虛擬地理環(huán)境時空建模及其作戰(zhàn)計劃推演應用

李 鋒，萬 剛，蔣秉川，安籽鵬

1. 信息工程大學地理空間信息學院，河南 鄭州 450052； 2. 地理信息工程國家重點實驗室，陜西 西安 710054

虛擬地理環(huán)境是真實地理環(huán)境在計算機中的逼真模擬和數(shù)字化表達[1]，是研究“人地關系”和大規(guī)模破壞性地理問題的虛擬實驗室[2]，是實現(xiàn)多角色協(xié)同研判地學問題的科學工具[3]，已廣泛應用于軍事、教育、娛樂等領域。在軍事應用中，虛擬地理環(huán)境已擴展為虛擬戰(zhàn)場環(huán)境，在戰(zhàn)場環(huán)境勘察、作戰(zhàn)推演中能發(fā)揮重要作用。

作戰(zhàn)計劃推演是在計算機支持下，以作戰(zhàn)規(guī)則、作戰(zhàn)環(huán)境、技戰(zhàn)術(shù)模型為約束條件，按時空順序?qū)ψ鲬?zhàn)計劃各階段的部署和行動進行推理分析和動態(tài)演播[4]?，F(xiàn)代信息化作戰(zhàn)面臨的戰(zhàn)場環(huán)境越來越復雜，在空間范圍和包含要素上都有極大擴展[5]。對應作戰(zhàn)計劃涉及的作戰(zhàn)行動也越來越多，這些行動時空關系復雜，行動之間、行動與環(huán)境之間相互影響、相互約束，且隨時間動態(tài)演變，僅僅依靠指揮和參謀人員定性分析和經(jīng)驗判斷已難以完成現(xiàn)代戰(zhàn)爭作戰(zhàn)計劃的擬制和評估。作戰(zhàn)計劃推演的研究對象是作戰(zhàn)計劃，包括推理評估和動態(tài)演播。推理評估是在計算機輔助下對作戰(zhàn)計劃的可實施性、合理性、完備性進行檢測評估。動態(tài)演播是將作戰(zhàn)計劃預設的行動直觀地展現(xiàn)出來，使指揮員在動態(tài)演變中感知態(tài)勢、思考問題。作戰(zhàn)計劃推演離不開戰(zhàn)場環(huán)境，其推理評估需要精準的戰(zhàn)場環(huán)境時空模型和數(shù)據(jù)支持，戰(zhàn)場態(tài)勢的動態(tài)演播也必須在虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中實現(xiàn)。虛擬戰(zhàn)場環(huán)境可為作戰(zhàn)計劃推演提供戰(zhàn)場時空描述與表達機制、環(huán)境數(shù)據(jù)組織模型和戰(zhàn)場態(tài)勢三維顯示平臺。

目前軍事領域在虛擬戰(zhàn)場環(huán)境構(gòu)建方面作了大量工作，構(gòu)建了陸、海[6]、空[7]、天[8]虛擬戰(zhàn)場環(huán)境，實現(xiàn)了戰(zhàn)役過程和戰(zhàn)術(shù)行動的三維可視化。但將虛擬戰(zhàn)場環(huán)境應用于作戰(zhàn)計劃推演方面的研究較少，軍內(nèi)可用的作戰(zhàn)計劃推演系統(tǒng)[9-10]大多是在二維地圖和平面環(huán)境模型基礎上實現(xiàn)的。本文將虛擬地理環(huán)境應用到作戰(zhàn)計劃推演中，利用網(wǎng)格剖分建立虛擬戰(zhàn)場環(huán)境時空表達模型，設計基于網(wǎng)格剖分的戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)組織管理方法；在虛擬戰(zhàn)場環(huán)境時空表達模型基礎上研究作戰(zhàn)計劃時空建模、作戰(zhàn)計劃時空沖突檢測及動態(tài)演播方法；最后以防空作戰(zhàn)計劃推演為例，實現(xiàn)防空作戰(zhàn)計劃表達、檢測評估及動態(tài)演播，驗證了方法的有效性。

