文/張志民 蘭偉 王官龍

（1.中國(guó)人民解放軍61773 部隊(duì) 新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市 831400 2.中國(guó)人民解放軍63769 部隊(duì) 陜西省西安市 710043）

傳統(tǒng)的紙質(zhì)地圖標(biāo)繪和沙盤模型來描繪戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，已越來越無法滿足指揮員在戰(zhàn)術(shù)演練和戰(zhàn)時(shí)指揮決策的需要。現(xiàn)代化作戰(zhàn)和演訓(xùn)中，聯(lián)合作戰(zhàn)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)指揮順暢、高效提出了更高要求，表現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境態(tài)勢(shì)的技術(shù)手段愈加先進(jìn)化、多元化。如何構(gòu)建一個(gè)可視效果逼真的三維戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)平臺(tái)，融合北斗定位信息，地圖信息和即時(shí)通信信息為一體化聯(lián)合指揮提供實(shí)時(shí)、直觀的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息，主要從以下幾個(gè)方面：

（1）實(shí)時(shí)獲取友鄰位置信息較難。北斗指揮機(jī)與普通用戶機(jī)在注冊(cè)時(shí)，隸屬關(guān)系就固化在IC 卡上。當(dāng)任務(wù)發(fā)生變化，需調(diào)整配屬其他作戰(zhàn)單元時(shí)，因指揮關(guān)系固化，需要修改IC 卡數(shù)據(jù)才能完成指揮關(guān)系調(diào)整。同時(shí)，要想得知部署或支援力量是否到達(dá)指定作戰(zhàn)區(qū)域不能及時(shí)地、直觀地的反映。

（2）戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境系統(tǒng)一般采用局域網(wǎng)模式，數(shù)據(jù)共享訪問存在壁壘，資源利用效率低。指揮人員除需要位置、通信信息外，還需結(jié)合專業(yè)二維數(shù)字地圖標(biāo)繪，過程繁瑣且不夠直觀。

緊貼作戰(zhàn)任務(wù)需求，構(gòu)建基于BDS 位置信息的戰(zhàn)場(chǎng)三維可視化系統(tǒng)，利用北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)三維場(chǎng)景動(dòng)態(tài)演示、指揮控制靈活配置與位置信息共享、作戰(zhàn)單元實(shí)時(shí)監(jiān)控等，為作戰(zhàn)和演訓(xùn)指揮決策提供輔助手段。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)主要由綜合信息數(shù)據(jù)庫、管理服務(wù)層、用戶層三大部分組成。系統(tǒng)框圖如圖1 所示。

1.1.1 綜合信息數(shù)據(jù)庫

綜合信息數(shù)據(jù)庫層由北斗信息、基礎(chǔ)地理信息和專題數(shù)據(jù)庫組成。北斗信息主要由定位信息和短報(bào)文信息組成。基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫主要由矢量、地形和影像庫組成，是GIS 地圖服務(wù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。專題屬性數(shù)據(jù)庫可根據(jù)用戶需求，如特殊裝備等，進(jìn)行靈活配置。

1.1.2 管理服務(wù)層

管理服務(wù)層由數(shù)據(jù)管理、位置信息、通信、地圖綜合、用戶審計(jì)授權(quán)管理和容災(zāi)備份服務(wù)等組成。主要通過網(wǎng)絡(luò)WebGIS 將空間基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫和位置信息數(shù)據(jù)優(yōu)化、整合為一個(gè)信息綜合處理中心，并通過規(guī)范的接口和安全機(jī)制提供統(tǒng)一的服務(wù)。用戶只要經(jīng)過授權(quán)，就可實(shí)現(xiàn)按照需要訪問各類信息，為部隊(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)高效指揮提供信息保障。

1.1.3 應(yīng)用示范層

應(yīng)用示范層由指揮所、一體化指揮平臺(tái)和維護(hù)人員組成。用戶，均需經(jīng)用戶授權(quán)管理模塊授權(quán)，按需訪問相應(yīng)數(shù)據(jù)，從而獲得三維戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境分析、位置等信息，實(shí)現(xiàn)用戶的高效訪問。

