数字战场地理信息服务平台生成的关键技术

李治庆，商秀玉，李成名，马照亭

(1.海军航空工程学院，山东 烟台 264001; 2.浙江师范大学，浙江 金华 321004;3.中国测绘科学研究院，北京 100830)

对战场( Battlefield)的研究是一切军事行动永恒的主题［1］，随着现代战争中信息元素所占的比重越来越高，传统的战场研究方式已经不能满足现代战争的需要，而基于信息技术的数字战场已经成为指导战争制胜的必要手段。数字战场的概念涵盖内容非常庞大，但是首要的就是战场的数字化，通过战场的数字化来构建数字战场各类信息的承载平台，进而通过决策支持系统对信息的融合及分析最终为作战的指挥决策服务。GIS 作为测绘成果应用的直接载体，在战场数字化建设中起到了重要的作用。但是长期以来由于GIS 的发展限制，其应用还主要以有针对性的应用系统为主，即针对不同业务需要建立相应的软件系统，这种系统主要以基于局域网环境的桌面型系统为主。而随着不同作战需要系统的不断增加，跨系统的数据兼容与共享问题可能成为影响指挥决策的重要因素，比如在后勤保障应用系统上制定的保障方案能否无缝的应用到作战指挥系统等等。另外传统的桌面系统在开发成本上也会因为功能类似系统的重复开发而造成资源的浪费问题。目前，随着GIS 由传统的桌面型系统向面向Web 服务的大型分布式GIS 的演变［2］，以及基于此而产生的各种大型地理信息公共平台［3］的广泛应用，面向作战指挥服务的数字战场地理信息服务平台的构建呼之欲出。

1 数字战场地理信息平台概述

目前对于数字战场地理信息平台的概念还没有明确的定义，但是基于地理信息平台的广泛应用，如现在国家大力推广的数字城市建设中的城市地理信息公共平台就是一种，以及GIS 在军事中的应用特点我们可以对它的主要功能及概念进行简要概括:它是信息时代地理信息共享与军事应用的新型模式，它面向信息化时代作战指挥对地理空间信息的迫切需求，基于基础地理信息数据库，依托网络系统，通过分发服务软件，为模拟演练、作战指挥以及决策支持等提供空间数据支撑和服务，能够集成并充分共享各种与地理空间位置有关的信息资源，提供承载作战指挥决策及其它信息资源的平台。也就是说作战地理信息平台以地理信息服务为基础，同时作为数字战场的一个基本信息载体，实现其它信息要素与数字化的战场的有机融合并以直观高效的方式提供作战指挥信息服务。由于城市地理信息公共平台的框架结构基本成熟，因此对于数字战场地理信息平台的可以基于此进行适合作战指挥应用的扩展使其满足作战需要，其整体架构如图1 所示。在架构设计上采用由运行支撑层、数据层、服务层和应用表现层等四个具有内在联系、层次结构分明的层次有机组成。

运行支撑层主要是构建基于作战指挥网络的网络接入环境，以及数据库集群服务、存储备份、安全保密控制和管理的软硬件环境。

数据层主要是依托基础地理信息数据提取部分要素和内容，并应用软件进行多尺度无缝集成、可视符号配置、地名地址扩充、地图瓦片输出以及数字战场信息要素等整合加工，形成平台数据体、瓦片、地图配置文件三种组织方式协同服务。

服务层基于服务型GIS 软件，通过在线调用、在线服务、二次开发等多种形式的地理信息以及军事相关业务服务，提供军事专题与地理信息集成与共享完整解决方案，满足不同作战部门、不同用户的多样化需求。具体说，通过地理信息公共平台集成了矢量、影像、三维、地名等多种类型的地理空间数据以及军标、想定、数字兵力、装备等专题数据，依托网络进行定向发布，具备专题信息加载、查询统计、空间分析、可视输出等直接应用服务功能，可以满足各个作战部门的空间定位需求;提供了数据索引、网络地图、按需缓存地图、三维地图等地理信息服务以及可扩充的多种军事相关服务，用户可根据自身实际需求和基础情况开发应用系统;利用丰富的二次开发接口，不同专业及职能部门可以在平台所提供的基本应用功能的基础上进一步扩展，实现不同职能部门的个性应用开发等。

应用表现层是面向用户的具体应用。不同军兵种、不同作战部门以及不同级别单位通过统一的服务接口，或者实现查询分析功能的直接应用，或者通过功能扩充构建专题的应用系统，或者通过服务调用实现已有应用的扩展与深化，真正地实现通过网络的作战地理信息在线服务与应用。

图1 数字战场地理信息平台的总体架构

2 数字战场地理信息平台构建的关键技术

数字战场地理信息平台从通用的地理信息公共平台演变而来，融合了军事作战要素从而可更好地为军队服务，其主要功能以GIS 的空间数据服务为主，同时以开放的组件式结构与作战指挥系统有机结合，通过战场空间信息与作战信息的融合达到为其决策支持服务的目的。这其中数据是基础，服务是灵魂，应用是目的，这也是平台构建的关键部分，有些分别对其探讨。

1)多源海量数据的分库管理

数据是数字战场地理信息平台的基础，由于战场环境本身的复杂性及特殊性，因此平台数据具有如下特点:

多源性，由于平台不仅要对外提供基础地理信息标准数据服务，同时还要实现数字战场各类信息的融合，而战场数据涵盖面广，不仅包括战场地理环境信息，还包括空、天、电磁、核生化等多源环境信息以及战场态势等情报信息，因此平台数据首先具有多源特性;

