基于北斗定位系統(tǒng)和MGIS的海軍裝備保障指揮自動(dòng)化系統(tǒng)＊

錢(qián)蘭華 石志軍 李忠猛

（1．92956部隊(duì) 大連 116041）（2．海軍大連地區(qū)裝備修理監(jiān)修室 大連 116041）（3．海軍工程大學(xué) 武漢 430033）

1 引言

海軍裝備保障的任務(wù)日趨繁重和海軍裝備保障組織指揮手段的相對(duì)落后，是當(dāng)前我海軍裝備保障指揮系統(tǒng)中最突出的矛盾?，F(xiàn)代技術(shù)條件下特別是高技術(shù)條件下的作戰(zhàn)，消耗大，技術(shù)保障復(fù)雜，實(shí)效性要求高，對(duì)裝備和保障依賴(lài)性更大。裝備保障指揮自動(dòng)化，是綜合運(yùn)用以計(jì)算機(jī)為核心的各種技術(shù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的收集、傳輸和處理自動(dòng)化，以實(shí)施對(duì)裝備保障力量和裝備的有效指揮與控制。裝備保障指揮過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控裝備保障分隊(duì)和保障對(duì)象的動(dòng)態(tài)，對(duì)裝備和人員配置地域的地形、地貌、植被、道路等大量的地理環(huán)境信息進(jìn)行迅速搜集處理，是實(shí)施有效裝備保障指揮的關(guān)鍵，對(duì)提高裝備保障效能具有十分重要的意義。

北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)是我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可以為用戶(hù)提供全天候、高精度、快速實(shí)時(shí)定位服務(wù)，同時(shí)還具有雙向數(shù)字報(bào)文通信、精密授時(shí)等功能。軍事地理信息系統(tǒng)（Military Geographic Information System，MGIS）是在計(jì)算機(jī)硬件支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論和方法，綜合地、動(dòng)態(tài)地獲取、存儲(chǔ)、管理和分析軍事地理環(huán)境信息，并服務(wù)于作戰(zhàn)指揮自動(dòng)化、戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)字化建設(shè)和軍事決策支持的軍事空間信息系統(tǒng)。這些年來(lái)，MGIS受到各國(guó)軍方的普遍重視，而且在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、波黑戰(zhàn)爭(zhēng)特別是在科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮了重要作用。故將北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)與MGIS結(jié)合，應(yīng)用于裝備保障指揮自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，以加強(qiáng)對(duì)裝備保障的全面控制和管理，提高裝備保障的效能。

2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式

在綜合北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)、MGIS、DSS（決策支持系統(tǒng)）、MIS（管理信息系統(tǒng)）和裝備保障特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用以北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)和MGIS為核心的裝備保障指揮自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式，如圖1所示。

圖1 以北斗系統(tǒng)和MGIS為核心的海軍裝備保障指揮自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式

其基本思路是：對(duì)部隊(duì)武器、彈藥、器材、保障力量、油料和給養(yǎng)等六類(lèi)保障數(shù)據(jù)，以MGIS為載體建立數(shù)據(jù)庫(kù)，與解決實(shí)際問(wèn)題的模型庫(kù)相連接；在裝備保障指揮中心安裝北斗指揮機(jī)、高性能服務(wù)器及各業(yè)務(wù)保障終端；在油料、彈藥、維修等保障分隊(duì)安裝北斗監(jiān)控終端用戶(hù)機(jī)；在艦船上加裝北斗一體機(jī)和艦載監(jiān)控終端（配有艦船信號(hào)采集板和平板觸摸式電腦）；開(kāi)發(fā)保障系統(tǒng)終端應(yīng)用軟件，進(jìn)行保障數(shù)據(jù)采集傳送。系統(tǒng)以現(xiàn)有MGIS作為平臺(tái)，以Visual Studio作為前臺(tái)開(kāi)發(fā)工具，C＃作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，采用OLE技術(shù)進(jìn)行集成二次開(kāi)發(fā)，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可采用Oracle或SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。

3 總體設(shè)計(jì)和功能

系統(tǒng)利用北斗導(dǎo)航衛(wèi)星作為通信鏈路，采用北斗用戶(hù)機(jī)作為定位和通信模塊，以MGIS為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，結(jié)合集成二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，設(shè)計(jì)出裝備保障指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的總體框架，如圖2所示。

圖2 海軍裝備保障指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的總體框架結(jié)構(gòu)