1 虛擬戰(zhàn)場環(huán)境時空建模

時空是描述戰(zhàn)場環(huán)境和軍事活動的基本要素，虛擬戰(zhàn)場環(huán)境時空建模是建立真實戰(zhàn)場中各類環(huán)境要素和軍事行動時空表達模型的過程，是戰(zhàn)場環(huán)境時空數(shù)據(jù)組織管理、軍事行動時空過程可視化和時空推理分析的基礎。本文利用網(wǎng)格剖分建立虛擬戰(zhàn)場環(huán)境時空表達模型，為戰(zhàn)場環(huán)境要素的量化管理和軍事行動時空屬性的定量表達提供方法。

1.1 戰(zhàn)場空間的網(wǎng)格剖分與時空編碼

在作戰(zhàn)模擬、兵棋推演系統(tǒng)中，為便于兵力定位和環(huán)境要素的量化管理，需要將戰(zhàn)場空間離散為平面網(wǎng)格單元，并以網(wǎng)格單元為基礎組織戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)。這種固定分辨率、平面的網(wǎng)格剖分方法在手工兵棋推演和固定層級的作戰(zhàn)模擬中發(fā)揮了重要作用，但難以滿足現(xiàn)代聯(lián)合作戰(zhàn)計劃推演對戰(zhàn)場環(huán)境多維和多尺度建模與表達的需要。隨著一體化聯(lián)合作戰(zhàn)的發(fā)展和地理空間網(wǎng)格技術(shù)的成熟，基于全球空間立體網(wǎng)格剖分的戰(zhàn)場時空表達和數(shù)據(jù)組織在作戰(zhàn)計劃推演中的優(yōu)勢已越來越明顯[11]。

地球空間具有典型的圈層結(jié)構(gòu)，而軍事行動也是在特定的圈層空間內(nèi)實施的，為有效表達地球系統(tǒng)和人類活動的圈層結(jié)構(gòu)特點，文獻[12]提出了地球圈層網(wǎng)格構(gòu)建理論與方法。此處采用地球圈層空間網(wǎng)格模型實現(xiàn)戰(zhàn)場空間剖分，地球空間的圈層體網(wǎng)格剖分效果如圖1所示。圈層空間網(wǎng)格模型是將地球立體空間抽象為多個圈層，按照一定的規(guī)則將圈層空間離散為一系列具有唯一編碼的網(wǎng)格單元，用系列網(wǎng)格單元對地理實體和過程及其相互之間的空間關系和相互作用進行描述和建模。

單純的空間描述只能反映戰(zhàn)場的一個瞬時狀態(tài)，不能滿足戰(zhàn)場環(huán)境動態(tài)時空數(shù)據(jù)組織管理的需要[13]。為有效描述戰(zhàn)場的時間屬性，還需要對時間進行剖分并編碼。此處在圈層空間網(wǎng)格剖分基礎上進一步向時間維擴展，引入時間描述基準，并對時間進行剖分和編碼，與地球空間網(wǎng)格編碼相結(jié)合形成時空一體的網(wǎng)格編碼體系。

在作戰(zhàn)計劃推演中，隨著空間要素幾何結(jié)構(gòu)的復雜化，空間運算的運算量也不斷增加，給空間推理分析造成了巨大的計算壓力。在網(wǎng)格編碼基礎上可構(gòu)建網(wǎng)格編碼運算庫，可將復雜的空間運算轉(zhuǎn)化為規(guī)則網(wǎng)格單元及其集合間空間關系的判斷。網(wǎng)格編碼運算是利用數(shù)學和計算機科學研究網(wǎng)格編碼代數(shù)空間的內(nèi)容和特性，包括網(wǎng)格編碼與地理坐標相互轉(zhuǎn)換、層級查找、鄰域查找等基本運算，也包括判斷網(wǎng)格單元拓撲、度量及方位關系的空間關系運算，網(wǎng)格編碼運算庫的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 網(wǎng)格編碼運算庫結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of grid coding calculation library

