基于数字地球的数字化战场建设
时间：2021-03-27 08:05:45 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘 要： 数字地球在现代化的战争中具有重大的战略意义。从信息处理的视角，结合信息全生命周期的处理过程阐述了对数字地球的理解；分析了数字地球的特性与数字化战场需求之间的关系；提出了数字地球基础平台的层次结构；构建了基于数字地球基础平台的数字化战场应用框架。该框架可以较好地满足数字化战场的建设需要，对其他领域的数字地球应用也具有一定的借鉴意义。
关键词： 数字地球； 数字化战场； 信息全生命周期； 数据处理
中图分类号： TN911⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）08⁃0023⁃04
自1998年美国前副总统戈尔提出数字地球（Digital Earth）的概念至今已十多年，在此期间，许多国家都在积极开展对数字地球的研究，国内不少科研机构也对数字地球的建设工作做了许多有益的尝试，取得了不少的成果。但就目前而言，国内成熟的数字地球系统相对较少，而数字地球在军事上的应用更是少见。然而，数字地球在国防建设中却具有十分重要的意义，主要应用包括建立服务于战略、战术和战役的各种军事地理信息系统，并运用虚拟现实技术建立数字化战场，并在此基础上构建信息网格，将战场所有资源全面互联，为整个用户提供一体化、全方位的服务。因此，建设中国的数字地球工程符合国防建设的发展方向。可以预见，未来“中国数字地球”系统的建设，对中国军队打赢现代战争具有十分重要的意义。
1 数字地球信息处理的实质
数字地球是一种可以嵌入海量空间数据的、多分辨率的、三维地球的虚拟表示。从学术的角度，指的是以空间数据为依托、以网络为平台、以虚拟现实技术为特征的全球信息系统。数字地球建设中的关键问题之一是信息的有效组织与处理，这也是数字地球建设中的难点问题，归纳起来，数字地球信息处理的实质主要体现在下述三个方面。
1.1 数字地球所存储的是地球上的所有相关信息
数字地球是以整个地球为研究对象。地球并不是一个物理星球与生物的简单之和，而是一个包含物理、生物、人类等诸多因素的复杂整体。数字地球主要由空间数据、文本数据、操作平台、应用模型等组成，因此，数字地球就是要求地球上的信息全部实现数字化。空间性、数字性和整体性三者的融合统一是数字地球的根本特征，形成了它与其他信息系统的根本区别。
1.2 数字地球中存储的是经过处理的、可理解的信息
数字地球并不是影像资料的堆积，信息需经过数字化的处理才能被计算机理解。对于数字、文本等结构化数据的数字化过程目前的技术已经比较成熟，但对于图形、图像等非结构化数据的数字化处理则要困难得多，存在许多需要突破的技术瓶颈。充分利用数字地球中海量数据的困难之处就在于把这些原始数据变成可以理解的信息，这是建立数字地球首先要解决的问题，即信息的采集与处理问题。数字地球就是要求地球上的信息全部实现数字化。
1.3 数字地球的信息是有序组织、可快速检索的
为了高效地利用数字地球存储的海量信息，必须要选择合理的数据组织方式，以达到快速检索和使用，这是一个信息由无序到有序的过程，是典型的数据管理问题。数据可以按地理空间顺序、时间顺序、对象标识顺序等方式来组织。数字地球是对现有信息资源的整合，并且能够最大限度的利用信息资源。
通过上述分析可知，数字地球是与现实世界对应的虚拟世界，其根本就是信息化的地球，其中包括地球大部分要素的数字化、智能化、可视化、网络化的全部过程。图1描述出了数字地球与现实世界相互作用的这一过程[1]。
由此可见，数字地球的建设包括了信息化的全部过程（即采集、处理、管理和应用），缺一不可。这个过程高度集中统一地反映到了数字地球建设过程中，因此，对信息采集、处理、管理和应用方式提出了极高的要求，对信息处理的全过程需要具有根本性的突破。从技术的角度来说，是对现代信息技术、遥感、遥测、全球定位系统、互联网络、仿真与虚拟技术等现代科技的高度综合和升华。
