CN115035225B - 基于osg的战场威胁评估示警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于OSG的战场威胁评估示警方法，该方法基于OSG和OSGEARTH，通过对重点战场单位进行提前建模，对模型进行处理，并叠加在已经搭建好的虚拟地球上等手段实现小规模战场环境搭建，并通过地心延长线与模型求取交集，将每一个交集的结果存储于我方单位对应的对象中，并根据敌方单位数量的区别对范围内的战场单位进行差异化着色，从而实现示警的功能。该方法计算量小，复杂度低，通过实时采集敌方单位位置数据来对敌方单位的作战意图进行把控，并对我方主要单位进行示警，有着体量小，可观测性优良，即时性强等特点，能有效的把控战场局势，对指挥员的的决策起到辅助作用。
Description
技术领域
本发明涉及战场态势显示技术领域，具体为一种基于OSG的战场威胁评估示警方法，用于战场环境下大范围检测敌方单位，进行威胁等级评估并进行示警。
背景技术
威胁评估是战场指挥官在战场环境下对全战场作战范围，敌我方单位部署，战场地形地貌，敌方单位威胁等级进行整体把控的必备手段。其核心概念是建立关于作战活动，事件，时间，位置和兵力要素组织形式的一张地图，将所观测到的战斗力量分布，战场周边环境，敌方作战意图等有机联系起来，分析事件发生原因，得到敌方兵力结构，使用特点的估计，最终形成战场综合态势图，而威胁评估在此基础上评估敌方作战能力和威胁性，进而确定地方意图并及时报警。威胁评估需要具备即时性，可观测性，准确性等性质长期保持优良。经过长时间发展，现有的各类威胁评估手段主要有沙盘模拟，战场传感器模拟，可视化系统辅助模拟等几种模拟手段。其中如何示警，怎样示警，怎样能更精确的获得有效的战场信息，直观清晰的表示出威胁等级是一个评估系统需要考虑的核心问题。
OSG(OpenSceneGraph)是一个跨平台的开源场景图形程序开发接口(API)，该接口基于工业标准OpenGL设计。OSG在3D应用程序的层级中扮演着重要的角色。它作为中间件(middleware)为应用软件提供了各种高级渲染特性，IO，以及空间结构组织函数；而更低层次的OpenGL硬件抽象层(HAL)实现了底层硬件显示的驱动。
近年来，基于OSG开发的态势评估系统有了较为可观的发展，然而绝大多数科研工作者将开发重心放在了3维战场的显示和战场环境的搭建上，使得多数系统虽然有着优良的性能，逼真的地形展示效果，易二次开发等特点，但没有针对性的对战场数据进行采集处理，更没有对敌方装备的威胁等级进行评估，总体呈现功能多，大而全，却针对性不强等特点，而传统的2维态势评估系统无法直观的展示出战场各单位在Z轴上的偏移，其次，二维态势评估系统对不同地面地形(丘陵，盆地等)的处理也并不能进行全面的考虑。但受限于开发成本和虚拟引擎学习周期较长，态势评估系统体量大，场景渲染数据量大等原因，基于OSG开发的威胁评估系统很难对敌方设备的威胁等级进行直观地表示。
针对以上问题，一方面需要对战场环境进行较为逼真的建模，一方面又要对局部战场的细节进行把控，更需要对敌方单位数据进行实时采集，并通过合适的算法进行计算，并将计算结果通过直观的方式展示在系统上，设计战场评估示警方法是十分有必要的。现有的基于OSG的态势评估系统大多通过人工方式在战场上进行信标的设置，通过不同颜色，不同形状的信标组合来起到一个重点标亮，态势模拟的功能，这种方法虽然直观，却十分依赖观测人员的信息收集和主观判断，并不能体现威胁评估系统的即时性，更无法对千变万化的战场环境进行实时监测，对于重点单位的示警也并不直观。这样的条件下诞生的态势评估系统，主动性差，可观测性也不能达到实时观测的初衷，依赖观测人员实时收集并处理的数据也很难对敌方意图进行判断，从而不能对我方单位进行及时保护。这样的系统必然是与态势评估系统的初衷背离的。