CN114970140B - 应用于态势推演的舰船机动建模及仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于态势推演的舰船机动建模及仿真方法，解决现有技术存在的不能灵活、快速地执行态势推演的问题。所述建模方法包括：确定所需模板单元及模板单元连接顺序，将所需模板单元连接，形成航迹模板主体；为所述航迹模板主体增加初始位置参数的设置接口、设置所述初始位置参数后的相关逻辑、设置某一模板单元机动参数后其他模板单元的相关逻辑，构建所述航迹模板；设置航迹模板中的指定元素作为可交互元素，增加可交换元素的交互接口以及改变可交互元素后的相关逻辑；增加时间参数及舰位点；基于航迹模板、可交互元素、时间参数和舰位点，构建应用于态势推演的舰船机动模型。

Description

应用于态势推演的舰船机动建模及仿真方法

技术领域

本发明属于建模及仿真技术领域，具体地说，涉及舰船机动建模及仿真方法，更具体地说，是涉及应用于态势推演的舰船机动建模及仿真方法。

背景技术

在军事领域，计算机仿真是制定和检验战略战术、修订战法运用、完善训练方法、改进武器装备的有效手段，通过舰船机动建模与仿真进行特定场景下的态势推演，可以分析机动决策对应用层的影响规律，进而优化机动决策。此时通常简化舰船的动力、操纵特性，将其抽象为态势图中的质点或图标，其机动方式也简化为较为规则的直线匀速机动和变速、变向，整个机动过程往往形成直线、圆弧组成的航迹。

现实世界中，时间是物质运动的普遍表现和存在形式。与之类似，仿真时间一般也是仿真过程的主要自变量，通常以一定步长递增，各个模型则基于其他仿真参数更新位置等状态，从而推进态势演化，并确保仿真世界中事件发生的顺序与真实世界中的顺序完全一致。为了提高效率、便捷分析等目的，仿真系统通常提供“加减速、暂停、继续”等仿真时间交互接口。另外，通过存储仿真系统的输入序列或模型的状态序列，仿真系统还可以实现对仿真过程的记录和复盘。

这种在时间流中通过用户设置舰船的机动参数，进而形成航迹和态势的机动建模与仿真方法，为“自底向上”的模式，自然地模拟了现实进程，便于用户理解和学习，但用于态势推演却存在如下不足：（1）不能直接计算某一组机动参数下在某一时刻的态势，而是只能通过加速推演来获得态势；（2）不能快速验证和比对不同组机动参数对态势的影响。因此，现有技术的建模及仿真不能实现灵活、快速的态势推演，限制了深入态势理解和优化机动决策的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于态势推演的舰船机动建模及仿真方法，通过将航迹模板作为可操作对象，进行建模及仿真，可以直观地调整态势画面中的机动路线和参数，并能够实现仿真时间范围内任意时间下态势的直接计算，达到灵活、快速的态势推演。

为实现上述发明目的，本发明提供的建模方法采用下述技术方案予以实现：

一种应用于态势推演的舰船机动建模方法，所述方法包括：

构建航迹模板：根据机动需求确定所需模板单元及模板单元连接顺序，将所述所需模板单元按照所述模板单元连接顺序连接，形成航迹模板主体；为所述航迹模板主体增加初始位置参数的设置接口、设置所述初始位置参数后的相关逻辑、设置某一模板单元机动参数后其他模板单元的相关逻辑，构建所述航迹模板；所述模板单元包括对应一种机动方式的航迹的一段线形、所述机动方式的机动参数的设置接口、设置所述机动参数后该模板单元的相关逻辑；

设置可交互元素：根据所述机动需求设置所述航迹模板中的指定元素作为可交互元素，增加所述可交换元素的交互接口，以及改变所述可交互元素后的相关逻辑；

增加时间参数和舰位点：根据所述机动需求增加时间参数设置接口、舰位点、改变舰位点的交互接口、设置时间参数后的相关逻辑以及改变舰位点后的相关逻辑；所述舰位点是可在所述航迹模板上移动的点；

基于所述航迹模板、所述可交互元素、所述时间参数和所述舰位点，构建应用于态势推演的舰船机动模型。

为实现前述发明目的，本发明提供的仿真方法采用下述技术方案来实现：

一种应用于态势推演的舰船机动仿真方法，所述仿真方法基于舰船机动模型进行；所述舰船机动模型采用上述的应用于态势推演的舰船机动建模方法构建；

所述仿真方法包括设置时间参数的仿真、设置机动参数的仿真、改变可交互元素的仿真、改变舰位点的仿真中的一种或多种；

所述设置时间参数的仿真，包括：

设置所述时间参数为设定时间值，更新所述舰船机动模型中的航迹模板上的舰位点位置，仿真所述设定时间值的态势；

设置所述时间参数递增，所述航迹模板上的舰位点沿所述航迹模板正向移动，实现顺时序仿真；

设置所述时间参数递减，所述航迹模板上的舰位点沿所述航迹模板反向移动，实现逆时序仿真；

设置所述时间参数的递增速度和/或递减速度，调整仿真运行速度；

所述设置机动参数的仿真，包括：

设置所述机动参数，改变所述航迹模板上的舰位点的移动路径，并更新所述航迹模板上的舰位点的位置；

所述改变可交互元素的仿真，包括：

改变所述可交互元素，改变所述航迹模板，改变所述航迹模板上的舰位点的移动路径，并更新所述航迹模板上的舰位点的位置；

所述改变舰位点的仿真，包括：

改变指定舰位点，更新所述航迹模板的所述时间参数以及所述航迹模板中的其他舰位点的位置。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

本发明提供的舰船机动建模及仿真方法，采用自顶向下的方式，直接把机动轨迹航线作为首要建模对象，构建航迹模板主体，结合设置的初始位置参数、机动参数、与参数相关的逻辑等构建航迹模板，将航迹模板视作舰船航行的轨道而非痕迹；通过可交互元素的设置，便捷地对航迹模板进行调整，使得航迹模板成为仿真人员可直接交互的实体而非仿真流程后的只读画面，仿真人员可用“所见即所得”的方式“塑造”期望的航迹，从而支持通过调整航迹来快速比较态势变换，快速定位当前机动决策下有待优化的时间和位置，最终达到深入理解机动参数与态势关联以及优化机动决策的目的。