2 数字地球与数字化战场建设
数字化战场[2]，又称战场数字化，是指以信息技术为基础，以信息环境为依托，用数字化设备将指挥、控制、计算机、情报、电子对抗等网络系统联为一体，能实现各类信息资源的共享，作战信息实时地交换，以支持指挥员、战斗员和保障人员信息活动的整个作战多维信息空间。数字化战场是未来战场的一种表现形式，是由于充分运用信息技术，实现战场信息共享，从而形成的一种精确测算、上下贯通、密切协同的整体作战态势，最大限度地满足决策者、战斗员、战斗支援人员和战斗勤务保障人员对作战实时信息的需求。数字地球军事应用的一个很重要的领域就是数字化战场的建设，利用数字地球建设全球或区域化的数字战场，可以将战场态势感知能力提高到一个新水平，大大减少了战争的迷雾。数字地球与数字化战场两者之间的关系主要体现在两个方面：
2.1 数字地球是数字化战场建设的重要内容[3]
数字化战场建设的主要内容有：战场环境、侦察预警、信息传输、指挥控制、后勤保障、数字化部队等多方面，无论哪一个方面，“信息”在其中起到了至关重要的作用。因此，要想构建一个功能强大的数字化战场，形成高效的体系作战能力，它的构建必须是全方位、一体化的一个过程，涉及到信息的整个生命周期，即包含了从信息的采集、处理、管理和应用的全部过程。而这恰是数字地球建设的核心内容。数字地球对各种信息特别是对空间信息的采集、处理、更新提出了极高的要求，它要求信息采集及时全面准确、信息处理快速实时、信息管理安全高效、信息应用方便快捷。
数字地球的基础技术由遥感、遥测、地理信息系统、因特网等组成，它是建立在各种各样的空间和非空间数据基础之上的。随着空间信息技术的发展，遥感等技术愈来愈成为大范围、多尺度、多类型的海量的空间数据的获取手段，然后再用来对各种空间和非空间数据进行存储、管理、分析、表现和应用，这便构成了数字地球技术系统的基础。利用计算机再把真实的地球重现出来，形成一个巨系统，它可以有效地支持包括地形地貎侦察、军事目标跟踪监视、飞行器定位、导航、武器制导、打击效果侦察、战场仿真、作战指挥等多方面的数字化战场的军事应用。所以，数字地球是数字化战场建设的重要内容。
2.2 数字化战场的需求与数字地球的思想完全一致[4⁃6]
从技术上分析，数字地球具有以下三个特性：
（1）实时性。数字地球是与现实世界对应的虚拟系统，它要能及时反映现实世界的变化，所以，要求传感设备必须能及时感知到现实的变化，并能快速的将这种变化反应到系统中。尤其对于军事应用，这种要求必须要能达到实时的能力。比如，对于军事打击而言就是发现目标即打击。
（2）全面性。数字地球存储的是地球上的所有信息，数字地球的思想与传统信息系统的区别就是信息的完备性，所以，信息的全面性、完整性是数字地球的另一个重要特性。
（3）互联互通性。数字地球中的海量数据采用的是分布式存储方式，对信息的应用和相互合作需要信息共享，高速的网络是实现海量数据传输的基础，只有计算机之间的互联互通才能充分实现信息的共享。网络宽带化、业务综合化是信息化社会通信网络的发展方向，也是实现数字地球构想的必不可少的途径。
从战争的角度来关注数字化战场建设，其也包含以下三个特性：
（1）快速高效性。对商人而言时间就是金钱，而对军队时间就是生命。战争的胜负往往就决定在一瞬之间，快一秒则胜，慢一秒则败，这样的例子举不胜举。信息的实时性是对作战指挥快速高效的有力保证。
（2）军队应急指挥的需要。战争具有高度的对抗性，谁也不能预测下一秒会发生什么，更不可能提前预知需要用到哪些信息，等到事情发生再去临时收集就来不及了。所谓养兵千日，用兵一时，就是说明了有备无患这个道理。在现代战争中，各种信息的完备性是数字化战场建设是必不可少的内容之一，是满足战时应急指挥必须要建设的内容。
