CN113268900B - 面向任务的空降场选址方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种面向作战任务的空降场选址方法及装置。该方法包括：步骤1：获取作战任务地点的地形坡度数据，根据所述地形坡度数据建立格网；并设置起始填充阈值；步骤2：根据设置的填充阈值，利用洪水填充算法在建立的格网上选出合适区域；步骤3：在选出的合适区域内进行任务规划，判断所述合适区域是否可以满足作战目标：若不能满足，则执行步骤4；若能满足，则执行步骤5；步骤4：降低填充阈值，返回执行步骤2；步骤5：在选出的合适区域内根据设定的矩形区域选择算法选择一个矩形区域作为空降场。本发明利用洪水填充算法选出适合空降地域，结合作战任务中对空降场的形状、大小、方向上的约束，完成空降场的任务选址规划。

Description

面向任务的空降场选址方法及装置

技术领域

本发明涉及地形分析技术领域，尤其涉及一种面向作战任务的空降场选址方法及装置。

背景技术

随着军事作战任务的不断变革，越来越强调精细化作战，空降作战也逐渐成为现代战争中及其重要的作战方式，在新时代空降作战中的任务规划相关问题提出了更高的要求，而空降场的选址规划就是其中基础一环。在《军语》中对空降场的定义为，是军队伞降、机降着陆和着陆后投入战斗的地域。正确选择空降场可有效发挥空降优势，直接形成纵深攻击部署，对空降部队圆满完成作战任务具有及其重要的意义。

国内对于空降场选择的研究文献较少，主要分为两个方面，一方面是以运筹学方法解决空降场的评估问题，通过选取空降场规划的评估因子，利用模糊贝叶斯网络、TOPSIS法构建评估模型，得到空降方案的评估值。另一方面是从地形分析方面去考虑，考虑了空降场对地形的需求，赵家强等人(赵家强,王青山,李滨.直升机机降地域的地形分析[J].测绘学院学报,2001)从直升机机降时的实际情况出发，研究了直升机对机降场地形的需求，提出了利用数字地图为直升机选择机降场地一些可行的方法，赵鹏等人(赵鹏,张文诗,张立朝.直升机机降地域辅助选择方法研究[J].测绘科学技术学报,2013)通过提出一种基于栅格数据提取平坦地域的算法，利用栅格叠置分析得出直升机机降地域。

通过对现有研究现状的总结，发现目前的相关研究只能对已有的空降场方案进行评估或者分析出哪些地域适合空降，而没有结合具体的作战任务来给出明确的空降场方案，这远远无法满足当前联合作战任务规划所需要达到精算、深算、细算的要求。

发明内容

针对目前空降场选址研究存在的对空降场方案没有结合作战任务的问题，本发明提供了一种面向作战任务的空降场选址方法及装置，在栅格格网模型的进行战场环境分析基础上，首先借鉴洪水填充算法的思想，从任务目标点出发搜索合适空降区域，之后在合适空降区域内选出形状、大小、方向的空降场方案。

一方面，本发明提供一种面向作战任务的空降场选址方法，包括以下步骤：

步骤1：获取作战任务地点的地形坡度数据，根据所述地形坡度数据建立格网；并设置起始填充阈值；

步骤2：根据设置的填充阈值，利用洪水填充算法在建立的格网上选出合适区域；

步骤3：在选出的合适区域内进行任务规划，判断所述合适区域是否可以满足作战目标：若不能满足，则执行步骤4；若能满足，则执行步骤5；

步骤4：降低填充阈值，返回执行步骤2；

步骤5：在选出的合适区域内根据设定的矩形区域选择算法选择一个矩形区域作为空降场。

进一步地，步骤5具体包括：

将选出的合适区域内的第i个格网单元作为矩形区域的左上角的顶点A，A点的坐标为(x₁,y₁)；

结合飞机航向以及矩形长边在格网范围内寻找第二个顶点B，B点满足条件：

其中，(x₂,y₂)为B点的坐标，θ₁为顶点A、B所连直线与水平方向的夹角，w表示给定的空降场的长，h表示给定的空降场的宽，θ表示给定的空降场的长边与水平方向的夹角，λ为设定的长度误差，μ为设定的角度误差；