此外，通过设置时间参数和舰位点构建舰船机动模型，在航迹模板这一轨道上，时间参数与舰船位置存在确定的关联关系，使得时间参数仅是与舰船位置相关的普通参数而非推进仿真的主要自变量。因此，仿真时间范围内的推演进程并非必须按时序推演，而是可以选定任意时间值计算舰船位置，表现为仿真时间可以自由的加减速、逆向回溯、跳跃。反之，根据舰船位置也能够确定仿真时间，改变某一舰位点也可以实现其他舰船的位置“联动”，所以可以方便地查看某一舰船在特定位置时的整体态势，或是构成特定态势时各舰船的实际位置。同时，对航迹模板、机动参数的调整和时间参数的设置并不冲突，因此在推演过程中可随时调整态势，直到达成理想结果、促成决策，而这种通过观察态势在航迹层次调整参数的流程更符合决策逻辑。相比之下，传统仿真以机动参数为交互对象、按时序来推演态势，不仅过程繁琐，而且延长了对态势的认知链，降低了决策的关注层次，航迹也只是仿真之后的“痕迹”，通常并不能为态势分析和参数调整提供更深入的功能。

因此，采用本发明的方法进行舰船机动模型建模及仿真，从而可以直观地调整态势画面中的机动路线和参数，并能够实现仿真时间范围内任意时间下态势的直接计算，达到灵活、快速的态势推演。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明应用于态势推演的舰船机动建模方法一个实施例的流程示意图；

图2所示为应用于态势推演的舰船机动模型第一个实施例的结构示意图；

图3所示为应用于态势推演的舰船机动模型第二个实施例的结构示意图；

图4所示为应用于态势推演的舰船机动模型第三个实施例的结构示意图；

图5-1、5-2所示为应用于态势推演的舰船机动模型第四个实施例的结构示意图；

图6所示为应用于态势推演的舰船机动模型第五个实施例的结构示意图；

图7所示为应用于态势推演的舰船机动模型第六个实施例的结构示意图；

图8所示为应用于态势推演的舰船机动模型第七个实施例的结构示意图；

图9所示为应用于态势推演的舰船机动模型第八个实施例的结构示意图；

图10所示为应用于态势推演的舰船机动模型第九个实施例的结构示意图；

图11所示为应用于态势推演的舰船机动模型第十个实施例的结构示意图；

图12所示为应用于态势推演的舰船机动模型第十一个实施例的结构示意图；

图13所示为应用于态势推演的舰船机动模型第十二个实施例的结构示意图；

图14所示为应用于态势推演的舰船机动模型第十三个实施例的结构示意图；

图15-1、15-2、15-3、15-4、15-5所示为应用于态势推演的舰船机动模型第十四个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

首先，简要阐述本发明的技术思路：

针对现有技术采用“自底向上”的舰船机动建模与仿真方法存在的不能灵活、快速地执行态势推演的不足，本发明创造性提出了一种“自顶向下”的建模方式，把机动轨迹航线作为首要建模对象，构建航迹模板主体，结合设置的初始位置参数、机动参数、与参数相关的逻辑等构建航迹模板，将航迹模板视作舰船航行的轨道而非痕迹，并将航迹模板作为可操作对象，仿真人员可用“所见即所得”的方式“塑造”期望的航迹，从而可以直观地调整态势画面中的机动路线和参数，并能够实现仿真时间范围内任意时间下态势的直接计算，达到灵活、快速的态势推演，最终达到深入理解机动参数与态势关联以及优化机动决策的目的。

图1所示为本发明应用于态势推演的舰船机动建模方法一个实施例的流程示意图。

如图1所示意，该实施例采用下述过程实现应用于态势推演的舰船机动建模。

S11：构建航迹模板。

预置有若干模板单元，每个模板单元包括对应一种机动方式的航迹的一段线形和相应的机动参数的设置接口，以及设置机动参数后模板单元的相关逻辑。针对特定机动需求构建舰船机动模型时，首先根据机动需求确定所需的模板单元以及模板单元连接顺序；然后，将所需模板单元按照模板单元连接顺序连接，形成首尾相连的线形序列，作为航迹模板主体；再然后，根据机动需求增加航迹模板主体的初始位置参数的设置接口、设置初始位置参数后的相关逻辑，以及设置某一模板单元机动参数后其他模板单元的相关逻辑，从而构建出与机动需求对应的航迹模板。其中，机动参数是在机动中所采用的参数，与航迹模板的具体形状密切相关。

由此构建的航迹模板，是代表航迹的计算机图形，形状为首尾相连的线形序列。

S12：设置可交互元素，增加时间参数和舰位点。

在构建航迹模板后，根据机动需求设置航迹模板中的指定元素作为可交互元素，增加可交换元素的交互接口以及改变可交互元素后的相关逻辑。利用可交互元素的交互接口可以改变可交互元素，基于改变可交互元素后的相关逻辑，能够按照既定逻辑改变航迹模板的位置和具体形状，进而会改变初始位置参数和机动参数。

此外，还需增加时间参数和舰位点，其中，舰位点是指可在航迹模板上移动的点。具体的，是根据机动需求增加时间参数设置接口、舰位点、改变舰位点的交互接口、设置时间参数后的相关逻辑以及改变舰位点后的相关逻辑。在航迹模板、初始位置参数及机动参数确定后，时间参数与舰位点位置的对应关系随之确定。

利用时间参数设置接口可以设置时间参数，利用改变舰位点的交互接口可以改变舰位点位置。在一些实施例中，改变时间参数后的相关逻辑，包括更新舰位点位置。则在改变时间参数后，可按照既定逻辑改变航迹模板中的舰位点的位置。在一些实施例中，改变舰位点后的相关逻辑，包括更新时间参数以及更新航迹模板上的其他舰位点位置。则在改变某个舰位点位置后，可按照既定逻辑改变时间参数以及改变该航迹模板上设置的其他舰位点的位置。

S13：基于航迹模板、可交互元素、时间参数和舰位点，构建应用于态势推演的舰船机动模型。

基于上述方法构建的舰船机动模型，可以实现应用于态势推演的舰船机动仿真。具体的，可以实现设置时间参数的仿真、设置机动参数的仿真、改变可交互元素的仿真、改变舰位点的仿真中的一种或多种。

