CN104765854A - 一种基于复合信息单元的战场态势实时更新方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于复合信息单元的战场态势实时更新方法，其包括：S1：在地理坐标系中表示战场区域G，并将战场区域G划分正方形栅格；S2：根据军事需求确定态势主体的属性状态集，将态势主体的属性状态集填入S1中的单元获得复合信息单元MIC，属性状态集全部填入完毕即建立起战场的MIC阵列；S3：当态势主体的位置发生变化时实时解算新位置实时更新MIC阵列中该态势主体对应的复合信息单元MIC，然后清空MIC阵列中该态势主体对应的原复合信息单元MIC内容；当态势主体的状态变化时，直接实时更新MIC阵列中该态势主体对应的复合信息单元MIC中属性状态集。本发明能实时动态地更新战场态势。

Description

一种基于复合信息单元的战场态势实时更新方法

技术领域

本发明属于战场态势可视化技术领域，尤其涉及基于复合信息单元的战场态势实时更新方法。

背景技术

战场态势可视化是将存在于战场中的态势主体(包括人员、武器装备、某个军事指标或者发生在战场中的事件)动态地表现在图形终端上，常见的形式是在以数字地图为背景的图形用户窗口中，用特定的军事符号表示态势主体，如进攻方向、集结地域、机动路线等。

目前，战场态势生成的方式是由军事人员选定软件系统中的军事符号在图形终端进行标绘形成，表达预定的军事构想或某时间段内的战场态势。其优点是符合军事人员看图习惯，图面清晰，但也存在明显不足。主要表现为：依赖人工标绘，不能由计算机直接将大量仿真数据转换为态势图，实时性差；军事符号仅为表意符号，不能表达丰富的状态信息，如某个态势主体某时刻的战损情况、完成任务情况等。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于复合信息单元的战场态势实时更新方法，能够体现不同态势实体在不同地理位置的不同状态，并可便捷地直接更改单元内数据，实时动态地更新战场态势。

本发明的基于复合信息单元的战场态势实时更新方法，其包括以下步骤：

S1：在地理坐标系中表示战场区域G，并将战场区域G划分为m行、n列相等大小的正方形栅格，其中每个正方形栅格记为一个单元，为每个单元分配单元序号(i，j)，(i，j)表示该单元为第i行、第j列的正方形栅格，且该单元在地理坐标系中的坐标为(x_i，y_j)；

S2：根据军事需求确定态势主体的属性状态集，将态势主体的属性状态集填入S1中的单元获得复合信息单元MIC，属性状态集全部填入完毕即建立起战场的MIC阵列，该MIC阵列以栅格形式表达当前的战场地域，且以态势主体的属性状态集表达当前的战场态势；

S3：态势主体的基于MIC阵列的位置通过 $\left\{\begin{array}{c}{x}_i=x_0+i\·D\\ y_i=y_0+j\·D\end{array}\right.$ 获得，当态势主体的位置发生变化时，利用上式实时解算新位置，并根据该态势主体的新位置实时更新MIC阵列中该态势主体对应的复合信息单元MIC，然后清空MIC阵列中该态势主体对应的原复合信息单元MIC内容；其中，i＝0，1，2，…，m-1，j＝0，1，2，…，n-1，，(x₀，y₀)为战场区域G在地理坐标系原点上的已知坐标点，D为一个单元的边长，单位为度；

当态势主体的状态变化时，直接实时更新MIC阵列中该态势主体对应的复合信息单元MIC中属性状态集。

进一步的，S2中为每一个MIC分配全局唯一的索引号，利用栈存储所有MIC，按照采样次序或任意次序将S1中的所有单元入栈，从栈中弹出所有单元即可建立起战场的MIC阵列。

进一步的，S2中为每一个MIC分配全局唯一的索引号，利用数组存储所有MIC，并按空间位置准确排列，遍历数组即可建立起战场的MIC阵列。

进一步的，一次全数组遍历或全栈弹出/压入操作即完成一次战场全域的态势更新。

进一步的，S2中按照某一基准点建立递推计算公式，当属于某一MIC的态势主体位置或者状态发生变化时，根据该递推计算公式实时计算该MIC索引号，定位到栈或数组中该MIC的存储位置后更新其值，即完成一次关于某态势主体的态势更新。

进一步的，S2中态势主体的属性状态用军事符号、颜色或表意符号表示。

有益效果：

本发明通过在传统军事表意符号上构建一个共生的符合信息单元，用于存放对应态势实体的丰富状态信息，以此体现不同态势实体在不同地理位置的不同状态，并可便捷地使用仿真数据直接更改单元内数据，实时动态地更新战场态势；能够在作战仿真中实时更新战场态势视图，并根据需要切换不同的态势状态集，尤其适合表现与地理分布相关的态势，如战损分布、电磁干扰分布、威胁度分布等。因此克服了战争态势可视化中信息不丰富、实时性不强的问题，

