基于空间信息技术的陆战场态势需求研究*

吕曹芳 刘传旭 郝延军

(陆军军官学院 合肥 230031)



基于空间信息技术的陆战场态势需求研究*

吕曹芳 刘传旭 郝延军

(陆军军官学院 合肥 230031)

论文针对陆战场态势表现凸显的问题,分析了空间信息技术在陆战场中的应用,包括GIS技术、导航定位技术、RS技术等服务于陆战场态势中的应用需求,给出了战场环境数据管理平台框架;分析了为建立功能强大的陆战场态势信息服务体系,以实现信息的快速、高效处理的信息需求相关内容;分析为满足指挥员需要的信息,实现陆战场态势显示上的快速、准确的功能上需求。

空间信息技术; 陆战场态势; 全球导航卫星系统; 地理信息系统; 航空航天遥感

Class Number E952

1 引言

快速获取并有效组织战场态势信息,是现代信息化战争的主要特点,也是战场数字化建设的重要内容。当今,以美军为首的现代化军队,在进行作战任务过程中,对如何获取和发布战场态势信息相当关注,在战略、战役和战术层次上都配备了相关软硬件来获取战场态势信息。因此,深入研究如何获取、传递、综合战场态势信息,对我军作战指挥、训练和战场数字化建设都具有重要的参考价值和现实意义。

在军事战争中,战场态势是通过把繁杂的、隐形的战场表现以显性的方式凸显出来,以便于指挥员了解。传统的地图、沙盘都是实现战场可视化的方法,但它们的不足是交互性差,不仅难以即时获得对整个作战区域的直观映像,而且存在信息量少、信息更新困难等问题,也无法通过网络实时发布信息,使指挥员无法对态势正确理解。为及时高效地掌握战场环境变化,实现实时精确的指挥控制和作战行动,这就要求利用其他方法和手段进行辅助[1～2]。

空间信息技术是全球导航卫星系统(GNSS)、地理信息系统(GIS)以及航空航天遥感(RS)技术的总称。其中GIS的运用,使得战场信息处理向信息化、数字化迈进,使指挥员能够清晰、准确地了解战场信息并获得多样信息数据。RS的使用和及时更新能够进一步丰富和精确信息化战场,为战场提供快速、准确的高分辨率的遥感影像。GNSS的运用可以实现对目标物的实时定位、使得指挥员能够在战场显示系统上实时地看到其轨迹的态势变化,辅助决策。三者既相互独立,又密切关联[3～6]。

2 空间信息技术

空间信息技术包括全球导航卫星系统(GNSS)、地理信息系统(GIS)以及航空航天遥感(RS)技术。

卫星定位与导航是根据卫星播发的无线电波和导航电文,确定空间点的位置和运动轨迹。它是现代军事地理保障的主要手段之一。主要的卫星定位导航系统有美国全球卫星定位系统GPS、NAVSAT卫星定位系统、GLONASS全球定位系统、双星导航定位系统等。

遥感(Remote Sensing),意为遥远的感知,是指在远离被测物体或现象的位置上,使用一定的仪器设备,接收、记录物体或现象反射或发射的电磁波信息,经过对信息的传输、加工处理及分析与解译,对物体及现象的性质及其变化进行探测和识别的理论和技术。利用遥感技术的目的,就是快速获得和更新战场环境信息,从而快速更新地理信息系统中的数据。

地理信息系统是在计算机软硬件支持下,运用系统工程和信息科学的理论和方法,存储管理和分析战场区域(包括预设战场)内军事地理环境信息,可以实现地理信息可视化,即像模拟地图一样,指挥员通过阅读分析,可查询各种军事地理环境要素,从而剖析作战区域及相关区域的环境特点,并可获得决策、计划中必不可少的各种地理要素的位置、面积、数量等特性数据[4]。