其中，设置时间参数的仿真，包括：

（1）、设置时间参数为设定时间值，更新舰船机动模型中的航迹模板上的舰位点位置，仿真设定时间值的态势。

（2）、设置时间参数递增，航迹模板上的舰位点沿航迹模板正向移动，实现顺时序仿真。

（3）、设置时间参数递减，航迹模板上的舰位点沿航迹模板反向移动，实现逆时序仿真。

（4）、设置时间参数的递增速度和/或递减速度，实现调整仿真运行速度的仿真。

设置机动参数的仿真，包括：

设置机动参数，改变航迹模板，从而实现改变航迹模板上的舰位点的移动路径，并更新航迹模板上的舰位点的位置的仿真。

改变可交互元素的仿真，包括：

改变可交互元素，改变航迹模板，从而实现改变航迹模板上的舰位点的移动路径，并更新航迹模板上的舰位点的位置的仿真；

而改变舰位点的仿真，包括：

改变指定舰位点，实现更新航迹模板的时间参数以及航迹模板中的其他舰位点的位置的仿真。

采用上述方法构建舰船机动模型并基于所构建的模型进行仿真时，将机动轨迹航线作为首要建模对象，构建航迹模板主体，结合设置的初始位置参数、机动参数、与参数相关的逻辑等构建航迹模板，将航迹模板视作舰船航行的轨道而非痕迹；通过可交互元素的设置，便捷地对航迹模板进行调整，使得航迹模板成为仿真人员可直接交互的实体而非仿真流程后的只读画面，仿真人员可用“所见即所得”的方式“塑造”期望的航迹，从而支持通过调整航迹来快速比较态势变换，快速定位当前机动决策下有待优化的时间和位置，最终达到深入理解机动参数与态势关联以及优化机动决策的目的。

此外，通过设置时间参数和舰位点构建舰船机动模型，在航迹模板这一轨道上，时间参数与舰船位置存在确定的关联关系，使得时间参数仅是与舰船位置相关的普通参数而非推进仿真的主要自变量。因此，仿真时间范围内的推演进程并非必须按时序推演，而是可以选定任意时间值计算舰船位置，表现为仿真时间可以自由的加减速、逆向回溯、跳跃。反之，根据舰船位置也能够确定仿真时间，改变某一舰位点也可以实现其他舰船的位置“联动”，所以可以方便地查看某一舰船在特定位置时的整体态势，或是构成特定态势时各舰船的实际位置。同时，对航迹模板、机动参数的调整和时间参数的设置并不冲突，因此在推演过程中可随时调整态势，直到达成理想结果、促成决策，而这种通过观察态势在航迹层次调整参数的流程更符合决策逻辑。相比之下，传统仿真以机动参数为交互对象、按时序来推演态势，不仅过程繁琐，而且延长了对态势的认知链，降低了决策的关注层次，航迹也只是仿真之后的“痕迹”，通常并不能为态势分析和参数调整提供更深入的功能。

结合态势推演的舰船机动方式一般可简化为直线匀速运动和变速、变向运动的特点，在一些实施例中，预置的模板单元包括直航段模板单元和旋回段模板单元，其中，直航段模板单元包括一段直线段，而旋回段模板单元包括一段圆弧段。在根据机动需求确定航迹模板包括有多个模板单元时，组成同一航迹模板的多个模板单元按照时间顺序进行顺序连接。为进一步简化建模及仿真，直线段可与直线段或旋回段相邻连接，旋回段只能与直线段相邻连接。

针对上述两种模板单元类型，相应的机动参数包括：直航段的航向、航速、航程以及旋回段的舵向、旋回半径、旋回速度。

基于上述模板单元类型及机动参数类型，设置初始位置参数后的相关逻辑包括：设置初始位置参数后，更新航迹模板，使得该航迹模板整体平移，直至该航迹模板的初始位置与初始位置参数确定的初始位置一致。也即，在设置初始位置参数后，根据新设置的初始位置参数更新航迹模板，具体是将航迹模板整体平移，直至平移后的航迹模板的初始位置成为设置的初始位置。

基于上述模板单元类型及机动参数类型，设置某一模板单元的机动参数后该模板单元的相关逻辑以及其他模板单元的相关逻辑包括：

（1）、设置航迹模板中的首段直航段的航向后，更新航迹模板，使得该航迹模板整体绕初始位置转动，直至该首段直航段的航向达到设置航向。

（2）、设置航迹模板中的非首段直航段的航向后，更新航迹模板，使得该非首段直航段所在的模板单元以及与该非首段直航段所在的模板单元连接的后续模板单元绕该非首段直航段的起点转动，直至该非首段直航段的航向达到设置航向。其中，与该非首段直航段所在的模板单元连接的后续模板单元，是指在该非首段直航段所在的模板单元“之后”的所有模板单元。“之后”是指在按照时间顺序上的“在后”。

若该非首段直航段上接旋回段，则还需更新该非首段直航段的起点的位置，确保转动后的该非首段直航段仍与上接的旋回段相切。其中，相邻的两个模板单元分别称为“上接”、“下接”。

（3）、设置航迹模板中的直航段的航速后，保持该航迹模板不变。

（4）、设置航迹模板中的直航段的航程后，该直航段的起点不变，该直航段的长度变化直至达到设定航程；同时，与该直航段所在的模板单元连接的后续模板单元将跟随该直航段的终点的变动进行平移。

（5）、设置航迹模板中的旋回段的舵向和/或旋回半径后，该旋回段的起点不变，该旋回段的终点位置根据设置的舵向和/或旋回半径确定，而与该旋回段所在的模板单元连接的后续模板单元将跟随该旋回段的终点的变动进行平移。

基于上述模板单元类型及机动参数类型，在一些实施例中，可交互元素为航迹模板的起点、航迹模板中的直航段的终点、航迹模板中的直航段三者中的任意一个或多个。改变可交互元素后的相关逻辑，包括航迹模板的更新逻辑和参数的更新逻辑。下面对三个可交互元素改变后的相关逻辑作进一步具体阐述。