1.2 基于網(wǎng)格剖分的戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)組織

根據(jù)戰(zhàn)場環(huán)境各類要素空間分布特征的差異可將戰(zhàn)場環(huán)境要素分為場要素和對象要素[14]，如圖3所示。場要素在空間和時間上連續(xù)分布，如地表高程、土壤類型、海水密度、海水聲速、大氣溫度等，根據(jù)空間維度差異可進一步分為二維球面場要素和三維球體場要素。對象要素邊界清晰、功能完整、在空間上離散分布，如鐵塔、橋梁、防御工事等，根據(jù)空間維度差異可進一步分為點、線、面、 體對象。將戰(zhàn)場環(huán)境要素分為場要素和對象要素是人類認識客觀世界兩種方法觀的體現(xiàn)，場模型是以空間位置為基礎，回答“那里怎么樣？”的問題，而對象模型是以環(huán)境要素為中心，描述“它在哪里？”的問題。

圖3 戰(zhàn)場環(huán)境要素分類Fig.3 Classification of battlefield environmental factors

圈層網(wǎng)格模型是空間描述的有效方法，可用網(wǎng)格編碼輔助空間坐標描述對象數(shù)據(jù)的空間屬性，如可用網(wǎng)格編碼描述空間點、線、面、體對象的位置、范圍等空間屬性。圈層網(wǎng)格模型又是一種空間剖分基準，可以圈層網(wǎng)格單元為基礎記錄或量化戰(zhàn)場環(huán)境場要素。因此，圈層網(wǎng)格模型既可支持戰(zhàn)場環(huán)境場要素的管理，也可支持戰(zhàn)場環(huán)境對象要素的管理。

基于圈層網(wǎng)格模型的戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)組織思路如圖4所示。對于二維球面分布的場要素直接以圈層面網(wǎng)格單元為空間基準進行量化處理，對三維球體分布的場要素則以圈層體網(wǎng)格單元為空間基準進行量化處理。對于點、線、面、體對象環(huán)境要素可用時空編碼描述，以空間編碼描述對象要素的空間位置和范圍，以時間編碼描述時間屬性，以網(wǎng)格單元的層次和鄰接關系索引對象要素。戰(zhàn)場環(huán)境要素的尺度屬性通過圈層網(wǎng)格的層級關系加以描述。

圖4 基于網(wǎng)格剖分的戰(zhàn)場環(huán)境時空數(shù)據(jù)組織Fig.4 Spatio-temporal data organization of battlefield environment based on grid subdivision

2 作戰(zhàn)計劃時空表達與推演

2.1 基于推演事件的作戰(zhàn)計劃時空表達

作戰(zhàn)計劃表達模型是指揮員、程序開發(fā)人員和計算機都能識別的模型體系，是作戰(zhàn)計劃時空推演的基礎。從作戰(zhàn)計劃推演的角度分析，作戰(zhàn)計劃需要描述作戰(zhàn)活動中的7個問題：

·為什么做(Why do)，描述部隊行動的目的；

·做什么(Do what)，描述部隊行動的內(nèi)容；

·誰來做(Who to do)，描述作戰(zhàn)行動主體；

·用什么做(By what)，描述部隊行動依賴的資源；

·什么環(huán)境下做(Which environment)，描述部隊行動的環(huán)境屬性；

·何時做(When)，描述部隊行動的時間屬性；

·在哪做(Where)，描述部隊行動空間屬性。

作戰(zhàn)計劃的制定、動態(tài)演播及分析評估都是圍繞著“7W”展開的。為滿足作戰(zhàn)計劃時空推演中推理分析和三維動態(tài)演播對作戰(zhàn)計劃表達的需要，此處從時空描述的角度提出推演事件的概念，并以推演事件為核心表示作戰(zhàn)計劃，為作戰(zhàn)計劃時空沖突檢測和三維動態(tài)演播提供作戰(zhàn)計劃表達模型。

推演事件(deducing event,DE)是指作戰(zhàn)組織在特定的時間和空間內(nèi)，使用作戰(zhàn)資源進行的與作戰(zhàn)目標關聯(lián)的作戰(zhàn)行動集合。推演事件是對作戰(zhàn)計劃各要素的二次建模，是以作戰(zhàn)組織為行為主體，以作戰(zhàn)行動為核心，以離散的時間和空間為索引，并與作戰(zhàn)資源和作戰(zhàn)目標相關聯(lián)的序列化模型。推演事件可形式化表示為

