通用保障圖系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究

周偉祝 宦 婧 陳 健

(海軍航空工程學(xué)院 煙臺 264001)

通用保障圖系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究

周偉祝 宦 婧 陳 健

(海軍航空工程學(xué)院 煙臺 264001)

為實(shí)現(xiàn)裝備保障信息的一體化集成與顯示,確保保障信息在各保障部隊間有序傳遞與共享,實(shí)現(xiàn)多源保障信息的有效融合和各應(yīng)用的無縫集成,提出了構(gòu)建通用保障圖系統(tǒng)的設(shè)想。在借鑒通用作戰(zhàn)圖系統(tǒng)思想的基礎(chǔ)上,給出了通用保障圖系統(tǒng)定義,系統(tǒng)分析了通用保障圖系統(tǒng)功能需求,構(gòu)建了通用保障圖系統(tǒng)五層開放式體系架構(gòu),對系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計,明確了系統(tǒng)應(yīng)包含的主要功能模塊及各模塊的基本功能,給出了系統(tǒng)的技術(shù)體系結(jié)構(gòu),并對系統(tǒng)的部署進(jìn)行了討論。

通用保障圖; 裝備保障; 需求分析; 體系結(jié)構(gòu); 可視化

Class Number TP317.4

1 引言

與作戰(zhàn)行動中獲取制信息權(quán)而產(chǎn)生的信息優(yōu)勢不同,保障領(lǐng)域內(nèi)的信息優(yōu)勢更側(cè)重于對己方保障能力和保障環(huán)境的準(zhǔn)確掌握,對保障需求的準(zhǔn)確預(yù)知以及對保障力量和保障資源的合理調(diào)度[1～2]。保障領(lǐng)域內(nèi)信息優(yōu)勢的構(gòu)建,將使得保障部門在預(yù)測保障需求、把握保障時機(jī)、確定保障規(guī)模以及協(xié)同保障行動等方面占據(jù)更多的主動。因此,構(gòu)建整個保障空間的信息視圖,對保障空間的各個要素進(jìn)行集成和可視化顯示,將極大地增強(qiáng)保障部門的全維信息優(yōu)勢,是未來裝備保障信息化的必然趨勢[3]。

目前,裝備保障領(lǐng)域尚未有跨越整個裝備保障空間,實(shí)現(xiàn)保障信息綜合集成與可視化顯示的系統(tǒng),相關(guān)的研究也較為分散,研究重點(diǎn)主要集中于作戰(zhàn)領(lǐng)域的通用作戰(zhàn)圖(Common Operation Picture,COP)系統(tǒng)以及后勤保障領(lǐng)域的全資可視化(Total Assets Vision,TAV)系統(tǒng)。文獻(xiàn)[4]較為深入地研究了COP系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)集成問題,對CORBA和XML兩種互補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行了分析,提出了一種基于CORBA/XML的COP數(shù)據(jù)集成模型;文獻(xiàn)[5]論述了在電子戰(zhàn)領(lǐng)域構(gòu)建COP系統(tǒng)的重要性,并對電子戰(zhàn)COP的功能需求進(jìn)行了分析;文獻(xiàn)[6]對COP系統(tǒng)的可視化技術(shù)進(jìn)行了較為深入的研究;文獻(xiàn)[7]研究并開發(fā)了覆蓋隨船器材供應(yīng)鏈和被服務(wù)方的全資可視化系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了被服務(wù)方對整個隨船器材服務(wù)信息、流程的全維可視和全程可控。本文將通用作戰(zhàn)圖系統(tǒng)思想引入到裝備保障領(lǐng)域,提出構(gòu)建面向裝備保障、涵蓋整個保障空間的通用保障圖(Common Support Picture,CSP)系統(tǒng),給出了通用保障圖系統(tǒng)的初步定義,并對其體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。

2 通用保障圖系統(tǒng)定義

本文參考COP系統(tǒng)定義[6,8],同時考慮裝備保障工作特點(diǎn)[9],給出CSP系統(tǒng)定義如下:

通用保障圖:一個具有多源保障信息融合能力,跨越整個裝備保障空間,實(shí)現(xiàn)裝備保障全過程控制與優(yōu)化,多種應(yīng)用無縫集成,提供裝備保障資源需求預(yù)測、保障方案持續(xù)評估等能力,實(shí)現(xiàn)各級保障部門間信息實(shí)時共享與可視化顯示的信息環(huán)境。

