潛艇綜合態(tài)勢(shì)信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

尹 安

(中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北 武漢 430064)

潛艇綜合態(tài)勢(shì)信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

尹 安

(中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北 武漢 430064)

根據(jù)未來(lái)作戰(zhàn)環(huán)境對(duì)潛艇內(nèi)外部信息運(yùn)用的需求，文中提出了潛艇綜合態(tài)勢(shì)信息顯示系統(tǒng)。首先分析了系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，梳理了信息顯示要素，并論述了硬件平臺(tái)的設(shè)備組成和設(shè)計(jì)方案。在軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，基于B/S模式構(gòu)建面向服務(wù)體系架構(gòu)，便于系統(tǒng)集成；根據(jù)對(duì)全艇平臺(tái)信息、電力信息、動(dòng)力信息和視頻監(jiān)控信息管理和調(diào)閱查看權(quán)限控制的要求，采用基于角色的訪問(wèn)控制機(jī)制進(jìn)行權(quán)限模塊設(shè)計(jì)，滿足了綜合態(tài)勢(shì)信息顯示系統(tǒng)對(duì)細(xì)粒度權(quán)限控制的要求。文中還提出了定制化顯示界面設(shè)計(jì)方法，通過(guò)定制化信息界面模塊可便于作戰(zhàn)指揮人員按需布局信息顯示模塊，提高信息利用價(jià)值。

綜合態(tài)勢(shì)信息；硬件框架；面向服務(wù)體系架構(gòu)；定制化信息界面

0 引 言

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信息化等技術(shù)的推動(dòng)下，潛艇自動(dòng)化程度不斷提高，結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜。出于對(duì)潛艇安全保障和保持戰(zhàn)斗性能的考慮，作戰(zhàn)指揮員需要及時(shí)了解潛艇平臺(tái)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、武器系統(tǒng)信息、作戰(zhàn)指控信息、隨艇資源信息和自噪聲信息等，以獲得對(duì)全艇態(tài)勢(shì)的感知。但由于不同系統(tǒng)的信息僅顯示在各自臺(tái)位上，不便于作戰(zhàn)指揮人員及時(shí)全面地掌握全艇綜合態(tài)勢(shì)信息。信息的綜合應(yīng)用關(guān)系到未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)的成敗，快速提供作戰(zhàn)指揮人員所需的艇內(nèi)和艇外態(tài)勢(shì)信息要素十分必要。國(guó)外的先進(jìn)潛艇已裝備有綜合信息顯示屏，主要用于為指揮員提供作戰(zhàn)指揮服務(wù)，可在不影響各戰(zhàn)位正常使用的前提下，全面地顯示各類(lèi)信息。

綜上，文中提出了潛艇綜合態(tài)勢(shì)信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。首先分析了系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，隨后從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩方面論述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，最后總結(jié)全文。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

潛艇綜合態(tài)勢(shì)信息包括外部態(tài)勢(shì)信息和內(nèi)部態(tài)勢(shì)信息兩大部分。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是要實(shí)現(xiàn)對(duì)全艇信息要素的合理顯示，并能結(jié)合輔助決策信息，向作戰(zhàn)指揮人員提供指揮決策。潛艇綜合態(tài)勢(shì)信息主要包括：

外部態(tài)勢(shì)信息：

(1)顯示聲納系統(tǒng)、雷達(dá)、指控系統(tǒng)顯控臺(tái)等臺(tái)位信息；

(2)顯示本艇周邊態(tài)勢(shì)信息；

(3)顯示導(dǎo)航系統(tǒng)信息；

(4)提供作戰(zhàn)輔助決策信息；

(5)可實(shí)現(xiàn)對(duì)桅桿設(shè)備的操控，并顯示對(duì)應(yīng)傳感器采集的視頻信號(hào)信息。

內(nèi)部態(tài)勢(shì)信息：

(1)顯示平臺(tái)系統(tǒng)信息，包括動(dòng)力系統(tǒng)、操艇系統(tǒng)等信息；

(2)顯示各艙室大氣狀態(tài)信息；

(3)顯示本艇視頻監(jiān)控信息。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，潛艇綜合態(tài)勢(shì)信息顯示系統(tǒng)硬件平臺(tái)包括艇長(zhǎng)指揮椅(含艇長(zhǎng)專(zhuān)用信息顯示屏)、綜合信息顯示大屏和集成化計(jì)算平臺(tái)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 硬件平臺(tái)框圖

