呂曹芳 劉傳旭 郝延軍

(陸軍軍官學(xué)院 合肥 230031)

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基于空間信息技術(shù)的陸戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)需求研究*

呂曹芳 劉傳旭 郝延軍

(陸軍軍官學(xué)院 合肥 230031)

論文針對(duì)陸戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)表現(xiàn)凸顯的問題,分析了空間信息技術(shù)在陸戰(zhàn)場(chǎng)中的應(yīng)用,包括GIS技術(shù)、導(dǎo)航定位技術(shù)、RS技術(shù)等服務(wù)于陸戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)中的應(yīng)用需求,給出了戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)管理平臺(tái)框架;分析了為建立功能強(qiáng)大的陸戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息服務(wù)體系,以實(shí)現(xiàn)信息的快速、高效處理的信息需求相關(guān)內(nèi)容;分析為滿足指揮員需要的信息,實(shí)現(xiàn)陸戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)顯示上的快速、準(zhǔn)確的功能上需求。

空間信息技術(shù); 陸戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì); 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng); 地理信息系統(tǒng); 航空航天遙感

Class Number E952

1 引言

快速獲取并有效組織戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息,是現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的主要特點(diǎn),也是戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)字化建設(shè)的重要內(nèi)容。當(dāng)今,以美軍為首的現(xiàn)代化軍隊(duì),在進(jìn)行作戰(zhàn)任務(wù)過程中,對(duì)如何獲取和發(fā)布戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息相當(dāng)關(guān)注,在戰(zhàn)略、戰(zhàn)役和戰(zhàn)術(shù)層次上都配備了相關(guān)軟硬件來獲取戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息。因此,深入研究如何獲取、傳遞、綜合戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息,對(duì)我軍作戰(zhàn)指揮、訓(xùn)練和戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)字化建設(shè)都具有重要的參考價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

在軍事戰(zhàn)爭(zhēng)中,戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)是通過把繁雜的、隱形的戰(zhàn)場(chǎng)表現(xiàn)以顯性的方式凸顯出來,以便于指揮員了解。傳統(tǒng)的地圖、沙盤都是實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)可視化的方法,但它們的不足是交互性差,不僅難以即時(shí)獲得對(duì)整個(gè)作戰(zhàn)區(qū)域的直觀映像,而且存在信息量少、信息更新困難等問題,也無法通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)布信息,使指揮員無法對(duì)態(tài)勢(shì)正確理解。為及時(shí)高效地掌握戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境變化,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精確的指揮控制和作戰(zhàn)行動(dòng),這就要求利用其他方法和手段進(jìn)行輔助[1～2]。

空間信息技術(shù)是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)以及航空航天遙感(RS)技術(shù)的總稱。其中GIS的運(yùn)用,使得戰(zhàn)場(chǎng)信息處理向信息化、數(shù)字化邁進(jìn),使指揮員能夠清晰、準(zhǔn)確地了解戰(zhàn)場(chǎng)信息并獲得多樣信息數(shù)據(jù)。RS的使用和及時(shí)更新能夠進(jìn)一步豐富和精確信息化戰(zhàn)場(chǎng),為戰(zhàn)場(chǎng)提供快速、準(zhǔn)確的高分辨率的遙感影像。GNSS的運(yùn)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的實(shí)時(shí)定位、使得指揮員能夠在戰(zhàn)場(chǎng)顯示系統(tǒng)上實(shí)時(shí)地看到其軌跡的態(tài)勢(shì)變化,輔助決策。三者既相互獨(dú)立,又密切關(guān)聯(lián)[3～6]。

2 空間信息技術(shù)

空間信息技術(shù)包括全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)以及航空航天遙感(RS)技術(shù)。

衛(wèi)星定位與導(dǎo)航是根據(jù)衛(wèi)星播發(fā)的無線電波和導(dǎo)航電文,確定空間點(diǎn)的位置和運(yùn)動(dòng)軌跡。它是現(xiàn)代軍事地理保障的主要手段之一。主要的衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)有美國(guó)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS、NAVSAT衛(wèi)星定位系統(tǒng)、GLONASS全球定位系統(tǒng)、雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)等。