在可交互元素为航迹模板的起点时，改变可交互元素包括移动起点。具体交互方式，可为鼠标点击拾取起点后直接在可活动范围内拖动起点。可活动范围，可以为整个仿真画面，或者限制为部分仿真画面，具体的限制，可包括与应用语义相关的直航段航向、航程以及与操作相关的网格点吸附功能等，可根据实际需求选择。

移动起点后的相关逻辑包括航迹模板的更新逻辑和参数的更新逻辑。

移动起点后的航迹模板的更新逻辑为：移动起点后，更新航迹模板，使得该航迹模板整体平移。

移动起点后的参数的更新逻辑为：移动起点后，更新航迹模板的初始位置参数，直至与移动后的起点一致；而航迹模板的所有机动参数保持不变。

在可交互元素为航迹模板中的直航段的终点时，改变可交互元素包括移动直航段的终点。具体交互方式，可为鼠标点击拾取某直航段的终点后直接在可活动范围内拖动该终点。可活动范围，可以为整个仿真画面，或者限制为部分仿真画面，具体的限制，可包括与应用语义相关的直航段航向、航程以及与操作相关的网格点吸附功能等，可根据实际需求选择。

移动直航段的终点后的相关逻辑包括航迹模板的更新逻辑和参数的更新逻辑。

移动直航段的终点后的航迹模板的更新逻辑为：移动直航段的终点后，确定该直航段的航向变动角度。然后更新航迹模板，使得与该直航段所在的模板单元连接的后续模板单元整体绕该直航段的移动后的终点转动，转动角度为该直航段的航向变动角度。在其他一些实施例中，若该移动的直航段上接了旋回段，则还更新该直航段的起点的位置，确保转动后的直航段仍与上接的旋回段相切。

移动直航段的终点后的参数的更新逻辑为：移动直航段的终点后，航迹模板的初始位置参数保持不变；与该直航段所在的模板单元连接的前续模板单元的机动参数保持不变；该直航段的航向和航程根据该直航段的起点和移动后的终点确定，该直航段的航速保持不变；与该直航段所在的模板单元连接的后续模板单元的航向根据该直航段的航向确定（如航向变化量相同），与该直航段所在的模板单元连接的后续模板单元的航程和航速保持不变。其中，与该直航段所在的模板单元连接的前续模板单元，是指在该直航段所在的模板单元“之前”的所有模板单元；“之前”是指在按照时间顺序上的“在先”。后续模板单元的含义，参见前述。

在可交互元素为航迹模板中的直航段时，改变可交互元素包括移动直航段。具体交互方式，可以为鼠标点击拾取指定直航段后直接在可活动范围内拖动。可活动范围，可以为整个仿真画面，或者限制为部分仿真画面，具体的限制，可包括与应用语义相关的直航段航向、航程以及与操作相关的网格点吸附功能等，可根据实际需求选择。

移动直航段后的相关逻辑包括航迹模板的更新逻辑和参数的更新逻辑。

移动直航段后的航迹模板的更新逻辑为：移动直航段后，更新航迹模板，使得与该直航段所在的模板单元连接的后续模板单元的形状保持不变，但整体跟随该直航段的终点平移；还使得与该直航段所在的模板单元连接的前续模板单元中靠近该直航段的前续直航段的终点跟随该直航段的起点进行移动，以改变前续直航段的方向及长度。前续直航段，为发生移动的该直航段之前的第一个直航段，也即在发生移动的该直航段之前、且为最靠近该发生移动的直航段的一个直航段。另外，若前续直航段还与旋回段相邻，则更新相邻端点的位置，确保前续直航段仍与相邻的旋回段相切。

移动直航段后的参数的更新逻辑为：在该直航段为航迹模板中的首段直航段（也即，为航迹模板中的第一个直航段）时，移动直航段后，根据移动后的直航段更新航迹模板的初始位置参数，而航迹模板的机动参数保持不变。在该直航段为航迹模板中的非首段直航段时，移动直航段后，航迹模板的初始位置参数保持不变；与该直航段所在的模板单元连接的后续模板单元的机动参数保持不变；前续直航段的航速保持不变，前续直航段的航向和航程根据前续直航段的起点和前续直航段更新后的终点确定。

通过参数的设置以及可交互元素的设置的机制，将航线作为首要建模对象，将其抽象为航迹模板，并提供了参数设置和图形设置两种设置方法。其中，参数设置相对更精确，而图形设置则相对更直观。而参数和图形相互影响：主动设置参数，图形随之更新，受影响的其他参数值一同更新；主动更新图形，受影响的参数一同更新。

图形设置的交互接口是可交互元素，其功能是使用户能够方便直观的调整航线模板，因此可交互元素的选取原则是“不求多而求精”：无需完全覆盖和替代参数设置功能，确保能够直观、高效的支持航迹模板常用的调整即可。可交互元素的交互方式尽量符合操作习惯、业务习惯和应用目标。在其他一些实施例中，还可以对可交互元素附加一些能够提高效率的约束，比如按照应用需求，对图形的方向和对齐方式进行约束，为点移动的平面增加网格和点吸附功能等。而参数设置则往往只限定参数取值范围或是变化步长，灵活性上低于图形设置。

因此，可交互元素面向直观需求和应用需求，体现了自顶向下的建模理念，而机动参数体现了自底向上的建模理念。

对于可交互元素的改变，优选为移动上述的航迹模板的起点、移动航迹模板中的直航段的终点、移动航迹模板中的直航段三者中的任意一个或多个，而非覆盖全部的参数设置功能。采用该设置的考虑因素包括：

（1）、一些参数设置不对应直观的可交互元素，比如航速；

（2）、一些参数不需要直观设置，或者在仿真中并非主要调整对象，用参数精确设置也更方便，比如舵向和旋回半径；

（3）、可交互元素的一种移动方式可能对应不同的应用语义和参数变化，需要根据习惯和应用特点选择。比如拉长直航段，可以表示航时增长或航速增加；移动一个点，后续航段可以平移也可以静止；