Deducing Event=〈Action Objective,Organization,

Resource，Time,Space〉

(1)

式中，Action表示作戰(zhàn)行動；Objective表示作戰(zhàn)目標；Organization表示作戰(zhàn)組織；Resource表示作戰(zhàn)資源；Time表示時間描述屬性；Space表示空間描述屬性。

利用戰(zhàn)場時空網(wǎng)格編碼可表示推演事件的時空屬性。推演事件的空間屬性可用空間網(wǎng)格編碼表示，時間屬性可用時間編碼表示，借助網(wǎng)格編碼運算，可提高作戰(zhàn)計劃時空推理計算效率。

2.2 基于推演事件的作戰(zhàn)計劃時空沖突檢測

信息化條件下的聯(lián)合作戰(zhàn)涉及的作戰(zhàn)環(huán)境、作戰(zhàn)過程越來越復雜，為保證各部門擬制的作戰(zhàn)計劃不存在沖突與矛盾，需要對作戰(zhàn)計劃添加約束條件，包括空間約束、時間約束、能力約束等[15]。

當聯(lián)合作戰(zhàn)計劃被分解為一系列推演事件后，約束關系可以是對單個推演事件施加約束，也可以是對兩個事件的關系施加約束。按照約束對象數(shù)量的差異可將約束劃分為一元約束和二元約束。一元約束(one element constraint)表示一個推演事件自身受到的約束條件。二元約束(two element constraint)表示兩個推演事件關系的約束。

將約束條件分為針對單一推演事件的一元約束和針對多個推演事件時空關系的二元約束后，相應的作戰(zhàn)計劃時空沖突檢測可分為兩步實施。

步驟1：單一推演事件時空沖突檢測。檢測推演事件內(nèi)部時空約束的滿足情況，如機動事件能否在指定時間機動到目的地、火力打擊能否完成目標毀傷、電磁干擾能否覆蓋目標區(qū)域等。這些沖突只需要在推演事件內(nèi)部，在戰(zhàn)場環(huán)境模型、武器效能模型和作戰(zhàn)規(guī)則支持下展開推理分析即可實現(xiàn)。

步驟2：推演事件序列時空沖突檢測。檢測多個推演事件之間時空約束的滿足情況，如推演事件的先后關系、同步關系、空間協(xié)同關系檢測。這些沖突必須在多個推演事件之間判斷時間和空間關系，在時空一體的基礎上實現(xiàn)沖突檢測[16]。

2.3 基于推演事件的作戰(zhàn)計劃動態(tài)演播

作戰(zhàn)計劃動態(tài)演播是沿時間軸將作戰(zhàn)計劃各階段行動用符合軍事常規(guī)的圖形、圖像以可視化、可交互的方式展現(xiàn)出來，輔助指揮員在動態(tài)演變中思考作戰(zhàn)計劃執(zhí)行過程中面臨的各種問題。

在虛擬戰(zhàn)場環(huán)境基礎上，可通過驅(qū)動推演事件執(zhí)行三維可視化接口將戰(zhàn)場態(tài)勢的演變過程展現(xiàn)出來，推演事件演播的驅(qū)動模式和推演事件時空過程可視化是實現(xiàn)作戰(zhàn)計劃演播的關鍵。驅(qū)動模式是指在作戰(zhàn)計劃推演過程中如何調(diào)度推演事件序列實現(xiàn)作戰(zhàn)計劃各階段行動的動態(tài)演播，是作戰(zhàn)計劃時空推演的核心機制之一。針對推演事件的封裝性和集成性的特點，可采用推演事件外部驅(qū)動與內(nèi)部驅(qū)動相結(jié)合、時間驅(qū)動與邏輯驅(qū)動相結(jié)合的動態(tài)演播驅(qū)動模式，如圖5所示。