遙感(Remote Sensing),意為遙遠(yuǎn)的感知,是指在遠(yuǎn)離被測(cè)物體或現(xiàn)象的位置上,使用一定的儀器設(shè)備,接收、記錄物體或現(xiàn)象反射或發(fā)射的電磁波信息,經(jīng)過對(duì)信息的傳輸、加工處理及分析與解譯,對(duì)物體及現(xiàn)象的性質(zhì)及其變化進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別的理論和技術(shù)。利用遙感技術(shù)的目的,就是快速獲得和更新戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息,從而快速更新地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。

地理信息系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下,運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論和方法,存儲(chǔ)管理和分析戰(zhàn)場(chǎng)區(qū)域(包括預(yù)設(shè)戰(zhàn)場(chǎng))內(nèi)軍事地理環(huán)境信息,可以實(shí)現(xiàn)地理信息可視化,即像模擬地圖一樣,指揮員通過閱讀分析,可查詢各種軍事地理環(huán)境要素,從而剖析作戰(zhàn)區(qū)域及相關(guān)區(qū)域的環(huán)境特點(diǎn),并可獲得決策、計(jì)劃中必不可少的各種地理要素的位置、面積、數(shù)量等特性數(shù)據(jù)[4]。

3 陸戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境分析

陸戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息主要包括陸地環(huán)境信息和非陸地環(huán)境信息。非陸地環(huán)境信息主要指海上、空中、信息空間環(huán)境信息等。

陸地環(huán)境信息,主要應(yīng)包括作戰(zhàn)地區(qū)的自然情況和社會(huì)狀況。即作戰(zhàn)地區(qū)的地形情況、氣象水文情況、社會(huì)狀況、變化的地理信息。如圖1所示。

陸地環(huán)境信息中,作戰(zhàn)地區(qū)的自然情況主要指作戰(zhàn)地區(qū)的地形高度、等高線、河流、湖泊、山脈、丘陵、森林、沙漠、草地等情況;居民地、道路、橋梁的數(shù)量和狀況;機(jī)場(chǎng)、碼頭、航道的狀況和設(shè)施能力;風(fēng)、云、雨、雪、氣象水文特點(diǎn)。作戰(zhàn)地區(qū)的社會(huì)狀況,主要是作戰(zhàn)地區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)、交通、運(yùn)輸、社會(huì)治安、民族風(fēng)俗和戰(zhàn)爭(zhēng)儲(chǔ)備能力等情況。

圖1 陸戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息構(gòu)成圖

非陸地環(huán)境信息中,海上環(huán)境信息,主要包括對(duì)陸戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)起影響作用的海洋構(gòu)成、海洋水文和海洋氣象等情況信息;空中環(huán)境信息,主要應(yīng)包括各種自然要素對(duì)陸戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)的影響信息,如云、雨、降水、風(fēng)、能見度、氣溫等信息;信息空間環(huán)境信息是指信息的產(chǎn)生、處理、傳輸和共享的空間。

4 基于空間信息技術(shù)的陸戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)需求分析

4.1 基于空間信息技術(shù)的應(yīng)用需求

GIS是陸戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)智能化的重要技術(shù),它提供了數(shù)字采集輸入、編輯、存儲(chǔ)的關(guān)鍵技術(shù),并可以方便有效地建設(shè)陸戰(zhàn)場(chǎng)基礎(chǔ)信息空間數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)GIS作為一種決策支持軟件,它提供了緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析、圖像分析、數(shù)字地形分析等智能化模塊,為實(shí)現(xiàn)陸戰(zhàn)場(chǎng)空間數(shù)據(jù)智能化處理提供了技術(shù)保證。GIS也是陸戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)可視化的有效工具,充分利用GIS柵格數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)功能,為陸戰(zhàn)場(chǎng)提供基于地理信息系統(tǒng)的模擬、分析、仿真的可視化環(huán)境。

導(dǎo)航定位系統(tǒng)提供高精度的世界范圍的定位和導(dǎo)航信息,比如GPS具有全能性、全天候、無地形障礙影響等優(yōu)點(diǎn),GPS接收器收聽GPS衛(wèi)星發(fā)回的精確時(shí)間和衛(wèi)星的位置,從而可以判斷地面上或水下的物體的位置及其移動(dòng)速度和方向等。北斗定位通信可接收北斗衛(wèi)星RNSS和RDSS信號(hào),實(shí)現(xiàn)無源定位、有源定位和信號(hào)收發(fā)等功能,其中RDSS部分實(shí)現(xiàn)通信功能、有源定位功能、授時(shí)功能等,RNSS部分具有單頻B3民碼/軍碼捕獲、跟蹤、定位功能。

在戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)表現(xiàn)系統(tǒng)中,通信服務(wù)器獲得導(dǎo)航定位系統(tǒng)發(fā)送來的移動(dòng)目標(biāo)的位置、速度、方向等數(shù)據(jù)存入到GIS服務(wù)器,供安裝有GIS應(yīng)用系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)調(diào)用。這樣可以在電子地圖顯示平臺(tái)上實(shí)時(shí)監(jiān)控移動(dòng)目標(biāo),移動(dòng)目標(biāo)當(dāng)前位置查詢,移動(dòng)目標(biāo)屬性查詢,移動(dòng)目標(biāo)鎖定,移動(dòng)目標(biāo)回放等功能。

雖然RS技術(shù)無法有效獲取陸地表層以下數(shù)據(jù)信息,但是可以全天候獲取研究陸地表面信息。

RS和CNSS向GIS提供或更新區(qū)域信息以及空間定位,GIS進(jìn)行相應(yīng)的空間分析,以從RS和CNSS提供的數(shù)據(jù)中提取有用信息,并進(jìn)行綜合集成,使之成為決策的科學(xué)依據(jù)[6]。

4.2 基于空間信息技術(shù)的信息需求

戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)等是陸戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的核心,是各種應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。要實(shí)現(xiàn)信息的快速、高效、科學(xué)的查詢、檢索和分析,必須建立功能強(qiáng)大的陸戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息服務(wù)體系[7～8]。

可以集成已有不同時(shí)間分辨率、光譜分辨率、空間分辨率的遙感衛(wèi)星組建遙感信息獲取系統(tǒng)獲取遙感圖像信息。遙感數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理和數(shù)據(jù)融合,建立綜合遙感影像數(shù)據(jù)庫(kù),為專題遙感信息提取提供符合精度要求的圖像數(shù)據(jù)[9～10]。

通過對(duì)地形圖及基礎(chǔ)地圖進(jìn)行數(shù)字化、規(guī)范化處理,建立基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。在統(tǒng)一的空間框架下,以數(shù)字化的各類地形圖、專題圖為基礎(chǔ),建立矢量數(shù)據(jù)圖層和數(shù)字高程模型,并建立基于基礎(chǔ)GIS平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。

圖2 戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)管理平臺(tái)框架

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)是陸戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)所需的基礎(chǔ)地理空間信息,主要包括陸地環(huán)境信息和非陸地相關(guān)環(huán)境信息。

非空間數(shù)據(jù)是以各種文檔、報(bào)表等形式存在的非空間數(shù)據(jù)。比如上級(jí)下發(fā)數(shù)據(jù)等。主要包括上級(jí)作戰(zhàn)編成、上級(jí)指揮所位置、上級(jí)所屬作戰(zhàn)單位當(dāng)前位置、上級(jí)作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)意圖、基本作戰(zhàn)部署、實(shí)力等基本信息。

專題數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容主要包括,一是基于陸地環(huán)境的專題數(shù)據(jù)庫(kù),土壤類型、土壤質(zhì)地、地質(zhì)、地貌、土地利用、土地質(zhì)量等級(jí)、水資源分布、農(nóng)作物類型與分布、植被類型與分布等這些專題信息經(jīng)過數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化處理,實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理,在各部門之間實(shí)現(xiàn)共享的數(shù)據(jù)。二是軍標(biāo)庫(kù),用戶可方便地制作軍標(biāo)以擴(kuò)充軍標(biāo)庫(kù),也可以編輯瀏覽軍標(biāo)、查看軍標(biāo)圖形、修改軍標(biāo)圖形結(jié)構(gòu)、修改軍標(biāo)參數(shù)、刪除軍標(biāo)等。

4.3 基于空間信息技術(shù)的功能需求

陸戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)顯示的核心功能需求是快速、準(zhǔn)確提供指揮員需要的數(shù)據(jù)信息。由于戰(zhàn)場(chǎng)所需數(shù)據(jù)具有采集周期長(zhǎng)、數(shù)據(jù)量大、格式不統(tǒng)一等特點(diǎn),為能夠有效地管理,要求數(shù)據(jù)庫(kù)管理具備的基本功能如下:

1) 信息整合、集成處理服務(wù)功能

由于信息涉及內(nèi)容十分廣泛,數(shù)據(jù)內(nèi)容及形式復(fù)雜多樣,因而信息庫(kù)需要具有針對(duì)不同類型的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合處理的能力。

2) 陸戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)顯示處理功能

陸戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)顯示等應(yīng)具備地形分析、氣象水文分析、戰(zhàn)術(shù)定位、圖上標(biāo)繪等功能。

· 地形分析功能,需要借助GIS提供地圖的二維、三維顯示,以數(shù)字地圖、電子沙盤、多媒體影像等方式顯示戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境;需要借助GIS提供查詢地理信息;要能同時(shí)查取直角坐標(biāo)和地理坐標(biāo);要提供地圖漫游顯示功能,包括手動(dòng)漫游和依據(jù)定位坐標(biāo)信息自動(dòng)漫游。

· 氣象水文分析功能,要能根據(jù)氣候水文統(tǒng)計(jì)資料對(duì)作戰(zhàn)地區(qū)的地面氣候、海洋氣候、海洋水文、天黑天亮?xí)r間等氣候水文情況進(jìn)行分析。

· 戰(zhàn)術(shù)定位功能,需要借助GIS和導(dǎo)航定位系統(tǒng)接收所屬作戰(zhàn)單位的定位信息,并能實(shí)時(shí)顯示在數(shù)字化態(tài)勢(shì)圖上;借助它們能在矢量圖、像素圖上定位各級(jí)指揮所、主要各軍兵種部隊(duì)等作戰(zhàn)要素的地理位置或空間位置;通過兩者實(shí)現(xiàn)目標(biāo)位置發(fā)生變化時(shí),能輔助跟蹤等。

· 圖上標(biāo)繪功能,軍標(biāo)庫(kù)管理系統(tǒng)集合GIS平臺(tái),提供態(tài)勢(shì)圖標(biāo)繪和編輯,對(duì)態(tài)勢(shì)圖的標(biāo)繪編輯處理等。

3) 可視化服務(wù)需求

陸戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)可視化,以虛擬仿真模型為支持,其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)陸戰(zhàn)場(chǎng)可視化仿真和軌跡監(jiān)控?？梢暬?wù)要具有三維可視化功能,即具有陸戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的虛擬現(xiàn)實(shí)和仿真的可視化環(huán)境,是以各種專業(yè)軟件組件、應(yīng)用系統(tǒng)、仿真模型庫(kù)以及數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)中心為支撐的。

利用GIS平臺(tái)軟件實(shí)現(xiàn)GIS的基本功能,運(yùn)用通用編程軟件、面向?qū)ο蟮目梢暬_發(fā)工具進(jìn)行集成開發(fā)。充分利用可視化軟件開發(fā)工具的高效方便的編碼功能,實(shí)現(xiàn)各種專用的、復(fù)雜的分析方法,其功能框架如圖3所示。

圖3 基于空間信息技術(shù)的陸戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)功能框架

5 結(jié)語

戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息是以戰(zhàn)場(chǎng)地理環(huán)境數(shù)據(jù)和作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)為管理和處理對(duì)象,并對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、管理、存儲(chǔ)、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析和共享的綜合性系統(tǒng)。基于空間信息技術(shù)的陸戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)需求分析,分析了空間信息技術(shù)在陸戰(zhàn)場(chǎng)中的應(yīng)用需求、信息需求、功能需求,為進(jìn)一步研究形成自動(dòng)化的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)集成系統(tǒng)提供理論支撐。

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Land Battlefield Situation Needs Based on Spatial Information Technology

LV Caofang LIU Chuanxu HAO Yanjun

(Army Officer Academy,Hefei 230031)

For the problem of highlighted land combat field situation,this paper analyzes the application of spatial information technology into land combat field including GIS technology,navigation locating technology,and RS technology which serve application requirements of land combat field situation,provides the frame of combat field enivronment data management platform,analyzes requirement content of infomation service mechanism for building stronger functions of land combat field situation so as to realize processing information fast and effectively,analyzes function requirement to realize land combat situation display.

spatial information technique,land battlefield situation,GNSS,GIS,RS

2014年8月5日,

2014年9月27日

呂曹芳,女,碩士,講師,研究方向:空間信息技術(shù)。

E952

10.3969/j.issn1672-9730.2015.02.004