根据顶点A、B在格网坐标系中所代表的位置，根据矩形的性质，利用矩形的宽h求出矩形的另外两点C和D，C点和D点满足条件：

其中，(x₃,y₃)为C点的坐标，(x₄,y₄)为D点的坐标，θ₂为顶点B、C所连直线与水平方向的夹角，θ₃为顶点A、D所连直线与垂直方向的夹角；

通过确定四个顶点的位置，顶点与顶点之间的连线经过的格网单元以及连线内部所包含的格网单元的格网单元集合即为被指定作为空降场的矩形区域。

进一步地，步骤5还包括：

计算选择的矩形区域内部的空洞区域的面积；当所述空洞区域的面积小于等于设定阈值时，将选择的矩形区域作为空降场；当所述空洞区域的面积大于设定阈值时，则重新选择一个矩形区域作为空降场；其中，所述空洞区域是指选出的合适区域内不适合进行任务规划的区域。

另一方面，本发明提供一种面向作战任务的空降场选址装置，包括：

初始化单元，获取作战任务地点的地形坡度数据，根据所述地形坡度数据建立格网；并设置起始填充阈值；

洪水填充算法单元，用于根据设置的填充阈值，利用洪水填充算法在建立的格网上选出合适区域；

判断单元，用于在选出的合适区域内进行任务规划，判断所述合适区域是否可以满足作战目标；

阈值调整单元，用于降低填充阈值；

矩形区域选择单元，用于在选出的合适区域内根据设定的矩形区域选择算法选择一个矩形区域作为空降场。

进一步地，所述矩形区域选择单元具体用于：

将选出的合适区域内的第i个格网单元作为矩形区域的左上角的顶点A，A点的坐标为(x₁,y₁)；

结合飞机航向以及矩形长边在格网范围内寻找第二个顶点B，B点满足条件：

其中，(x₂,y₂)为B点的坐标，θ₁为顶点A、B所连直线与水平方向的夹角，w表示给定的空降场的长，h表示给定的空降场的宽，θ表示给定的空降场的长边与水平方向的夹角，λ为设定的长度误差，μ为设定的角度误差；

根据顶点A、B在格网坐标系中所代表的位置，根据矩形的性质，利用矩形的宽h求出矩形的另外两点C和D，C点和D点满足条件：

其中，(x₃,y₃)为C点的坐标，(x₄,y₄)为D点的坐标，θ₂为顶点B、C所连直线与水平方向的夹角，θ₃为顶点A、D所连直线与垂直方向的夹角；

通过确定四个顶点的位置，顶点与顶点之间的连线经过的格网单元以及连线内部所包含的格网单元的格网单元集合即为被指定作为空降场的矩形区域。

进一步地，该方法还包括：

空洞区域面积计算单元，用于计算选择的矩形区域内部的空洞区域的面积；当所述空洞区域的面积小于等于设定阈值时，将选择的矩形区域作为空降场；当所述空洞区域的面积大于设定阈值时，则重新选择一个矩形区域作为空降场；其中，所述空洞区域是指选出的合适区域内不适合进行任务规划的区域。

本发明的有益效果：

空降作战是实现最高指挥员战略意图的作战方式，有着极强的军事意义。而空降场的选址优劣是能否圆满完成空降作战任务的关键所在。针对目前空降场在选址方面对形状、大小以及方向研究不足的问题，本发明提供的面向作战任务的空降场选址方法及装置，在栅格数据模型的基础上，对战场环境进行分析后，从任务目标点出发，利用洪水填充算法选出适合空降地域，结合作战任务中对空降场的形状、大小、方向上的约束，完成空降场的任务选址规划。最后通过以营级空降任务为研究对象，进行仿真实验，证明本发明方法对于辅助指战员进行空降场选址规划具有一定的参考意义。

附图说明

图1为本发明实施例提供的面向作战任务的空降场选址方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的矩形区域选择算法的流程示意图之一；

图3为本发明实施例提供的确定矩形区域的顶点B的示意图；

图4为本发明实施例提供的确定矩形区域的顶点C、D的示意图；

图5为本发明实施例提供的矩形区域选择算法的流程示意图之二；

图6为本发明实施例提供的矩形区域中待规划区域和空洞区域的示意图；

图7为本发明实施例提供的用于实验的根据某地的地形坡度数据建立格网的示意图；

图8为本发明实施例提供的作战任务的任务目标点在图7所示格网中的位置示意图；

图9为本发明实施例提供的在合适区域内所选择的空降场示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在军事训练领域任务空间概念模型中，将作战任务定义为：在一定的战场环境和时空约束下，作战单元为完成所承担的责任或达到特定的作战目的，而进行的一系列相互关联的作战行动的有序集合。通过定义可知，作战目的作为作战任务的要素之一，在进行方案规划时要重点考虑，而空降作战任务中对任务目的指向尤为明确。为了避免作战资源的浪费，进行全局战场范围的空降场方案规划，首先就需要在任务目标点确定一个适合空降地域。