复杂性，由于战场本身的复杂性，因此对其的数据描述很难通过统一的方式与标准实现，而数据描述标准、格式、方法的不同必然造成数据本身的多样性与复杂性，因此平台数据具有极大的复杂特性;

海量性，因为地理空间信息数据本身具有海量特征，因此平台数据同样存在这一特性，而且附以数字战场相关信息数据的加入，其数据量通常极为庞大。

正是因为平台数据的这些特性，这也为通过平台对数据进行存储、管理与维护带来了诸多困难，而对数据没有一个合理的维护与管理方案势必会导致平台类似一个海量信息的“垃圾场”的问题，人们无法通过平台实现对有价值数据的挖掘与处理，因此如何对不同类型、不同标准、不同格式的数据进行统一的管理是平台构建所重点要考虑的问题。通常对于平台数据的管理不能通过单一的一种方式实现，如数据库管理，而是要根据数据本身的特征采用多库并存的方式，目前主要有如下几种方式:

基于空间数据库的管理，空间数据库是主要空间数据的特殊性而从传统关系型数据库衍生出来的一种数据库类型，它能够根据数据特征为其建立数据的空间索引，进而解决传统关系型数据库对空间数据无法建立高效索引的问题。

基于文件系统的管理，对于平台中的部分数据，其主要存在形式是以文件的方式存储，如空间的几何模型数据。对于此类数据数据库存储往往并不能对其调度效率有很好的提升，因而以文件的形式进行管理，同时对此类数据的属性查询数据通常采用数据库的形式，其中通过关键字进行关联。

分目录结构管理，在平台中有一类主要用来空间可视化的静态缓存［4］数据，通常称之为瓦片数据［5］，此类数据的基本特征是数量庞大而单个文件体积很小。对于此类数据我们将之称为海量瓦片数据的管理问题，对其管理目前可以同分目录结构的方式进行管理，即依据瓦片数据所在代表空间位置的ID 将其存储在不同的文件夹中［6］，如图2 所示。

图2 瓦片分目录存储的目录结构

2)基于Web Service 技术的服务扩展

与传统的桌面型GIS 应用系统不同，在平台中，GIS Server主要通过Web 服务的方式对客户端提供空间数据服务，这种方式的一个最大特点就是组件化结构，即不同的应用服务通常是一个独立的软件模块，彼此之间是低耦合的。这就为平台的功能扩展提供的极大的便利，因此平台针对军事应用这一特殊需求，通常可以在地理信息公共服务平台的基础之上基于Web Service 技术进行军事不同业务需求的服务扩展，如军标服务等。而且随着应用领域的不断扩展，其服务种类也可以进行独立的开发与发布，进而更好的实现跨部门、多业务需求在同一平台中的部署与实施，从而最大可能地实现不同应用间数据的共享与协同作业。

3)基于富客户端的应用开发

互联网的快速发展使原来基于C/S 结构的GIS 应用逐渐为B/S 模式所取代。然而长时间以来基于浏览器的GIS 客户端应用还主要以地图浏览和简单的发送空间分析请求为主，基于第三方可编译库( 如Flex、Silverlight 等)的富客户端应用有效地解决了基于浏览器客户端端应用的功能局限。通过此类工具的应用可以很好地利用客户端的运算资源，进而避免传统的B/S 应用中所有业务处理均要依托服务器实现的模式。尤其是随着新一代的HTML5 语言［7］的不断发展和Web-GL［8］新标准的发布与推广以及浏览器端集成开发功能的不断强大，直接应用于浏览器开发更加复杂而完善的富客户端GIS 应用系统已经成为GIS 应用的一个主要形式。浏览器也不再仅仅是数字地图的显示终端，而可以成为数据处理、业务作业和空间分析的主要实现者。通过富客户端模式的开发可以实现基于浏览器的军事标绘与仿真推演等大型的军事应用系统，从而可以充分地发挥数字战场地理信息平台在作战指挥中的作用。如图3 所示的即为基于Flex 开发的某交通指挥战备系统的客户端界面。

图3 基于Flex 的富客户端应用

3 结束语

基于网络的数字战场地理信息平台的构建可以以地理信息服务为基础，很好地解决各个部门及专业的战场地理信息需求，同时根据自身业务需要可以很好地在同一个平台上实现服务的发布与信息的共享，从而有效解决基于传统业务系统之间的跨系统数据兼容与共享问题。

［1］廖学军，王荣峰.数字化战场可视化技术及应用［M］.北京:国防工业出版社，2010.

［2］姚鹤岭.基于REST 的GIS Web 服务研究［D］. 郑州:解放军信息工程大学，2005.

［3］地理信息公共平台［EB/OL］. http: //zgch1. enicp. net/w10070276.htm.

［4］张俊丽，李艳明，李欣.WebGIS 地图图片缓存技术研究［J］.微计算机信息，2009，25(10): 141-143.

［5］黄梦龙.瓦片地图技术在桌面端GIS 中的应用［J］. 地理空间信息，2011，(4):149-151.

［6］GB/T 13923—2006，地理信息公共服务平台电子地图数据规范［S］.

［7］HTML Standard［EB/OL］.http: //www.whatwg.org/specs/web-apps/current-work/multipage/

［8］WebGL［EB/OL］.http: //en.wikipedia.org/wiki/WebGL