通用保障圖系統(tǒng)的核心有以下幾點(diǎn):一是信息共享能力,即CSP系統(tǒng)應(yīng)能保證保障信息在各級裝備保障部門間順暢的傳遞;二是信息融合能力,CSP應(yīng)具備融合多種、異構(gòu)保障信息的能力,并將各種信息進(jìn)行綜合集成,按不同的分辨率提供給相應(yīng)級別的保障部門使用;三是知識處理能力,CSP系統(tǒng)應(yīng)能將信息轉(zhuǎn)換成知識,并有對知識進(jìn)行推理和分析的能力,以便實(shí)現(xiàn)信息的推理與有效融合;四是保障態(tài)勢可視化顯示能力,CSP系統(tǒng)應(yīng)能以可視化的形式將有針對性的信息顯示給各級保障部門;五是多種應(yīng)用的集成能力,即CSP系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)不同使用對象的需求,在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺基礎(chǔ)上,無縫集成多種應(yīng)用。

3 系統(tǒng)功能需求分析

未來裝備保障任務(wù)涉及單位眾多、保障地域廣闊多維,具有較強(qiáng)的縱深性和整體性,裝備保障工作如何在空間、時間以及作戰(zhàn)目標(biāo)上與其它作戰(zhàn)行動、作戰(zhàn)力量密切協(xié)同,充分發(fā)揮裝備保障的效能,關(guān)鍵在于周密的計劃和有效的協(xié)調(diào)指揮[9～10]。通用保障圖系統(tǒng)正是為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而構(gòu)建,其功能需求分析如下:

1) 保障信息顯示

圖形顯示。以保障行動展開地域數(shù)字化地圖為背景,依據(jù)裝備保障計劃標(biāo)繪保障力量信息、保障目標(biāo)信息,保障物資信息(物資儲存量、物資狀態(tài))、物資調(diào)運(yùn)路線信息;標(biāo)繪與裝備保障任務(wù)相關(guān)的其他作戰(zhàn)力量、地方保障力量信息;標(biāo)繪對裝備保障任務(wù)具有影響的其他信息,如道路通行狀態(tài)信息、保障地域氣象信息等。依據(jù)保障計劃、各部門的上報信息以及相關(guān)傳感器信息按時間軸推進(jìn),對保障態(tài)勢進(jìn)行實(shí)時更新[11]。

報表顯示。能夠以表格和文字的形式顯示保障任務(wù)、保障需求、保障計劃以及相關(guān)保障資源統(tǒng)計。

2) 可視化操作界面

通用保障圖系統(tǒng)應(yīng)提供可視化操作工具,使得裝備保障人員能夠在一定權(quán)限范圍內(nèi),方便地對CSP系統(tǒng)中的信息進(jìn)行人為的修正[12]。通用保障圖系統(tǒng)雖然可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動關(guān)聯(lián)過濾、態(tài)勢自動更新,但依然有很多工作需要裝備保障人員手工完成,如:裝備保障計劃的調(diào)整、各保障力量間的協(xié)調(diào)等,通用保障圖系統(tǒng)應(yīng)充分體現(xiàn)保障指揮人員的主觀能動性。

3) 統(tǒng)一的數(shù)據(jù)描述格式與準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

裝備保障領(lǐng)域內(nèi)現(xiàn)有保障信息以多種形式存在,有的是傳統(tǒng)的紙質(zhì)文檔,有的是以doc(docx)文件或xls(xlsx)文件形式存在的電子文檔,還有相當(dāng)一部分信息分散在各類裝備管理信息系統(tǒng)中,這些信息系統(tǒng)在開發(fā)時大多沒有統(tǒng)一的規(guī)范,術(shù)語使用隨意性大,數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)各異[4]。通用保障圖系統(tǒng)為了獲得更多的裝備保障信息,必須將上述異構(gòu)信息逐步納入系統(tǒng)并進(jìn)行有效管理。因此通用保障圖系統(tǒng)除本身需要具備統(tǒng)一的信息描述格式外,還需要具備有效的異構(gòu)信息處理手段,以便將歷史保障信息納入系統(tǒng)并為系統(tǒng)所用,同時方便與其他信息系統(tǒng)進(jìn)行有效的交互。

