引 言

美軍從 20 世紀(jì) 60 年代開始開展戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究，并于 80 年代后期從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入了實(shí)用化階段。通過戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境與軍事態(tài)勢(shì)的融合，滿足其聯(lián)合作戰(zhàn)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)信息的可視化需求。在作戰(zhàn)中，通過戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究平臺(tái)，實(shí)時(shí)推送關(guān)鍵地區(qū)詳細(xì)環(huán)境資料，在前方執(zhí)行單位便攜式設(shè)備上以三維可視化方式呈現(xiàn)，前線士兵可借助配備的傳感器在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境上互動(dòng)。目前，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是軍民融合戰(zhàn)略的深度實(shí)施，我國(guó)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究相關(guān)技術(shù)與解決方案已經(jīng)有了很大突破。

數(shù)字地球技術(shù)已從 20世紀(jì)末發(fā)展至今，數(shù)字地球建設(shè)是一場(chǎng)意義深遠(yuǎn)的科技革命。數(shù)字地球是將有關(guān)地球、海量、多分辨率、三維、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)按照地理坐標(biāo)集成起來的虛擬地球，主要由文本數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、應(yīng)用模型及操作平臺(tái)組成。這些數(shù)據(jù)包括全球性各種比例尺的地理空間數(shù)據(jù)，各類高分辨率、多波段、多時(shí)相的對(duì)地觀測(cè)影像，各類不同比例尺的數(shù)字專題圖，以及相應(yīng)的以文本形式表現(xiàn)的有關(guān)可持續(xù)發(fā)展、資源、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、人口、災(zāi)害、氣候、水文循環(huán)、地理、生物、生態(tài)系統(tǒng)、教育等不同類別的數(shù)據(jù)。隨著云計(jì)算、高速計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，海量數(shù)字地球數(shù)據(jù)的計(jì)算越來越具備可行性。從戰(zhàn)略角度分析，數(shù)字地球是全球性的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，數(shù)字地球是未來信息資源的綜合平臺(tái)與集成，現(xiàn)代社會(huì)擁有信息資源的重要性更基于工業(yè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)擁有自然資源的重要性，擁有數(shù)字地球等于占據(jù)了現(xiàn)代社會(huì)的信息戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

1 系統(tǒng)組成

本文基于數(shù)字地球技術(shù)，通過對(duì)海量數(shù)據(jù)二次加工，給出一種戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究演示系統(tǒng)的組成與實(shí)現(xiàn)方法，并對(duì)系統(tǒng)軟件組成內(nèi)容進(jìn)行介紹，從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效果可看出本文方法可行有效。

本文戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究演示系統(tǒng)采用數(shù)字地球技術(shù)，通過集成自然環(huán)境數(shù)據(jù)、社會(huì)環(huán)境數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、指揮控制平臺(tái)數(shù)據(jù)、武器平臺(tái)數(shù)據(jù)等各類與作戰(zhàn)相關(guān)的數(shù)據(jù)，建立作戰(zhàn)模型。通過對(duì)相關(guān)作戰(zhàn)影響因素的分析，形成作戰(zhàn)場(chǎng)景。對(duì)各類作戰(zhàn)相關(guān)裝備平臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行部署分配，形成作戰(zhàn)兵力部署。通過對(duì)作戰(zhàn)過程的任務(wù)流程建模，使用統(tǒng)一的時(shí)空基準(zhǔn)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)與組織，最終形成作戰(zhàn)過程的可視化與過程推演可研究。系統(tǒng)組成如圖 1 所示。

圖 1 戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究演示系統(tǒng)組成

系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)各類海量數(shù)據(jù)集成處理，需要完備的底層硬件支撐，包括大容量信息集成服務(wù)器、高速數(shù)據(jù)交換設(shè)備及高性能數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)等。在現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平下，以上底層硬件需求相對(duì)較容易滿足，本文對(duì)底層硬件建設(shè)不做過多介紹，重點(diǎn)介紹系統(tǒng)軟件組成部分。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法

2.1 數(shù)據(jù)集成處理

本文戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境演示系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用在線免費(fèi)下載、采購(gòu)及按需制作加工等方式獲取。由這些不同方式獲取到的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式及提取與處理手段也各不相同，形成了多種格式原始數(shù)據(jù)，再加上 GIS應(yīng)用系統(tǒng)長(zhǎng)期處于以項(xiàng)目為中心的孤立發(fā)展?fàn)顟B(tài)，很多 GIS系統(tǒng)都擁有自己的數(shù)據(jù)格式，使得數(shù)據(jù)共享問題尤為突出。

數(shù)據(jù)集成將各類應(yīng)用系統(tǒng)資源與數(shù)據(jù)資源進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，并將各類相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，最終在信息服務(wù)器內(nèi)形成統(tǒng)一格式的地圖影像數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)及矢量數(shù)據(jù)，最終應(yīng)用于演示系統(tǒng)。數(shù)據(jù)集成處理主要需解決數(shù)據(jù)來源問題、格式轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)合并等問題。數(shù)據(jù)集成流程如圖 2 所示。

圖 2 數(shù)據(jù)集成流程

2.2 基礎(chǔ)地理地圖標(biāo)繪

演示系統(tǒng)在二、三維地圖上通過點(diǎn)、線、面等常規(guī)標(biāo)繪工具，對(duì)道路、橋梁、河流、島嶼、村莊、醫(yī)院、學(xué)校、工廠、碉堡、飛機(jī)場(chǎng)、炮兵發(fā)射陣地、防空區(qū)、巡邏區(qū)等戰(zhàn)略目標(biāo)進(jìn)行標(biāo)繪，真實(shí)作戰(zhàn)時(shí)預(yù)演，進(jìn)行真實(shí)數(shù)據(jù)標(biāo)繪，進(jìn)行假想戰(zhàn)爭(zhēng)戰(zhàn)術(shù)演練時(shí)，按需求進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)標(biāo)繪。