（4）、为了方便，可以为特定的元素设定特定的逻辑，比如直航段终点可以根据该航段特点设置随起点平移或静止。

在其他一些实施例中，还可以在由航迹模板构建的舰船机动模型中实现变速机制，仿真舰船的变速，以扩展仿真功能。

具体的，采用下述过程，在舰船机动模型中实现变速机制：

根据机动需求，在航迹模板中增加变速点、改变变速点的交互接口、改变变速点后的相关逻辑以及与变速点关联的机动参数的设置接口。

其中，变速点为可在航迹模板上移动的点，代表变速的位置。变速点关联的机动参数包括新航速、加速度；相应的，设置新航速的设置接口和加速度的设置接口。改变变速点包括增删变速点、移动变速点；相应的，改变变速点的交互接口包括增删变速点交互接口、移动变速点交互接口。

根据变速点的改变方式，改变变速点后的相关逻辑包括：

增删变速点后的逻辑：在航迹模板上增加一个变速点，并开放增加的变速点相关的新航速设置接口；和/或，在航迹模板上删除一个变速点，并关闭删除的变速点相关的新航速设置接口。

移动变速点后的逻辑：更新变速点所在航迹模板上的舰位点的位置。

设置新航速后的逻辑：更新新航速相关的变速点所在航迹模板上的舰位点的位置。

设置加速度后的逻辑：更新航迹模板上所有舰位点的位置。

通过增删变速点、移动变速点、设置新航速、设置加速度等，实现基于舰船机动模型仿真舰船的变速机制。

为了精确控制变速时间，在一些实施例中，在舰船机动模型中实现变速机制，还包括：

根据机动需求增加变速时间参数设置接口、变速时间参数与变速点的位置的相关逻辑。

其中，变速时间参数与变速点的位置的相关逻辑包括：设置变速时间参数后，更新变速时间相关的变速点所在航迹模板上的舰位点的位置。

通过设置变速时间参数设置接口，实现变速时间参数相关功能。

而且，增加变速时间参数后，还需相应调整改变变速点后的相关逻辑。具体的，在增删变速点后的逻辑中，增加开放和/或关闭增删变速点相关的变速时间设置接口；在移动变速点后的逻辑中，增加更新变速时间参数的逻辑。

在其他一些实施例中，使用显式的可移动的变速点表示变速这一重要的航行要素，使得变速机制更加直观，调整更加便捷，提高仿真的可操作性和可视性。

为进一步扩展建模仿真功能，在其他一些实施例中，还在舰船机动模型中添加态势元素。具体的，在航迹模板中设置表示态势元素的图形、量值，设置态势元素的相关参数的设置接口以及设置增加态势元素的相关参数后的相关逻辑。增加态势元素的相关参数后的相关逻辑，包括更新态势元素的图形、量值。

添加态势元素后，需相应地调整设置初始位置参数后的相关逻辑、调整设置时间参数后的相关逻辑、调整设置机动参数后的相关逻辑、调整改变可交互元素后的相关逻辑、调整改变舰位点后的相关逻辑，具体的，是在各相关逻辑中增加下述逻辑：随航行体位置变动更新标示态势元素的图形、量值。

通过设置态势元素的相关参数，结合时间参数、机动参数、可交互元素、舰位点等，可以直观地展示仿真态势。

在其他一些实施例中，应用于态势推演的舰船机动建模方法，还包括构建组合航迹模板的过程。

构建组合航迹模板的过程包括：

获取已构建的第一航迹模板（如：舰船的航迹模板）和待与第一航迹模板组合的待组合航迹模板（如：航行体的航迹模板）。

将待组合航迹模板的起点设置为在第一航迹模板上移动的点，并根据机动需求确定待组合航迹模板的起点在第一航迹模板上的位置。

根据待组合航迹模板的起点在第一航迹模板上的位置、第一航迹模板的时间参数确定所述待组合航迹模板的时间参数。具体的，待组合航迹模板的时间值为第一航迹模板的时间值与第一航迹模板的舰位点移动至待组合航迹模板的起点所需的时间值之差值。

基于第一航迹模板、待组合航迹模板、第一航迹模板的时间参数及待组合航迹模板的时间参数，构建组合航迹模板。

通过构建组合航迹模板，可以实现自舰船分离出另一航行体的仿真。并且，还可以通过调节航行体的起点，调整分离时间。

为了精确控制分离时间，在其他一些实施例中，还在组合航迹模板中增加分离时间参数设置接口以及分离时间参数与待组合航迹模板的起点的相关逻辑。

在上述各实施例的舰船机动模板及仿真中，还将采用记录机制、可视化技术，记录仿真过程中的数据，并用可视化技术展示，使得态势推演更加直观清晰。

下面结合附图，给出多个实施例的舰船机动模型，并对各个模型的航迹模板结构、机动参数、相关逻辑等作进一步具体阐述。

图2所示为应用于态势推演的舰船机动模型第一个实施例的结构示意图，具体的，是包含两船的航迹模板的一个实施例的舰船机动模型。

如图2所示，包括有甲、乙两舰船的航迹模板。其中，下图为甲船的航迹模板MB1，由五个模板单元组成，分别为依次连接的直航段模板单元AB、旋回段模板单元BC、直航段模板单元CD、旋回段模板单元DE、直航段模板单元EF，表示自A至F这一航行轨迹。上图为乙船的航迹模板MB2，包含一个直航段模板单元GH，表示简化的往复航行。

航迹模板MB1中的机动参数包括：三个直航段的航向c1、c2、c3，三个直航段的航速v1、v2、v3，三个直航段的航程s1、s2、s3。两个旋回段的舵向d1、d2；两个旋回段的半径R；两个旋回段的旋回速度按照上接直航段的航速的α倍计算，即，旋回段BC的旋回速度为α*v1，旋回段DE的旋回速度为α*v2。

航迹模板MB2中的机动参数包括：航向c4，航速v4，航程s4。

图2中以“航向-航程”的形式，标注出每一直航段的机动参数。

图3所示为应用于态势推演的舰船机动模型第二个实施例的结构示意图，具体的，为图2中的航迹模板MB1设置各直航段航向后更新所形成的舰船机动模型。

如图3所示，初始情况下，c1=115°，c2=36°，c3=124°，s1=1.4′（表示航程s1为1.4海里），s2=1.9′，s3=0.9′。

将c1从115°设置为150°时，由于c1为首段直航段AB的航向，MB1将绕A顺时针转动35°。转动后，c1=150°，c2=71°，c3=159°。

将c2从71°设置为92°时，MB1中的CD、DE、EF部分将绕点C转动21°，且点C随c2的改变而在旋回段BC所在圆上移动，确保CD与BC相切。转动后，c1=150°，c2=92°，c3=180°。

