二三維聯(lián)動(dòng)態(tài)勢(shì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

員建廈 劉偉強(qiáng) 李文靜 王杰

摘要：從傳統(tǒng)的二維態(tài)勢(shì)信息展示功能說起，介紹了戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的概念和二三維態(tài)勢(shì)各自的特點(diǎn)，描述了二三維聯(lián)動(dòng)態(tài)勢(shì)系統(tǒng)的工作原理。提出了基于消息的二維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)和三維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互動(dòng)的技術(shù)思路和各部分功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線，設(shè)計(jì)了二三維聯(lián)動(dòng)態(tài)勢(shì)系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)，采用消息中間件進(jìn)行消息收發(fā)的方式，實(shí)現(xiàn)了二三維聯(lián)動(dòng)的態(tài)勢(shì)可視化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)效果良好。

關(guān)鍵詞：二三維聯(lián)動(dòng)；地理信息系統(tǒng)；態(tài)勢(shì)可視化；戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)；空間分析

中圖分類號(hào)：P208文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2020）22-67-4

0引言

隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、圖形學(xué)及數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)的不斷發(fā)展，地理信息系統(tǒng)自身的理論體系也在不斷完善，在數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)模型及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面都形成了成熟的理論和方法，地理信息系統(tǒng)在測(cè)繪、土地、環(huán)境、電力、交通、應(yīng)急管理等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛[1]。在戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)領(lǐng)域，基于地理信息系統(tǒng)，通過標(biāo)注特定意義的軍事符號(hào)或標(biāo)號(hào)實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)情況可視化的應(yīng)用即為態(tài)勢(shì)系統(tǒng)，態(tài)勢(shì)系統(tǒng)能夠很好地展現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，并對(duì)將來的情況實(shí)現(xiàn)一定程度的預(yù)測(cè)，這些技術(shù)被廣泛用于態(tài)勢(shì)情報(bào)處理、作戰(zhàn)仿真推演和作戰(zhàn)指揮決策中。

長(zhǎng)期以來，傳統(tǒng)的態(tài)勢(shì)信息展示都是通過在二維地理信息系統(tǒng)的平面上添加標(biāo)繪來實(shí)現(xiàn)的，但是這種標(biāo)繪方式已經(jīng)不能滿足軍事上對(duì)全方位戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)展現(xiàn)的要求，因而逐漸出現(xiàn)了三維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)，三維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)能夠通過三維立體的展現(xiàn)方式顯示戰(zhàn)場(chǎng)全方位空間狀況，相對(duì)于二維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)來說，三維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)能夠更直觀、形象地表示客觀世界的情況，并能夠給人以更真實(shí)的感受。但是實(shí)際情況是用戶有的時(shí)候需要在二維地圖上操作，有的時(shí)候需要在三維平臺(tái)下查看空間狀態(tài)，單采用三維或單采用二維的地理信息系統(tǒng)都無法同時(shí)滿足用戶所有的要求。由于二維平臺(tái)和三維平臺(tái)一般為2種不同的平臺(tái)，目前能夠?qū)⒍S地圖和三維地形場(chǎng)景的顯示保持聯(lián)動(dòng)和統(tǒng)一的系統(tǒng)還比較少，如果能夠通過二者結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)，則可以兼具二維和三維的優(yōu)點(diǎn)，能夠更好地為用戶分析態(tài)勢(shì)情況提供支撐。

1二維態(tài)勢(shì)和三維態(tài)勢(shì)

1.1戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)

戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)就是戰(zhàn)場(chǎng)上的狀態(tài)和形勢(shì)，能夠表達(dá)敵我動(dòng)態(tài)、戰(zhàn)場(chǎng)地形、天氣、兵力情況、實(shí)力對(duì)比等一系列與作戰(zhàn)相關(guān)的情況，這些情況包含了事件客觀存在的情況，是人們對(duì)事件的真實(shí)感知和認(rèn)識(shí)。而發(fā)展形勢(shì)則一定程度上表征事件的發(fā)展趨勢(shì)，包含了根據(jù)客觀事件本身、長(zhǎng)期積累的知識(shí)以及對(duì)事件發(fā)展規(guī)律的認(rèn)識(shí)對(duì)事件延續(xù)性的推斷。戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)包括兵力部署與作戰(zhàn)能力、重要?jiǎng)討B(tài)目標(biāo)、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、政治經(jīng)濟(jì)環(huán)境以及對(duì)抗措施等幾類要素。態(tài)勢(shì)要素通常帶有不確定性、模糊性和隨機(jī)性，對(duì)態(tài)勢(shì)要素的發(fā)展變化也是不確定的[2]。古代戰(zhàn)爭(zhēng)講究天時(shí)地利，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)環(huán)境考慮也是很重要的，不同的是現(xiàn)代的態(tài)勢(shì)系統(tǒng)可以通過越來越形象、越來越直觀的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)來表現(xiàn)，不再局限于一張或幾張紙質(zhì)地圖。通過計(jì)算機(jī)來展現(xiàn)的態(tài)勢(shì)系統(tǒng)已經(jīng)逐步走向成熟，不但能夠顯示大量地理信息，還建立了完備的態(tài)勢(shì)標(biāo)繪符號(hào)庫(kù)來表達(dá)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，在各類軍事訓(xùn)練、模擬對(duì)抗和應(yīng)急演習(xí)中得到了廣泛的應(yīng)用。

1.2二維態(tài)勢(shì)

