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应急抢险救援三维地理指挥演练系统
技术说明书
1、概述
人与虚拟环境的交互是当前智能交互技术发展的重要内容。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》中，将智能感知和虚拟现实技术，作为我国将重点发展的前沿技术列出，期望“以人为中心”的信息技术发展，能推动多项领域的创新。近年来，在军事领域，人与作战环境的虚拟并自然的交互技术和集成系统的应用，在很大程度上帮助解决真实作战训练中的许多实际问题，如费用过高、受环境限制等，已经开始受到各国军方的重视。
军事电子沙盘是现代化信息显示手段，是当前指挥高度自动化、快速反应、展示空间立体战争态势的需求。其核心的设计是人与作战环境的虚拟交互技术，主要是利用计算设备，如计算机生成模拟的作战环境，通过多通道的输入，使得人进入虚拟作战环境，极大的提高指挥辅助决策的能力和响应速度。目前，利用大屏幕显示器、多点触摸屏和高性能计算机组成的应急抢险救援三维地理指挥演练系统代替传统图纸作业和沙盘模型有了可能。
采用智能交互式电子沙盘系统进行战场指挥方案规划，能够依据任务要求直观的进行系统的布局，并同时对规划中的指定参数进行计算，对规划效果做出辅助评估，为方案规划提供实时的智能化的辅助支持。并且在规划完成后，能够对规划任务进行推演展示，显示推演过程中的各项参数，对所做规划进行约束验证和参数优化提供支持。
2、解决方案组成应急抢险救援三维地理指挥演练系统设计以“多方共享，多点触控，可视化交流”为典型交互及显示特性的军事可视化交互平台，应急抢险救援三维地理指挥演练系统由电子沙盘硬件子系统和电子沙盘软件子系统组成，主要包括可选配的多点交互、大屏幕显示、动作捕获、图像(融合)控制器、图形工作站网络等硬件设备和客户端版本、服务器版本软件。系统通过各种接口实现与现有地理信息数据及军事相关数据库连接，整个集成系统将战前地理环境处理成数字化地图，做成数字战场，添加模拟作战单位如：战车、单兵、飞机、战船等，通过可视化及交互协同功能，优化指挥控制，提高部队的交互、协同指挥能力。
大屏幕投影/信号导播分系统动作捕捉仪2路DVI信号1路DVI信号桌面沙盘主机电子沙盘客户端版本电子沙盘分系统2路DVI信号指挥中心以太网多点触摸沙盘一体机（电子沙盘软件服务器版本）融合机2路DVI信号桌面交互电子沙盘投影机图3-1应急抢险救援三维地理指挥演练系统物理结构
3、应急抢险救援三维地理指挥演练系统平台
应急抢险救援三维地理指挥演练系统基于自主研发的SimVIZ可视化仿真软件平台构建，面向作战指挥、沙盘推演、装备试验及教学讲评等应用，采用多点触摸、虚拟现实、视景增强、三维数字地球等技术，提供了现实更丰富、交互更先进的可视化应用平台，代替并提升了传统沙盘。下面分别介绍应急抢险救援三维地理指挥演练系统的基础平台─SimVIZ可视化仿真软件平台，及应急抢险救援三维地理指挥演练系统的组成和功能。
3.1电子沙盘软件基础平台（SimVIZ可视化仿真软件平台）3.1.1平台组成SimVIZ可视化仿真软件平台由三部分组成：可视化应用资源、核心组件和工具集、可视化应用程序架构。
图3-1-1 SimVIZ可视化仿真软件平台
3.1.2平台功能
SimVIZ可视化仿真软件平台是面向军事指挥、战术训练、武器装备研制等应用的，基于地理信息系统、视景仿真、可视化等技术的数据可视化开发平台。可为各种专业可视化应用系统提供完整的可视化系统构建、运行系统管理、运行支持。用户可方便的创建可视化仿真应用软件，用于指挥、训练、武器装备试验等。
3-1-2 平台功能
3.1.3平台特性
1)提供电子地图、虚拟仪表、图形、表单等多种数据表达形式，能方便地构建可视化应用软件。
2)支持多种通用矢量、栅格、影像、电子地图格式，提供完整的地理信息计算功能。
3)提供军用标绘符号库，并可方便扩展用户符号库。可方便完成战术图标绘专业。
4)逼真的三维场景表现能力，可真实再现大规模地形地貌、高精度模型、气候特性等。
5)具有良好的组织结构和易用的开发接口，便于扩展和二次开发。6)能高效显示三维场景，对计算机硬件要求低。
7)支持多种遥测、机载数据接入方式，支持GPS和北斗定位信息。8)具有综合数据库管理功能，可提供常用武器装备模型。3.1.4平台优势
更加符合行业规范 更加方便行业专家 更加贴近行业应用 大量工程案例验证 3.1.5 Sim3D视景仿真引擎
Sim3D视景仿真引擎是SimVIZ可视化仿真软件平台核心部件。主要面向虚拟现实、数据可视化等领域的应用。以高度仿真、专业性强的三维场景为基础，实现仿真数据和实时数据可视化展现的一套具有完整功能的三维引擎。
Sim3D视景仿真引擎功能及特性： 1)支持逼真的三维视景效果。2)支持物理引擎，具有碰撞检测功能。
3)支持立体云、雾、雨、雪、海水等自然环境仿真效果。4)支持火焰、爆炸、烟雾、红外等战场仿真效果。5)提供常用的多精度三维模型。6)支持实时多通道和立体显示。