将c3从180°设置为210°时，MB1中的EF部分将绕点E转动30°，且点E随c3的改变而在旋回段DE所在圆上移动，确保DE与EF相切。转动后，c1=150°，c2=92°，c3=210°。

整个过程中，各航段的航程保持不变。

图4所示为应用于态势推演的舰船机动模型第三个实施例的结构示意图，具体的，为图3中的航迹模板MB1设置各直航段航程后更新所形成的舰船机动模型。

如图4所示，初始情况，c1=150°，c2=92°，c3=210°，s1=1.4′，s2=1.9′，s3=0.9′。

将s1从1.4′设置为2.1′时，A点不变，BC、CD、DE、EF随B点沿AB方向平移0.7′。

将s2从1.9′设置为0.9′时，C点不变，DE、EF随D点沿DC方向平移1.0′。

将s3从0.9′设置为1.6′时，E点不变，F点沿EF方向平移0.7′。

整个过程中，各航段的航向不变。

图5-1和图5-2所示为应用于态势推演的舰船机动模型第四个实施例的结构示意图，具体的，图5-1为将图4中的航迹模板MB1的d1从左舵设置为右舵后更新所形成的舰船机动模型；图5-2为将图4中的航迹模板MB1的d2从右舵设置为左舵后更新所形成的舰船机动模型。

如图5-1所示，将d1从左舵设置为右舵时，B点不变，CD、DE、EF随C点沿CB方向平移两倍的BC长度。

如图5-2所示，将d2从右舵设置为左舵时，D点不变，EF随E点沿ED方向平移两倍的ED长度。

图6所示为应用于态势推演的舰船机动模型第五个实施例的结构示意图，具体的，为将图4中的航迹模板MB1设置旋回半径R后更新所形成的舰船机动模型。

如图6所示，将R设置为更大值或更小值时，旋回段起点不变，旋回弧根据新设定值计算确定，旋回段后续模板单元随旋回段终点的变动而平移。

对于图2所示的舰船机动模型，可以选择航迹模板MB1、MB2的起点和每一直航段的终点作为可交互元素。而旋回段作为两个直航段之间的过渡段，一般并非航迹模板调整的重点，其形状由舵向、旋回半径、相邻直航段的航向等参数所决定，因此可不再从中选择可交互元素。即，航迹模板MB1中的点A、B、D、F和航迹模板MB2中的点G、H可作为可交互元素。交互方式为鼠标点击拾取后自由拖动。

而且，在设计各点移动时航迹模板的更新逻辑时，遵循以下原则：尽可能不影响之前的模板单元，尽可能不影响之后的模板单元之间的关系，机动参数则随航迹模板更新而更新。

图7所示为应用于态势推演的舰船机动模型第六个实施例的结构示意图，具体的，为将图4中的航迹模板MB1分别移动点B、D、F后更新所形成的舰船机动模型。

拾取B后拖动：A点不动；AB随B变化，c1由150°更新为108°，减小42°；s1由2.1′更新为0.9′；BC、CD、DE、EF保持形状不变，但整体绕B逆时针转动42°，即c2、c3分别减小42°。

然后，拾取D后拖动：AB不动；CD随D变化，c2由50°更新为5°，减小45°；s2由0.9′更新为1.1′，且点C随CD的改变而在旋回段BC所在圆上移动，确保BC与CD相切；DE、EF保持形状不变，但整体绕D逆时针转动45°，即c3减小45°。

然后，拾取F后拖动：AB、BC、CD不动；EF随F变化，c3由123°更新为172°，增大49°；s3由1.6′更新为1.8′，且点E随EF的改变而在旋回段DE所在圆上移动，确保DE与EF相切。

特别的，如果限定某一直航段的航向、航程均不动，则可以将该直航段设置为可交互元素。例如，将航迹模板MB1中的直航段CD作为可交互元素。交互方式为鼠标点击拾取后自由拖动。

而且，在设计直航段移动时的航迹模板的更新逻辑时，同样遵循下述原则：尽可能不影响之前的模板单元，尽可能不影响之后的模板单元之间的关系，机动参数则随航迹模板的更新而更新。

图8所示为应用于态势推演的舰船机动模型第七个实施例的结构示意图，具体的，为将图7中的航迹模板MB1移动直航段CD后更新所形成的舰船机动模型。交互方式为鼠标点击拾取并拖动。

如图8所示，拾取CD后拖动：A点不动；直航段AB作为前续直航段，其终端B随C移动而变化，c1由108°更新为158°；s1由0.9′更新为2.4′，且点B随c1的改变而在旋回段BC所在圆上移动，确保AB与BC相切；DE、EF保持形状不变，但整体随D平移。

图9所示为应用于态势推演的舰船机动模型第八个实施例的结构示意图，具体的，为将图2中的航迹模板增加时间参数及舰位点后更新所形成的舰船机动模型。

在图2示出的航迹模板中增加时间参数t，范围为0-60min。在航迹模板MB1和MB2上分别增加代表甲舰船和乙舰船的舰位点W、M。设定v1=v2=v3=12节，v4=18节，旋回段的旋回速度为7.8节。

图9示出了时间参数t分别为2min、8min、14min、26min时舰位点W、M的更新情况。当航行至航迹模板终点时，若时间继续推进，则舰位点W将停止在航迹模板MB1终点，而M将继续航迹模板MB2反向机动。若沿MB1拖动W，则同样可更新时间参数为相应值，同时M更新位置。

图10所示为应用于态势推演的舰船机动模型第九个实施例的结构示意图，具体的，为图9中的航迹模板MB1在指定时间下拖动指定点后更新所形成的舰船机动模型。

如图10所示，时间参数t=14min时，拖动B点，航迹模板及舰位点W的位置跟随变化。

图11所示为应用于态势推演的舰船机动模型第十个实施例的结构示意图，具体的，为图10中的航迹模板MB1在增加变速点后更新所形成的舰船机动模型。

如图11所示，在航迹模板MB1上增加一个代表变速位置的变速点，为图11中的三角点。同时，增加机动参数：变速时间T1、新航速和加速度。设定新航速为20节，加速度为∞，即瞬间变速。

