一種基于數字地球技術的戰場環境研究演示系統實現方法

魏海剛 雷青峰 車萬平

摘 要：戰場環境研究關系國家安全戰略、軍事戰略，是聯合作戰研究的重要組成部分，對作戰教學與武器裝備研發具有重要的指導意義。隨著信息技術的高速發展，尤其是軍民融合戰略的深度實施，與戰場環境相關的基礎技術有了很大突破，國內相關問題的解決方案也取得了一定成果。文中基于數字地球技術，給出一種作戰場景演示系統的軟硬件組成情況，并重點對系統軟件各組成要素分別進行論述。從系統實現效果可以看出，該演示系統具備戰場環境研究的能力，系統實現方法可行、有效，可廣泛應用于戰場環境研究演示與教學應用。

關鍵詞：戰場環境研究;數字地球;作戰教學;武器裝備;演示系統;軍民融合

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2019）05-00-03

0 引 言

美軍從20世紀60年代開始開展戰場環境研究，并于80年代后期從實驗室進入了實用化階段。通過戰場環境與軍事態勢的融合，滿足其聯合作戰對戰場信息的可視化需求。在作戰中，通過戰場環境研究平臺，實時推送關鍵地區詳細環境資料，在前方執行單位便攜式設備上以三維可視化方式呈現，前線士兵可借助配備的傳感器在戰場環境上互動。目前，隨著信息技術的飛速發展，尤其是軍民融合戰略的深度實施，我國戰場環境研究相關技術與解決方案已經有了很大突破。

數字地球技術已從20世紀末發展至今，數字地球建設是一場意義深遠的科技革命。數字地球是將有關地球、海量、多分辨率、三維、動態的數據按照地理坐標集成起來的虛擬地球，主要由文本數據、空間數據、應用模型及操作平臺組成。這些數據包括全球性各種比例尺的地理空間數據，各類高分辨率、多波段、多時相的對地觀測影像，各類不同比例尺的數字專題圖，以及相應的以文本形式表現的有關可持續發展、資源、農業、環境、人口、災害、氣候、水文循環、地理、生物、生態系統、教育等不同類別的數據。隨著云計算、高速計算機技術的發展，海量數字地球數據的計算越來越具備可行性。從戰略角度分析，數字地球是全球性的發展戰略目標，數字地球是未來信息資源的綜合平臺與集成，現代社會擁有信息資源的重要性更基于工業經濟社會擁有自然資源的重要性，擁有數字地球等于占據了現代社會的信息戰略制高點。

本文基于數字地球技術，通過對海量數據二次加工，給出一種戰場環境研究演示系統的組成與實現方法，并對系統軟件組成內容進行介紹，從系統實現效果可看出本文方法可行有效。

1 系統組成

本文戰場環境研究演示系統采用數字地球技術，通過集成自然環境數據、社會環境數據、基礎地理數據、指揮控制平臺數據、武器平臺數據等各類與作戰相關的數據，建立作戰模型。通過對相關作戰影響因素的分析，形成作戰場景。對各類作戰相關裝備平臺數據進行部署分配，形成作戰兵力部署。通過對作戰過程的任務流程建模，使用統一的時空基準對海量數據進行關聯與組織，最終形成作戰過程的可視化與過程推演可研究。系統組成如圖1所示。

系統要實現各類海量數據集成處理，需要完備的底層硬件支撐，包括大容量信息集成服務器、高速數據交換設備及高性能數據處理計算機等。在現有技術發展水平下，以上底層硬件需求相對較容易滿足，本文對底層硬件建設不做過多介紹，重點介紹系統軟件組成部分。

2 系統實現方法

2.1 數據集成處理

本文戰場環境演示系統基礎數據采用在線免費下載、采購及按需制作加工等方式獲取。由這些不同方式獲取到的數據的存儲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據，再加上GIS應用系統長期處于以項目為中心的孤立發展狀態，很多GIS系統都擁有自己的數據格式，使得數據共享問題尤為突出。

數據集成將各類應用系統資源與數據資源進行格式轉換，并將各類相關數據進行合并，最終在信息服務器內形成統一格式的地圖影像數據、高程數據及矢量數據，最終應用于演示系統。數據集成處理主要需解決數據來源問題、格式轉換以及數據合并等問題。數據集成流程如圖2所示。

2.2 基礎地理地圖標繪

演示系統在二、三維地圖上通過點、線、面等常規標繪工具，對道路、橋梁、河流、島嶼、村莊、醫院、學校、工廠、碉堡、飛機場、炮兵發射陣地、防空區、巡邏區等戰略目標進行標繪，真實作戰時預演，進行真實數據標繪，進行假想戰爭戰術演練時，按需求進行模擬數據標繪。

基礎地理地圖標繪內容包括目標經緯度信息、高度信息，有效區域范圍、標識信息等。通過底層數據加載，按照戰場環境特點，對重點區域與目標進行突出顯示，為作戰演示提供基礎內容標注。

2.3 作戰要素資源庫與作戰兵力部署

作戰要素資源包括各種戰機、坦克、火炮、火箭、導彈、雷達、航母、戰艦、潛艇等軍事對象資源。戰場環境演示系統按照統一格式進行數據元素填充，提供常見的作戰信息資源庫，并提供一套可擴展的要素資源庫。可擴展的作戰要素資源庫為系統適應各類作戰場景構設與演示提供可實現性。

作戰兵力部署編輯可根據戰場場景構設需要，編輯紅方與藍方兵力部署，并標注兵種與數量，最終形成兵力部署態勢圖，并對作戰場景中相關的兵力作戰路徑進行規劃。

2.4 任務流程建模與場景動態回放推演

通過將二、三維地理信息數據與作戰想定內容相結合，對作戰任務流程按照需求進行建模。對想定內容進行集成，驅動各領域相關模型，實現動態目標的航跡管理與靜態目標的狀態變換。真實再現作戰過程中的信息流動與作戰行動的動態演化，利用三維可視化技術將任務流程可視化，為作戰效能評估提供逼真的戰場環境模擬與數據支持。

戰場環境演示系統的最終目標是實現作戰場景的真實再現，需要基于全時空統一線，對集成、同化及融合的空間態勢感知信息進行處理，利用數字地球二、三維GIS系統，展現時空一體化作戰場景，并能支持時刻跳轉、事件跳轉、倍速變更等交互操作。

3 系統實現效果

本文戰場環境演示系統實現情況分別如圖3～圖6所示。

圖3～圖5為在我國南海海域開展的一次軍事對抗所進行的作戰假想。從圖3基礎地理信息標繪情況可以看出，該系統能夠按照作戰需求，進行作戰區域標注，并對其中的重點目標進行突出顯示。圖4為演示系統可支持作戰要素資源進行管理的示意圖。圖5展示了戰場紅藍雙方兵力部署、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過程為素材，表明展示系統具有實現任務流程可視化與場景動態推演的能力。

4 結 語

本文利用數字地球技術，給出了一種戰場環境演示系統的實現方法，介紹了系統組成與各部分功能模塊的功能需求，并展示了實現效果。從實現效果可以看出，本文所述演示系統能夠實現假想作戰與真實作戰場景的構設與推演，滿足戰場環境研究的基本需求，可應用于戰場環境研究與作戰教學應用。

隨著科技的高速發展，本文所述系統可增加虛擬現實（VR）、增強現實（AR）及混合現實（MR）等可視化技術，擴展應用接口，增加作戰影響因素分析等功能，以滿足更高的應用需求。

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