事件驅(qū)動的戰(zhàn)場綜合態(tài)勢顯控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：針對基于固定時間序列的戰(zhàn)場綜合態(tài)勢系統(tǒng)不能根據(jù)態(tài)勢實(shí)時調(diào)整、多目標(biāo)顯示易壓蓋、視角不易操控切換等顯控問題，設(shè)計(jì)了基于事件驅(qū)動的戰(zhàn)場綜合態(tài)勢顯控系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于地理信息系統(tǒng)構(gòu)建了多維一體化的戰(zhàn)場空間環(huán)境，通過網(wǎng)絡(luò)接收動態(tài)目標(biāo)實(shí)時數(shù)據(jù)與人工干預(yù)的顯控指令數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)顯示控制便捷，人機(jī)交互靈活，能夠滿足戰(zhàn)場綜合態(tài)勢仿真推演的態(tài)勢顯控需求。

關(guān)鍵詞：戰(zhàn)場態(tài)勢；顯示控制；事件驅(qū)動；仿真推演；地理信息系統(tǒng)；人工干預(yù)

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2025）02-0-04

0 引 言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭融合陸海空天多軍兵種，形成了作戰(zhàn)區(qū)域?qū)拸V、裝備類型多樣、對抗關(guān)系復(fù)雜、信息量巨大的綜合戰(zhàn)場。態(tài)勢系統(tǒng)作為反映戰(zhàn)場地理環(huán)境、體現(xiàn)參戰(zhàn)兵力部署、表現(xiàn)作戰(zhàn)行動、分析作戰(zhàn)態(tài)勢的綜合系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多維態(tài)勢信息采集、存儲及推演，提供詳細(xì)直觀的戰(zhàn)場態(tài)勢過程，輔助指揮員動態(tài)掌握戰(zhàn)場全局，做出有效決策。

近年來，相關(guān)學(xué)者在戰(zhàn)場態(tài)勢顯示方面進(jìn)行了諸多研究。戰(zhàn)場環(huán)境的構(gòu)建方面，文獻(xiàn)[1-3]分析了海戰(zhàn)場和空戰(zhàn)場的態(tài)勢顯示系統(tǒng)框架，提出了態(tài)勢構(gòu)建結(jié)構(gòu)及其節(jié)點(diǎn)類型劃分方法。在顯示平臺選擇方面，文獻(xiàn)[4-7]分別提出了基于osgEarth、Unity3D、AreGIS、Cesium等軟件的顯示系統(tǒng)。在實(shí)時態(tài)勢接入方面，文獻(xiàn)[8-9]給出了實(shí)時接收目標(biāo)位置、姿態(tài)等實(shí)測數(shù)據(jù)，驅(qū)動目標(biāo)模型在虛擬場景中運(yùn)動。在態(tài)勢標(biāo)繪與推演方面，文獻(xiàn)[10]基于B/S架構(gòu)搭建了軍事態(tài)勢標(biāo)繪系統(tǒng)，采用XML存儲標(biāo)繪數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)地圖管理、軍標(biāo)庫管理、軍標(biāo)繪制、軍標(biāo)編輯和態(tài)勢圖數(shù)據(jù)存儲；文獻(xiàn)[11]設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了態(tài)勢實(shí)時顯示與回放相結(jié)合的軟件系統(tǒng)。在態(tài)勢控制方面，文獻(xiàn)[12]結(jié)合軟件框架技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種基于構(gòu)件的顯控框架；文獻(xiàn)[13]利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和作戰(zhàn)仿真技術(shù)，設(shè)計(jì)了戰(zhàn)術(shù)演習(xí)方案動態(tài)推演系統(tǒng)；文獻(xiàn)[14]提出了顯控軟件的基本設(shè)計(jì)原則與自動化設(shè)計(jì)理念，并給出了體系級通用化顯控軟件的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)方法與具體技術(shù)途徑。

戰(zhàn)場態(tài)勢通常按照既定方案的時間序列發(fā)展，但實(shí)際不確定的因素較多，使行動時間難以完全準(zhǔn)確按照計(jì)劃規(guī)定的時刻執(zhí)行，導(dǎo)致態(tài)勢不能實(shí)時調(diào)整。同時，態(tài)勢推演過程中，圖形標(biāo)號展現(xiàn)的態(tài)勢信息復(fù)雜多樣，會產(chǎn)生大量的符號壓蓋遮擋現(xiàn)象，存在視角不易操控切換等顯示問題，使指揮員難以抓住重點(diǎn)，影響戰(zhàn)場態(tài)勢感知效果，因此需要加強(qiáng)對顯示控制手段的研究。為了突顯關(guān)鍵態(tài)勢信息，可采用人為干預(yù)的方式控制圖層信息的顯隱，如通過切換視點(diǎn)視角，設(shè)置文字提醒等控制顯示時機(jī)。本文著重從態(tài)勢顯示控制的角度開展研究，采用事件觸發(fā)、人工干預(yù)的方式，以提升動態(tài)數(shù)據(jù)接入的實(shí)時性、態(tài)勢的易讀性和控制操作的便捷性。