基礎(chǔ)地理地圖標(biāo)繪內(nèi)容包括目標(biāo)經(jīng)緯度信息、高度信息， 有效區(qū)域范圍、標(biāo)識(shí)信息等。通過底層數(shù)據(jù)加載，按照戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域與目標(biāo)進(jìn)行突出顯示，為作戰(zhàn)演示提供基礎(chǔ)內(nèi)容標(biāo)注。

2.3 作戰(zhàn)要素資源庫(kù)與作戰(zhàn)兵力部署

作戰(zhàn)要素資源包括各種戰(zhàn)機(jī)、坦克、火炮、火箭、導(dǎo)彈、雷達(dá)、航母、戰(zhàn)艦、潛艇等軍事對(duì)象資源。戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境演示系統(tǒng)按照統(tǒng)一格式進(jìn)行數(shù)據(jù)元素填充，提供常見的作戰(zhàn)信息資源庫(kù)，并提供一套可擴(kuò)展的要素資源庫(kù)?？蓴U(kuò)展的作戰(zhàn)要素資源庫(kù)為系統(tǒng)適應(yīng)各類作戰(zhàn)場(chǎng)景構(gòu)設(shè)與演示提供可實(shí)現(xiàn)性。

作戰(zhàn)兵力部署編輯可根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)場(chǎng)景構(gòu)設(shè)需要，編輯紅方與藍(lán)方兵力部署，并標(biāo)注兵種與數(shù)量，最終形成兵力部署態(tài)勢(shì)圖，并對(duì)作戰(zhàn)場(chǎng)景中相關(guān)的兵力作戰(zhàn)路徑進(jìn)行規(guī)劃。

2.4 任務(wù)流程建模與場(chǎng)景動(dòng)態(tài)回放推演

通過將二、三維地理信息數(shù)據(jù)與作戰(zhàn)想定內(nèi)容相結(jié)合， 對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)流程按照需求進(jìn)行建模。對(duì)想定內(nèi)容進(jìn)行集成， 驅(qū)動(dòng)各領(lǐng)域相關(guān)模型，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的航跡管理與靜態(tài)目標(biāo)的狀態(tài)變換。真實(shí)再現(xiàn)作戰(zhàn)過程中的信息流動(dòng)與作戰(zhàn)行動(dòng)的動(dòng)態(tài)演化，利用三維可視化技術(shù)將任務(wù)流程可視化，為作戰(zhàn)效能評(píng)估提供逼真的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境模擬與數(shù)據(jù)支持。

戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境演示系統(tǒng)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)場(chǎng)景的真實(shí)再現(xiàn)，需要基于全時(shí)空統(tǒng)一線，對(duì)集成、同化及融合的空間態(tài)勢(shì)感知信息進(jìn)行處理，利用數(shù)字地球二、三維 GIS 系統(tǒng)，展現(xiàn)時(shí)空一體化作戰(zhàn)場(chǎng)景，并能支持時(shí)刻跳轉(zhuǎn)、事件跳轉(zhuǎn)、倍速變更等交互操作。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效果

本文戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境演示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)情況分別如圖 3 ～圖 6 所示。

圖 3 基礎(chǔ)地理地圖標(biāo)繪示意圖

圖 4 作戰(zhàn)要素資源入庫(kù)管理

圖 5 戰(zhàn)場(chǎng)兵力部署示意圖

圖 6 任務(wù)流程可視化與場(chǎng)景動(dòng)態(tài)推演

圖 3 ～圖 5 為在我國(guó)南海海域開展的一次軍事對(duì)抗所進(jìn)行的作戰(zhàn)假想。從圖 3 基礎(chǔ)地理信息標(biāo)繪情況可以看出，該系統(tǒng)能夠按照作戰(zhàn)需求，進(jìn)行作戰(zhàn)區(qū)域標(biāo)注，并對(duì)其中的重點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行突出顯示。圖 4 為演示系統(tǒng)可支持作戰(zhàn)要素資源進(jìn)行管理的示意圖。圖 5 展示了戰(zhàn)場(chǎng)紅藍(lán)雙方兵力部署、各方武器裝備配置情況。 圖 6 以 2018 年 4 月 14 日美英法打擊敘利亞作戰(zhàn)過程為素材，表明展示系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)任務(wù)流程可視化與場(chǎng)景動(dòng)態(tài)推演的能力。

4 結(jié) 語

本文利用數(shù)字地球技術(shù)，給出了一種戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境演示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，介紹了系統(tǒng)組成與各部分功能模塊的功能需求，并展示了實(shí)現(xiàn)效果。從實(shí)現(xiàn)效果可以看出，本文所述演示系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)假想作戰(zhàn)與真實(shí)作戰(zhàn)場(chǎng)景的構(gòu)設(shè)與推演，滿足戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究的基本需求，可應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究與作戰(zhàn)教學(xué)應(yīng)用。

隨著科技的高速發(fā)展，本文所述系統(tǒng)可增加虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）及混合現(xiàn)實(shí)（MR）等可視化技術(shù)，擴(kuò)展應(yīng)用接口，增加作戰(zhàn)影響因素分析等功能，以滿足更高的應(yīng)用需求。