基于空間信息技術的陸戰(zhàn)場態(tài)勢需求研究*

呂曹芳 劉傳旭 郝延軍

(陸軍軍官學院 合肥 230031)

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基于空間信息技術的陸戰(zhàn)場態(tài)勢需求研究*

呂曹芳 劉傳旭 郝延軍

(陸軍軍官學院 合肥 230031)

論文針對陸戰(zhàn)場態(tài)勢表現(xiàn)凸顯的問題,分析了空間信息技術在陸戰(zhàn)場中的應用,包括GIS技術、導航定位技術、RS技術等服務于陸戰(zhàn)場態(tài)勢中的應用需求,給出了戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)管理平臺框架;分析了為建立功能強大的陸戰(zhàn)場態(tài)勢信息服務體系,以實現(xiàn)信息的快速、高效處理的信息需求相關內(nèi)容;分析為滿足指揮員需要的信息,實現(xiàn)陸戰(zhàn)場態(tài)勢顯示上的快速、準確的功能上需求。

空間信息技術; 陸戰(zhàn)場態(tài)勢; 全球導航衛(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)場態(tài)勢信息,是現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭的主要特點,也是戰(zhàn)場數(shù)字化建設的重要內(nèi)容。當今,以美軍為首的現(xiàn)代化軍隊,在進行作戰(zhàn)任務過程中,對如何獲取和發(fā)布戰(zhàn)場態(tài)勢信息相當關注,在戰(zhàn)略、戰(zhàn)役和戰(zhàn)術層次上都配備了相關軟硬件來獲取戰(zhàn)場態(tài)勢信息。因此,深入研究如何獲取、傳遞、綜合戰(zhàn)場態(tài)勢信息,對我軍作戰(zhàn)指揮、訓練和戰(zhàn)場數(shù)字化建設都具有重要的參考價值和現(xiàn)實意義。

在軍事戰(zhàn)爭中,戰(zhàn)場態(tài)勢是通過把繁雜的、隱形的戰(zhàn)場表現(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、沙盤都是實現(xiàn)戰(zhàn)場可視化的方法,但它們的不足是交互性差,不僅難以即時獲得對整個作戰(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)絡實時發(fā)布信息,使指揮員無法對態(tài)勢正確理解。為及時高效地掌握戰(zhàn)場環(huán)境變化,實現(xiàn)實時精確的指揮控制和作戰(zhàn)行動,這就要求利用其他方法和手段進行輔助[1～2]。

空間信息技術是全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)以及航空航天遙感(RS)技術的總稱。其中GIS的運用,使得戰(zhàn)場信息處理向信息化、數(shù)字化邁進,使指揮員能夠清晰、準確地了解戰(zhàn)場信息并獲得多樣信息數(shù)據(jù)。RS的使用和及時更新能夠進一步豐富和精確信息化戰(zhàn)場,為戰(zhàn)場提供快速、準確的高分辨率的遙感影像。GNSS的運用可以實現(xiàn)對目標物的實時定位、使得指揮員能夠在戰(zhàn)場顯示系統(tǒng)上實時地看到其軌跡的態(tài)勢變化,輔助決策。三者既相互獨立,又密切關聯(lián)[3～6]。

2 空間信息技術

空間信息技術包括全球導航衛(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。

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

遙感(Remote Sensing),意為遙遠的感知,是指在遠離被測物體或現(xiàn)象的位置上,使用一定的儀器設備,接收、記錄物體或現(xiàn)象反射或發(fā)射的電磁波信息,經(jīng)過對信息的傳輸、加工處理及分析與解譯,對物體及現(xiàn)象的性質及其變化進行探測和識別的理論和技術。利用遙感技術的目的,就是快速獲得和更新戰(zhàn)場環(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)是在計算機軟硬件支持下,運用系統(tǒng)工程和信息科學的理論和方法,存儲管理和分析戰(zhàn)場區(qū)域(包括預設戰(zhàn)場)內(nèi)軍事地理環(huán)境信息,可以實現(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)域及相關區(qū)域的環(huán)境特點,并可獲得決策、計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)場環(huán)境分析

陸戰(zhàn)場環(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,主要應包括作戰(zhàn)地區(qū)的自然情況和社會狀況。即作戰(zhàn)地區(qū)的地形情況、氣象水文情況、社會狀況、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;機場、碼頭、航道的狀況和設施能力;風、云、雨、雪、氣象水文特點。作戰(zhàn)地區(qū)的社會狀況,主要是作戰(zhàn)地區(qū)的政治、經(jīng)濟、交通、運輸、社會治安、民族風俗和戰(zhàn)爭儲備能力等情況。

圖1 陸戰(zhàn)場環(huán)境信息構成圖

非陸地環(huán)境信息中,海上環(huán)境信息,主要包括對陸戰(zhàn)場作戰(zhàn)起影響作用的海洋構成、海洋水文和海洋氣象等情況信息;空中環(huán)境信息,主要應包括各種自然要素對陸戰(zhàn)場作戰(zhàn)的影響信息,如云、雨、降水、風、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 基于空間信息技術的陸戰(zhàn)場態(tài)勢需求分析

4.1 基于空間信息技術的應用需求

GIS是陸戰(zhàn)場數(shù)據(jù)智能化的重要技術,它提供了數(shù)字采集輸入、編輯、存儲的關鍵技術,并可以方便有效地建設陸戰(zhàn)場基礎信息空間數(shù)據(jù)庫。同時GIS作為一種決策支持軟件,它提供了緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡分析、圖像分析、數(shù)字地形分析等智能化模塊,為實現(xiàn)陸戰(zhàn)場空間數(shù)據(jù)智能化處理提供了技術保證。GIS也是陸戰(zhàn)場數(shù)據(jù)可視化的有效工具,充分利用GIS柵格數(shù)據(jù)的可視化表達功能,為陸戰(zhàn)場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。