4) 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、過濾以及有效融合

通用保障圖系統(tǒng)采集、處理和共享的數(shù)據(jù)量大,系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)錯綜復(fù)雜,尤其是未來信息化戰(zhàn)場條件下,完全靠人工實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匹配,幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的。因此通用保障圖系統(tǒng)應(yīng)能對進(jìn)入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)有效過濾與自動關(guān)聯(lián)。同時,為避免大量復(fù)雜數(shù)據(jù)造成的“數(shù)據(jù)迷宮”,通用保障圖系統(tǒng)應(yīng)能提供有效的數(shù)據(jù)融合功能,為不同保障指揮層提供不同分辨率的保障信息,以提高裝備保障指揮決策的時效性和準(zhǔn)確性。

5) 采用開放式體系結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用的無縫集成

通用保障圖系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)是部署在各級裝備保障部隊,實(shí)現(xiàn)保障信息在各保障單位之間有效的共享和集成,不同保障部隊擔(dān)負(fù)著不同的任務(wù)使命,其所需要的功能也不盡相同,這就要求部署在各單位的通用保障圖系統(tǒng)雖然具有相同的底層數(shù)據(jù),但高層的應(yīng)用功能應(yīng)根據(jù)各單位的具體特點(diǎn)而配置,因此,通用保障圖系統(tǒng)在設(shè)計上應(yīng)采用開放式的體系結(jié)構(gòu),即在相同的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,面向不同保障單位開發(fā)而又能滿足一定接口規(guī)范的應(yīng)用能無縫的集成到系統(tǒng)中,在實(shí)現(xiàn)信息一致共享的同時滿足應(yīng)用的針對性。

6) 其他通用功能需求

除上述功能需求外,通用保障圖系統(tǒng)還應(yīng)實(shí)現(xiàn)相關(guān)通用功能需求,這些需求包括:良好的人機(jī)界面、系統(tǒng)可擴(kuò)展性、系統(tǒng)可維護(hù)性、系統(tǒng)安全性要求、系統(tǒng)穩(wěn)定性要求以及系統(tǒng)靈活性等。限于篇幅,不再逐一贅述。

4 通用保障圖系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本文在參考基于狀態(tài)維修的開放式七層架構(gòu)(Open System Architecture for Condition Based Maintenance,OSA-CBM)的基礎(chǔ)上[13～14],構(gòu)建了通用保障圖系統(tǒng)五層開放式體系架構(gòu),如圖1所示。通用保障圖系統(tǒng)五層開放式體系結(jié)構(gòu)包括基礎(chǔ)資源層、信息采集層、數(shù)據(jù)融合層、集成支持層以及信息展示層。

1) 基礎(chǔ)資源層

基礎(chǔ)資源層包含了系統(tǒng)所必須的數(shù)據(jù)資源以及一系列底層服務(wù),其中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源包含裝備保障地理信息、保障基礎(chǔ)知識庫以及相關(guān)保障信息庫等,裝備保障知識庫和裝備保障信息庫二者的區(qū)別在于:知識庫相對穩(wěn)定,庫內(nèi)的信息相對系統(tǒng)化,而保障信息庫是動態(tài)的,是當(dāng)前保障態(tài)勢在知識庫作用下的投影。底層服務(wù)則包括傳輸服務(wù)、消息服務(wù)以及安全服務(wù)等內(nèi)容。整個通用保障圖系統(tǒng)均構(gòu)建在基礎(chǔ)資源層之上,該層以一體化的機(jī)制服務(wù)于系統(tǒng)上層各應(yīng)用功能構(gòu)件,使各應(yīng)用功能構(gòu)件不必關(guān)心基礎(chǔ)服務(wù)的實(shí)現(xiàn)方式和細(xì)節(jié),從而可以專注于處理業(yè)務(wù)邏輯和人機(jī)交互。

基礎(chǔ)資源層提供的部分服務(wù)如表1所示。

2) 信息采集層

信息采集層的功能,一是指從外部采集保障數(shù)據(jù),經(jīng)處理后以統(tǒng)一的格式進(jìn)入CSP系統(tǒng);二是指該層接受上層應(yīng)用的數(shù)據(jù)請求,從系統(tǒng)內(nèi)部(本級數(shù)據(jù)處理中心或其他權(quán)限內(nèi)的數(shù)據(jù)處理中心)提取上層應(yīng)用所需的數(shù)據(jù),經(jīng)適當(dāng)處理后提供給上層應(yīng)用。信息采集層主要包含數(shù)據(jù)采集服務(wù)、數(shù)據(jù)匹配與關(guān)聯(lián)服務(wù)以及數(shù)據(jù)檢索與提取服務(wù),是通用保障圖系統(tǒng)接收外部保障數(shù)據(jù)的主要途徑,同時也扮演者系統(tǒng)內(nèi)部各具體應(yīng)用數(shù)據(jù)提供者的角色。