图11示出了设置时间参数t=16min，变速时间T1分别为2min、4 min、12 min、16min时，舰位点W的更新情况。当T1=2min时，提速最早，因此W移动最远，随之T1增大，提速延迟，等到T1=16min时，提速对W移动距离没有效果，加速点与舰位点重合。

图12所示为应用于态势推演的舰船机动模型第十一个实施例的结构示意图，具体的，为基于图2中的航迹模板构建组合航迹模板后更新所形成的舰船机动模型。

若要实现甲舰船于指定的航段发射鱼雷，则可将图2中的甲舰船航迹模板MB1作为第一航迹模板，与鱼雷的航迹模板MB3组合，构成组合航迹模板。

如图12所示，甲舰船将在CD直航段发射鱼雷，鱼雷的航迹模板MB3由一旋回段模板单元JK和一直航段模板单元KL组成。

在构建组合航迹模板时，在MB1的CD段上增加可移动的点J作为MB3的起点，表示甲舰船行至J后发射沿JK、KL机动的鱼雷，则鱼雷的机动时间为航迹模板的时间参数t减去W移动至点J的时间。

图13所示为应用于态势推演的舰船机动模型第十二个实施例的结构示意图，具体的，为图12的舰船机动模型在增加时间参数后更新所形成的舰船机动模型。

设置鱼雷直航速度为20节，旋回速度为20*0.65=13节。图13示出了发射时间T2=12min，t分别为11 min、14 min、18 min、24 min时，W和鱼雷舰位点W’的位置更新情况。当t=11 min时，W’与J重合，代表未发射。

图14所示为应用于态势推演的舰船机动模型第十三个实施例的结构示意图，具体的，为图12的舰船机动模型在增加时间参数后更新所形成的另一个舰船机动模型。

图14示出了时间参数t=24min，发射时间T2分别为12min、14min、18min时，航迹模板MB3和鱼雷舰位点W’的位置更新情况。其中，为贴近鱼雷攻击目标的应用背景，当航迹模板MB3的起点J移动时，终点L保持不动。

图15所示为应用于态势推演的舰船机动模型第十四个实施例的结构示意图，具体的，为在舰船机动模型上增加态势元素后更新所形成的舰船机动模型。

具体的，在包括有图2中的航迹模板MB2以及图12示出的航迹模板MB1、航迹模板MB3构成的舰船机动模型上，增加分别表示乙舰船舰位点M的探测范围和鱼雷舰位点W’探测范围的圆形，作为态势元素，并设定两个圆形的半径分别为2′、1′；还增加线段WM，并标出WM的方向和长度，表示自甲舰船舰位点W视乙舰船舰位点M的方位和距离。

调整模型，使得舰位点W’和舰位点M能够在某一时间相遇。此时，设置时间参数t递增，便可仿真鱼雷攻击的过程。

设定鱼雷发射时间T2=12min，图15-1、15-2、15-3、15-4、15-5 分别示出了t=4min、t=14min、t=184min、t=24min、t=25min的态势。图中，当t<T2时，舰位点W’不显示。

除了图15所示的圆形、线段疑问，其他的规则图形以及不规则、但可以通过舰位点和其他参数确定的图形，均可作为态势元素添加到舰船机动模型中。譬如，带舰尾盲区的探测范围图形，其可由航向和航速确定，也可作为态势元素加入到舰船机动模型中。

此外，在其他一些实施例中，为使态势更加直观、清晰，可将舰位点W、M、W’用图标表示，还可优化航迹模板、态势元素等几何图形的格式，比如修改颜色、线型等。作为仿真数据的画面中的各种量值，可以进行记录，并用可视化技术展示，比如每分钟记录目标方位和距离，绘制变化曲线等。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述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；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种应用于态势推演的舰船机动建模方法，其特征在于，所述方法包括：

构建航迹模板：根据机动需求确定所需模板单元及模板单元连接顺序，将所述所需模板单元按照所述模板单元连接顺序连接，形成航迹模板主体；为所述航迹模板主体增加初始位置参数的设置接口、设置所述初始位置参数后的相关逻辑、设置某一模板单元机动参数后其他模板单元的相关逻辑，构建所述航迹模板；所述模板单元包括对应一种机动方式的航迹的一段线形、所述机动方式的机动参数的设置接口、设置所述机动参数后该模板单元的相关逻辑；

设置可交互元素：根据所述机动需求设置所述航迹模板中的指定元素作为可交互元素，增加所述可交互元素的交互接口，以及改变所述可交互元素后的相关逻辑；

增加时间参数和舰位点：根据所述机动需求增加时间参数设置接口、舰位点、改变舰位点的交互接口、设置时间参数后的相关逻辑以及改变舰位点后的相关逻辑；所述舰位点是可在所述航迹模板上移动的点；

基于所述航迹模板、所述可交互元素、所述时间参数和所述舰位点，构建应用于态势推演的舰船机动模型；

所述可交互元素为所述航迹模板的起点、所述航迹模板中的直航段的终点、所述航迹模板中的直航段中的任意一个或多个；

在所述可交互元素为所述航迹模板的起点时，改变所述可交互元素包括移动所述起点；移动所述起点后的相关逻辑包括：

移动所述起点后，更新所述航迹模板，使得该航迹模板整体平移；

移动所述起点后，更新所述航迹模板的所述初始位置参数，直至与移动后的起点一致；所述航迹模板的所述机动参数保持不变；

在所述可交互元素为所述航迹模板中的直航段的终点时，改变所述可交互元素包括移动所述直航段的终点；移动所述直航段的终点后的相关逻辑包括：

移动所述直航段的终点后，确定该直航段的航向变动角度；更新所述航迹模板，使得与该直航段所在的模板单元连接的后续模板单元整体绕该直航段的移动后的终点转动该直航段的航向变动角度；

移动所述直航段的终点后，所述航迹模板的所述初始位置参数保持不变；与该直航段所在的模板单元连接的前续模板单元的机动参数保持不变；该直航段的航向和航程根据该直航段的起点和移动后的终点确定，该直航段的航速保持不变；与该直航段所在的模板单元连接的后续模板单元的航向根据该直航段的航向确定，与该直航段所在的模板单元连接的后续模板单元的航程和航速保持不变；

