CIM指挥信息模型研究

（重庆埃默科技有限责任公司，重庆 400039）

1 引言

指挥，指的是军队指挥、作战指挥，就其实质来说，是指挥员和指挥机关对所属部队的作战准备与实施的主观指导活动[1]。目前，该术语已广泛用于地方政府和企事业单位的管理、生产和抢险救灾活动中，如指挥调度、应急指挥等。

随着科技的发展，武器装备射（航）程增大，现代战争呈现大纵深、高立体和多维度的特点，战场环境涵盖高空、中低空、地面（水面）、地下（水下）等多层空间，囊括前沿、纵深和后方等多样式地幅，涉及参战的人员、物资、装备和战场设施等多种要素，涉及战前战场准备、战中战场变化、战后战场打扫等多个环节，同时随着参战各方人员、物资、财力的流动和任务的变化，产生了巨大的信息流。那么，怎样描述和表达战场环境及其变化以及伴生的各类信息，才能满足指挥的需要？传统的办法是通过地图标图作业或沙盘推演来实现。

然而，随着云计算、大数据、虚拟现实、物联网等技术的发展，地图数据的来源、属性维度、展现效果、交互手段、计算能力、应用范畴等均得到了很大的拓展[2-3]；数字空间和电子载体的广泛应用对传统依赖于物理空间和平面载体的二维地图产生了极大的冲击，地图制图的对象、制图的主体、制图的模式和制图的技术等都发生了深刻的变化。这些都要求三维地图或沙盘模型完成从反映现实战场空间结构和空间关系信息转向对战场现象和作战态势的综合集成描述，不仅要求全面、真实、准确地对战场环境中的地形地貌、指挥对象和作战进程，进行数据采集和场景建模，还要通过适合的图形语言与抽象符号对所反映的战场态势、作战过程和相互作用机制进行再现和表达，进一步满足指挥员、战斗员等多种角色的需要，实现多视角、多模式、地图内内容、地图外意图的表达，支撑起基于地图的军队作战指挥和地方政府的社会化应用与服务管理。

当前利用GIS系统虽然可以实现三维建模，但基本上只涉及目标的外部特征，而不具备体现内部结构和场景的功能。因此，数字化时代的二维地图或沙盘模型，正朝着三维空间、实时动态、全要素、全信息、全内容及地理规律表达的方向发展[4]，我们需要重视以侧面观测世界、侧面表达世界以及360°全视角为主流的全方位多视角看世界的技术方法，重视对人这一认知主体的理解和表达；同时，要在地图六要素表达模型基础上，研究以地理语义为基础、地理规律为驱动的多模式场景表达方法与理论，建立虚与实、静与动、连续与离散、低维与高维等场景和情景相融合的全息表达模型[1]，而最适合这一要求的就是指挥信息模型。

2 指挥信息模型概念提出

2.1 指挥信息模型概念

指挥信息模型（Command Information Modeling，简称CIM），顾名思义是指用于指挥的信息模型，是战场或管理空间环境特征、资源和事件的数据信息以三维数字模型形象化的表达。

2.2 指挥及指挥信息模型的含义

（1）指挥的含义。前文已经提到，指挥是指指挥员和指挥机关对所属部队的作战准备与实施的主观指导活动，是在特定空间地域中按照作战方案或计划，对所属人员、物资、装备进行组织、协调和控制的过程，简言之，指挥是对特定环境中人、事、物的管理。因此，指挥离不开环境、资源、事件。

（2）管理空间的含义。管理空间是指靠近地球的受太阳辐射变化直接影响的空域、地球表面及地下浅表层所构成的立体空间区域，包含高空、中空、低空、地面（水面）、地下（水下）。该空间区域存在着卫星、飞机、低空飞行物、地形地貌、地面物体、地下隐蔽设备设施和活动于其间的人员，它们按照自然规律或人为因素发生着运动和变化，构成了一个充满活力的纷繁复杂的巨大生态圈。

（3）指挥信息模型的含义。指挥信息模型可以理解为带数据的三维场景，即三维态势。站在指挥和管理角度，对于三维态势，应包含三部分内容：管理环境的特征、环境中资源及其分布、相关事件及进程。

空间环境具有空间分布特征、时空尺度概念和空间定位含义。在军事作战和训练中，通常以地球表面为参照物，以地形地貌作为识别依据，以空间坐标作为计量尺度，用以描述空间环境，展现空间分布，实现空间定位，因此，空间环境特征通常包含地形地貌、地物表面特征以及用以描述其空间关系的三维坐标数据。

资源是指空间环境中的人员、物资、装备和各类设施以及自然资源等，也是指挥管理的对象，需要获得其属性、位置、数量、状态、轨迹等信息。

事件是指发生于空间环境中的各类现象、人为行为。事件是构成指挥调度的根源，从指挥角度，需要了解和把握事件产生的原因、状态、进程、后果以及处理过程中伴生的信息流。

2.3 指挥信息模型的形成

指挥信息模型是用于指挥的带有信息的模型，将管理环境中的地形、地物、人员、物资、设施等有形物体，按照其真实尺寸，构建成单个三维模型；然后按照这些物体之间的空间关系，将所有的三维模型组合成一个三维模型集，再赋予其真实的色彩、尺寸、坐标、状态、属性等数据和信息；最后以虚拟的粒子、水面、轨迹等表现环境中人、事、物的运动状态，形成包括环境、人员和物资分布等信息的立体化、一体化、时空量化的三维态势，即指挥信息模型（CIM）。