在開始演播后，首先是以時間為序從外部驅(qū)動推演事件，在推演事件執(zhí)行過程中，如果因為邏輯關系需要驅(qū)動其他推演事件，則立即啟動邏輯驅(qū)動模式。當推演事件被啟動后，在內(nèi)部建立對應的時間驅(qū)動機制，并驅(qū)動推演進程前進。通過推演事件內(nèi)外結(jié)合、時間與邏輯結(jié)合的驅(qū)動模式，可實現(xiàn)作戰(zhàn)計劃的有序演播。

圖5 推演事件的演播驅(qū)動模式Fig.5 Driving mode of the deducing event play

推演事件時空過程可視化是在虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中用圖形、圖像、聲音、文字等方式展現(xiàn)作戰(zhàn)過程。在實現(xiàn)過程中設計了具體與抽象相結(jié)合、模型與符號相結(jié)合的推演事件時空過程多尺度演播方法，相比二維地圖下的態(tài)勢表達，具有更高的逼真度。

3 防空作戰(zhàn)推演典型應用

基于上述思路設計了基于虛擬地理環(huán)境的作戰(zhàn)計劃時空推演系統(tǒng)，并在防空作戰(zhàn)推演中得到了應用?，F(xiàn)代防空作戰(zhàn)涉及多種武器平臺，需要考慮多種環(huán)境要素[17-18]，其方案推理評估和態(tài)勢表達都需要在三維虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中進行。

3.1 用于防空作戰(zhàn)推演的虛擬地理環(huán)境構(gòu)建

防空作戰(zhàn)推演需要將防空作戰(zhàn)行動在虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中展現(xiàn)出來，同時還要進行推理評估，判斷是否存在沖突和矛盾。因此，用于防空作戰(zhàn)推演的虛擬地理環(huán)境需要在戰(zhàn)場環(huán)境仿真視景構(gòu)建和數(shù)據(jù)組織兩個方面展開。

在仿真視景構(gòu)建方面，系統(tǒng)基于空間四叉樹構(gòu)建了全球多分辨率金字塔模型，將影像和高程數(shù)據(jù)處理成金字塔瓦片數(shù)據(jù)，設計基于視點的地形數(shù)據(jù)調(diào)度算法實現(xiàn)全球地形數(shù)據(jù)的快速顯示。建立了道路、居民地、管線、植被等地物要素的多尺度顯示模型，實現(xiàn)了戰(zhàn)場綜合自然環(huán)境的逼真顯示。

在數(shù)據(jù)組織方面，系統(tǒng)加載了兩種類型的戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)：第1類是地表的高程、坡度、土質(zhì)、遮蔽度等數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)通常在平面使用，采用球面網(wǎng)格單元為基礎進行量化管理，形成球面網(wǎng)格表項數(shù)據(jù)，用于地面機動、陣地選擇等地表作戰(zhàn)行動的推理評估；第2類是任務區(qū)氣象、電磁、火力打擊威脅范圍等體狀分布的要素，采用體網(wǎng)格單元為基礎進行量化管理，形成球體立體網(wǎng)格表項數(shù)據(jù)，用于空中機動、對空探測、對空打擊等空中作戰(zhàn)行動的推理評估。

3.2 防空作戰(zhàn)計劃的推演事件表達

用于試驗的防空作戰(zhàn)計劃是某城市防空的異地演練方案，防空打擊目標包括無人機、巡航導彈和戰(zhàn)斗機，防空武器裝備包括高射炮和防空導彈。按照時空推演需要將作戰(zhàn)計劃分解為序列推演事件，主要包括6種類型，分別是：①陣地選擇類事件；②實體機動類事件；③陣地部署類事件；④偵查探測類事件；⑤火力組織類事件；⑥目標打擊類事件。

為方便推理評估，每一個推演事件的時間、空間屬性均用時空網(wǎng)格編碼表示。推演事件的時空編碼包括整體時空編碼和內(nèi)部時空編碼集合兩部分，其結(jié)構(gòu)可表示為

DEst={Codew,Numinner,CodeSetinner}

(2)