導航定位系統(tǒng)提供高精度的世界范圍的定位和導航信息,比如GPS具有全能性、全天候、無地形障礙影響等優(yōu)點,GPS接收器收聽GPS衛(wèi)星發(fā)回的精確時間和衛(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,實現(xiàn)無源定位、有源定位和信號收發(fā)等功能,其中RDSS部分實現(xiàn)通信功能、有源定位功能、授時功能等,RNSS部分具有單頻B3民碼/軍碼捕獲、跟蹤、定位功能。

在戰(zhàn)場態(tài)勢表現(xiàn)系統(tǒng)中,通信服務器獲得導航定位系統(tǒng)發(fā)送來的移動目標的位置、速度、方向等數(shù)據(jù)存入到GIS服務器,供安裝有GIS應用系統(tǒng)的計算機調用。這樣可以在電子地圖顯示平臺上實時監(jiān)控移動目標,移動目標當前位置查詢,移動目標屬性查詢,移動目標鎖定,移動目標回放等功能。

雖然RS技術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進行相應的空間分析,以從RS和CNSS提供的數(shù)據(jù)中提取有用信息,并進行綜合集成,使之成為決策的科學依據(jù)[6]。

4.2 基于空間信息技術的信息需求

戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)庫等是陸戰(zhàn)場態(tài)勢數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的核心,是各種應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎。要實現(xiàn)信息的快速、高效、科學的查詢、檢索和分析,必須建立功能強大的陸戰(zhàn)場態(tài)勢信息服務體系[7～8]。

可以集成已有不同時間分辨率、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)過預處理和數(shù)據(jù)融合,建立綜合遙感影像數(shù)據(jù)庫,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]。

通過對地形圖及基礎地圖進行數(shù)字化、規(guī)范化處理,建立基礎地理信息數(shù)據(jù)庫。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,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GIS平臺的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

圖2 戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)管理平臺框架

基礎地理數(shù)據(jù)是陸戰(zhàn)場態(tài)勢所需的基礎地理空間信息,主要包括陸地環(huán)境信息和非陸地相關環(huán)境信息。

非空間數(shù)據(jù)是以各種文檔、報表等形式存在的非空間數(shù)據(jù)。比如上級下發(fā)數(shù)據(jù)等。主要包括上級作戰(zhàn)編成、上級指揮所位置、上級所屬作戰(zhàn)單位當前位置、上級作戰(zhàn)任務、作戰(zhàn)意圖、基本作戰(zhàn)部署、實力等基本信息。

專題數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容主要包括,一是基于陸地環(huán)境的專題數(shù)據(jù)庫,土壤類型、土壤質地、地質、地貌、土地利用、土地質量等級、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、標準化處理,實現(xiàn)統(tǒng)一管理,在各部門之間實現(xiàn)共享的數(shù)據(jù)。二是軍標庫,用戶可方便地制作軍標以擴充軍標庫,也可以編輯瀏覽軍標、查看軍標圖形、修改軍標圖形結構、修改軍標參數(shù)、刪除軍標等。

4.3 基于空間信息技術的功能需求

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

1) 信息整合、集成處理服務功能

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

2) 陸戰(zhàn)場態(tài)勢顯示處理功能

陸戰(zhàn)場態(tài)勢顯示等應具備地形分析、氣象水文分析、戰(zhàn)術定位、圖上標繪等功能。

· 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)場環(huán)境;需要借助GIS提供查詢地理信息;要能同時查取直角坐標和地理坐標;要提供地圖漫游顯示功能,包括手動漫游和依據(jù)定位坐標信息自動漫游。

· 氣象水文分析功能,要能根據(jù)氣候水文統(tǒng)計資料對作戰(zhàn)地區(qū)的地面氣候、海洋氣候、海洋水文、天黑天亮時間等氣候水文情況進行分析。

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

· 圖上標繪功能,軍標庫管理系統(tǒng)集合GIS平臺,提供態(tài)勢圖標繪和編輯,對態(tài)勢圖的標繪編輯處理等。

3) 可視化服務需求

陸戰(zhàn)場態(tài)勢可視化,以虛擬仿真模型為支持,其目標是實現(xiàn)陸戰(zhàn)場可視化仿真和軌跡監(jiān)控?？梢暬找哂腥S可視化功能,即具有陸戰(zhàn)場環(huán)境的虛擬現(xiàn)實和仿真的可視化環(huán)境,是以各種專業(yè)軟件組件、應用系統(tǒng)、仿真模型庫以及數(shù)據(jù)信息存儲中心為支撐的。

利用GIS平臺軟件實現(xiàn)GIS的基本功能,運用通用編程軟件、面向對象的可視化開發(fā)工具進行集成開發(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,實現(xiàn)各種專用的、復雜的分析方法,其功能框架如圖3所示。

圖3 基于空間信息技術的陸戰(zhàn)場態(tài)勢功能框架

5 結語

戰(zhàn)場態(tài)勢信息是以戰(zhàn)場地理環(huán)境數(shù)據(jù)和作戰(zhàn)態(tài)勢數(shù)據(jù)為管理和處理對象,并對戰(zhàn)場態(tài)勢信息數(shù)據(jù)進行接收、管理、存儲、查詢、統(tǒng)計、分析和共享的綜合性系統(tǒng)?；诳臻g信息技術的陸戰(zhàn)場態(tài)勢需求分析,分析了空間信息技術在陸戰(zhàn)場中的應用需求、信息需求、功能需求,為進一步研究形成自動化的戰(zhàn)場態(tài)勢集成系統(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。

E952

10.3969/j.issn1672-9730.2015.02.004