二三維聯動態勢系統的設計與實現

員建廈 劉偉強 李文靜 王杰

摘要：從傳統的二維態勢信息展示功能說起，介紹了戰場態勢的概念和二三維態勢各自的特點，描述了二三維聯動態勢系統的工作原理。提出了基于消息的二維態勢系統和三維態勢系統實現互動的技術思路和各部分功能實現的技術路線，設計了二三維聯動態勢系統的技術架構，采用消息中間件進行消息收發的方式，實現了二三維聯動的態勢可視化系統，實現效果良好。

關鍵詞：二三維聯動；地理信息系統；態勢可視化；戰場態勢；空間分析

中圖分類號：P208文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2020）22-67-4

0引言

隨著計算機、網絡、圖形學及數據庫等技術的不斷發展，地理信息系統自身的理論體系也在不斷完善，在數據獲取、數據處理、數據管理、數據模型及數據結構等方面都形成了成熟的理論和方法，地理信息系統在測繪、土地、環境、電力、交通、應急管理等諸多領域的應用也越來越廣泛[1]。在戰場態勢領域，基于地理信息系統，通過標注特定意義的軍事符號或標號實現戰場情況可視化的應用即為態勢系統，態勢系統能夠很好地展現戰場態勢，并對將來的情況實現一定程度的預測，這些技術被廣泛用于態勢情報處理、作戰仿真推演和作戰指揮決策中。

長期以來，傳統的態勢信息展示都是通過在二維地理信息系統的平面上添加標繪來實現的，但是這種標繪方式已經不能滿足軍事上對全方位戰場態勢展現的要求，因而逐漸出現了三維態勢系統，三維態勢系統能夠通過三維立體的展現方式顯示戰場全方位空間狀況，相對于二維態勢系統來說，三維態勢系統能夠更直觀、形象地表示客觀世界的情況，并能夠給人以更真實的感受。但是實際情況是用戶有的時候需要在二維地圖上操作，有的時候需要在三維平臺下查看空間狀態，單采用三維或單采用二維的地理信息系統都無法同時滿足用戶所有的要求。由于二維平臺和三維平臺一般為2種不同的平臺，目前能夠將二維地圖和三維地形場景的顯示保持聯動和統一的系統還比較少，如果能夠通過二者結合的方式實現動態聯動，則可以兼具二維和三維的優點，能夠更好地為用戶分析態勢情況提供支撐。

1二維態勢和三維態勢

1.1戰場態勢

戰場態勢就是戰場上的狀態和形勢，能夠表達敵我動態、戰場地形、天氣、兵力情況、實力對比等一系列與作戰相關的情況，這些情況包含了事件客觀存在的情況，是人們對事件的真實感知和認識。而發展形勢則一定程度上表征事件的發展趨勢，包含了根據客觀事件本身、長期積累的知識以及對事件發展規律的認識對事件延續性的推斷。戰場態勢包括兵力部署與作戰能力、重要動態目標、戰場環境、政治經濟環境以及對抗措施等幾類要素。態勢要素通常帶有不確定性、模糊性和隨機性，對態勢要素的發展變化也是不確定的[2]。古代戰爭講究天時地利，現代戰爭對環境考慮也是很重要的，不同的是現代的態勢系統可以通過越來越形象、越來越直觀的計算機圖形學來表現，不再局限于一張或幾張紙質地圖。通過計算機來展現的態勢系統已經逐步走向成熟，不但能夠顯示大量地理信息，還建立了完備的態勢標繪符號庫來表達戰場態勢，在各類軍事訓練、模擬對抗和應急演習中得到了廣泛的應用。

1.2二維態勢

二維態勢是對現實世界的抽象，能較好地反應區域內的地理信息特征，能夠為使用人員提供戰場全局的、整體的、大范圍的態勢狀況，并能夠提供一定的分析功能，例如緩沖分析、路徑分析、平面測量、搜索查詢、渲染分析等功能[3]。不過二維態勢只能提供平面的信息，損失了空間位置信息，不能完整反映客觀世界，對于客觀存在的三維空間信息缺乏有效的表達能力，只能通過使用人員的想象或經驗進行推斷，一定程度上影響了二維態勢系統作用的發揮。

1.3三維態勢

三維地理信息系統能夠通過立體造型技術展現地理空間現象，能夠通過三維地形視景的仿真來實現直觀的空間位置表現。實際作戰過程中，很多時候地形會影響人和武器系統效能的發揮，三維態勢系統能夠利用戰場的三維地形數據顯示出更為形象、更為逼真的現實情況，這是二維態勢系統無法做到的[4]。三維態勢系統不僅可以展現出與真實地形非常接近的視覺效果，而且能夠把地形對武器系統或人員的影響通過可視化的方式模擬顯示出來，這樣就能夠保證仿真的可信程度。

2二三維聯動工作原理

二維態勢和三維態勢窗口都是在顯示一定范圍的地圖或空間，在二維態勢系統中，地圖顯示的要素包括：地圖比例尺、中心點（經度、緯度）坐標、視圖范圍框，三維態勢系統中，空間顯示的要素包括：視點（經度、緯度、高度）坐標、視角、場景視域范圍等。二維態勢和三維態勢聯動的原理，是通過消息的互響應機制來實現的，通過坐標范圍或空間范圍在二三維態勢系統之間的互傳，實現各自軟件窗口顯示范圍的同步[5]。

對于相對獨立的二三維態勢系統，若建立二者的聯動關系，需要在2個系統之間通過消息機制搭建溝通的橋梁，獲取對方顯示范圍的變化，并據此對自身顯示范圍進行設置實現相應的改變[6]。當二維態勢系統中由于用戶拖動、目標跟蹤、地點定位等原因導致顯示范圍變化時，二維態勢消息發送模塊將態勢變化信息通過消息驅動機制發送到三維態勢系統。同樣，在三維態勢系統中，由于地圖漫游、手動旋轉、飛行定位等原因導致顯示場景空間范圍變化時，三維態勢消息發送模塊將場景空間變化信息通過消息驅動機制發送到二維態勢系統，這樣原本相對孤立的2個系統通過消息的推送和接收實現了聯動。

二維態勢和三維態勢之間的消息轉發機制如圖1所示。

二三維聯動系統同時顯示二維態勢系統和三維態勢系統，消息中間件部署在后臺服務器。在實際運行過程中，二維態勢系統和三維態勢系統顯示的底圖范圍和態勢信息內容保持一致。在二維態勢系統或三維態勢系統中都可以發出指令或進行手動漫游操作，并能夠保證二者顯示的內容和范圍一致。二維態勢系統和三維態勢系統的顯示效果分別如圖4和圖5所示。

通過顯示效果可以看出，二維態勢系統和三維態勢系統實現了聯動，2個系統顯示的地域范圍、地圖視角、目標情況以及飛行軌跡等都能夠很好地統一，在一個界面進行操作時，另一個界面可以實時聯動，系統的操作友好性較好。

5結束語

二三維聯動態勢系統兼顧了用戶傳統的操作習慣和更形象直觀的使用需求，解決了二維態勢技術成熟但缺乏三維可視化能力、三維態勢擁有更好的可視化能力但缺少二維態勢的便捷性之間的矛盾，豐富了態勢分析手段，提高了分析人員的工作效率，對于未來戰場環境下態勢分析能力的提升具有一定的促進作用。該技術還可廣泛應用于模擬仿真、地理測繪、應急處置、城市規劃、交通管理等各個領域，為相應的態勢分析、情況研討和指揮處理等提供支撐。

參考文獻

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