二維態(tài)勢(shì)是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象，能較好地反應(yīng)區(qū)域內(nèi)的地理信息特征，能夠?yàn)槭褂萌藛T提供戰(zhàn)場(chǎng)全局的、整體的、大范圍的態(tài)勢(shì)狀況，并能夠提供一定的分析功能，例如緩沖分析、路徑分析、平面測(cè)量、搜索查詢、渲染分析等功能[3]。不過二維態(tài)勢(shì)只能提供平面的信息，損失了空間位置信息，不能完整反映客觀世界，對(duì)于客觀存在的三維空間信息缺乏有效的表達(dá)能力，只能通過使用人員的想象或經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推斷，一定程度上影響了二維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)作用的發(fā)揮。

1.3三維態(tài)勢(shì)

三維地理信息系統(tǒng)能夠通過立體造型技術(shù)展現(xiàn)地理空間現(xiàn)象，能夠通過三維地形視景的仿真來實(shí)現(xiàn)直觀的空間位置表現(xiàn)。實(shí)際作戰(zhàn)過程中，很多時(shí)候地形會(huì)影響人和武器系統(tǒng)效能的發(fā)揮，三維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)能夠利用戰(zhàn)場(chǎng)的三維地形數(shù)據(jù)顯示出更為形象、更為逼真的現(xiàn)實(shí)情況，這是二維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)無法做到的[4]。三維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)不僅可以展現(xiàn)出與真實(shí)地形非常接近的視覺效果，而且能夠把地形對(duì)武器系統(tǒng)或人員的影響通過可視化的方式模擬顯示出來，這樣就能夠保證仿真的可信程度。

2二三維聯(lián)動(dòng)工作原理

二維態(tài)勢(shì)和三維態(tài)勢(shì)窗口都是在顯示一定范圍的地圖或空間，在二維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)中，地圖顯示的要素包括：地圖比例尺、中心點(diǎn)（經(jīng)度、緯度）坐標(biāo)、視圖范圍框，三維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)中，空間顯示的要素包括：視點(diǎn)（經(jīng)度、緯度、高度）坐標(biāo)、視角、場(chǎng)景視域范圍等。二維態(tài)勢(shì)和三維態(tài)勢(shì)聯(lián)動(dòng)的原理，是通過消息的互響應(yīng)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)的，通過坐標(biāo)范圍或空間范圍在二三維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)之間的互傳，實(shí)現(xiàn)各自軟件窗口顯示范圍的同步[5]。

對(duì)于相對(duì)獨(dú)立的二三維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)，若建立二者的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，需要在2個(gè)系統(tǒng)之間通過消息機(jī)制搭建溝通的橋梁，獲取對(duì)方顯示范圍的變化，并據(jù)此對(duì)自身顯示范圍進(jìn)行設(shè)置實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的改變[6]。當(dāng)二維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)中由于用戶拖動(dòng)、目標(biāo)跟蹤、地點(diǎn)定位等原因?qū)е嘛@示范圍變化時(shí)，二維態(tài)勢(shì)消息發(fā)送模塊將態(tài)勢(shì)變化信息通過消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制發(fā)送到三維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)。同樣，在三維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)中，由于地圖漫游、手動(dòng)旋轉(zhuǎn)、飛行定位等原因?qū)е嘛@示場(chǎng)景空間范圍變化時(shí)，三維態(tài)勢(shì)消息發(fā)送模塊將場(chǎng)景空間變化信息通過消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制發(fā)送到二維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)，這樣原本相對(duì)孤立的2個(gè)系統(tǒng)通過消息的推送和接收實(shí)現(xiàn)了聯(lián)動(dòng)。

二維態(tài)勢(shì)和三維態(tài)勢(shì)之間的消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制如圖1所示。

二三維聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)顯示二維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)和三維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)，消息中間件部署在后臺(tái)服務(wù)器。在實(shí)際運(yùn)行過程中，二維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)和三維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)顯示的底圖范圍和態(tài)勢(shì)信息內(nèi)容保持一致。在二維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)或三維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)中都可以發(fā)出指令或進(jìn)行手動(dòng)漫游操作，并能夠保證二者顯示的內(nèi)容和范圍一致。二維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)和三維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)的顯示效果分別如圖4和圖5所示。

通過顯示效果可以看出，二維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)和三維態(tài)勢(shì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)動(dòng)，2個(gè)系統(tǒng)顯示的地域范圍、地圖視角、目標(biāo)情況以及飛行軌跡等都能夠很好地統(tǒng)一，在一個(gè)界面進(jìn)行操作時(shí)，另一個(gè)界面可以實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，系統(tǒng)的操作友好性較好。

5結(jié)束語(yǔ)

二三維聯(lián)動(dòng)態(tài)勢(shì)系統(tǒng)兼顧了用戶傳統(tǒng)的操作習(xí)慣和更形象直觀的使用需求，解決了二維態(tài)勢(shì)技術(shù)成熟但缺乏三維可視化能力、三維態(tài)勢(shì)擁有更好的可視化能力但缺少二維態(tài)勢(shì)的便捷性之間的矛盾，豐富了態(tài)勢(shì)分析手段，提高了分析人員的工作效率，對(duì)于未來戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下態(tài)勢(shì)分析能力的提升具有一定的促進(jìn)作用。該技術(shù)還可廣泛應(yīng)用于模擬仿真、地理測(cè)繪、應(yīng)急處置、城市規(guī)劃、交通管理等各個(gè)領(lǐng)域，為相應(yīng)的態(tài)勢(shì)分析、情況研討和指揮處理等提供支撐。

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