圖1：系統(tǒng)框圖

圖2：系統(tǒng)框架圖

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

信息處理中心通過客戶端軟件，將集成互聯(lián)處于不同部署的被授權(quán)的指揮所，通過指揮專網(wǎng)或軍事綜合信息網(wǎng)融合各級(jí)指揮所用戶機(jī)位置、通信信息等至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)不同類別指揮所信息融合。指揮所根據(jù)授權(quán)，獲取直屬或配屬部隊(duì)的實(shí)時(shí)位置信息和通信信息。同時(shí)，根據(jù)授權(quán)，指揮所可通過網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)庫（包含位置、通信、地圖信息），實(shí)現(xiàn)信息獲取，也可靈活配置GIS 服務(wù)器地圖數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)獲取位置信息和通信信息，快速感知戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，為指揮員決策提供直觀、高效的態(tài)勢(shì)信息。系統(tǒng)框架圖如圖2 所示。

表1：表BDS_PDATA 定義

表2：表BDS_SEQUEUE 定義

2 主要功能

2.1 提供位置、通信服務(wù)

各級(jí)指揮所通過客戶端授權(quán)軟件，獲取信息處理中心訪問權(quán)限，即可實(shí)時(shí)獲取部署或友鄰部隊(duì)位置、通信信息。通信服務(wù)主要負(fù)責(zé)分發(fā)、協(xié)調(diào)和處理整個(gè)中心子系統(tǒng)、各模塊間的軟硬件指令、協(xié)議報(bào)文與定位數(shù)據(jù)。

2.2 提供GIS地圖綜合服務(wù)系統(tǒng)

2.2.1 二維基礎(chǔ)地圖服務(wù)

主要由衛(wèi)星影像庫和矢量地圖庫組成。服務(wù)的核心區(qū)域使用分辨率優(yōu)于0.5m 的影像，部分地區(qū)可達(dá)0.2m，在非核心區(qū)域使用分辨率2-5m 的衛(wèi)星影像。矢量地圖庫采用不同比例尺下地圖數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用1：25 萬矢量圖，核心區(qū)域采用1：1 萬地圖數(shù)據(jù)。區(qū)分行政區(qū)劃、居民地、交通和水系等數(shù)據(jù)等級(jí)并分層存儲(chǔ)。

2.2.2 三維基礎(chǔ)地圖服務(wù)

三維地圖庫主要由衛(wèi)星影像庫、數(shù)字高程模型庫、3D 模型庫融合矢量地圖庫組成。通過SkyLine 軟件平臺(tái)創(chuàng)建戰(zhàn)場(chǎng)三維可視化模型，其中，利用ENVI 軟件對(duì)等高線或立體像對(duì)快速提取DEM數(shù)據(jù)。TerraBuilder 將校正后的影像、DEM 等數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、剪裁、直方圖調(diào)節(jié)優(yōu)化后等，生成含三維數(shù)字地圖的.MPT 文件，建立基礎(chǔ)三維地理信息庫；TerraExplorer 用于讀取二、三維地理信息庫，并具備二、三維環(huán)境下，屬性文件管理、編輯及分析功能。同時(shí)可根據(jù)用戶需求，制定專題軍事要素?cái)?shù)據(jù)庫。TerraExplorerProAPI 是增強(qiáng)的COM 接口，用于控制三維場(chǎng)景中所有的對(duì)象及其動(dòng)作，提供擴(kuò)展功能用于訪問外部數(shù)據(jù)。

地圖綜合服務(wù)系統(tǒng)用于整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的動(dòng)態(tài)展示，負(fù)責(zé)對(duì)三（二）維GIS、3D 模型、專題數(shù)據(jù)的更新和編輯，保證系統(tǒng)平臺(tái)中基礎(chǔ)GIS 地圖服務(wù)的時(shí)效性。通過融合矢量、地形、衛(wèi)星影像，構(gòu)建全方位的戰(zhàn)場(chǎng)空間數(shù)據(jù)庫，將不同來源的多種地圖匹配、融合、優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)建模，并將位置信息和地圖數(shù)據(jù)庫有機(jī)結(jié)合，為部隊(duì)指揮決策提供可視化的分析解決方案。3D 模型庫反映作戰(zhàn)單元的幾何結(jié)構(gòu)，可根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)選配作戰(zhàn)單元，主要針對(duì)武器裝備、建筑物等。專題屬性數(shù)據(jù)庫，主要針對(duì)作戰(zhàn)環(huán)境需求，實(shí)現(xiàn)態(tài)勢(shì)推演。

2.3 用戶授權(quán)分系統(tǒng)

系統(tǒng)為不同等級(jí)的指揮所和用戶設(shè)備提供信息綜合服務(wù)，通過數(shù)據(jù)庫將用戶資料進(jìn)行關(guān)鍵信息篩選與管理，嚴(yán)格用戶權(quán)限的注冊(cè)、審核及授權(quán)等，防止非法訪問，造成核心涉密信息泄露等事故發(fā)生。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 建立位置信息數(shù)據(jù)庫