1)艇長(zhǎng)指揮椅。

艇長(zhǎng)指揮椅配備艇長(zhǎng)專(zhuān)用信息顯示屏，采用“觸摸屏+按鍵”方式完成數(shù)據(jù)調(diào)用和頁(yè)面切換等操作。艇長(zhǎng)專(zhuān)用信息顯示屏顯示信息包括導(dǎo)航操艇信息、作戰(zhàn)系統(tǒng)信息、平臺(tái)系統(tǒng)信息、輔助決策信息和艙內(nèi)外視頻監(jiān)控信息等。同時(shí)，艇長(zhǎng)指揮椅提供對(duì)桅桿設(shè)備的操控接口，并在艇長(zhǎng)專(zhuān)用信息顯示屏上顯示該桅桿對(duì)應(yīng)傳感器采集的視頻信息或探測(cè)信息。

2)綜合信息顯示大屏。

綜合信息顯示大屏既可以作為艇長(zhǎng)專(zhuān)用信息顯示屏的分顯示器，也可根據(jù)需要獨(dú)立顯示作戰(zhàn)系統(tǒng)信息、平臺(tái)信息或?qū)Ш叫畔⒌?。顯示方式可根據(jù)顯示信息的類(lèi)型和數(shù)據(jù)顯示量大小，可采用9分割、4分割或2分割的形式，點(diǎn)擊任意分割區(qū)則可切換到該區(qū)域的單畫(huà)面顯示形式?？赏ㄟ^(guò)艇長(zhǎng)指揮椅完成信息顯示界面設(shè)置和頁(yè)面切換，或者通過(guò)屏幕遙控器實(shí)現(xiàn)頁(yè)面切換。

3)集成計(jì)算平臺(tái)。

信息處理機(jī)作為該系統(tǒng)的“大腦”，主要包括以下模塊：

(1)數(shù)據(jù)解析模塊：按照制訂的設(shè)備信息交換協(xié)議完成數(shù)據(jù)解析，解析后的數(shù)據(jù)信息再由信息顯控模塊或輔助決策模塊進(jìn)行處理。

(2)輔助決策模塊：在基于全艇信息綜合集成的基礎(chǔ)上，為作戰(zhàn)指揮人員提供輔助決策功能。

(3)信息顯控模塊：轉(zhuǎn)發(fā)視頻信號(hào)等至艇長(zhǎng)專(zhuān)用信息顯示屏或綜合信息顯示大屏；實(shí)現(xiàn)不同信息的分割顯示、切換等功能；接收艇長(zhǎng)指揮椅的控制信號(hào)，完成對(duì)綜合信息顯示大屏信息顯示界面的設(shè)置和切換；接收大屏顯示控制遙控設(shè)備的無(wú)線控制信號(hào)，完成對(duì)綜合信息顯示大屏顯示頁(yè)面的遙控操作。

(4)公共服務(wù)模塊：提供Web服務(wù)接口注冊(cè)、發(fā)布和調(diào)度功能。

2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)是潛艇綜合態(tài)勢(shì)信息顯示系統(tǒng)的核心。本節(jié)重點(diǎn)從體系架構(gòu)建立、權(quán)限模塊設(shè)計(jì)和定制化信息顯示界面設(shè)計(jì)展開(kāi)論述。

2.2.1 面向服務(wù)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

面向服務(wù)的體系架構(gòu)(Service-Oriented Architecture，SOA)是當(dāng)今系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)熱點(diǎn)方向，在民用和軍用環(huán)境下已開(kāi)展了多項(xiàng)研究工作[1-7]。SOA將應(yīng)用程序的不同功能單元(即服務(wù))

通過(guò)這些服務(wù)之間定義的接口和契約聯(lián)系起來(lái)，具有跨平臺(tái)、易維護(hù)和良好的伸縮性等特點(diǎn)，使軟件開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)集成更為敏捷、快速[8-11]?；诿嫦蚍?wù)的架構(gòu)特性，每一個(gè)服務(wù)都可以被單獨(dú)地進(jìn)行開(kāi)發(fā)、測(cè)試，然后進(jìn)行集成，從而構(gòu)建統(tǒng)一的“服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)”。基于面向服務(wù)體系架構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)如下：

