實現基于實時戰場態勢的遠程可視化交互系統，使指揮員異地協同研討更直觀。

［1］盧德兼，戴仔強，徐嵐.戰術級分布式協同研討關鍵技術［J］.指揮信息系統與技術，2012，3（5）.

［2］李蘇軍，吳玲達，胡世才，寧漢辰.數字化海戰場態勢表現系統研究［M］.系統仿真學報，2009，21（19）

［3］蔡志浩，彭曉源.基于地理信息系統的虛擬戰場態勢顯示［J］.系統仿真學報，2003，15（7）.

［4］陸錫高.軍交指揮空間用戶操作模型應用研究［碩士學位論文］.國防科學技術大學，2008.

［5］Vlpavlovie，RShanna，TS Huang.Vision-Based Interpretation of Hand Gestures for Remote Control of a Computer Mouse［C］.IEEE Transactions on Patten Analysis and Machine，1997：5～8

Battle-Field Situation；Whiteboard；Command；Plotting

Research and Implementation of Whiteboard System Based on Real-time Battlefield Situation

ZHANG Hong-yu1，LI Xiang2
（1.Naval Command Post，Beijing 100841；2.China Electronics Technology Group Corporation，Nanjing 210007）

1007-1423（2015）31-0056-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.31.015

張宏宇（1982-），男，黑龍江人，本科，工程師，研究方向為指揮自動化技術

2015-10-15

2015-10-28

針對異地協同研討和決策等可視化指揮的難題，提出基于指令的協同信息傳輸技術和基于多點觸控的軍標標繪技術，在此基礎上，將電子白板系統、戰場態勢顯示系統和協同標繪系統進行重構設計和整合，形成“基于實時戰場態勢的電子白板系統”，實現異地指揮員基于同一幅戰場態勢圖的研討和指揮決策。

戰場態勢；電子白板；指令；標繪

李祥（1985-），男，江蘇南通人，碩士，工程師，研究方向為數據可視化與展現技術

For visual command problems like collaborative research and decision，proposes a collaborative information transmission technology based on commands and a plot technology based on touch.Then，the existing systems including whiteboard system，battlefield situation display system and collaborative plotting system are reconstruction designed and integrated into a whiteboard system based on real-time battlefield situation which can apply research and decision based on the same situational figure.