基于北斗位置信息的战场态势系统设计与实现

文/张志民 兰伟 王官龙

（1.中国人民解放军61773 部队 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 831400 2.中国人民解放军63769 部队 陕西省西安市 710043）

传统的纸质地图标绘和沙盘模型来描绘战场态势，已越来越无法满足指挥员在战术演练和战时指挥决策的需要。现代化作战和演训中，联合作战对战场指挥顺畅、高效提出了更高要求，表现战场环境态势的技术手段愈加先进化、多元化。如何构建一个可视效果逼真的三维战场态势平台，融合北斗定位信息，地图信息和即时通信信息为一体化联合指挥提供实时、直观的战场态势信息，主要从以下几个方面：

（1）实时获取友邻位置信息较难。北斗指挥机与普通用户机在注册时，隶属关系就固化在IC 卡上。当任务发生变化，需调整配属其他作战单元时，因指挥关系固化，需要修改IC 卡数据才能完成指挥关系调整。同时，要想得知部署或支援力量是否到达指定作战区域不能及时地、直观地的反映。

（2）战场环境系统一般采用局域网模式，数据共享访问存在壁垒，资源利用效率低。指挥人员除需要位置、通信信息外，还需结合专业二维数字地图标绘，过程繁琐且不够直观。

紧贴作战任务需求，构建基于BDS 位置信息的战场三维可视化系统，利用北斗导航定位系统，主要实现战场态势三维场景动态演示、指挥控制灵活配置与位置信息共享、作战单元实时监控等，为作战和演训指挥决策提供辅助手段。

1 系统构成

1.1 系统总体架构

系统主要由综合信息数据库、管理服务层、用户层三大部分组成。系统框图如图1 所示。

1.1.1 综合信息数据库

综合信息数据库层由北斗信息、基础地理信息和专题数据库组成。北斗信息主要由定位信息和短报文信息组成。基础地理信息数据库主要由矢量、地形和影像库组成，是GIS 地图服务的基础数据。专题属性数据库可根据用户需求，如特殊装备等，进行灵活配置。

1.1.2 管理服务层

管理服务层由数据管理、位置信息、通信、地图综合、用户审计授权管理和容灾备份服务等组成。主要通过网络WebGIS 将空间基础信息数据库和位置信息数据优化、整合为一个信息综合处理中心，并通过规范的接口和安全机制提供统一的服务。用户只要经过授权，就可实现按照需要访问各类信息，为部队联合作战高效指挥提供信息保障。

1.1.3 应用示范层

应用示范层由指挥所、一体化指挥平台和维护人员组成。用户，均需经用户授权管理模块授权，按需访问相应数据，从而获得三维战场态势、战场环境分析、位置等信息，实现用户的高效访问。

图1：系统框图

图2：系统框架图

1.2 系统架构

信息处理中心通过客户端软件，将集成互联处于不同部署的被授权的指挥所，通过指挥专网或军事综合信息网融合各级指挥所用户机位置、通信信息等至数据库服务器，从而实现不同类别指挥所信息融合。指挥所根据授权，获取直属或配属部队的实时位置信息和通信信息。同时，根据授权，指挥所可通过网络访问数据库（包含位置、通信、地图信息），实现信息获取，也可灵活配置GIS 服务器地图数据，通过网络获取位置信息和通信信息，快速感知战场环境，为指挥员决策提供直观、高效的态势信息。系统框架图如图2 所示。

表1：表BDS_PDATA 定义

表2：表BDS_SEQUEUE 定义

2 主要功能

2.1 提供位置、通信服务

各级指挥所通过客户端授权软件，获取信息处理中心访问权限，即可实时获取部署或友邻部队位置、通信信息。通信服务主要负责分发、协调和处理整个中心子系统、各模块间的软硬件指令、协议报文与定位数据。

2.2 提供GIS地图综合服务系统

2.2.1 二维基础地图服务

主要由卫星影像库和矢量地图库组成。服务的核心区域使用分辨率优于0.5m 的影像，部分地区可达0.2m，在非核心区域使用分辨率2-5m 的卫星影像。矢量地图库采用不同比例尺下地图数据，基础数据采用1：25 万矢量图，核心区域采用1：1 万地图数据。区分行政区划、居民地、交通和水系等数据等级并分层存储。

2.2.2 三维基础地图服务

三维地图库主要由卫星影像库、数字高程模型库、3D 模型库融合矢量地图库组成。通过SkyLine 软件平台创建战场三维可视化模型，其中，利用ENVI 软件对等高线或立体像对快速提取DEM数据。TerraBuilder 将校正后的影像、DEM 等数据进行编辑、剪裁、直方图调节优化后等，生成含三维数字地图的.MPT 文件，建立基础三维地理信息库；TerraExplorer 用于读取二、三维地理信息库，并具备二、三维环境下，属性文件管理、编辑及分析功能。同时可根据用户需求，制定专题军事要素数据库。TerraExplorerProAPI 是增强的COM 接口，用于控制三维场景中所有的对象及其动作，提供扩展功能用于访问外部数据。

地图综合服务系统用于整个战场环境的动态展示，负责对三（二）维GIS、3D 模型、专题数据的更新和编辑，保证系统平台中基础GIS 地图服务的时效性。通过融合矢量、地形、卫星影像，构建全方位的战场空间数据库，将不同来源的多种地图匹配、融合、优化，实现数字战场建模，并将位置信息和地图数据库有机结合，为部队指挥决策提供可视化的分析解决方案。3D 模型库反映作战单元的几何结构，可根据战场态势选配作战单元，主要针对武器装备、建筑物等。专题属性数据库，主要针对作战环境需求，实现态势推演。

