多機(jī)種綜合保障基地油料保障調(diào)度與決策系統(tǒng)

文/王世宏 張建央 何劍如

虛擬現(xiàn)實(shí)地理信息系統(tǒng)（VRGIS）是近年來在軍民領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的新技術(shù)，它將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）與地理信息系統(tǒng)（GIS）集成于一體，以VR作為前端與用戶進(jìn)行交互，GIS作為底層支持空間數(shù)據(jù)處理，可以模擬地形、地貌的真實(shí)表現(xiàn)，用戶可與系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。本文著眼多機(jī)種綜合保障基地油料保障調(diào)度與決策可視化、智能化、實(shí)時(shí)化的實(shí)際需求，在VRGIS技術(shù)的啟發(fā)下，結(jié)合北斗定位系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)等多種技術(shù)與方法，對(duì)多機(jī)種綜合保障基地油料保障調(diào)度與決策系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究。

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

多機(jī)種綜合保障基地油料保障調(diào)度與決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：①信息查詢功能，系統(tǒng)首先應(yīng)是一個(gè)能夠高效管理油料保障相關(guān)信息的系統(tǒng)，它集信息采集、傳輸、處理、存儲(chǔ)及輸出于一體，可為決策者們提供可視化、實(shí)時(shí)化、精確化的油料保障信息；②輔助決策功能，基地油料保障是一個(gè)組織指揮十分復(fù)雜的過程，其中每一個(gè)活動(dòng)都離不開決策，系統(tǒng)應(yīng)能快速、準(zhǔn)確地生成決策方案；③實(shí)時(shí)調(diào)度功能，基地油料保障涉及多種人員、設(shè)施設(shè)備和裝備器材，系統(tǒng)應(yīng)能對(duì)決策指令做出實(shí)時(shí)反饋，使這些保障力量達(dá)到人機(jī)協(xié)調(diào)、人機(jī)和諧，從而更好地發(fā)揮整體保障效能；④人機(jī)交互功能，決策者所接收的每一種信息，所做的每一項(xiàng)決策，發(fā)出每一條指令都通過系統(tǒng)的人機(jī)交互接口完成，系統(tǒng)應(yīng)具備實(shí)時(shí)、智能、逼真的人機(jī)交互接口，以便決策者的組織指揮意圖能得到有效實(shí)現(xiàn)。

2.系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)的技、戰(zhàn)術(shù)性能是融合油料保障各要素的關(guān)鍵所在，從這個(gè)角度出發(fā)，本文確立了多機(jī)種綜合保障基地油料保障調(diào)度與決策系統(tǒng)總體架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 油料保障調(diào)度與決策系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)主要由調(diào)度與決策中心、信息終端、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、軍事移動(dòng)通信系統(tǒng)及外接的飛行指揮系統(tǒng)和油庫測(cè)控系統(tǒng)等六部分組成。調(diào)度與決策中心是一個(gè)人機(jī)系統(tǒng)，決策者發(fā)出的應(yīng)用請(qǐng)求、調(diào)度指令都通過機(jī)器系統(tǒng)來完成；信息終端是配備于車輛、人員及其它設(shè)施裝備的定位、狀態(tài)信息采集以及發(fā)送數(shù)據(jù)和接收指令的設(shè)備；北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)負(fù)責(zé)跟蹤和定位移動(dòng)實(shí)體；移動(dòng)通信系統(tǒng)負(fù)責(zé)移動(dòng)實(shí)體和調(diào)度與決策中心的通信；測(cè)控終端用于監(jiān)測(cè)、控制油庫設(shè)施裝備運(yùn)行狀態(tài)；飛行保障指揮系統(tǒng)用來向本系統(tǒng)提供飛行狀態(tài)信息。

2.2 硬件技術(shù)體系

基于上文建立的系統(tǒng)總體架構(gòu)，通過跟蹤相關(guān)信息技術(shù)、通信技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)的最新進(jìn)展，確定了系統(tǒng)的硬件技術(shù)體系，其抽象化的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。具體構(gòu)成上，系統(tǒng)由“信息終端主機(jī)”、“通用接口盒”、“導(dǎo)航通信外設(shè)”、“測(cè)控終端主機(jī)”等四部分組成。通用接口裝置應(yīng)遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并經(jīng)過精心的機(jī)械和電氣定義，可集成多種導(dǎo)航、通信、測(cè)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了硬件層面上的真正“通用”。