位置信息是指揮所實(shí)現(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn)、演訓(xùn)中指揮控制的基礎(chǔ)，北斗指揮機(jī)將下屬用戶機(jī)的位置、通信信息數(shù)據(jù)，經(jīng)客戶端編譯后通過網(wǎng)絡(luò)上傳至信息處理中心位置信息服務(wù)器，服務(wù)器將數(shù)據(jù)分類存儲(chǔ)，建立實(shí)時(shí)位置信息數(shù)據(jù)庫，為不同授權(quán)用戶提供不同級(jí)別的位置信息響應(yīng)服務(wù)。位置信息數(shù)據(jù)主要通過Oracle 數(shù)據(jù)庫建立表BDS_PDATA 和BDS_SEQUEUE 分別對(duì)北斗導(dǎo)航定位和指揮通信信息進(jìn)行儲(chǔ)存。分別定義如表1、表2。

通過建立位置、通信信息數(shù)據(jù)表，實(shí)現(xiàn)指揮所及其配屬關(guān)系的位置、通信信息實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)儲(chǔ)存和訪問。

3.2 建立指揮所對(duì)GIS地圖服務(wù)的快速訪問

用戶最基本的操作是空間數(shù)據(jù)的查詢，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)操作協(xié)議，明確定義服務(wù)級(jí)元數(shù)據(jù)、地圖影像，位置參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)等，用戶通過其權(quán)限獲取相應(yīng)接口服務(wù)。二維地圖服務(wù)采用WebGIS 模式，數(shù)據(jù)分層管理策略與數(shù)據(jù)屬性形成關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成綜合地圖信息。在GIS 地圖服務(wù)中運(yùn)用HTTP 和TCP/IP 應(yīng)用體系，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的GIS 服務(wù)管理。嵌入MapXtreme 軟件組件技術(shù)，授權(quán)用戶通過指揮專網(wǎng)或軍事綜合網(wǎng)進(jìn)行訪問，如地圖數(shù)據(jù)、位置信息、控制指令等。將ASP.NETAJAX 和Web 服務(wù)技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，通過異步通信，不斷優(yōu)化處理Web 服務(wù)器傳送的頁面內(nèi)容與XML 格式文件，實(shí)現(xiàn)了良好的用戶體驗(yàn)。三維地圖服務(wù)采用SkylineTerraGate 進(jìn)行基礎(chǔ)地形發(fā)布，用戶通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)訪問地圖信息，其流技術(shù)明顯不同于視頻流，基于網(wǎng)絡(luò)無縫可變帶寬，不受低帶寬或者連通中斷的影響。自動(dòng)分配負(fù)載，允許多臺(tái)服務(wù)器同時(shí)導(dǎo)出3D 可視化?？紤]到多用戶終端同時(shí)訪問，采取柵格數(shù)據(jù)，將大量單幅影像分塊，建立金字塔模型，實(shí)現(xiàn)多分辨率GIS 地圖服務(wù)數(shù)據(jù)存、讀技術(shù)。同時(shí)在客戶端建立影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，較好地解決了存儲(chǔ)和性能的問題。

圖4：容災(zāi)備份技術(shù)

3.3 建立快速輔助決策分析

基于位置信息的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境態(tài)勢(shì)系統(tǒng)，具有集成圖文數(shù)據(jù)管理功能，實(shí)現(xiàn)其查詢、定位和編輯。系統(tǒng)主要根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)進(jìn)行直觀展示，指揮所運(yùn)用GIS 地圖數(shù)據(jù)庫，可迅速掌握部署及友鄰位置，可根據(jù)GIS 地圖服務(wù)規(guī)劃其行進(jìn)最佳路徑選擇與通視分析、空間位置量算、地形坡度分析、水淹分析等輔助決策功能，為部隊(duì)機(jī)動(dòng)提供輔助技術(shù)支撐，有效提高作戰(zhàn)信息化水平。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域聯(lián)合作戰(zhàn)指揮，用戶可通過平臺(tái)查詢和調(diào)用所需的服務(wù)，同時(shí)滿足不同層級(jí)的應(yīng)用需求，極大的減低了平臺(tái)的應(yīng)用門檻。如圖3 所示。