2.3 用户授权分系统

系统为不同等级的指挥所和用户设备提供信息综合服务，通过数据库将用户资料进行关键信息筛选与管理，严格用户权限的注册、审核及授权等，防止非法访问，造成核心涉密信息泄露等事故发生。

3 系统设计与实现

3.1 建立位置信息数据库

位置信息是指挥所实现联合作战、演训中指挥控制的基础，北斗指挥机将下属用户机的位置、通信信息数据，经客户端编译后通过网络上传至信息处理中心位置信息服务器，服务器将数据分类存储，建立实时位置信息数据库，为不同授权用户提供不同级别的位置信息响应服务。位置信息数据主要通过Oracle 数据库建立表BDS_PDATA 和BDS_SEQUEUE 分别对北斗导航定位和指挥通信信息进行储存。分别定义如表1、表2。

通过建立位置、通信信息数据表，实现指挥所及其配属关系的位置、通信信息实时动态储存和访问。

3.2 建立指挥所对GIS地图服务的快速访问

用户最基本的操作是空间数据的查询，根据网络地图服务操作协议，明确定义服务级元数据、地图影像，位置参数、结构参数等，用户通过其权限获取相应接口服务。二维地图服务采用WebGIS 模式，数据分层管理策略与数据属性形成关联关系，形成综合地图信息。在GIS 地图服务中运用HTTP 和TCP/IP 应用体系，实现网络环境下的GIS 服务管理。嵌入MapXtreme 软件组件技术，授权用户通过指挥专网或军事综合网进行访问，如地图数据、位置信息、控制指令等。将ASP.NETAJAX 和Web 服务技术进行有效结合，通过异步通信，不断优化处理Web 服务器传送的页面内容与XML 格式文件，实现了良好的用户体验。三维地图服务采用SkylineTerraGate 进行基础地形发布，用户通过网络实时访问地图信息，其流技术明显不同于视频流，基于网络无缝可变带宽，不受低带宽或者连通中断的影响。自动分配负载，允许多台服务器同时导出3D 可视化。考虑到多用户终端同时访问，采取栅格数据，将大量单幅影像分块，建立金字塔模型，实现多分辨率GIS 地图服务数据存、读技术。同时在客户端建立影像数据存储区，较好地解决了存储和性能的问题。

图4：容灾备份技术

3.3 建立快速辅助决策分析

基于位置信息的战场环境态势系统，具有集成图文数据管理功能，实现其查询、定位和编辑。系统主要根据战场态势进行直观展示，指挥所运用GIS 地图数据库，可迅速掌握部署及友邻位置，可根据GIS 地图服务规划其行进最佳路径选择与通视分析、空间位置量算、地形坡度分析、水淹分析等辅助决策功能，为部队机动提供辅助技术支撑，有效提高作战信息化水平。系统可实现跨区域联合作战指挥，用户可通过平台查询和调用所需的服务，同时满足不同层级的应用需求，极大的减低了平台的应用门槛。如图3 所示。

3.4 容灾备份技术

系统设计为信息处理中心和备份中心，以心跳技术作为检测系统错误手段，以服务迁移技术作为后续反应,实现系统容灾设计。信息处理中心可管理和调度范围内所有设备终端，备份中心通过网络与信息处理中心实现无缝连接，用于监视用户实时状态信息及数据存储备份工作，不下发任何指令信息。指挥所通过配备的手持终端向信息处理中心信息报告、信息查询、发送求救信息，接收中心的控制指令。所有的用户终端实行信息处理中心和备份中心双重监控，保证中心系统在遭受破坏之后，备份中心及时恢复。

为方便服务迁移，信息处理中心和备份中心各项硬件配置相同、数据库结构相同、服务提供接口相同，只是用户权限不同，访问数据不同。当信息处理中心故障时，可迅速切换至备份中心，实现作战指挥不间断。如图4 所示。

3.5 定位信息服务

定位信息服务主要提供部队实时位置信息监控以及历史位置轨迹查询等服务，结合二维、三维地图服务，可形成全局性的位置信息服务。指挥机关能够实现直观、真实的三维地形浏览，并有助于指挥机关实现对部署的高效指挥。

4 系统应用特点

本方案注重多服务器模式下战场态势的调取与运用，融合北斗定位、地图、通信等信息，为作战指挥提供实时、直观的战场环境态势服务，有效提高现代军事一体化联合指挥效能。

（1）利用海量卫星影像数据，运用Skyline 软件平台，采用联机协作的方式采集、编辑、输出分辨率较高的三维地形数据，缩短了数据运算周期。

（2）实现三维地图与二维地图的一体化集成与应用，采用二维与三维联动的方式，实现战场态势的标绘；集成专题要素图层和基础数据图层，可以为作战指挥提供全面、准确的空间信息支持。

（3）探索和实践多种平台应用服务模式，包括在线调用、标准服务和二次开发等，可以满足不同层级的应用需求，极大的减低了平台的应用门槛。各个战区可以在极少的投入下，直接获取使用平台反的丰富数据资源。

（4）实现跨区域联合作战指挥，各战区用户可以通过平台查询和调用所需的服务，也可以基于平台发布共享信息，从而促进了信息资源的共享和集成。

（5）平台依托于指挥网/军事综合信息网络，将分布在各战区的数据资源自动聚合在平台中，保障了信息资源的充分利用。

5 结束语

基于BDS 位置信息服务的战场三维可视化系统平台，融合北斗位置信息、通信信息、GIS 地图数据和即时通信等技术，建立信息处理中心，通过标准的公共接口对外提供信息服务，可全面提升部队快速综合的信息支援能力的。系统实用性强，通过用户授权管理，根据作战需求灵活的配置，打破了原有的指挥关系固化问题。丰富的战场态势辅助工具，有效的提高了信息资源的整合，提高联合作战指挥效能，在一体化作战指挥建设上作用显著。