一种基于数字地球技术的战场环境研究演示系统实现方法

引 言

美军从 20 世纪 60 年代开始开展战场环境研究，并于 80 年代后期从实验室进入了实用化阶段。通过战场环境与军事态势的融合，满足其联合作战对战场信息的可视化需求。在作战中，通过战场环境研究平台，实时推送关键地区详细环境资料，在前方执行单位便携式设备上以三维可视化方式呈现，前线士兵可借助配备的传感器在战场环境上互动。目前，随着信息技术的飞速发展，尤其是军民融合战略的深度实施，我国战场环境研究相关技术与解决方案已经有了很大突破。

数字地球技术已从 20世纪末发展至今，数字地球建设是一场意义深远的科技革命。数字地球是将有关地球、海量、多分辨率、三维、动态的数据按照地理坐标集成起来的虚拟地球，主要由文本数据、空间数据、应用模型及操作平台组成。这些数据包括全球性各种比例尺的地理空间数据，各类高分辨率、多波段、多时相的对地观测影像，各类不同比例尺的数字专题图，以及相应的以文本形式表现的有关可持续发展、资源、农业、环境、人口、灾害、气候、水文循环、地理、生物、生态系统、教育等不同类别的数据。随着云计算、高速计算机技术的发展，海量数字地球数据的计算越来越具备可行性。从战略角度分析，数字地球是全球性的发展战略目标，数字地球是未来信息资源的综合平台与集成，现代社会拥有信息资源的重要性更基于工业经济社会拥有自然资源的重要性，拥有数字地球等于占据了现代社会的信息战略制高点。

1 系统组成

本文基于数字地球技术，通过对海量数据二次加工，给出一种战场环境研究演示系统的组成与实现方法，并对系统软件组成内容进行介绍，从系统实现效果可看出本文方法可行有效。

本文战场环境研究演示系统采用数字地球技术，通过集成自然环境数据、社会环境数据、基础地理数据、指挥控制平台数据、武器平台数据等各类与作战相关的数据，建立作战模型。通过对相关作战影响因素的分析，形成作战场景。对各类作战相关装备平台数据进行部署分配，形成作战兵力部署。通过对作战过程的任务流程建模，使用统一的时空基准对海量数据进行关联与组织，最终形成作战过程的可视化与过程推演可研究。系统组成如图 1 所示。

图 1 战场环境研究演示系统组成

系统要实现各类海量数据集成处理，需要完备的底层硬件支撑，包括大容量信息集成服务器、高速数据交换设备及高性能数据处理计算机等。在现有技术发展水平下，以上底层硬件需求相对较容易满足，本文对底层硬件建设不做过多介绍，重点介绍系统软件组成部分。

2 系统实现方法

2.1 数据集成处理

本文战场环境演示系统基础数据采用在线免费下载、采购及按需制作加工等方式获取。由这些不同方式获取到的数据的存储格式及提取与处理手段也各不相同，形成了多种格式原始数据，再加上 GIS应用系统长期处于以项目为中心的孤立发展状态，很多 GIS系统都拥有自己的数据格式，使得数据共享问题尤为突出。

数据集成将各类应用系统资源与数据资源进行格式转换，并将各类相关数据进行合并，最终在信息服务器内形成统一格式的地图影像数据、高程数据及矢量数据，最终应用于演示系统。数据集成处理主要需解决数据来源问题、格式转换以及数据合并等问题。数据集成流程如图 2 所示。

图 2 数据集成流程

2.2 基础地理地图标绘

演示系统在二、三维地图上通过点、线、面等常规标绘工具，对道路、桥梁、河流、岛屿、村庄、医院、学校、工厂、碉堡、飞机场、炮兵发射阵地、防空区、巡逻区等战略目标进行标绘，真实作战时预演，进行真实数据标绘，进行假想战争战术演练时，按需求进行模拟数据标绘。

基础地理地图标绘内容包括目标经纬度信息、高度信息， 有效区域范围、标识信息等。通过底层数据加载，按照战场环境特点，对重点区域与目标进行突出显示，为作战演示提供基础内容标注。

2.3 作战要素资源库与作战兵力部署

作战要素资源包括各种战机、坦克、火炮、火箭、导弹、雷达、航母、战舰、潜艇等军事对象资源。战场环境演示系统按照统一格式进行数据元素填充，提供常见的作战信息资源库，并提供一套可扩展的要素资源库。可扩展的作战要素资源库为系统适应各类作战场景构设与演示提供可实现性。

作战兵力部署编辑可根据战场场景构设需要，编辑红方与蓝方兵力部署，并标注兵种与数量，最终形成兵力部署态势图，并对作战场景中相关的兵力作战路径进行规划。

2.4 任务流程建模与场景动态回放推演

通过将二、三维地理信息数据与作战想定内容相结合， 对作战任务流程按照需求进行建模。对想定内容进行集成， 驱动各领域相关模型，实现动态目标的航迹管理与静态目标的状态变换。真实再现作战过程中的信息流动与作战行动的动态演化，利用三维可视化技术将任务流程可视化，为作战效能评估提供逼真的战场环境模拟与数据支持。

战场环境演示系统的最终目标是实现作战场景的真实再现，需要基于全时空统一线，对集成、同化及融合的空间态势感知信息进行处理，利用数字地球二、三维 GIS 系统，展现时空一体化作战场景，并能支持时刻跳转、事件跳转、倍速变更等交互操作。

3 系统实现效果

本文战场环境演示系统实现情况分别如图 3 ～图 6 所示。

图 3 基础地理地图标绘示意图

图 4 作战要素资源入库管理

图 5 战场兵力部署示意图

图 6 任务流程可视化与场景动态推演

图 3 ～图 5 为在我国南海海域开展的一次军事对抗所进行的作战假想。从图 3 基础地理信息标绘情况可以看出，该系统能够按照作战需求，进行作战区域标注，并对其中的重点目标进行突出显示。图 4 为演示系统可支持作战要素资源进行管理的示意图。图 5 展示了战场红蓝双方兵力部署、各方武器装备配置情况。 图 6 以 2018 年 4 月 14 日美英法打击叙利亚作战过程为素材，表明展示系统具有实现任务流程可视化与场景动态推演的能力。

4 结 语

本文利用数字地球技术，给出了一种战场环境演示系统的实现方法，介绍了系统组成与各部分功能模块的功能需求，并展示了实现效果。从实现效果可以看出，本文所述演示系统能够实现假想作战与真实作战场景的构设与推演，满足战场环境研究的基本需求，可应用于战场环境研究与作战教学应用。

随着科技的高速发展，本文所述系统可增加虚拟现实（VR）、增强现实（AR）及混合现实（MR）等可视化技术，扩展应用接口，增加作战影响因素分析等功能，以满足更高的应用需求。