3.4 容災(zāi)備份技術(shù)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)為信息處理中心和備份中心，以心跳技術(shù)作為檢測(cè)系統(tǒng)錯(cuò)誤手段，以服務(wù)遷移技術(shù)作為后續(xù)反應(yīng),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)容災(zāi)設(shè)計(jì)。信息處理中心可管理和調(diào)度范圍內(nèi)所有設(shè)備終端，備份中心通過網(wǎng)絡(luò)與信息處理中心實(shí)現(xiàn)無縫連接，用于監(jiān)視用戶實(shí)時(shí)狀態(tài)信息及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份工作，不下發(fā)任何指令信息。指揮所通過配備的手持終端向信息處理中心信息報(bào)告、信息查詢、發(fā)送求救信息，接收中心的控制指令。所有的用戶終端實(shí)行信息處理中心和備份中心雙重監(jiān)控，保證中心系統(tǒng)在遭受破壞之后，備份中心及時(shí)恢復(fù)。

為方便服務(wù)遷移，信息處理中心和備份中心各項(xiàng)硬件配置相同、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)相同、服務(wù)提供接口相同，只是用戶權(quán)限不同，訪問數(shù)據(jù)不同。當(dāng)信息處理中心故障時(shí)，可迅速切換至備份中心，實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)指揮不間斷。如圖4 所示。

3.5 定位信息服務(wù)

定位信息服務(wù)主要提供部隊(duì)實(shí)時(shí)位置信息監(jiān)控以及歷史位置軌跡查詢等服務(wù)，結(jié)合二維、三維地圖服務(wù)，可形成全局性的位置信息服務(wù)。指揮機(jī)關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)直觀、真實(shí)的三維地形瀏覽，并有助于指揮機(jī)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)部署的高效指揮。

4 系統(tǒng)應(yīng)用特點(diǎn)

本方案注重多服務(wù)器模式下戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的調(diào)取與運(yùn)用，融合北斗定位、地圖、通信等信息，為作戰(zhàn)指揮提供實(shí)時(shí)、直觀的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境態(tài)勢(shì)服務(wù)，有效提高現(xiàn)代軍事一體化聯(lián)合指揮效能。

（1）利用海量衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，運(yùn)用Skyline 軟件平臺(tái)，采用聯(lián)機(jī)協(xié)作的方式采集、編輯、輸出分辨率較高的三維地形數(shù)據(jù)，縮短了數(shù)據(jù)運(yùn)算周期。

（2）實(shí)現(xiàn)三維地圖與二維地圖的一體化集成與應(yīng)用，采用二維與三維聯(lián)動(dòng)的方式，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的標(biāo)繪；集成專題要素圖層和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)圖層，可以為作戰(zhàn)指揮提供全面、準(zhǔn)確的空間信息支持。

（3）探索和實(shí)踐多種平臺(tái)應(yīng)用服務(wù)模式，包括在線調(diào)用、標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)和二次開發(fā)等，可以滿足不同層級(jí)的應(yīng)用需求，極大的減低了平臺(tái)的應(yīng)用門檻。各個(gè)戰(zhàn)區(qū)可以在極少的投入下，直接獲取使用平臺(tái)反的豐富數(shù)據(jù)資源。

（4）實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域聯(lián)合作戰(zhàn)指揮，各戰(zhàn)區(qū)用戶可以通過平臺(tái)查詢和調(diào)用所需的服務(wù)，也可以基于平臺(tái)發(fā)布共享信息，從而促進(jìn)了信息資源的共享和集成。

（5）平臺(tái)依托于指揮網(wǎng)/軍事綜合信息網(wǎng)絡(luò)，將分布在各戰(zhàn)區(qū)的數(shù)據(jù)資源自動(dòng)聚合在平臺(tái)中，保障了信息資源的充分利用。

5 結(jié)束語

基于BDS 位置信息服務(wù)的戰(zhàn)場(chǎng)三維可視化系統(tǒng)平臺(tái)，融合北斗位置信息、通信信息、GIS 地圖數(shù)據(jù)和即時(shí)通信等技術(shù)，建立信息處理中心，通過標(biāo)準(zhǔn)的公共接口對(duì)外提供信息服務(wù)，可全面提升部隊(duì)快速綜合的信息支援能力的。系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，通過用戶授權(quán)管理，根據(jù)作戰(zhàn)需求靈活的配置，打破了原有的指揮關(guān)系固化問題。豐富的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)輔助工具，有效的提高了信息資源的整合，提高聯(lián)合作戰(zhàn)指揮效能，在一體化作戰(zhàn)指揮建設(shè)上作用顯著。