3 指挥信息模型的特点

CIM具有信息实时化、信息全景化、信息可视化等特点。

3.1 信息实时化

指挥信息模型不是一个静止的模型集，而是一个动态实时的三维空间，该空间中有相对静态的地形地貌和建筑设施，也有处于运动状态的人员、装备和作业设备，因此，由此而生的信息和数据，既有属性信息和技术档案数据等静态数据信息，又有实时状态、运动轨迹、环境变化数据等动态数据信息。

3.2 信息全景化

通过虚拟现实手段，CIM将管理环境和环境中的人员、物资、装备以及因业务关联关系和机制形成的事件，构成一个有机整体，就像是棋盘与棋子，让管理人员可以从第一人称或第三人称角度，观察三维空间中正在发生的事件，并形成一个全局、宏观的印象。

3.3 数据可视化

CIM将管理环境以三维仿真场景的形式呈现，同时将现场的各类数据和信息，包括作业数据、状态数据、属性数据等，以视频图像、报警声音、图形、图表、数字和文字等多媒体形式呈现出来，让管理人员不需抽象思维就能够看见现场环境、听到现场声音、了解现场状况，达到想看什么就看见什么的效果，即“所见即所得”。

4 CIM与BIM和三维电子沙盘的区别

BIM，是Building Information Modeling的简称，国内翻译为建筑信息模型，它是三维数字技术模拟建筑物所具有的真实信息，为工程设计和施工提供相互协调、内部一致的信息模型。2017年7月，国家建设部颁布的《建筑信息模型应用统一标准》中定义，BIM是在建设工程及设施全寿命周期内对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此设计、施工、运营的过程和结果的总称。

沙盘，来自于军语，是根据地形图、航空影像或实地地形，按照一定的比例尺，用兵棋、泥沙或其它材料制作的地形模型【6】。三维电子沙盘是一种沙盘展示系统，是沙盘以三维数字模型的方式展现。

指挥信息模型与建筑信息模型和三维电子沙盘既有相似之处，又有显著的不同之处。指挥信息模型与BIM最大的区别在于，指挥信息模型具有地形数据和动态数据，没有建筑结构数据，而BIM只有建筑结构数据；指挥信息模型与三维电子沙盘最大区别在于，指挥信息模型有动态数据，而三维电子沙盘只有静态数据。其具体区别见表1：

表1 CIM、BIM、三维电子沙盘的特征对比

5 指挥信息模型的用途

CIM可用于环境仿真、布局展示、数据查阅、规划测量和过程模拟。

5.1 环境仿真

通过三维数字化建模技术，可以按照1:1的比例尺将管理环境的地形地貌、道路桥梁、居民点等建（构）筑物外观、地下隐蔽设施和管网、园林绿化等进行三维复原，形成与现实高度一致的三维仿真环境。

5.2 布局展示

基于时空理念构建的CIM，不仅复原了真实环境的面貌，还如实反映了环境中的人与人、人与物、物与物之间及其与环境之间的空间关系，从而构建成一个动静结合的三维空间，在此空间中，能够详细准确表达并呈现人、物在环境中的空间布局，以及地下隐蔽设备包括地下管网和线路网的分布和走向。

5.3 数据查询

点击CIM中的建筑物、设备设施等三维模型，可以查阅其相应数据和信息，包括技术档案数据、属性信息、状态数据和实时监测数据等，也可以通过CIM系统的数据维护功能，对CIM的相关数据进行维护管理。

5.4 规划测量

CIM的环境特征信息含有GIS数据，如三维坐标数据，因此，通过功能定义，可以在CIM中查询任意一点的三维坐标值，可以进行距离、面积、体积的量算，还可以在仿真环境中添加三维模型，用以观察该模型对环境的影响和呈现出来的整体效果，用于远程规划辅助。

5.5 模拟演示

虚拟现实技术能够呈现管道中液体流动、水面波动、红旗飘动、报警声光电呈现、火焰烟雾弥漫等动画效果，基于业务管理规则，能够将构成CIM的环境及环境中的人、事、物进行动态模拟，展示兵棋推演过程，如CIM用于石油化工仓库油库时，可以模拟油罐火灾、着火爆炸、油料流淌等场景，可以进行消防灭火训练和演练，让模拟演示形象、生动、逼真。

6 指挥信息模型的应用前景

CIM通过虚拟现实手法，真实反映管理环境及其中的人、事、物的真实状态和相关信息，让身处千里之外的指挥人员沉浸于当前的环境中，并站在全局、整体的高度审视管理环境，查询各类数据，观察人、事、物运动变化的过程，为实时决策和远程指挥提供参考。

因此，CIM适用于任何对三维空间事物实施管理的场合，在军事上可用于战场模拟、军事推演、部队营院管理；在民用上可用于现场监视管理、应急指挥和智慧城市建设与管理，如石油化工危险品仓库管理、森林火灾监测与管理、城市地下管网监测与管理、城市轨道交通站运维管理、河长制信息化管理等。