式中，Codew為整體時空編碼，表示推演事件整體所在空間范圍的空間編碼和時間范圍的時間編碼，用于推演事件概略定位和粗略判斷；CodeSetinner為內(nèi)部時空編碼集合，記錄推演事件具體空間分布范圍和時間屬性，是變長的時空編碼集合，用于推演事件精確時空推理分析；Numinner為內(nèi)部時空編碼的位數(shù)。

3.3 地形遮蔽下雷達探測范圍計算和表達

在防空作戰(zhàn)推演中，雷達探測范圍的精確建模對防空作戰(zhàn)計劃推理評估有重要意義。受地形遮擋、多徑傳播、地形繞射等因素影響，雷達探測范圍呈不規(guī)則的幾何外形，其精確計算和表達困難[19-21]。利用網(wǎng)格編碼可計算在地形遮蔽下多部雷達組網(wǎng)探測范圍并在虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中表達，是網(wǎng)格編碼運算在防空作戰(zhàn)推演中的典型應用。

在雷達探測模型中，根據(jù)雷達方程可計算出自由空間下最大探測距離Rmax，在垂直方向，以F(x)=sin(x)/x典型垂直分布函數(shù)進行試驗。以雷達站為原點建立極坐標，對探測空間從方位角θ和俯仰角β兩個方向進行離散采樣，記錄雷達在Derection(θ,β)方向上的最大探測距離Ri。Ri的計算公式為

Ri=Rmax*Sin(β)/β

(3)

下面用網(wǎng)格編碼集合表示單部雷達在自由空間的探測范圍。以最大探測距離Rmax為參數(shù)判斷最小外接網(wǎng)格的層級Levelmin。獲取雷達站點地理坐標Pr(L,B,H)，調(diào)用網(wǎng)格編碼庫中坐標轉(zhuǎn)編碼公式可得到整體網(wǎng)格編碼Codew。調(diào)用獲取子網(wǎng)格編碼函數(shù)可得到整體網(wǎng)格的子節(jié)點編碼集合CodeSetchild，設當前處理的子網(wǎng)格編碼為Codei，雷達站網(wǎng)格編碼為Coder，調(diào)用距離計算函數(shù)可得到兩網(wǎng)格之間的最小距離Distancemin、中心距離Distancecenter和最大距離Distancemax。計算Codei到Coder的方位角θ和俯仰角β，根據(jù)式(3)可計算對應方向探測距離Ri，根據(jù)Ri、Distancemin、Distancemax之間關系確定當前網(wǎng)格是否繼續(xù)剖分。如果RiDistancemax，則直接將當前網(wǎng)格編碼放入內(nèi)部編碼集合CodeSetinner中。

雷達大多使用波長較短的電磁波，地形對雷達探測有遮蔽作用。地形遮蔽下雷達探測范圍的網(wǎng)格編碼計算就是要在雷達探測內(nèi)部網(wǎng)格編碼集合CodeSetinner中，移除被地形遮蔽的網(wǎng)格單元編碼，具體方法如下：①遍歷CodeSetinner中的網(wǎng)格單元屬性，如果是地形填充則直接從CodeSetinner中移除，并放入地形填充網(wǎng)格編碼集合CodeSetterrain中；②再次遍歷CodeSetinner中的網(wǎng)格單元Codej，連接Codej與雷達站Coder網(wǎng)格單元中心點形成線段pjpr，判斷線段pjpr與CodeSetterrain中的網(wǎng)格單元是否相交，如果相交則將Codej從CodeSetinner中移除。

對于多部雷達組網(wǎng)探測的空間范圍計算，可在單部雷達探測范圍網(wǎng)格編碼表達基礎上，將多部雷達探測范圍的內(nèi)部網(wǎng)格編碼求并集，便可得到多部雷達組網(wǎng)探測空間范圍的網(wǎng)格編碼集合。