1 態(tài)勢顯控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思路

顯控系統(tǒng)是戰(zhàn)場綜合態(tài)勢系統(tǒng)人機(jī)交互的重要組成部分?！帮@示”功能用于以圖、表、多媒體等多種可視化方式，從不同視角直觀、形象地展示戰(zhàn)場環(huán)境、裝備工作狀態(tài)、作戰(zhàn)參數(shù)、關(guān)鍵事件、工作流程等抽象數(shù)據(jù)；“控制”功能用于接收用戶輸入的控制參數(shù)，實(shí)時干預(yù)仿真系統(tǒng)作戰(zhàn)過程，人為控制顯示的視角以及推演的進(jìn)度等。利用全球遙感影像、矢量地圖、數(shù)字高程模型以及可通過開放地理空間信息聯(lián)盟（Open Geospatial Consortium， OGC）服務(wù)加載外部地圖數(shù)據(jù)等測繪地理信息數(shù)據(jù)，可快速建立目標(biāo)區(qū)域的戰(zhàn)場地理環(huán)境。通過加載重點(diǎn)區(qū)域以及裝備的三維模型，快速構(gòu)建高度逼真的戰(zhàn)場環(huán)境。通過推演引擎向戰(zhàn)場綜合態(tài)勢系統(tǒng)傳輸仿真系統(tǒng)生成的或者接收的真實(shí)裝備工作數(shù)據(jù)，驅(qū)動戰(zhàn)場目標(biāo)的動態(tài)推演。

本文采用實(shí)裝接入、模擬仿真、人工干預(yù)的思路，設(shè)計(jì)了事件驅(qū)動的戰(zhàn)場綜合態(tài)勢顯控系統(tǒng)，以全球地理信息數(shù)據(jù)和仿真引擎為基礎(chǔ)，實(shí)時接入裝備數(shù)據(jù)或者控制指令，實(shí)現(xiàn)事件驅(qū)動的人工干預(yù)，動態(tài)更新顯示戰(zhàn)場態(tài)勢信息及態(tài)勢變化。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

態(tài)勢顯控系統(tǒng)架構(gòu)可分為應(yīng)用層、推演層、數(shù)據(jù)層、外部接口、外部數(shù)據(jù)，如圖1所示。應(yīng)用層包括戰(zhàn)場環(huán)境構(gòu)建及效能分析，根據(jù)推演腳本進(jìn)行模型標(biāo)繪，設(shè)置態(tài)勢顯示效果，控制態(tài)勢變化。推演層根據(jù)時間軸、顯控事件、裝備數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)推演。數(shù)據(jù)層提供推演的基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)、推演腳本、目標(biāo)航跡、戰(zhàn)技指標(biāo)的編輯數(shù)據(jù)庫，為進(jìn)一步提升推演效果，可通過外部接口（網(wǎng)口、串口）加載外部的地圖數(shù)據(jù)，接收實(shí)際和仿真的裝備數(shù)據(jù)等。

硬件主要由顯示計(jì)算機(jī)、控制計(jì)算機(jī)、推演平臺服務(wù)器、地圖數(shù)據(jù)服務(wù)器以及外接輔助設(shè)備（投影設(shè)備、音響系統(tǒng)等）組成，如圖2所示。系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，推演平臺服務(wù)器接收仿真數(shù)據(jù)、多用戶顯控?cái)?shù)據(jù)、戰(zhàn)場環(huán)境信息數(shù)據(jù)，并進(jìn)行仿真推演。通過前端顯示的客戶瀏覽器加載推演方案，便于訪問推演平臺服務(wù)器數(shù)據(jù)。

2 態(tài)勢顯控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

態(tài)勢顯控系統(tǒng)主要包括推演準(zhǔn)備階段基于時序的作戰(zhàn)想定編輯模塊、推演實(shí)施階段基于事件觸發(fā)的后臺顯示控制模塊、綜合態(tài)勢顯示前端。態(tài)勢顯控系統(tǒng)為想定編輯、部署運(yùn)行控制、態(tài)勢調(diào)理、綜合顯控等提供人機(jī)交互服務(wù)端口，使系統(tǒng)具備多視角、多維度、多層次顯示能力。顯控?cái)?shù)據(jù)主要包括部署類、航跡類、交戰(zhàn)類、探測跟蹤類、交互類、資源管理類、作戰(zhàn)流程類、人工干預(yù)類數(shù)據(jù)等。