如图1所示，本发明实施例利用洪水填充算法实现空降地域规划，提供了一种面向作战任务的空降场选址方法，具体包括以下步骤：

S101：获取作战任务地点的地形坡度数据，根据所述地形坡度数据建立格网；并设置起始填充阈值；

S102：根据设置的填充阈值，利用洪水填充算法在建立的格网上选出合适区域；

S103：在选出的合适区域内进行任务规划，判断所述合适区域是否可以满足作战目标：若不能满足，则执行步骤S104；若能满足，则执行步骤S105；

S104：降低填充阈值，返回执行步骤S102；

S105：在选出的合适区域内根据设定的矩形区域选择算法选择一个矩形区域作为空降场。

本发明实施例在栅格数据模型的基础上，对战场环境进行分析后，从作战任务地点出发，利用洪水填充算法选出适合空降地域，结合对空降场的形状的约束，将空降场的形状限定为矩形，完成对空降场的任务选址规划，对辅助指挥员进行空降场选址规划具有一定的参考意义。

相较于点的选址问题，如哨点的选址问题，目前已经有很好的方法效果，但是类似于面的选址，是一个区域规划的问题，比一般性点的选址问题更实用、更具体，但同时也会更加复杂、更不容易实现。在上述实施例的基础上，本发明实施例提供一种矩形区域选择算法，更加贴近区域规划的需求，如图2所示，具体包括以下步骤：

将选出的合适区域内的第i个格网单元作为矩形区域的左上角的顶点A，A点的坐标为(x₁,y₁)；

如图3所示，结合飞机航向以及矩形长边在格网范围内寻找第二个顶点B，B点满足条件：

其中，(x₂,y₂)为B点的坐标，θ₁为顶点A、B所连直线与水平方向的夹角，w表示给定的空降场的长，h表示给定的空降场的宽，θ表示给定的空降场的长边与水平方向的夹角，λ为设定的长度误差，μ为设定的角度误差；

可以理解，在格网中进行计算分析，长度与角度均会存在偏差，不能恰好满足长边长度为w，短边长度为h，四个内角均为90度，所以需要对其限定误差范围，只要误差是在范围内，就认为是满足要求，因此设置长度误差为λ，角度误差为μ。

如图4所示，根据顶点A、B在格网坐标系中所代表的位置，根据矩形的性质(即四个内角均为90度)，利用矩形的宽h求出矩形的另外两点C和D，C点和D点满足条件：

其中，(x₃,y₃)为C点的坐标，(x₄,y₄)为D点的坐标，θ₂为顶点B、C所连直线与水平方向的夹角，θ₃为顶点A、D所连直线与垂直方向的夹角；

具体地，在计算格网之间的距离时，一般以格网左上角的顶点为定位点进行计算。

通过确定四个顶点的位置，顶点与顶点之间的连线经过的格网单元以及连线内部所包含的格网单元的格网单元集合即为被指定作为空降场的矩形区域。

需要说明的是，如图5所示，一般而言，首先选取合适区域内的第1个格网单元作为矩形局域的左上角的顶点A，之后在合适区域内判断是否可以选出满足要求的矩形区域，若无法选出顶点B、C、D，则下一个格网单元为矩形的顶点A进行搜索，直至可以选取出一个矩形区域。

本发明实施例提供的矩形区域选择算法，可以选择任意方向(而不是局限于垂直方向或者水平方向)的矩形。

考虑到有时在选择的矩形区域内部存在不适合进行规划的地区，如存在障碍物等，这样的地区称为空洞区域，如图6所示，其中黑色单元为待规划地域，灰色格网为空洞区域。针对以确定四个顶点来对矩形区域规划的方法会出现规划方案内部出现空洞区域的情况，在上述各实施例的基础上，本发明实施例还提供一种面向作战任务的空降场选址方法，该方法还包括：

计算选择的矩形区域内部的空洞区域的面积；当所述空洞区域的面积小于设定阈值时，将选择的矩形区域作为空降场；当所述空洞区域的面积不小于设定阈值时，则重新选择一个矩形区域作为空降场；其中，所述空洞区域是指选出的合适区域内不适合进行任务规划的区域

具体地，只有空洞区域的面积小于一定阈值，才认为本次选取的空降场是有效的。

对应上述的面向作战任务的空降场选址方法，本发明实施例还提供一种面向作战任务的空降场选址装置，该装置包括：初始化单元、洪水填充算法单元、判断单元、阈值调整单元和矩形区域选择单元；其中：