裝備保障指揮自動(dòng)化系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集功能。監(jiān)控終端對(duì)武器、油料、彈藥、器材、維修能力等裝備保障要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，利用北斗系統(tǒng)的通信功能，為裝備保障指揮中心提供原始數(shù)據(jù)；2）動(dòng)態(tài)定位保障對(duì)象功能。利用艦載北斗系統(tǒng)定位功能，實(shí)時(shí)記錄本機(jī)定位和異地索取位置信息，對(duì)保障對(duì)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)精確定位，確保裝備保障指揮中心指揮保障分隊(duì)選擇最佳保障方式、時(shí)機(jī)和路線；3）輔助決策功能。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)裝備保障信息的查詢(xún)和報(bào)表輸出、保障態(tài)勢(shì)的顯示與標(biāo)繪、電子地圖中裝備保障信息的雙向查詢(xún)、應(yīng)用多種計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)裝備保障指揮輔助決策等功能；4）通信指揮功能。指揮型用戶(hù)機(jī)和普通型用戶(hù)機(jī)可以建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，指揮型用戶(hù)機(jī)對(duì)下屬用戶(hù)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和廣播。用戶(hù)一旦收到通信信息便能夠以語(yǔ)音形式進(jìn)行提示。

4 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及其功能的實(shí)現(xiàn)

4．1 數(shù)據(jù)庫(kù)的建立及應(yīng)用

系統(tǒng)所涉及的數(shù)據(jù)包括空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)是將裝備保障指揮自動(dòng)化系統(tǒng)中涉及的大量帶有空間位置特征的數(shù)據(jù)集合，這些數(shù)據(jù)利用GIS特有的空間數(shù)據(jù)格式來(lái)描述。主要實(shí)現(xiàn)地圖及其屬性數(shù)據(jù)的輸入、輸出、圖層處理（包括網(wǎng)層內(nèi)容更新、剪拼、縮放、顏色標(biāo)識(shí)和漫游等）及圖層增刪等功能，其空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立流程如圖3所示。

圖3 空間數(shù)據(jù)庫(kù)建立流程圖

屬性數(shù)據(jù)庫(kù)主要存放描述地圖對(duì)象的屬性數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)部代碼和用戶(hù)標(biāo)識(shí)作為公共數(shù)據(jù)項(xiàng)連接起來(lái)，使得描述地圖對(duì)象的屬性數(shù)據(jù)與地圖對(duì)象建立一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。系統(tǒng)利用其對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)信息雙向查詢(xún)、條件查詢(xún)等功能，并以圖形、文字、報(bào)表等多種數(shù)據(jù)表達(dá)方式實(shí)現(xiàn)打印、屏幕顯示、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)确绞捷敵觥?/p>

4．2 系統(tǒng)模型庫(kù)的開(kāi)發(fā)

模型庫(kù)系統(tǒng)由模型庫(kù)和管理系統(tǒng)組成，而模型庫(kù)就是模型類(lèi)與模型實(shí)例的集合。模型庫(kù)由工具庫(kù)、算法庫(kù)、操作模型子庫(kù)、模型子庫(kù)和模型實(shí)例子庫(kù)六個(gè)部分組成。整個(gè)模型庫(kù)管理系統(tǒng)包括模型類(lèi)、模型實(shí)例、算法庫(kù)、工具庫(kù)和模型庫(kù)等五個(gè)管理子系統(tǒng)。模型庫(kù)管理子系統(tǒng)主要用來(lái)配置模型庫(kù)。模型的建立包括模型生成、模型的連接及模型的重構(gòu)。

設(shè)計(jì)時(shí)，模型生成通過(guò)面向?qū)ο竽Ｐ皖?lèi)來(lái)建立模型，對(duì)子模型的連接通過(guò)子模型類(lèi)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)，而面向?qū)ο蟮睦^承方式能實(shí)現(xiàn)模型的重構(gòu)。比如，要對(duì)艦艇保障力量進(jìn)行編組，則首先建立編組基類(lèi)，然后在此基類(lèi)上加以重用和派生，分別派生出艦艇技術(shù)保障力量編組、艦艇器材保障力量編組和軍械保障力量編組等派生類(lèi)，這些派生類(lèi)與它們的父類(lèi)相比增加了新的內(nèi)容，以分別適應(yīng)各自編組的需要。這種按繼承機(jī)制建立的模型具有很大的靈活性，使用戶(hù)易于實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的維護(hù)、調(diào)用、查詢(xún)、運(yùn)行以及根據(jù)環(huán)境的變化修改模型等。

4．3 艦載監(jiān)控終端

艦載監(jiān)控終端主要依靠安裝在艦船上的各種傳感器和控制器，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、故障信息和位置參數(shù)進(jìn)行采集，經(jīng)過(guò)控制器轉(zhuǎn)換為CAN 總線數(shù)據(jù)，發(fā)送到CAN 總線，經(jīng)處理器運(yùn)算處理以后，將地理位置和時(shí)間信息及其它信息，由北斗用戶(hù)機(jī)OEM 板到達(dá)裝備保障指揮中心服務(wù)端，實(shí)現(xiàn)保障對(duì)象與保障指揮中心服務(wù)端的通信。對(duì)不同的艦艇，艦載終端可以提供不同的功能，配備也不盡相同，但通常由以下幾部分組成：北斗用戶(hù)機(jī)OEM 板、信號(hào)采集板、平板觸摸式電腦。如圖4所示。