2.3 軟件技術(shù)體系

圖2 系統(tǒng)硬件技術(shù)體系

多機(jī)種綜合保障基地一體化指控平臺(tái)是用于統(tǒng)一指揮和控制油料等所有地面保障的信息化管理平臺(tái)，油料保障調(diào)度與決策系統(tǒng)是其重要的組成部分之一，其軟件技術(shù)體系如圖3所示。油料保障調(diào)度與決策系統(tǒng)的功能需求體現(xiàn)在“對(duì)內(nèi)”的“監(jiān)視診斷”和“對(duì)外”的“通信控制”兩個(gè)層面。“對(duì)外”，是指通過集成導(dǎo)航定位、戰(zhàn)術(shù)通信等模塊，使系統(tǒng)能適應(yīng)信息采集、傳輸、處理與使用需要，以便實(shí)時(shí)掌握保障現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)、部隊(duì)需求等信息，便于在不定空間、時(shí)間的情況下，快速有效地控制油料保障活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)油料保障的精確化?！皩?duì)內(nèi)”，是指通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)控成套裝備作業(yè)過程中的過程量和過程參數(shù)，來提高人與裝備系統(tǒng)的可靠性、協(xié)調(diào)性，從而有效提高保障效能。

3.系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1 決策支持子系統(tǒng)

決策支持子系統(tǒng)分為決策支撐層、決策服務(wù)層和決策應(yīng)用層等三個(gè)基本層次，采用分層、分模塊的設(shè)計(jì)理念。

圖3 系統(tǒng)軟件技術(shù)體系

（1）決策支撐層是決策支持子系統(tǒng)的核心所在，包括油料保障數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、知識(shí)庫管理系統(tǒng)、方法庫管理系統(tǒng)及模型庫管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)用于建立、使用和維護(hù)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中封裝了油料保障相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并可實(shí)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)的聯(lián)機(jī)和分時(shí)處理。知識(shí)庫管理系統(tǒng)以本體論、知識(shí)管理理論為指導(dǎo)，將相關(guān)油料保障理論知識(shí)、事實(shí)數(shù)據(jù)、定義、常識(shí)性知識(shí)及其它可用于油料保障活動(dòng)的信息，采用某種知識(shí)表示方式組織起來，并實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)、管理和使用。模型庫管理系統(tǒng)封裝了與油料保障相關(guān)的解析模型。方法庫管理系統(tǒng)中，方法庫由方法程序庫和方法字典組成，方法程序集成了求解模型的算法，方法字典中存放了這些算法的類別、功能、使用方法、調(diào)用形式、方法參數(shù)等基本信息。

（2）決策服務(wù)層是面向應(yīng)用的基于服務(wù)器端的各種服務(wù)應(yīng)用的集合，利用W ebService等技術(shù)，封裝各種信息訪問，實(shí)現(xiàn)油料保障數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)的透明訪問，其核心能力是能夠分析、理解應(yīng)用端的請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的訪問。

（3）決策應(yīng)用層是整個(gè)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的頂層，是面向用戶的油料保障決策過程的具體實(shí)現(xiàn)，是用戶和智能決策支持系統(tǒng)的人機(jī)接口。決策應(yīng)用層采用分層化、模塊化理念進(jìn)行各個(gè)子功能的設(shè)計(jì)，并提供系統(tǒng)維護(hù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)油料保障數(shù)據(jù)庫、知識(shí)庫、模型庫、方法庫及系統(tǒng)安全等管理功能。

3.2 實(shí)時(shí)調(diào)度子系統(tǒng)