初始化单元用于获取作战任务地点的地形坡度数据，根据所述地形坡度数据建立格网；并设置起始填充阈值。洪水填充算法单元用于根据设置的填充阈值，利用洪水填充算法在建立的格网上选出合适区域。判断单元用于在选出的合适区域内进行任务规划，判断所述合适区域是否可以满足作战目标。阈值调整单元用于降低填充阈值。矩形区域选择单元用于在选出的合适区域内根据设定的矩形区域选择算法选择一个矩形区域作为空降场。

作为一种可实施方式，所述矩形区域选择单元具体用于：

将选出的合适区域内的第i个格网单元作为矩形区域的左上角的顶点A，A点的坐标为(x₁,y₁)；

结合飞机航向以及矩形长边在格网范围内寻找第二个顶点B，B点满足条件：

其中，(x₂,y₂)为B点的坐标，θ₁为顶点A、B所连直线与水平方向的夹角，w表示给定的空降场的长，h表示给定的空降场的宽，θ表示给定的空降场的长边与水平方向的夹角，λ为设定的长度误差，μ为设定的角度误差；

根据顶点A、B在格网坐标系中所代表的位置，根据矩形的性质，利用矩形的宽h求出矩形的另外两点C和D，C点和D点满足条件：

其中，(x₃,y₃)为C点的坐标，(x₄,y₄)为D点的坐标，θ₂为顶点B、C所连直线与水平方向的夹角，θ₃为顶点A、D所连直线与垂直方向的夹角；

通过确定四个顶点的位置，顶点与顶点之间的连线经过的格网单元以及连线内部所包含的格网单元的格网单元集合即为被指定作为空降场的矩形区域。

在上述实施例的基础上，该装置还包括：空洞区域面积计算单元；所述空洞区域面积计算单元用于计算选择的矩形区域内部的空洞区域的面积；当所述空洞区域的面积小于等于设定阈值时，将选择的矩形区域作为空降场；当所述空洞区域的面积大于设定阈值时，则重新选择一个矩形区域作为空降场；其中，所述空洞区域是指选出的合适区域内不适合进行任务规划的区域。

为了验证本发明方法的有效性，本发明还提供有以下仿真实验。

(1)数据准备

在进行空降场选址分析时，需要充分考虑空降场的地形条件，如坡度，土质，植被，水系，居民地，道路等因素的影响，因为本发明重点是结合作战任务对空降场的具体方案进行规划，对多环境要素的综合评估做简化考虑，只对影响作战任务中的战场环境中的代表指标因素进行分析。在空降作战中，空降场的地形坡度会影响人员及装备的通行性能，对能否在着陆后快速集结完成后续任务意义重大，故以坡度作为判断是否适合空降的指标因素，根据作战总结的经验，坡度越小越适合作战行动，当坡度大于30度时，就不适合人与装备的行进。同时，还要重点分析对空降任务具有决定性影响的环境因素，如是否有高大建筑物，敌方反空降障碍，在任务规划时需要将这些地域排除。

实验采用的是数据是某地的地形坡度数据，建立格网，格网分辨率为100*100，一个格网所代表的距离为100米，将每一格网所代表的坡度值映射为0至100的评估值，评估值越小，代表坡度越大，地势起始较大，不适合完成作战任务，在图上表示颜色越深；评估值越大，坡度越小，地势平坦，适合作战任务，在图上表示颜色越浅。同时，为了使实验更具真实性，贴近实战，在格网范围内随机规定了一部分障碍地域，代表这些地域因为环境影响而无法完成任务，用黑色来表示，如图7所示。

(2)空降任务设定

假定此次作战任务是营级单位携单兵轻型装备完成空降，计划飞机飞行航迹为东偏南45度，任务目标点是某地的1号弹药库，位置如图8中的“+”所示。需要完成一个便于开展任务计划空降场方案规划，要求空降场的方向要基本与飞行航迹方向一致，角度误差不能超过10度，同时，空降场应为一个长为2.5公里，宽为1.5公里的矩形区域，长度误差不能超过100米，内部障碍区域不能大于100平方米。并且，根据我方作战单元的基本通行能力及任务对完成时间的要求，要求应在目标点5公里范围内进行空降场的方案规划。

(3)实验结果

利用本发明提出的空降场选址方法，以目标点作为种子点，搜寻与其连通的坡度较小的区域，以99作为起始填充阈值，表示只有评估值大于99的格网才能被选入连通区域，以3为梯度递减，直到在连通区域内可以找到满足要求的空降场方案，最终，通过实验计算，当填充阈值为87时，可以选出空降场方案，如图9所示。其中，图9所表达的灰色区域为可作为空降地域的连通区域，矩形框选区域为选定的空降场方案，并且，这个方案的效能值最高，以这个空降场方案进行任务规划，任务的成功率也最高。