在所述可交互元素为所述航迹模板中的直航段时，改变所述可交互元素包括移动所述直航段；移动所述直航段后的相关逻辑包括：

移动所述直航段后，更新所述航迹模板，使得与该直航段所在的模板单元连接的后续模板单元整体跟随该直航段的终点平移，还使得与该直航段所在的模板单元连接的前续模板单元中靠近该直航段的前续直航段的终点跟随该直航段的起点进行移动；

移动所述直航段后，在该直航段为所述航迹模板中的首段直航段时，根据移动后的直航段更新所述航迹模板的所述初始位置参数，所述航迹模板的所述机动参数保持不变；在该直航段为所述航迹模板中的非首段直航段时，所述航迹模板的所述初始位置参数保持不变，与该直航段所在的模板单元连接的后续模板单元的机动参数保持不变，所述前续直航段的航速保持不变，所述前续直航段的航向和航程根据所述前续直航段的起点和所述前续直航段更新后的终点确定。

2.根据权利要求1所述的应用于态势推演的舰船机动建模方法，其特征在于，

所述模板单元包括直航段模板单元和旋回段模板单元，所述直航段模板单元包括一段直线段，所述旋回段模板单元包括一段圆弧段；

所述机动参数包括：直航段的航向、航速、航程以及旋回段的舵向、旋回半径、旋回速度。

3.根据权利要求2所述的应用于态势推演的舰船机动建模方法，其特征在于，

设置所述初始位置参数后的相关逻辑，包括：设置所述初始位置参数后，更新所述航迹模板，使得该航迹模板整体平移，直至该航迹模板的初始位置与所述初始位置参数确定的初始位置一致；

设置某一模板单元的所述机动参数后该模板单元的相关逻辑以及其他模板单元的相关逻辑，包括：

设置所述航迹模板中的首段直航段的航向后，更新所述航迹模板，使得该航迹模板整体绕所述初始位置转动，直至该首段直航段的航向达到设置航向；

设置所述航迹模板中的非首段直航段的航向后，更新所述航迹模板，使得该非首段直航段所在的模板单元以及与该非首段直航段所在的模板单元连接的后续模板单元绕该非首段直航段的起点转动，直至该非首段直航段的航向达到设置航向；

设置所述航迹模板中的直航段的航速后，保持该航迹模板不变；

设置所述航迹模板中的直航段的航程后，该直航段的的起点不变，该直航段的长度变化直至达到设定航程，与该直航段所在的模板单元连接的后续模板单元跟随该直航段的终点的变动进行平移；

设置所述航迹模板中的旋回段的舵向和/或旋回半径后，该旋回段的起点不变，该旋回段的终点位置根据设置的舵向和/或旋回半径确定，与该旋回段所在的模板单元连接的后续模板单元跟随该旋回段的终点的变动进行平移。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的应用于态势推演的舰船机动建模方法，其特征在于，所述方法还包括：

采用下述过程，在所述舰船机动模型中实现变速机制：

根据所述机动需求，在所述航迹模板中增加变速点、改变变速点的交互接口、改变变速点后的相关逻辑以及与变速点关联的机动参数的设置接口。

5.根据权利要求4所述的应用于态势推演的舰船机动建模方法，其特征在于，在所述舰船机动模型中实现所述变速机制，还包括：

根据所述机动需求增加变速时间参数设置接口、变速时间参数与所述变速点的位置的相关逻辑。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的应用于态势推演的舰船机动建模方法，其特征在于，所述方法还包括构建组合航迹模板的过程；

所述构建组合航迹模板的过程包括：

获取已构建的第一航迹模板和待与所述第一航迹模板组合的待组合航迹模板；

将所述待组合航迹模板的起点设置为在所述第一航迹模板上移动的点，并根据所述机动需求确定所述待组合航迹模板的起点在所述第一航迹模板上的位置；

根据所述待组合航迹模板的起点在所述第一航迹模板上的位置、所述第一航迹模板的时间参数确定所述待组合航迹模板的时间参数；

基于所述第一航迹模板、所述待组合航迹模板、所述第一航迹模板的时间参数及所述待组合航迹模板的时间参数，构建所述组合航迹模板。

7.根据权利要求6所述的应用于态势推演的舰船机动建模方法，其特征在于，所述构建组合航迹模板的过程还包括：

在所述组合航迹模板中增加分离时间参数设置接口以及分离时间参数与所述待组合航迹模板的起点的相关逻辑。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的应用于态势推演的舰船机动建模方法，其特征在于，所述方法还包括：

采用下述过程，在所述舰船机动模型中添加态势元素：

在所述航迹模板中增加表示所述态势元素的图形、量值，设置所述态势元素的相关参数的设置接口以及设置所述态势元素的相关参数后的相关逻辑。

9.一种应用于态势推演的舰船机动仿真方法，所述仿真方法基于舰船机动模型进行；其特征在于，所述舰船机动模型采用上述权利要求1至8中任一项所述的应用于态势推演的舰船机动建模方法构建；

所述仿真方法包括设置时间参数的仿真、设置机动参数的仿真、改变可交互元素的仿真、改变舰位点的仿真中的一种或多种；

所述设置时间参数的仿真，包括：

设置所述时间参数为设定时间值，更新所述舰船机动模型中的航迹模板上的舰位点位置，仿真所述设定时间值的态势；

设置所述时间参数递增，所述航迹模板上的舰位点沿所述航迹模板正向移动，实现顺时序仿真；

设置所述时间参数递减，所述航迹模板上的舰位点沿所述航迹模板反向移动，实现逆时序仿真；

设置所述时间参数的递增速度和/或递减速度，调整仿真运行速度；

所述设置机动参数的仿真，包括：

设置所述机动参数，改变所述航迹模板上的舰位点的移动路径，并更新所述航迹模板上的舰位点的位置；

所述改变可交互元素的仿真，包括：

改变所述可交互元素，改变所述航迹模板，改变所述航迹模板上的舰位点的移动路径，并更新所述航迹模板上的舰位点的位置；

所述改变舰位点的仿真，包括：

改变指定舰位点，更新所述航迹模板的所述时间参数以及所述航迹模板中的其他舰位点的位置。

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