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种基于OSG的战场威胁评估示警方法，该方法基于OSG和OSGEARTH，通过对重点战场单位进行提前建模，对模型进行处理，并叠加在已经搭建好的虚拟地球上等手段实现小规模战场环境搭建，并通过地心延长线与模型求取交集，将每一个交集的结果存储于我方单位对应的对象中，并根据敌方单位数量的区别对范围内的战场单位进行差异化着色，从而实现示警的功能。该方法计算量小，复杂度低，通过实时采集敌方单位位置数据来对敌方单位的作战意图进行把控，并对我方主要单位进行示警，有着体量小，可观测性优良，即时性强等特点，能有效的把控战场局势，对指挥员的的决策起到辅助作用。
本发明的技术方案为：
所述一种基于OSG的战场威胁评估示警方法，包括以下步骤：
步骤1：通过arcgis软件对我方设定区域进行绘制建模，得到设定区域的.shp文件，所述设定区域内包括若干战场单位；所述.shp文件中具有设定区域的边界点参数，以及每个战场单位的边界点参数以及每个战场单位的坐标数据；
步骤2：对步骤1生成的.shp文件进行处理：对设定区域内的战场单位区域进行初始化着色，使其区别于周围环境纹理；再将.shp文件中的每个战场单位数据存储到gnode节点中，一个战场单位对应一个gnode节点；将设定区域内所有战场单位的gnode节点汇总形成设定区域的.ive文件；
步骤3：将步骤2生成的.ive文件导入至态势评估系统中，并依据设定区域的参数信息，将设定区域与态势评估系统中原有地图影像对应区域进行重叠，从而对将要监测的设定区域进行重点标亮；
步骤4：在态势评估系统初始化阶段，通过facility类生成若干对象，每个对象对应一个gnode节点，对象内包含我方单个战场单位的全部信息；对于某一对象，取其中我方战场单位坐标位置，并对坐标中的海拔数据进行放大，得到一个新的坐标点，取该坐标点与地心为端点作线段，所述线段能够与重叠在地图影像上的某个gnode节点对应区域相交，进而将该gnode节点存储于对应战场单位的对象中；
步骤5：在态势评估系统初始化阶段建立一个链表，用于进行线程之间数据通信，所述链表初始为空，链表中的每个节点属性包括敌方单位名称、实时位置；
步骤6：对于某个敌方单位，通过态势评估系统中的模型部署模块建立线程，从而在战场环境部署该敌方单位，该线程对应移动的敌方单位模型以及敌方单位的全部信息，在线程初始化阶段新建链表节点，并插入进步骤5所设立的链表中，随后通过循环不断获取该敌方单位当前位置并更新链表对应节点的实时位置属性；
步骤7：取出步骤4中我方各个战场单位对象的位置和步骤5中各个链表节点中敌方单位实时位置，利用对步骤5中建立的链表进行遍历，计算每个节点对我方各个战场单位的威胁等级，从而更新我方各个战场单位的总威胁等级；
步骤8：根据步骤7得到的我方各个战场单位的总威胁等级，对我方所有战场单位对象进行对应色彩显示，实现威胁等级的可视化；其中如果战场单位的总威胁等级与应显示的颜色不匹配，则取出该战场单位对应的gnode，改变其中的色彩数据。
进一步的，步骤2中，所述.shp文件中的每个战场单位数据包括边界点参数、坐标数据以及色彩数据。
进一步的，步骤4中，对象包含的战场单位信息包括坐标，颜色，威胁等级，名称。
有益效果
本发明通过图层叠加的手段来重点示警我方战场单位，使用两点相交取交集的方式解决了传统的图层叠加后无法对上层图层进行控制的问题，并使用我方战场单位对应对象存储我方战场单位的坐标，颜色，gnode等信息。传统的根据敌方单位移动不断取交集并着色的方式，需要在敌方单位位移过程中不断执行，当敌我双方单位数量变多，规模变大后，这一执行过程会极为占用系统资源，而本方法由于这些信息只在系统运行初始化时执行一次，从而大大降低了计算机资源占用率，为后期威胁等级算法的进一步加强释放了系统资源，拥有较强的二次开发能力，并直观的展示了威胁等级的变化，有着较强的主动性，大大提高了战场信息数据处理的效率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1：本发明流程图；
图2：态势评估系统流程图；