3 陆战场环境分析

陆战场环境信息主要包括陆地环境信息和非陆地环境信息。非陆地环境信息主要指海上、空中、信息空间环境信息等。

陆地环境信息,主要应包括作战地区的自然情况和社会状况。即作战地区的地形情况、气象水文情况、社会状况、变化的地理信息。如图1所示。

陆地环境信息中,作战地区的自然情况主要指作战地区的地形高度、等高线、河流、湖泊、山脉、丘陵、森林、沙漠、草地等情况;居民地、道路、桥梁的数量和状况;机场、码头、航道的状况和设施能力;风、云、雨、雪、气象水文特点。作战地区的社会状况,主要是作战地区的政治、经济、交通、运输、社会治安、民族风俗和战争储备能力等情况。

图1 陆战场环境信息构成图

非陆地环境信息中,海上环境信息,主要包括对陆战场作战起影响作用的海洋构成、海洋水文和海洋气象等情况信息;空中环境信息,主要应包括各种自然要素对陆战场作战的影响信息,如云、雨、降水、风、能见度、气温等信息;信息空间环境信息是指信息的产生、处理、传输和共享的空间。

4 基于空间信息技术的陆战场态势需求分析

4.1 基于空间信息技术的应用需求

GIS是陆战场数据智能化的重要技术,它提供了数字采集输入、编辑、存储的关键技术,并可以方便有效地建设陆战场基础信息空间数据库。同时GIS作为一种决策支持软件,它提供了缓冲区分析、网络分析、图像分析、数字地形分析等智能化模块,为实现陆战场空间数据智能化处理提供了技术保证。GIS也是陆战场数据可视化的有效工具,充分利用GIS栅格数据的可视化表达功能,为陆战场提供基于地理信息系统的模拟、分析、仿真的可视化环境。

导航定位系统提供高精度的世界范围的定位和导航信息,比如GPS具有全能性、全天候、无地形障碍影响等优点,GPS接收器收听GPS卫星发回的精确时间和卫星的位置,从而可以判断地面上或水下的物体的位置及其移动速度和方向等。北斗定位通信可接收北斗卫星RNSS和RDSS信号,实现无源定位、有源定位和信号收发等功能,其中RDSS部分实现通信功能、有源定位功能、授时功能等,RNSS部分具有单频B3民码/军码捕获、跟踪、定位功能。

在战场态势表现系统中,通信服务器获得导航定位系统发送来的移动目标的位置、速度、方向等数据存入到GIS服务器,供安装有GIS应用系统的计算机调用。这样可以在电子地图显示平台上实时监控移动目标,移动目标当前位置查询,移动目标属性查询,移动目标锁定,移动目标回放等功能。

虽然RS技术无法有效获取陆地表层以下数据信息,但是可以全天候获取研究陆地表面信息。

RS和CNSS向GIS提供或更新区域信息以及空间定位,GIS进行相应的空间分析,以从RS和CNSS提供的数据中提取有用信息,并进行综合集成,使之成为决策的科学依据[6]。

4.2 基于空间信息技术的信息需求

战场环境数据库等是陆战场态势数据管理系统的核心,是各种应用系统的数据基础。要实现信息的快速、高效、科学的查询、检索和分析,必须建立功能强大的陆战场态势信息服务体系[7～8]。

可以集成已有不同时间分辨率、光谱分辨率、空间分辨率的遥感卫星组建遥感信息获取系统获取遥感图像信息。遥感数据经过预处理和数据融合,建立综合遥感影像数据库,为专题遥感信息提取提供符合精度要求的图像数据[9～10]。

通过对地形图及基础地图进行数字化、规范化处理,建立基础地理信息数据库。在统一的空间框架下,以数字化的各类地形图、专题图为基础,建立矢量数据图层和数字高程模型,并建立基于基础GIS平台的数据库系统。

图2 战场环境数据管理平台框架

基础地理数据是陆战场态势所需的基础地理空间信息,主要包括陆地环境信息和非陆地相关环境信息。

非空间数据是以各种文档、报表等形式存在的非空间数据。比如上级下发数据等。主要包括上级作战编成、上级指挥所位置、上级所属作战单位当前位置、上级作战任务、作战意图、基本作战部署、实力等基本信息。