附图说明

图1为本发明的单元划分及阵列构建示意图；

图2为本发明的加入态势主体的状态变量集合的单元示意图；

图3为本发明的用栈表示的MIC形式示意图；

图4为本发明的用数组表示的MIC形式示意图；

图5a为使用256色色谱渐变映射地表高程值的示例图；

图5b为使用大小不同的圆形符号映射战场辐射源密度的示例图；

图5c为使用4种颜色映射被打击目标损毁程度的示例图；

图6为本发明的实施例：态势主体“舟桥车”在战场单元中的位置及其损毁状态绘制效果示意图；

图7为本发明的实施例：态势主体“舟桥车”的状态集取值含义以及映射颜色或符号示意图；

图8a-8d为本发明的实施例：态势主体“舟桥车”的不同状态下的绘制效果示意图；

图9为传统的态势图展现效果示意图。

具体实施方式

本发明的基于战场空间位置的复合信息单元构建方法具体如下：

S1：确定战场区域G，并将G划分为m行、n列相等大小的正方形栅格，每个栅格称为一个单元(Cell)，构建G的栅格阵列；利用二维数组获得战场中任意地理位置(x，y)与栅格编号(i，j)的对应关系(x_i，y_j)，每个栅格称为一个单元。

如果战场不是规则矩形，则取其最大外接矩形作为G。以正方形栅格表示战场幅员的原因是：正方形单元具有各向同性、可再分性，与矩阵数据形式最为接近，易于进行坐标定位、距离估算、面积估算等，也容易对不同主题的态势图层进行叠加。

如图1所示，具体方法为：

步骤11：将战场G置于地理坐标系中，取战场区域G左下角地理坐标位置(x₀，y₀)、右上角地理坐标位置(x_n，y_m)，计算G的横、纵长度，此长度分别以ΔL、ΔA表示，单位为度。使用地理坐标系是为了避免当战场区域较大时，由于地球弧面效应，用直角坐标系计算导致的较大长度误差。

步骤12：确定合适的栅格大小，每个栅格称为一个单元，单元边长记为D，D的单位为度，具体含义为经度差(或维度差)。将战场区域G划分成m×n个单元。

$m=\mathrm{int}(\frac{\mathrm{\ΔL}}{D}+1),n=\mathrm{int}(\frac{\mathrm{\ΔL}}{D}+1)---\left(1\right)$

进行取整并加1的操作是保证当最后一行(或一列)不足一个单元边长时，自动将其扩充为一个单元边长，以保证不因舍入操作而缩小用户指定的战场区域。

步骤13：为每一个单元分配单元序号和坐标定位点，如处于横向第i个、纵向第j个单元的单元序号记为(i，j)，相应的定位点坐标记为(x_i，y_j)。

此项步骤中涉及到单元的大小的确定原则。战场单元模型中，单元大小的确定是关键，根据抽样原理，当一个态势主体的投影面积小于1/4个单元时，将无法被单元分辨出来。只有保证态势实体的面积大于或等于1/2个单元的面积时才能确保被分辨出来；但是也不应当大于1个单元，因为这样会导致该态势实体占用多个单元，进而造成该态势实体的位置和状态都无法用单一单元描述，破坏单元与态势实体“一对一”的对应关系。在实际应用中,态势主体的投影面积与单元面积相等或者相当最为理想，如希望描述的态势实体为一台重型车辆，其长宽分别为3m、5m，那么其在水平面上外接矩形的投影面积为15m²，那么可以选择单元边长D＝4m或者D＝5m较为理想(此处为理解方便使用“米”来表示单元边长，在实际应用中D的单位仍为度，二者之间的换算关系为地图学中常用规范算法，此处不再赘述)。

步骤14：将该单元(Cell)用一个空的二维数组表示，每个单元(Cell)的序号(i，j)直接与数组下标对应。单元(i，j)的定位点坐标(x_i，y_j)也容易获得，如式(2)。

$\left\{\begin{array}{cc}{x}_i=x_0+i\·D& i-\mathrm{0,1,2},\·\·\·,m-1\\ y_i=y_0+j\·D& j=\mathrm{0,1,2},\·\·\·,n-1\end{array}\right.---\left(2\right)$

S2：在S1中的单元中填入关于态势主体的信息，从而构建复合信息单元。信息的内容根据态势主体所要描述的状态来确定，因此复合信息单元实际为态势主体状态与空间位置的映射。