图3：将设定区域与态势评估系统中原有地图影像对应区域进行重叠后的示意图；
图4：单个敌方单位的威胁等级态势显示；
图5：多个敌方单位的威胁等级态势显示。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
针对现有的态势评估系统不能很好的展示战场环境的变化，也不能进行良好的示警，提出了一种基于OSG的战场威胁评估示警方法。主要包括我方战场单位建模，模型叠加以及示警三个部分。
我方战场单位建模采用.shp文件对我方战场单位的空间几何体对象进行描述，继而通过该文件生成更易OSG读取的.ive文件，并在此阶段对.shp文件进行划分着色，使得其在覆盖于地表时能够起到直观的强调作用，同时划分后的gnode与我方战场单位一一对应，更便于OSG引擎操作。
模型叠加部分通过对.ive文件的读取，将gnode对应区域准确叠加在地表原始影像上，继而通过求交集的方式将相应区域的gnode信息存储于我方对应战场单位对象中，大大降低了频繁求交集带来的资源浪费，最后以分级的模式对威胁等级进行划分，威胁等级每提高一级，则透明度上升0.1，通过此种方式实现不同威胁等级的区分。示警部分通过对敌方单位的位置信息进行采集，继而与我方单位进行威胁评估，威胁评估的方法有很多现有方法，这里简单采用距离作为威胁评估依据，最终给出威胁等级，并通过gnode颜色的变化进行示警，从而实现精准，及时，高效的示警方案。
具体流程如下：
(一)绘制我方战场单位模型，获取我方战场单位的坐标信息及海拔信息，通过osg中的shp相关操作方式将.shp文件中的每个战场单位数据(包括边界点参数、坐标数据以及色彩数据)存储到gnode节点中，一个战场单位对应一个gnode节点文件。
绘制模型方式可按照工具arcgis的相关方式，先导入地球影像，规划地心坐标系，并利用arcgis的相关操作方式对我方设定区域进行绘制，并导出为.shp文件，设定区域内包括若干战场单位；此后通过ogr读取.shp文件，此时的.shp文件被转换成FeatureSource，.shp文件被渲染成为顶点序列，并在这个过程中得到.shp文件内的坐标参数，着色后把.shp文件里的每一个顶点构成的多边形存储进每个gnode节点中，每个gnode节点对应一个我方战场单位，在此过程中为每个多边形着色，通过初始化颜色来表示警示程度，最终汇总全部gnode节点，生成更利于osg处理的.ive文件。
(二)利用原有数字地球程序导入建好的模型，并定位模型所在位置。
模型导入后，生成的.ive文件与原有的地球纹理进行渲染重叠，此时的我方战场单位会有颜色高亮表示。
在态势评估系统初始化阶段，通过facility类生成若干对象，每个对象对应一个gnode节点，对象内包含我方单个战场单位的全部信息(坐标，颜色，威胁等级，名称等)，取其中我方战场单位坐标位置，并对坐标中的海拔数据进行放大，得到一个新的坐标点，取该点与地心为端点作线段，此时所述线段会在地表与模型文件产生交集，而该交集中的gnode节点则对应地表处我方战场单位模型的位置，将交集处的gnode节点存储于对应战场单位的对象中，便于后续取用。通过这样的方法可以使得叠加在一起的模型文件与纹理一一对应，便于后续对模型文件进行控制。
(三)通过实时获取敌方单位与我方单位位置信息变化，进行进一步威胁等级评估，并根据威胁等级对存储的gnode进行着色，实现威胁等级可视化。
在态势评估系统初始化阶段建立一个新链表用来进行线程之间数据通信，该链表初始为空，每个链表节点属性包含敌方单位实时位置，名称等必要参数。该链表的主要作用是用来存储战场上已经部署的全部敌方单位相关信息，并作为全局变量对敌方单位位置进行实时更新，从而实现线程之间的通讯。