本发明提供的面向作战任务的空降场选址方法，在基于传统方法的选址研究上，对空降场的形状、大小及方向进行了约束，对于提高作战任务中战场环境分析保障水平，推动作战任务规划中的深算、精算、细算具有重要意义。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.面向作战任务的空降场选址方法，其特征在于，包括：

步骤1：获取作战任务地点的地形坡度数据，根据所述地形坡度数据建立格网；并设置起始填充阈值；

步骤2：根据设置的填充阈值，利用洪水填充算法在建立的格网上选出合适区域；

步骤3：在选出的合适区域内进行任务规划，判断所述合适区域是否可以满足作战目标：若不能满足，则执行步骤4；若能满足，则执行步骤5；

步骤4：降低填充阈值，返回执行步骤2；

步骤5：在选出的合适区域内根据设定的矩形区域选择算法选择一个矩形区域作为空降场；步骤5具体包括：

将选出的合适区域内的第i个格网单元作为矩形区域的左上角的顶点A，A点的坐标为(x₁,y₁)；

结合飞机航向以及矩形长边在格网范围内寻找第二个顶点B，B点满足条件：

其中，(x₂,y₂)为B点的坐标，θ₁为顶点A、B所连直线与水平方向的夹角，w表示给定的空降场的长，h表示给定的空降场的宽，θ表示给定的空降场的长边与水平方向的夹角，λ为设定的长度误差，μ为设定的角度误差；

根据顶点A、B在格网坐标系中所代表的位置，根据矩形的性质，利用矩形的宽h求出矩形的另外两点C和D，C点和D点满足条件：

其中，(x₃,y₃)为C点的坐标，(x₄,y₄)为D点的坐标，θ₂为顶点B、C所连直线与水平方向的夹角，θ₃为顶点A、D所连直线与垂直方向的夹角；

通过确定四个顶点的位置，顶点与顶点之间的连线经过的格网单元以及连线内部所包含的格网单元的格网单元集合即为被指定作为空降场的矩形区域。

2.根据权利要求1所述的空降场选址方法，其特征在于，步骤5还包括：

计算选择的矩形区域内部的空洞区域的面积；当所述空洞区域的面积小于等于设定阈值时，将选择的矩形区域作为空降场；当所述空洞区域的面积大于设定阈值时，则重新选择一个矩形区域作为空降场；其中，所述空洞区域是指选出的合适区域内不适合进行任务规划的区域。

3.面向作战任务的空降场选址装置，其特征在于，包括：

初始化单元，获取作战任务地点的地形坡度数据，根据所述地形坡度数据建立格网；并设置起始填充阈值；

洪水填充算法单元，用于根据设置的填充阈值，利用洪水填充算法在建立的格网上选出合适区域；

判断单元，用于在选出的合适区域内进行任务规划，判断所述合适区域是否可以满足作战目标；

阈值调整单元，用于降低填充阈值；

矩形区域选择单元，用于在选出的合适区域内根据设定的矩形区域选择算法选择一个矩形区域作为空降场；所述矩形区域选择单元具体用于：

将选出的合适区域内的第i个格网单元作为矩形区域的左上角的顶点A，A点的坐标为(x₁,y₁)；

结合飞机航向以及矩形长边在格网范围内寻找第二个顶点B，B点满足条件：

其中，(x₂,y₂)为B点的坐标，θ₁为顶点A、B所连直线与水平方向的夹角，w表示给定的空降场的长，h表示给定的空降场的宽，θ表示给定的空降场的长边与水平方向的夹角，λ为设定的长度误差，μ为设定的角度误差；

根据顶点A、B在格网坐标系中所代表的位置，根据矩形的性质，利用矩形的宽h求出矩形的另外两点C和D，C点和D点满足条件：

其中，(x₃,y₃)为C点的坐标，(x₄,y₄)为D点的坐标，θ₂为顶点B、C所连直线与水平方向的夹角，θ₃为顶点A、D所连直线与垂直方向的夹角；

通过确定四个顶点的位置，顶点与顶点之间的连线经过的格网单元以及连线内部所包含的格网单元的格网单元集合即为被指定作为空降场的矩形区域。

4.根据权利要求3所述的空降场选址装置，其特征在于，还包括：

空洞区域面积计算单元，用于计算选择的矩形区域内部的空洞区域的面积；当所述空洞区域的面积小于等于设定阈值时，将选择的矩形区域作为空降场；当所述空洞区域的面积大于设定阈值时，则重新选择一个矩形区域作为空降场；其中，所述空洞区域是指选出的合适区域内不适合进行任务规划的区域。

Images