通常情况下，态势主体的状态是1种以上的状态集合，因而填入单元的信息会包含多种数据类型，即，是一个复合信息集合。包含复合信息集合的单元称为复合信息单元(MIC，MultiplexInformation Cell，下文均使用英文缩写MIC)。具体方法为：

步骤21：确定态势主体的状态变量集合。态势主体状态变量集合是指可描述态势主体某些属性的变量集合。比如当态势主体是“车辆”时，其状态集可以是{速度V，车况C，油料余量L，载重量W，是否受敌威胁T}；又如当态势主体是“物资供应能力”时，其状态集可以是(装备保有数量N，弹药保有数量E，维修器材库存数量M，铁路输送能力R，空中运输能力A)。态势主体的状态集合不是唯一的，但每个状态变量需要具有清晰的含义且可量化描述。此步骤由军事人员根据军事需求确定。已确定的状态集记为MainState{State₁，State₂,…,State_k}，使用结构(struct)或者类(Class)表示。

步骤22：将态势主体的状态变量集合填入单元。如图2所示，即，将步骤14中定义的二维数组的数据类型定义为结构或者类。此时，战场单元扩展成为一个能够容纳多类多形式状态变量的复合数据容器。由于战场单元主要用来表达空间位置坐标，而复合信息主要用来表达态势主体的状态，因此，本步骤的实质是建立了态势主体状态与空间位置的映射，即，表述了“在某处的某物具有某值”这样的含义，而该含义是战场态势可视化的主要内容。

步骤23：选择合适的方式构建MIC阵列。步骤14和步骤22说明了用二维数组构建MIC阵列的方式。在实际应用中，还可以用栈来构建MIC。

为使检索和定位便捷准确，在实际应用中常常预先为每一个MIC分配全局唯一的索引号。当然，索引号也可以不预先分配，而是按照某一基准点建立索引号的递推计算公式，需要检索某一MIC的信息时实时计算其索引号。

从数据结构上来讲，如果预先分配了MIC的索引号，可用栈存储所有MIC，按照采样次序或任意次序将所有单元入栈即可，只要从栈中弹出所有单元，就能够建立起战场的MIC阵列，图3描述了用栈表示的MIC形式。

如果是实时解算索引号，则MIC模型可表示为数组，每个数据单元按空间位置准确排列，存放数据的值，数据之间的连接关系则隐含在了索引号中，遍历数组即可建立起战场的MIC阵列，影像、数字高程模型(DEM)等大多采用这种结构管理空间数据，图4描述了用数组表示的MIC形式。

S3，建立两种可视化映射关系：态势主体与特定军事符号集的映射；状态集与特定颜色集或表意符号集的映射。具体方法为：

步骤31：军事符号集是一组标准化的表意符号集，每个符号代表一种军事实体，如人员、武器装备、某个军事指标或者发生在战场中的某种事件。每个符号都编有唯一的标识符，可以通过标识符检索到任意一个军事符号。仍以前述重型车辆为例，如果该车辆为一台舟桥车，其在军事符号集中的编号为10AAXX09，符号为则可将此映射关系建立为：

舟桥车10AAXX09

在绘制态势图时，当需要表达“舟桥车”时，直接绘制符号可以以此方法将常用的军事态势主体与军事符号集的特定符号建立映射关系。

步骤32：建立状态集与特定颜色集或表意符号集的映射。由于状态值是含义明确且可以量化的，所以通常都可以用一个整数或者浮点数描述，如坡度、战伤等级等。因此，可根据绘制习惯或要求采用颜色集映射方式或表意符号集映射方式。图5给出了这两种映射的具体例子，其中，图5a为使用256色色谱渐变映射地表高程值的例子，图5b为使用大小不同的圆形符号映射战场辐射源密度的例子，图5c为使用4种颜色映射被打击目标损毁程度的例子。

S4：在已经单元化的战场上绘制态势主体及其状态，当态势主体的位置或者状态变化时，刷新态势主体位置并同时刷新其状态集，实现态势的更新。当需要切换显示状态时，擦除单元内绘制的当前状态，在原位置绘制新状态。具体方法为：

步骤41：绘制态势时，计算机遍历复合单元数组。对每一个态势主体，使用特定军事标号表示，其位于、且仅位于唯一的一个单元中。态势主体的状态集使用对应的颜色或者表意符号绘制，绘制位置为态势主体所在的单元，如图6所示，态势主体“舟桥车”使用军事符号绘制，其战损状态用不同颜色表示，不加底色的为正常状态，加绿色底色的为轻度损毁状态，加红色底色的为重度损毁状态。当态势主体的位置从单元C1移动到C2时，采用“走格子”的方式擦除C1中的绘制内容，并同时在C2中复制C1中的绘制内容，即实现了态势主体位置的刷新。当状态同时变化时，重绘C2中的状态颜色(或者符号)，即实现了态势主体状态的刷新。本操作仅为局部刷新，不会导致屏幕闪烁和绘制速度缓慢的现象。