圖4 艦載監(jiān)控終端

作為艦載終端系統(tǒng)的重要組成部分，北斗用戶(hù)機(jī)OEM 板主要負(fù)責(zé)定位和通信，與平板觸摸式電腦通過(guò)RS232串口完成數(shù)據(jù)通信，艦載終端軟件是艦載終端的核心部分，完成定位、通信、控制信息發(fā)送以及狀態(tài)顯示等功能。在液晶屏上顯示海面狀況、本艦位置、運(yùn)行狀態(tài)等信息以及監(jiān)控中心公布信息。信號(hào)采集板主要負(fù)責(zé)采集艦艇武器、油料、彈藥、器材等狀態(tài)信號(hào)，并將這些信號(hào)實(shí)時(shí)傳送給終端軟件，對(duì)不同的艦艇信號(hào)采集板有不同的接口設(shè)計(jì)。

4．4 北斗定位與通信

北斗定位系統(tǒng)采用主動(dòng)式雙向測(cè)距定位原理，首先由控制中心向兩顆衛(wèi)星同時(shí)發(fā)送詢(xún)問(wèn)信號(hào)，衛(wèi)星接收后向服務(wù)區(qū)內(nèi)用戶(hù)廣播，用戶(hù)響應(yīng)向衛(wèi)星發(fā)送服務(wù)信息，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至地面中心，地面中心根據(jù)服務(wù)信息內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)處理。

中心控制系統(tǒng)針對(duì)定位申請(qǐng)，根據(jù)測(cè)出的兩星至測(cè)站的距離之和，加上從儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)字高程圖查詢(xún)到的用戶(hù)高程值，計(jì)算并按北斗信號(hào)編碼協(xié)議解析后為經(jīng)緯度坐標(biāo)，經(jīng)加密后經(jīng)出站信號(hào)發(fā)送給用戶(hù)，坐標(biāo)值與電子地圖數(shù)據(jù)匹配后，即可在地圖上看到用戶(hù)終端的地理位置，若是連續(xù)定位，還可看到艦艇的運(yùn)行軌跡；針對(duì)通信申請(qǐng)，則按北斗信號(hào)編碼協(xié)議解析后為發(fā)信者發(fā)送信息，信息內(nèi)容以文本框的形式自動(dòng)顯示在地圖上層。其定位與通信過(guò)程如圖5所示。

圖5 定位與通信過(guò)程示意圖

4．5 在電子地圖中顯示位置

在得到正確的地圖應(yīng)用所使用的經(jīng)緯度之后，還要在地圖上正確顯示其位置。電子地圖顯示采用Maplnfo公司提供的MapX 控件?？煞治霾@示業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、創(chuàng)建或編輯地圖圖元，并按地理位置顯示數(shù)據(jù)結(jié)果。利用其應(yīng)用編程接口可將接收到的經(jīng)緯度信息轉(zhuǎn)化為地圖坐標(biāo)數(shù)據(jù)后顯示在地圖上，從而顯示出目標(biāo)位置：

NewMarker＝new LTMarker（newLTPoint（Longitude，Latitude），icon）；

maps．a(chǎn)ddOverLay（newMarker）；

points．push（new Point（Longitude，Latitude））；

maps．getBestMap（points）；

其中，NewMarker對(duì)象是在地圖上突出顯示正確位置的標(biāo)志；Points變量存放的是用戶(hù)機(jī)所在地理位置的經(jīng)緯度值轉(zhuǎn)化為地圖坐標(biāo)后的數(shù)據(jù)。但要做到真正意義上的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，必須使客戶(hù)端自動(dòng)更新地圖來(lái)顯示目標(biāo)移動(dòng)的結(jié)果，而在表現(xiàn)層更要解決不刷新的動(dòng)態(tài)回顯。在實(shí)際應(yīng)用中，可利用AJAX 模擬server端向客戶(hù)端的push技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)集成了北斗系統(tǒng)和MGIS的優(yōu)勢(shì)，為實(shí)現(xiàn)我軍裝備保障指揮自動(dòng)化提供了參考，應(yīng)用前景廣闊。下一步，將對(duì)北斗系統(tǒng)和MGIS在海軍裝備保障領(lǐng)域的應(yīng)用作更進(jìn)一步的研究，加速實(shí)現(xiàn)未來(lái)數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)和裝備保障指揮自動(dòng)化建設(shè)。

［1］王家耀．軍事地理信息系統(tǒng)［M］．北京：解放軍出版社，1998．

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［3］陸正軍，張自賓，嚴(yán)浩，等．軍事地理信息系統(tǒng)在裝備保障數(shù)字化中的應(yīng)用［J］．河北工業(yè)科技，2003，20（4）：45-62．

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