2.1 基于時序的作戰(zhàn)想定編輯

構(gòu)建戰(zhàn)場環(huán)境場景后，根據(jù)實(shí)施方案和紅藍(lán)方兵力行動預(yù)案，標(biāo)繪部署參演力量，預(yù)設(shè)航跡規(guī)劃等，完成作戰(zhàn)想定編輯工作等。

2.1.1 模型標(biāo)繪

依據(jù)方案計(jì)劃進(jìn)行模型標(biāo)繪，顯示紅藍(lán)部署信息、敵我雙方作戰(zhàn)力量、編隊(duì)組成、參戰(zhàn)兵力和武器裝備等作戰(zhàn)單元部署位置、活動軌跡和相關(guān)屬性信息。新建推演方案后，按照演練預(yù)案邏輯關(guān)系或者指揮通信關(guān)系，對參演單元進(jìn)行編組，統(tǒng)籌規(guī)劃兵力編組層級和符號表現(xiàn)形式。標(biāo)繪工具及相關(guān)示例如圖3所示。

態(tài)勢顯控平臺將二維標(biāo)號和三維實(shí)體模型統(tǒng)一管理，采用二維和三維一體化的符號設(shè)計(jì)。用戶可根據(jù)顯示應(yīng)用需要，選擇裝備二維標(biāo)號或者三維模型。二維標(biāo)號具有修改靈活方便、交互性強(qiáng)、與地物背景對比強(qiáng)烈等優(yōu)勢，裝備三維模型具有形象、直觀的優(yōu)勢。

2.1.2 想定編輯

戰(zhàn)場裝備數(shù)量多，部署位置多變，指揮對抗關(guān)系復(fù)雜，時敏窗口短，同時性動作多，態(tài)勢顯示系統(tǒng)需要把綜合態(tài)勢表現(xiàn)清楚，想定編輯時要分解想定的每個動作細(xì)節(jié)，對每個裝備、每個動作進(jìn)行分解，統(tǒng)籌考慮展現(xiàn)順序和效果。

在當(dāng)前推演方案內(nèi)，在態(tài)勢編輯窗口為某個實(shí)體添加具體想定，編輯相應(yīng)的態(tài)勢信息，設(shè)置事件的開始時間、持續(xù)時間、事件具體效果參數(shù)。想定編輯事件序列如圖4所示。

態(tài)勢顯控系統(tǒng)提供的編輯想定包括行動想定、常用態(tài)勢想定、電磁符號想定和輔助推演想定4大類。

（1）行動想定：包括機(jī)動事件和火力打擊事件。機(jī)動事件可設(shè)置地形跟隨、軌跡等；火力打擊事件可設(shè)置威力半徑、彈體尺寸、彈藥類別，為不同的火力打擊武器提供相應(yīng)的打擊可視化表達(dá)手段。

（2）常用態(tài)勢想定：系統(tǒng)提供符號和模型的顯隱、閃爍功能。顯隱和閃爍可以在預(yù)案推演過程中著重強(qiáng)調(diào)某個重要的單元或者過程。

（3）電磁想定編輯：系統(tǒng)支持電磁行為的三維可視化仿真，可通過電磁想定編輯模塊設(shè)置電磁態(tài)勢符號的參數(shù)和類型，支持球狀、柱狀、錐狀、扇面、雷達(dá)、線束等多種符號類型，每種符號可以表示不同的電磁態(tài)勢。

（4）輔助推演想定：包括用于控制推演過程中的觀察視角事件和演播信息事件。觀察視角事件設(shè)置與添加觀察相機(jī)類似，按照推演的需求按時間切換觀察視角；為了更好地表達(dá)態(tài)勢，演播信息事件采用文字、圖片等形式輔助強(qiáng)調(diào)態(tài)勢信息。

2.2 基于事件觸發(fā)的顯控后臺

顯控后臺通過UDP、TCP、HTTP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接入仿真數(shù)據(jù)，并基于事件觸發(fā)人機(jī)交互的模式控制態(tài)勢想定等信息顯示?；谑录|發(fā)的顯示控制后臺包括界面設(shè)計(jì)和控制端兩部分。

顯示控制設(shè)計(jì)端通過JSON語句加載想定至后臺顯示控制端。由于后臺顯示控制端的按鈕較多，需要統(tǒng)籌做好控制界面設(shè)計(jì)。采用選項(xiàng)卡、表格、群組等方式，分門別類地設(shè)置觸發(fā)按鍵，將同時觸發(fā)或連續(xù)的動作放置到同一按鍵，如圖5所示。