步骤42：采用布尔变量(bool)标识每一类状态是否被选定，在GUI界面上用“复选框勾选”的操作使用户方便地选择想要显示的状态，选中的状态则将其选定标识置为“true”，否则为“false”。选定的状态仅需在该态势主体的状态集中检出并绘制在态势主体所在单元即可。例如态势主体“舟桥车”的状态集包括了战损状态、通讯状态、乘员状态和修理状态四种，其状态集取值含义以及映射颜色(或符号)如图7所示。图8为选定某一种或者多种状态时，战场态势展现效果，其中8a选择“战损状态”；8b选择“战损状态”+“通讯状态”；8c选择“战损状态”+“通讯状态”+“修理状态”；8d选择“战损状态”+“通讯状态”+“乘员状态”。从图中看出，单元化的战场很容易定位态势实体的位置，并且单元中能够展现多种关于该态势实体的即时状态，表达了丰富的态势信息，利于军事人员更加全面地了解战场态势。而传统的态势图的展现效果为图9所示，仅有军事符号和位置无法传达更多的信息。

本步骤还涉及到动态态势生成时为态势主体增加时序状态的问题。战场态势反映的是随时间连续推进产生的一系列事件和状态，但是在计算机生成态势的过程中，态势信息的更新有着明显的时间断面，在每一时间断面生成的态势实际上都是那一时刻的态势的快照(Snapshot)，而最终动态态势序列是由一幅幅快照按照时间顺序连续播放形成的。MIC将态势的时间特性采用时间戳(TimeStamp)的方式记录和表现。由于态势主体随时间变化的只有的状态的值，因此，时间戳只需标记在态势主体的状态值上即可。工程人员可以根据需要为态势主体的状态集中增加时间戳。增加时间戳并不改变任何MIC构建的基本步骤和方法。

在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于复合信息单元的战场态势实时更新方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在地理坐标系中表示战场区域G，并将战场区域G划分为m行、n列相等大小的正方形栅格，其中每个正方形栅格记为一个单元，为每个单元分配单元序号(i,j)，(i,j)表示该单元为第i行、第j列的正方形栅格，且该单元在地理坐标系中的坐标为(x_i,y_j)；

S2：根据军事需求确定态势主体的属性状态集，将态势主体的属性状态集填入S1中的单元获得复合信息单元MIC，属性状态集全部填入完毕即建立起战场的MIC阵列，该MIC阵列以栅格形式表达当前的战场地域，且以态势主体的属性状态集表达当前的战场态势；

S3：态势主体的基于MIC阵列的位置通过 $\left\{\begin{array}{c}{x}_i=x_0+i\·D\\ y_i=y_0+j\·D\end{array}\right.$ 获得，当态势主体的位置发生变化时，利用上式实时解算新位置，并根据该态势主体的新位置实时更新MIC阵列中该态势主体对应的复合信息单元MIC，然后清空MIC阵列中该态势主体对应的原复合信息单元MIC内容；其中，i＝0,1,2,…,m-1，j＝0,1,2,…,n-1，(x₀,y₀)为战场区域G在地理坐标系原点上的已知坐标点，D为一个单元的边长，单位为度；

当态势主体的状态变化时，直接实时更新MIC阵列中该态势主体对应的复合信息单元MIC中属性状态集。

2.如权利要求1所述的基于复合信息单元的战场态势实时更新方法，其特征在于，S2中为每一个MIC分配全局唯一的索引号，利用栈存储所有MIC，按照采样次序或任意次序将S1中的所有单元入栈，从栈中弹出所有单元即可建立起战场的MIC阵列。

3.如权利要求1所述的基于复合信息单元的战场态势实时更新方法，其特征在于，S2中为每一个MIC分配全局唯一的索引号，利用数组存储所有MIC，并按空间位置准确排列，遍历数组即可建立起战场的MIC阵列。

4.如权利要求2或3所述的基于复合信息单元的战场态势实时更新方法，其特征在于，一次全数组遍历或全栈弹出/压入操作即完成一次战场全域的态势更新。

5.如权利要求1所述的基于复合信息单元的战场态势实时更新方法，其特征在于，S2中按照某一基准点建立递推计算公式，当属于某一MIC的态势主体位置或者状态发生变化时，根据该递推计算公式实时计算该MIC索引号，定位到栈或数组中该MIC的存储位置后更新其值，即完成一次关于某态势主体的态势更新。

6.如权利要求1所述的基于复合信息单元的战场态势实时更新方法，其特征在于，S2中态势主体的属性状态用军事符号、颜色或表意符号表示。