（3）缩短指挥控制过程。现代战争的指挥控制与传统的方式相比发生了很大的变化，指挥中心可以直接指挥连排甚至到兵，这就大大缩短了指挥控制的过程，提高了指挥控制的效率。比如，击毙本·拉登，为保证突袭的成功，在绝密的状态下五角大楼亲自制定作战计划，并由中情局亲自指挥并全程观看了美海豹突击队行动的全部过程。系统与平台之间的互联互通性是这个过程的基础。
图2反映了数字地球特性与数字化战场需求之间的关系。
3 基于数字地球基础平台的数字化战场应用
框架
我国现有的数字地球系统在数据处理精度、数据管理能力、图形显示等方面还存在许多不足，部分关键技术缺乏自主知识产权，尚无满足我军数字化战场建设需要的数字地球系统。由于数字地球涉及到的学科众多，如全球定位系统、遥感、地理信息系统、测量学、制图学、图形图像学、计算机科学与技术等多门学科，涉及到的部门也众多，使得目前任何一个部门都无法独立承担起对数字地球的发展进行规划和调控的责任，因此，站在更高的层次上对数字地球的建设工作进行统筹规划是十分必要的[7]。鉴于军队组织高度统一、集中管理的特点，构建用于军事应用的数字地球是可行的，要完成这一目标，需要统筹规划分步实施，一是对关键技术的探索和研究；二是在前期关键技术突破的基础之上，构建具有我军特色的数字地球基础平台；三是在基础平台之上，建立满足不同应用需求的军事应用系统。这里，基础平台的建设是至关重要的。
数字地球基础平台的内容可以参照信息全生命周期的过程来进行设计，如图3所示，即从信息的采集、处理、管理和应用所涉及到的技术和方法来搭建平台，据此，基础平台的构成包括数据自动处理、信息安全、非结构化海量数据管理、数据的可视化表示四个层次。数据的自动处理重点是对高精度空间数据的处理，研究如何提高数据源处理的精度，快速产生构建数字地球所需要的高精度空间数据；信息安全重点研究在数字地球这种大互联大互通情况下的安全解决措施及策略；非结构化海量数据管理重点研究如何对全球范围的地形、影像、矢量等多源数据进行高效管理，实现海量数据的快速查询和访问，以满足图形实时显示的需要；信息的可视化表示则重点研究基于虚拟现实技术的信息表示手段与方法[8]。
在数字地球基础平台的基础之上，可以构建满足数字化战场需要的各种军事应用，应用框架如图4所示。该应用框架的数据源主要包括各类遥感影像空间数据，如DEM数据、DOM数据、3D模型、矢量数据等，它可以是事先获取的静态数据，也可以是实时传输获取的动态数据，数字地球基础平台主要包括空间信息管理、高精度空间数据处理和图形实时显示三大模块，图形实时显示模块，做到浏览速度与数据量无关，从而实现了基于全球空间数据的实时浏览；高精度空间数据处理模块，用于计算高精度的空间数据；空间信息管理模块，采用四叉树逻辑结构与千叉树物理存储结构相结合的方式对海量空间数据进行管理，支持快速的数据读取，数据的安全管理集成在空间信息管理部分，在此框架下，可以完成针对不同数字化战场需要的各类应用系统，如地形地貎侦察、目标跟踪监视、导航、制导、战场仿真、后勤保障等各类应用，还可以完成诸如，战略规划、指挥决策、定量定性分析、效果评估等决策分析的功能。
4 结 语
数字地球系统在现代化的战争中具有重大的战略意义。本文主要从信息处理的视角，结合信息全生命周期的过程阐述了对数字地球的理解，并结合数字化战场建设的需求，分析了数字地球与数字化战场之间的关系，所提出的基于数字地球基础平台的数字化战场应用框架，可以较好地满足数字化战场的建设需要。由于数字地球是一个典型的平战结合，军民结合的系统工程，本文所提出的框架对其他领域的数字地球应用也是具有借鉴意义的。数字地球的提出是全球信息化的必然产物，是一项长期的战略目标，需要经过全人类的共同努力才能实现。同时，数字地球的建设与发展将加快全球信息化的步伐，在很大程度上改变人们的生活方式，并创造出巨大的社会财富，为人类社会的发展作出巨大贡献。
参考文献
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