表1 基礎(chǔ)資源層提供的服務(wù)

3) 數(shù)據(jù)融合層

數(shù)據(jù)融合層根據(jù)數(shù)據(jù)處理中心的級別,提供不同分辨率的數(shù)據(jù)融合功能。通常來講,越是上級的數(shù)據(jù)處理中心,所需要的數(shù)據(jù)融合程度越高。數(shù)據(jù)融合層根據(jù)所處的級別以及上層應(yīng)用需求,融合多個下級數(shù)據(jù)處理中心以及本級自身的裝備保障信息,供裝備保障指揮人員使用。

4) 集成應(yīng)用層

集成應(yīng)用層主要包含系統(tǒng)中的各項應(yīng)用,該層采用開放式結(jié)構(gòu),在符合一定標(biāo)準(zhǔn)前提下開發(fā)的系統(tǒng)應(yīng)用均可以無縫地加入集成應(yīng)用層,以實(shí)現(xiàn)通用保障圖系統(tǒng)的可擴(kuò)展性以及應(yīng)用的針對性。

一般來講,集成應(yīng)用層的應(yīng)用包括但不限于以下幾種:保障態(tài)勢的生成與維持服務(wù)、保障資源需求預(yù)測服務(wù)、保障方案持續(xù)評估服務(wù)、保障效能評估服務(wù)、保障計劃擬制服務(wù)等。

5) 信息展示層

信息展示層是通用保障圖系統(tǒng)的人機(jī)交互界面。該層在多分辨率地理信息的基礎(chǔ)上,以可視化的方式顯示裝備保障信息,并提供簡捷的人機(jī)交互接口,保證各級裝備保障人員方便的從系統(tǒng)中獲取所需保障信息。

4.2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

通用保障圖系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖2所示(圖中未列出信息服務(wù)模塊、安全管理模塊等基礎(chǔ)服務(wù)功能模塊)。

通用保障圖系統(tǒng)主要由十四個模塊構(gòu)成,分別是數(shù)據(jù)傳輸模塊、知識庫管理模塊、裝備信息庫管理模塊、保障信息采集模塊、信息轉(zhuǎn)換適配器模塊、地理信息模塊、信息檢索與提取模塊、信息融合模塊、應(yīng)用管理模塊、保障資源需求預(yù)測模塊、保障方案持續(xù)評估模塊、保障效能評估模塊、保障態(tài)勢管理模塊以及具有可視化顯示的信息展示模塊等。隨著裝備保障通用圖系統(tǒng)功能需求的增多,可根據(jù)需要向系統(tǒng)中增加相應(yīng)的應(yīng)用功能模塊以擴(kuò)展其功能。系統(tǒng)中的所有功能模塊均由應(yīng)用管理模塊統(tǒng)一管理。實(shí)際上,應(yīng)用管理模塊提供了一個統(tǒng)一的接口,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的各應(yīng)用模塊與系統(tǒng)數(shù)據(jù)間的交互。

各主要功能模塊的功能要求如表2所示。

表2 主要功能模塊的功能要求

4.3 系統(tǒng)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)

通用保障圖系統(tǒng)技術(shù)體系是指貫穿保障數(shù)據(jù)獲取、處理、融合、保障信息生成、管理、分析以及應(yīng)用全過程的一系列技術(shù)所構(gòu)成的完整的技術(shù)方法,是裝備保障信息采集、集成到應(yīng)用的技術(shù)保證。裝備保障工作是一個多學(xué)科交叉的領(lǐng)域,決定了通用保障圖系統(tǒng)技術(shù)體系的建立依賴于多種基礎(chǔ)理論和前沿信息技術(shù),如:地理信息系統(tǒng)(GIS)、GPS技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、Web技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、信息可視化技術(shù)、知識工程、信息融合以及預(yù)測、規(guī)劃、評估技術(shù)等。

通用保障圖系統(tǒng)技術(shù)體系與裝備保障信息處理流程相對應(yīng),主要著眼于在保障信息組織管理、應(yīng)用、保障態(tài)勢分析等層次上解決信息集成、共享與可視化的技術(shù)問題,主要包括保障信息采集、存儲、組織與管理技術(shù),保障信息共享與互操作技術(shù),保障信息融合技術(shù),保障資源匯集技術(shù),保障信息綜合應(yīng)用技術(shù)以及保障信息可視化。其技術(shù)體系結(jié)構(gòu)視圖如圖3所示。