綜合想定需要多次預(yù)演以優(yōu)化想定方案。預(yù)演時，設(shè)置鏡頭切換、裝備工作效果的人為干預(yù)時機(jī)，并在預(yù)演磨合過程中確認(rèn)推演速度改變的觸發(fā)事件。受預(yù)演時長的限制，需要控制仿真推演的進(jìn)度。考慮到綜合態(tài)勢要重點(diǎn)展現(xiàn)戰(zhàn)場關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，對過程持續(xù)時間較長的行動要進(jìn)行壓縮，延長關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)時間，加速持續(xù)動作。推演時，依靠導(dǎo)調(diào)數(shù)據(jù)（導(dǎo)調(diào)語音、接入的裝備狀態(tài)、參演腳本）人為控制戰(zhàn)場態(tài)勢進(jìn)度。

由于體系化推演角色眾多，動作復(fù)雜，可根據(jù)態(tài)勢顯示角色和動作種類的不同，設(shè)置多個顯控席位，加載多個顯控后臺。

2.3 綜合態(tài)勢顯示前端

綜合態(tài)勢顯示前端主要用于推演前的作戰(zhàn)想定編輯，推演過程中能對態(tài)勢推演情況進(jìn)行監(jiān)控和管理，總結(jié)復(fù)盤階段態(tài)勢。采用瀏覽器展示二維和三維一體化綜合態(tài)勢信息，自動接收仿真系統(tǒng)的裝備數(shù)據(jù)和顯示控制后臺的指令，通過圖、表、實(shí)時態(tài)勢圖等多種顯示方式，展現(xiàn)探測信息、目標(biāo)信息、打擊信息、作戰(zhàn)決策信息，實(shí)現(xiàn)對推演進(jìn)程、環(huán)境信息、綜合態(tài)勢、調(diào)理狀態(tài)等多種態(tài)勢信息的綜合顯示和輔助控制，如圖6所示。

推演開始前，根據(jù)想定加載相應(yīng)場景，通過三維態(tài)勢引擎讀取數(shù)字高程模型、影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、目標(biāo)三維模型、標(biāo)繪符號等，構(gòu)建戰(zhàn)場環(huán)境；根據(jù)演練腳本推進(jìn)情況對戰(zhàn)場態(tài)勢進(jìn)行調(diào)整，包括參戰(zhàn)兵力部署、兵力行為、作戰(zhàn)環(huán)境和對抗效果等。

態(tài)勢推演時，前端接收顯示控制后臺指令，全屏顯示推演過程。綜合態(tài)勢圖是一個大的集合，但在特定時刻，只有部分態(tài)勢目標(biāo)要素特征被關(guān)注。在前端通常難以快速調(diào)整視角和顯隱狀態(tài)，所以大部分指令在后臺完成，非必要不在前端對其進(jìn)行控制。綜合態(tài)勢顯示前端在自動接收仿真系統(tǒng)裝備數(shù)據(jù)和顯示控制后臺的指令后，可以保存這些指令數(shù)據(jù)。

在推演總結(jié)階段，綜合態(tài)勢顯示前端通過加載各類環(huán)境信息、多媒體信息以及存儲歷史數(shù)據(jù)，就能在客戶端瀏覽器中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)。

3 結(jié) 語

為適應(yīng)軍事推演實(shí)時動態(tài)和人工干預(yù)相結(jié)合的態(tài)勢顯示需要，本文對態(tài)勢推演顯控過程進(jìn)行了詳細(xì)分析，提出了一種基于事件驅(qū)動的戰(zhàn)場綜合態(tài)勢顯控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。本文通過接收目標(biāo)實(shí)時數(shù)據(jù)，進(jìn)行人機(jī)交互的顯示控制，滿足內(nèi)外一體的戰(zhàn)場態(tài)勢顯控需求。本文相關(guān)研究已應(yīng)用于態(tài)勢推演的軟件研發(fā)領(lǐng)域，驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的顯控策略的適用性和靈活性，適用于多樣化的軍事推演態(tài)勢顯控活動。

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作者簡介：薄 單（1985—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)、戰(zhàn)場態(tài)勢。

潘毅佳（1982—），男，碩士，高級工程師，研究方向?yàn)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)、戰(zhàn)場態(tài)勢。

蘇玉瑞（1978—），女，碩士，高級工程師，研究方向?yàn)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航。

廖志杰（1985—），男，高級工程師，研究方向?yàn)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航。

收稿日期：2024-01-24 修回日期：2024-03-04