實(shí)時(shí)調(diào)度子系統(tǒng)主要由油料保障決策者、人機(jī)交互接口和VRGIS平臺(tái)，以及用來輔助系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的決策支持子系統(tǒng)、通信模塊構(gòu)成。VRGIS平臺(tái)利用虛擬方式真實(shí)再現(xiàn)多機(jī)種綜合保障基地油料保障各種靜、動(dòng)態(tài)地物，既能跟蹤、定位空間物體，又能以可視化方式展示空間物體的屬性數(shù)據(jù)，它至少應(yīng)具備以下八個(gè)功能：①通視和縮放，即根據(jù)應(yīng)用請(qǐng)求實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的三維全景展示和實(shí)物聚焦；②定位，即系統(tǒng)根據(jù)回傳的定位信息實(shí)時(shí)地將視點(diǎn)定位到目標(biāo)；③漫游，虛擬場(chǎng)景可在多機(jī)種綜合保障基地地域及其一定的空間范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)視景轉(zhuǎn)移、擴(kuò)展及移動(dòng)目標(biāo)的跟蹤；④顯示模式，即加油車輛、油料保障人員、飛機(jī)等移動(dòng)實(shí)體，在定位信息的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向、接觸等過程狀態(tài)；⑤地形量算，可測(cè)量任意兩點(diǎn)的實(shí)際距離和任意區(qū)域的面積；⑥屬性數(shù)據(jù)編輯，即可以編輯相關(guān)靜、動(dòng)地物的信息；⑦加油過程狀態(tài)表現(xiàn)，可實(shí)時(shí)顯示加油車輛油罐剩余油量、作業(yè)狀態(tài)等；⑧軌跡回放，可利用歷史數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)加油車輛、油料保障人員在油料保障過程中所經(jīng)歷的線路及作業(yè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息的顯示。油料保障決策者在實(shí)施調(diào)度子系統(tǒng)中主要起著數(shù)據(jù)請(qǐng)求者、決策指令生成者和調(diào)度指令發(fā)布者的作用，而人機(jī)交互接口是用來實(shí)現(xiàn)油料保障決策者和實(shí)時(shí)調(diào)度子系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互的媒介。

3.3 信息終端

信息終端包括加油車輛和手持式移動(dòng)信息終端。加油車輛車載信息終端主要由北斗定位單元、嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、車載供電單元、傳感器、無線通信單元等五部分組成。其功能為：一是自動(dòng)采集加油車的位置、加油狀態(tài)、裝載油品、剩余油量、容量等信息；二是通過移動(dòng)通信系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)回傳服務(wù)器端；三是接收調(diào)度與決策中心發(fā)出的指令；四是發(fā)出指令警報(bào)，油料保障人員接收后控制加油作業(yè)過程。北斗定位單元主要包括定位請(qǐng)求端和定位信息接收端，加油車輛在移動(dòng)過程中不斷地發(fā)出定位請(qǐng)求，地面中心站收到請(qǐng)求后解算出用戶位置，再通過衛(wèi)星傳送給定位信息接收端，北斗定位單元的定位信息通過無線通信模塊加密后傳回調(diào)度與決策中心。

3.4 與飛行指揮系統(tǒng)融合的接口模塊

飛行指揮系統(tǒng)具有對(duì)飛機(jī)實(shí)施指揮、控制的功能，直接或間接地封裝了系統(tǒng)所需的駐場(chǎng)、轉(zhuǎn)進(jìn)的多機(jī)種飛機(jī)相關(guān)信息，因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留有與飛行指揮系統(tǒng)融合的接口，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

4.結(jié)語

本文研究了基于VRGIS的多機(jī)種綜合保障基地油料保障調(diào)度與決策系統(tǒng)框架模型，針對(duì)油料保障調(diào)度與決策人機(jī)可視化、實(shí)時(shí)化、智能化的實(shí)際需求，提出將VRGIS技術(shù)與決策支持系統(tǒng)相融合，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)及其功能，力求實(shí)現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景虛擬再現(xiàn)、決策指令動(dòng)態(tài)生成、保障力量實(shí)時(shí)調(diào)度的系統(tǒng)功能。提出的方法對(duì)系統(tǒng)實(shí)際開發(fā)具有一定的參考價(jià)值。