3.4 系統(tǒng)應用效果與分析

在應用中，構(gòu)建了任務區(qū)域多分辨率虛擬戰(zhàn)場環(huán)境，如圖6所示，其中圖6(a)是任務區(qū)中分辨率地形環(huán)境，圖6(b)是疊加細節(jié)紋理后野外高分辨率戰(zhàn)場環(huán)境。實現(xiàn)了防空陣地部署區(qū)域評估分析，防空陣地選擇要求視野開闊、周圍無高大障礙物、無鐵塔、高壓線等設施，系統(tǒng)在球面網(wǎng)格表項模型支持下分析了任務區(qū)域適合防空陣地布設的區(qū)域，如圖7所示，其中黃色區(qū)域為適合防空陣地布設的區(qū)域。利用網(wǎng)格編碼運算實現(xiàn)了地形遮蔽影響下多部雷達組網(wǎng)探測范圍的計算和網(wǎng)格化表達，如圖8所示，表示了地形遮蔽下兩部雷達組網(wǎng)探測的空間范圍。將雷達組網(wǎng)探測復雜的空間范圍轉(zhuǎn)化為規(guī)則網(wǎng)格單元表達后，可有效提高飛行目標進入防空探測范圍判斷的計算效率。在部隊機動事件中，結(jié)合戰(zhàn)場環(huán)境約束實現(xiàn)了機動事件時空沖突檢測，主要判斷仿真實體是否能到達目的地，到達時間是否符合要求，以及是否會造成道路擁堵等問題。在防空陣地布設中，按照防空陣地布設的空間位置約束，根據(jù)雷達車、導彈車、高射炮等實體的時空編碼，實現(xiàn)了動態(tài)陣地布設中導彈車是否超出雷達車控制范圍的判斷。利用虛擬地理環(huán)境的態(tài)勢可視化功能，實現(xiàn)了防空作戰(zhàn)計劃的動態(tài)演播，創(chuàng)建了炮瞄雷達、制導雷達、高炮、導彈車等裝備的三維實體模型，結(jié)合戰(zhàn)場特效和音效實現(xiàn)了防空武器作戰(zhàn)全過程的三維可視化。演播效果如圖9所示，其中圖9(a)是防空陣地部署展開過程，圖9(b)是高射炮打擊目標過程，圖9(c)是地空導彈打擊目標過程，圖9(d)是目標被擊落的過程。

4 結(jié) 語

針對作戰(zhàn)計劃時空推演對虛擬戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)模型和三維可視化環(huán)境的需要，將虛擬地理環(huán)境時空建模方法應用到作戰(zhàn)計劃推演中。設計了適合于作戰(zhàn)計劃推演使用的虛擬戰(zhàn)場空間剖分與數(shù)據(jù)組織方法，采用地球圈層網(wǎng)格剖分思路剖分戰(zhàn)場空間，并向時間維擴展，設計時空一體的網(wǎng)格剖分與編碼方案，在此基礎上按照場與對象結(jié)合、面與體結(jié)合的思路組織戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)。研究了在虛擬地理環(huán)境基礎上的作戰(zhàn)計劃時空推演方法，采用推演事件表達作戰(zhàn)計劃，利用戰(zhàn)場環(huán)境時空網(wǎng)格編碼表示推演事件的時空屬性，在此基礎上進行作戰(zhàn)計劃時空沖突檢測和動態(tài)演播。最后在防空作戰(zhàn)推演中進行了典型應用，實現(xiàn)了防空陣地部署區(qū)域評估分析、地形遮蔽下雷達探測范圍計算和表達、實體機動檢測及作戰(zhàn)過程動態(tài)演播，驗證了方法的有效性。

圖1 地球圈層體網(wǎng)格剖分效果Fig.1 Effect of earth sphere spheroid subdivision

圖6 虛擬戰(zhàn)場環(huán)境構(gòu)建效果Fig.6 The effect of virtual battlefield environment

圖7 防空陣地分析Fig.7 Analysis of air defense position

圖8 多部雷達組網(wǎng)探測范圍表達Fig.8 Expression of detection range of multi-radar network

圖9 防空作戰(zhàn)全過程的演播Fig.9 The whole process play of air defense operation

系統(tǒng)已在部隊演習訓練中得到了應用，輔助指揮員擬制并優(yōu)化了演練方案，保障了部隊的聯(lián)合訓練活動，取得了較大的軍事效益。