5 系統(tǒng)部署

通用保障圖系統(tǒng)依托現(xiàn)有軍用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建,在團(tuán)、師、艦隊以及海軍四級分別構(gòu)建規(guī)模不等的數(shù)據(jù)采集和處理中心,在各級裝備保障單位構(gòu)建數(shù)據(jù)采集終端。各數(shù)據(jù)處理中心有自身獨(dú)立的數(shù)據(jù)服務(wù)器,采集、轉(zhuǎn)換自身管理范圍內(nèi)的裝備保障信息(裝備保障信息來自于數(shù)據(jù)中心管理范圍內(nèi)的保障部隊、修理廠、倉庫等單位),同時接收下級或同級數(shù)據(jù)處理中心傳遞的保障信息,實(shí)現(xiàn)多源保障信息的有效融合。通用保障圖系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行于每一級數(shù)據(jù)處理中心,可與平級數(shù)據(jù)處理中或是上下級數(shù)據(jù)處理中心的通用保障圖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息的交互與共享。

通用保障圖系統(tǒng)的整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。

6 結(jié)語

本文將通用作戰(zhàn)圖系統(tǒng)思想引入到裝備保障領(lǐng)域,提出了構(gòu)建通用保障圖系統(tǒng)的構(gòu)想,結(jié)合我軍裝備保障工作實(shí)際,初步探討了通用保障圖系統(tǒng)的定義。在參考OSA-CBM體系架構(gòu)的基礎(chǔ)上,建立了通用保障圖系統(tǒng)體系框架和技術(shù)框架,分析了系統(tǒng)功能組成,為實(shí)現(xiàn)裝備保障信息一體化集成和可視化顯示、提高裝備保障協(xié)同效率、共享裝備保障信息、實(shí)現(xiàn)裝備保障的可視化、快捷化、科學(xué)化奠定了基礎(chǔ)。

通用保障圖系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)裝備保障信息的一體化集成與顯示,確保保障信息在各保障部隊間有序的傳遞與共享,實(shí)現(xiàn)多源保障信息的有效融合和多種應(yīng)用的無縫集成;可以用來協(xié)調(diào)各保障部門的行動,輔助各部門制定清晰、可行的行動方案,提供相關(guān)工具來評估保障部門的行動,及時發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對可能危及保障任務(wù)總體目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的變化;可以用來隨時掌握裝備保障部隊及保障設(shè)備狀況,為保障指揮提供輔助決策支持,保證裝備保障指揮的正確性和科學(xué)性。同時,通用保障圖系統(tǒng)通過不斷更新各種動態(tài)信息來增強(qiáng)保障態(tài)勢實(shí)時感知能力,使得各保障單位在協(xié)同完成保障任務(wù)時能及時了解友鄰單位及保障地域的當(dāng)前狀況,有效提高各保障單位間的協(xié)調(diào)性以及保障工作效率。通用保障圖系統(tǒng)有助于提高和改進(jìn)裝備保障水平,進(jìn)而推動當(dāng)前較為單一的保障方式向綜合一體化保障方式轉(zhuǎn)變,以適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭對裝備保障工作的要求。后續(xù)工作將進(jìn)一步細(xì)化通用保障圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu),開發(fā)數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換接口,進(jìn)一步引入人工智能和專家系統(tǒng)完善通用保障圖系統(tǒng),并最終完成系統(tǒng)部署與實(shí)施。

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Architecture of Common Support Picture

ZHOU Weizhu HUAN Jing CHEN Jian

(Naval Aviation Engineering College, Yantai 264001)

To realize integration and visibility of equipment support information, make sure orderly transfer and sharing of support information in all equipment support unit, and finally achieve support information fusion in multi-source and integration of various application, after analyzing the requirement of equipment support information system and using the conception of common operation picture, a common support picture (CSP) system was proposed. A five-layer open architecture was constructed for the common support picture system, and then, system function structure, technology architecture and every function modules of CSP has been designed. Finally, deployments of CSP system were discussed.

common support picture, equipment support, requirement analysis, architecture, visibility

2016年8月11日,

2016年9月27日

周偉祝,男,博士,講師,研究方向:裝備保障信息化、人工智能。宦婧,女,博士,講師,研究方向:裝備仿真技術(shù)、計算機(jī)軟件技術(shù)。陳健,男,博士,講師,研究方向:裝備保障能力評估、裝備維修保障技術(shù)。

TP317.4

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.02.002