(1)在傳感器處理層、顯控層等業(yè)務(wù)邏輯處理模塊采用“服務(wù)”模式。

(2)所有“服務(wù)”均布置在集成化計(jì)算平臺(tái)中，由該平臺(tái)統(tǒng)一進(jìn)行計(jì)算，提供對(duì)外調(diào)用接口。

(3)提供了服務(wù)接口的全艇各系統(tǒng)、平臺(tái)和設(shè)備信息可以在顯控臺(tái)上進(jìn)行集成和定制化顯示。所有多功能顯控臺(tái)均從集成化計(jì)算平臺(tái)中調(diào)用服務(wù)來(lái)生成人機(jī)交互界面，且人機(jī)交互界面高度可定制，既可以使用初始狀態(tài)人機(jī)界面，也可根據(jù)不同的作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)或個(gè)人偏好進(jìn)行靈活設(shè)置。其中，數(shù)據(jù)顯示采用“服務(wù)”調(diào)用模式。

(4)所有“服務(wù)”為“即插即用”，不論是新加功能或是改進(jìn)功能，在統(tǒng)一的計(jì)算平臺(tái)中發(fā)布后，均可在多功能顯控臺(tái)進(jìn)行訂閱調(diào)用。

該系統(tǒng)采用B/S模式結(jié)構(gòu)，基于Web服務(wù)(Web Service)實(shí)現(xiàn)該“服務(wù)生態(tài)體系”。Web Service基于XML和SOAP(Simple Object Access Protocol)協(xié)議，是實(shí)現(xiàn)SOA體系架構(gòu)的較理想方式。在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，公開(kāi)對(duì)外調(diào)用接口的“服務(wù)”統(tǒng)一部署在Axis2(Apache Extensible Interaction System)中。Axis2是一個(gè)高效靈活的Web服務(wù)器，同時(shí)也是SOAP引擎，可接收客戶端發(fā)出的SOAP請(qǐng)求消息，查詢已部署的服務(wù)列表，并調(diào)用相應(yīng)服務(wù)和序列化服務(wù)產(chǎn)生的響應(yīng)。Axis2建立了全新的處理SOAP消息的XML對(duì)象模型，支持WSDL(Web Service Description Language)2.0，具有較好的可配置性，可實(shí)現(xiàn)客戶端和服務(wù)端的高效通信[12-14]。

基于面向服務(wù)體系架構(gòu)的服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)體系框圖如圖2所示。

圖2 面向服務(wù)體系架構(gòu)的體系框架

2.2.2 權(quán)限模塊設(shè)計(jì)

潛艇綜合態(tài)勢(shì)信息顯示系統(tǒng)對(duì)全艇平臺(tái)信息、電網(wǎng)信息、動(dòng)力信息和視頻監(jiān)控信息等進(jìn)行了統(tǒng)籌管理，以上信息對(duì)應(yīng)不同的指揮人員和操作人員，不同人員對(duì)信息的管理和調(diào)閱查看范圍也不同。因此，在潛艇綜合態(tài)勢(shì)信息的總體框架下需建立一套合理的權(quán)限模塊，實(shí)現(xiàn)職權(quán)對(duì)應(yīng)的信息調(diào)閱和定制化管理。該系統(tǒng)采用基于角色的訪問(wèn)控制機(jī)制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)首先對(duì)權(quán)限進(jìn)行細(xì)粒度劃分，建立了權(quán)限資源池，再將1個(gè)或多個(gè)權(quán)限賦予角色，最后根據(jù)指揮人員和操作人員職能，賦予其1個(gè)或多個(gè)角色，從而方便地實(shí)現(xiàn)“用戶—角色—權(quán)限”的關(guān)系映射，具有較高的靈活性。該系統(tǒng)權(quán)限模塊設(shè)計(jì)示意圖如圖3所示。

在程序設(shè)計(jì)中，角色編碼采用2位數(shù)字表示，可設(shè)置99種角色控制標(biāo)識(shí)；權(quán)限編碼采用3位數(shù)字表示，可設(shè)置999種權(quán)限控制標(biāo)識(shí)。通過(guò)結(jié)合基于角色的訪問(wèn)控制機(jī)制和合理的編碼控制，可滿足對(duì)綜合態(tài)勢(shì)信息顯示系統(tǒng)細(xì)粒度的權(quán)限控制要求。