对于某个敌方单位，通过系统早已配置好的模型部署模块起一个新线程，在战场环境部署该敌方单位，该线程对应一个移动的敌方单位模型以及敌方单位的全部信息，在线程初始化阶段新建链表节点，并插入上述存储敌方单位的链表中，敌方单位在位移过程中，位置信息会实时变化，线程通过while循环不断获取敌方单位当前位置并更新链表对应节点的实时位置属性。随后取出各个我方单位对象的位置和各个链表节点中敌方单位的实时位置，一并传入access()函数中对威胁等级进行评估，access()函数对包含全部敌方单位的链表进行遍历，逐个与我方各个战场单位对应对象进行距离计算，继而进行威胁等级计算，从而得出威胁等级，然后更新我方战场单位的威胁等级。
在access()函数评估结束后，线程通过调用changecolor()函数对我方所有单位对象进行遍历，若该单位威胁等级与应赋颜色不匹配，则取出我方战场单位对应的gnode，对其着色进行改变，从而达到一旦敌我双方距离达到示警距离，我方单位会立刻标红的目的。
而针对敌方单位数量和运动轨迹不尽相同，运动轨迹可能出现汇合这一问题，此方法将威胁等级划分为十级，同一我方单位与多个敌方单位距离达到示警程度后，会根据敌方单位威胁程度对标红透明度进行更新，从而实现威胁等级的可视化。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (3)
1.一种基于OSG的战场威胁评估示警方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：通过arcgis软件对我方设定区域进行绘制建模，得到设定区域的.shp文件，所述设定区域内包括若干战场单位；所述.shp文件中具有设定区域的边界点参数，以及每个战场单位的边界点参数以及每个战场单位的坐标数据；
步骤2：对步骤1生成的.shp文件进行处理：对设定区域内的战场单位区域进行初始化着色，使其区别于周围环境纹理；再将.shp文件中的每个战场单位数据存储到gnode节点中，一个战场单位对应一个gnode节点；将设定区域内所有战场单位的gnode节点汇总形成设定区域的.ive文件；
步骤3：将步骤2生成的.ive文件导入至态势评估系统中，并依据设定区域的参数信息，将设定区域与态势评估系统中原有地图影像对应区域进行重叠，从而对将要监测的设定区域进行重点标亮；
步骤4：在态势评估系统初始化阶段，通过facility类生成若干对象，每个对象对应一个gnode节点，对象内包含我方单个战场单位的全部信息；对于某一对象，取其中我方战场单位坐标位置，并对坐标中的海拔数据进行放大，得到一个新的坐标点，取该坐标点与地心为端点作线段，所述线段能够与重叠在地图影像上的某个gnode节点对应区域相交，进而将该gnode节点存储于对应战场单位的对象中；
步骤5：在态势评估系统初始化阶段建立一个链表，用于进行线程之间数据通信，所述链表初始为空，链表中的每个节点属性包括敌方单位名称、实时位置；
步骤6：对于某个敌方单位，通过态势评估系统中的模型部署模块建立线程，从而在战场环境部署该敌方单位，该线程对应移动的敌方单位模型以及敌方单位的全部信息，在线程初始化阶段新建链表节点，并插入进步骤5所设立的链表中，随后通过循环不断获取该敌方单位当前位置并更新链表对应节点的实时位置属性；
步骤7：取出步骤4中我方各个战场单位对象的位置和步骤5中各个链表节点中敌方单位实时位置，利用对步骤5中建立的链表进行遍历，计算每个节点对我方各个战场单位的威胁等级，从而更新我方各个战场单位的总威胁等级；
步骤8：根据步骤7得到的我方各个战场单位的总威胁等级，对我方所有战场单位对象进行对应色彩显示，实现威胁等级的可视化；其中如果战场单位的总威胁等级与应显示的颜色不匹配，则取出该战场单位对应的gnode，改变其中的色彩数据。
2.根据权利要求1所述一种基于OSG的战场威胁评估示警方法，其特征在于：步骤2中，所述.shp文件中的每个战场单位数据包括边界点参数、坐标数据以及色彩数据。
3.根据权利要求1所述一种基于OSG的战场威胁评估示警方法，其特征在于：步骤4中，对象包含的战场单位信息包括坐标，颜色，威胁等级，名称。
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