专题数据库的内容主要包括,一是基于陆地环境的专题数据库,土壤类型、土壤质地、地质、地貌、土地利用、土地质量等级、水资源分布、农作物类型与分布、植被类型与分布等这些专题信息经过数字化、标准化处理,实现统一管理,在各部门之间实现共享的数据。二是军标库,用户可方便地制作军标以扩充军标库,也可以编辑浏览军标、查看军标图形、修改军标图形结构、修改军标参数、删除军标等。

4.3 基于空间信息技术的功能需求

陆战场态势显示的核心功能需求是快速、准确提供指挥员需要的数据信息。由于战场所需数据具有采集周期长、数据量大、格式不统一等特点,为能够有效地管理,要求数据库管理具备的基本功能如下:

1) 信息整合、集成处理服务功能

由于信息涉及内容十分广泛,数据内容及形式复杂多样,因而信息库需要具有针对不同类型的数据信息进行整合处理的能力。

2) 陆战场态势显示处理功能

陆战场态势显示等应具备地形分析、气象水文分析、战术定位、图上标绘等功能。

· 地形分析功能,需要借助GIS提供地图的二维、三维显示,以数字地图、电子沙盘、多媒体影像等方式显示战场环境;需要借助GIS提供查询地理信息;要能同时查取直角坐标和地理坐标;要提供地图漫游显示功能,包括手动漫游和依据定位坐标信息自动漫游。

· 气象水文分析功能,要能根据气候水文统计资料对作战地区的地面气候、海洋气候、海洋水文、天黑天亮时间等气候水文情况进行分析。

· 战术定位功能,需要借助GIS和导航定位系统接收所属作战单位的定位信息,并能实时显示在数字化态势图上;借助它们能在矢量图、像素图上定位各级指挥所、主要各军兵种部队等作战要素的地理位置或空间位置;通过两者实现目标位置发生变化时,能辅助跟踪等。

· 图上标绘功能,军标库管理系统集合GIS平台,提供态势图标绘和编辑,对态势图的标绘编辑处理等。

3) 可视化服务需求

陆战场态势可视化,以虚拟仿真模型为支持,其目标是实现陆战场可视化仿真和轨迹监控。可视化服务要具有三维可视化功能,即具有陆战场环境的虚拟现实和仿真的可视化环境,是以各种专业软件组件、应用系统、仿真模型库以及数据信息存储中心为支撑的。

利用GIS平台软件实现GIS的基本功能,运用通用编程软件、面向对象的可视化开发工具进行集成开发。充分利用可视化软件开发工具的高效方便的编码功能,实现各种专用的、复杂的分析方法,其功能框架如图3所示。

图3 基于空间信息技术的陆战场态势功能框架

5 结语

战场态势信息是以战场地理环境数据和作战态势数据为管理和处理对象,并对战场态势信息数据进行接收、管理、存储、查询、统计、分析和共享的综合性系统。基于空间信息技术的陆战场态势需求分析,分析了空间信息技术在陆战场中的应用需求、信息需求、功能需求,为进一步研究形成自动化的战场态势集成系统提供理论支撑。

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Land Battlefield Situation Needs Based on Spatial Information Technology

LV Caofang LIU Chuanxu HAO Yanjun

(Army Officer Academy,Hefei 230031)

For the problem of highlighted land combat field situation,this paper analyzes the application of spatial information technology into land combat field including GIS technology,navigation locating technology,and RS technology which serve application requirements of land combat field situation,provides the frame of combat field enivronment data management platform,analyzes requirement content of infomation service mechanism for building stronger functions of land combat field situation so as to realize processing information fast and effectively,analyzes function requirement to realize land combat situation display.

spatial information technique,land battlefield situation,GNSS,GIS,RS

2014年8月5日,

2014年9月27日

吕曹芳,女,硕士,讲师,研究方向:空间信息技术。

E952

10.3969/j.issn1672-9730.2015.02.004