圖3 權(quán)限模塊設(shè)計(jì)示意圖

2.2.3 定制化顯示界面設(shè)計(jì)

綜合信息系統(tǒng)的信息主要來(lái)源于作戰(zhàn)系統(tǒng)和平臺(tái)系統(tǒng)。其中，潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)涵蓋了指揮控制設(shè)備、聲納設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備、桅桿設(shè)備、武器系統(tǒng)設(shè)備、雷達(dá)設(shè)備、發(fā)射裝置等，其中集成了大量監(jiān)測(cè)信息、控制信息、時(shí)間和空間數(shù)據(jù)信息；平臺(tái)系統(tǒng)涵蓋了潛艇動(dòng)力系統(tǒng)、電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備等，監(jiān)控全船直流輔機(jī)電網(wǎng)和交流電網(wǎng)、動(dòng)力系統(tǒng)信息和大氣環(huán)境信息等。這些信息具有數(shù)據(jù)量大、覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，若不加篩選，不進(jìn)行組織而直接顯示，對(duì)作戰(zhàn)指揮員而言是“信息爆炸”，并不能體現(xiàn)信息價(jià)值和提高作戰(zhàn)效能。此外，不同作戰(zhàn)指揮員對(duì)特定態(tài)勢(shì)下的信息需求也不盡相同。因此，在不同指揮和操作人員的權(quán)限范圍下，對(duì)其能查看和調(diào)閱的信息模塊采用定制化的界面設(shè)計(jì)可更好滿足作戰(zhàn)指揮人員信息獲取需求和體現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)。

該系統(tǒng)對(duì)主要信息綜合顯示界面首先設(shè)置默認(rèn)顯示布局，作戰(zhàn)指揮人員可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整界面布局和刪減信息顯示模塊。默認(rèn)顯示布局采用分層概念思路，即將每個(gè)信息顯示模塊以層劃分，布置在頁(yè)面多個(gè)div標(biāo)簽中，div標(biāo)簽中內(nèi)嵌有拖拽區(qū)域和主內(nèi)容顯示區(qū)域，如圖4所示。

圖4 div標(biāo)簽組成

用戶拖拽信息顯示模塊，自定義界面布局設(shè)計(jì)流程及主要核心代碼如圖5所示。

圖5 自定義界面布局設(shè)計(jì)流程

3 結(jié)束語(yǔ)

信息是主導(dǎo)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的重要環(huán)節(jié)。結(jié)合未來(lái)

海戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)潛艇內(nèi)、外部信息綜合顯示的要求，提出了潛艇綜合態(tài)勢(shì)信息顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。論述了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖和各組成硬件配置要求。從體系架構(gòu)建立、權(quán)限模塊設(shè)計(jì)和定制化信息顯示界面設(shè)計(jì)兩方面論述了軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。文中完成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的初步探討和軟件系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)，驗(yàn)證了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路，后續(xù)還需重點(diǎn)解決軍用環(huán)境下服務(wù)發(fā)布、調(diào)用中的問(wèn)題，如安全性、可靠性等。

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Design and Research of Submarine Integration Situation Information Display System

YIN An

(China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China)

According to the requirements on utilizing the external and internal information of submarine in the future battle environment,a novel system named the submarine integration situation information display system is proposed.The design goal of the system is analyzed firstly,and the information elements are sorted,then giving the devices composition and design scheme of hardware platform.In software design,the system constructs the service-oriented architecture based on B/S which is convenient for system integration.According to the access control for information management and retrieval about the platform information,electricity information,power information and video surveillance information,the authority module design is conducted based on crew’s role to provide enough granularities to limit access to satisfy the requirements of the submarine integration situation information display system.It also gives customizing display interface method in this paper.The commander can arrange the information display layout on demand by using the customizing information interface module to enhance the value of information utilization.

integration situation information;hardware structure;SOA;customizing information interface

2014-12-17

2015-04-14

時(shí)間：2016-03-22

海裝預(yù)研課題項(xiàng)目(1010501010204)；中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心青年創(chuàng)新基金項(xiàng)目(YFB13-04-15，YFB14-04-17)

尹 安(1980-)，男，博士，工程師，研究方向?yàn)榕灤娮雍托畔⒒?/p>

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20160322.1517.020.html

TP302

A

1673-629X(2016)04-0158-04

10.3969/j.issn.1673-629X.2016.04.035