7)支持头盔、姿态传感器等虚拟现实外设。3.1.6SimGIS地理信息引擎
是SimVIZ可视化仿真软件平台核心部件。主要面向军事、可视化仿真等领域的应用。以实时性、专业性强的态势电子地图为目标，实现的一套具有完整地理信息系统功能的军用电子地图软件。
SimGIS地理信息引擎功能及特性：
1)支持通用地理信息数据格式，同时支持国军标格式电子地图。2)提供完整的地理信息系统算法实现。
3)采用标准的地图数据组织方式，分层、封类管理电子地图资料。4)提供整套地理信息管理工具、开发工具包、运行时支持库。5)提供符号库以及符号库编辑管理工具，可方便扩展自定义符号。6)支持三维地球显示，具有精细的纹理贴图，支持多种分辨率卫星影像和高程。
7)采用多细节层次技术(LOD)实现超大规模地形实时生成和高效显示。
4、系统组成电子沙盘软件子系统包括服务器版本、客户端版本两个部分。服务器版本、客户端版本均基于SimVIZ可视化仿真软件平台构建。服务器、客户端版本可双向互动，将要展示的图片、文档、影像等内容通过网络抛掷给对方，进行批示和修改后回传进行展示。
4.1软件功能
4.1.1 基础地理信息
1．地理信息功能
1)支持多精度地形。2)支持多精度地貌影像。
3)数字地球。以多种精度的高程、影像数据为基础实现数字地球显示。
4)空间数据分层。将要表达的空间数据抽象为不同类型属性的数据层来表示。如地貌层、注记层、三维建筑模型层、其他面层等。5)可进行多点坐标值、距离、地形高度、方位角、通视、面积测绘量算。
6)可通过多点触摸手势(服务器版本)实现三维地形的漫游、缩放、视角改变。
4.1.2 态势显示
在三维电子地图上表现重要的作战信息，主要包括单兵、车辆的位置、状态，任务相关目标，以及重要的军事民用设施等信息。
4.1.3 兵力部署
1．兼容《兵力部署管理系统》的数据库，将该数据库导入软件后，可以调用数据库中各中队至总队等各部队的基本情况、人员实力、固定目标、执勤点、执勤哨位等信息在多点触摸地理信息系统的电子地图中显示。
2．可在三维电子地图上部署（拖放、移动、删除、保存）作战车辆、单兵、队伍等各类三维模型，可设置目标的相关属性信息（服务器版本）。
4.1.4 军标标绘（服务器版本）
通过多点触控在三维电子地图上绘制军标、矢量标号信息。
4.1.5 地图标注（服务器版本）
在地图上标注带有位置坐标的信息点。
4.1.6 兵要地志信息查询（服务器版本）
可以根据需求建立、编辑、查询各个兵要地志信息点的资料内容，包括实时视频、预案管理、通讯、图片、360度全景、人员管理等。
4.1.7 视频监控功能
多路远程现场视频接入，实时掌控现场情况，便于远程指挥调度。
4.1.8 GPS、北斗目标监控功能 接收数据中心下传的GPS、北斗目标类型、位置、速度、方向、报警等信息，在三维电子地图上生成目标模型并实时更新其状态，同时可通过上传命令至数据中心与GPS、北斗目标通信。
4.1.9 热点功能
可对地图上的目标输入名称，标注为关注热点，点击热点名称时，快速定位至地图的相应区域。
4.1.10 沙盘互动
桌面交互式电子沙盘、多点触摸沙盘可双向互动，将要展示的图片、文档、影像等内容通过网络抛掷给对方，进行批示和修改后回传进行展示。
4.1.11 最佳路径搜索
指定起点和终点位置后，可以在地图上标注出最短的路径。
4.1.12 联动报警
通过网络接收报警系统发出的报警信号，地图自动迅速切换到报警哨位。
4.1.13 电子白板
1． 屏幕标绘。绘制点、线、线段、多边形、填充区，徒手写字等。绘制的图元屏幕位置固定，不随三维场景移动。
2． 地理标绘。绘制点、线、线段、多边形、填充区、军标符号，徒手写字等。绘制的图元关联具体的地理信息，跟随场景移动。
4.1.14 地图输出
地图输出为位图文件，可以存储为.bmp和.jpg两种格式（服务器版本）。
4.1.15 语音通讯（服务器版本）
利用视频服务器或其他系统的对讲口或者语音输入口，语音输出口，通过电子沙盘的语音通讯模块，实现指挥大厅和作战车辆、单兵的语音对讲，具备点对点、点对多点、分组呼叫等对讲功能。
4.1.16 指挥控制（定制开发）
可根据部队的具体需求，就指挥中心通过网络通信手段对作战车辆、单兵进行实时指挥调度的功能进行定制开发。
4.1.17 局部热点三维模块（定制开发）
将三维场景中的局部三维模型输出至大屏进行全屏显示。
4.2硬件子系统组成应急抢险救援三维地理指挥演练系统硬件部分包括桌面交互式电子沙盘、多点触摸电子沙盘两个部分。桌面交互式电子沙盘
桌面交互式电子沙盘由专业融合机、投影机、投影屏、桌面互动动作捕捉仪、图形工作站等主要设备组成，形成一套完整的多通道投影互动显示解决方案，可直接运行各类二三维软件及播放视频等。
与传统触摸屏不同的是，桌面互动投影具有小体积、大面积的独特优势，经多通道无缝融合投影形成的画面大气磅礴，气势恢宏，配合基于华图自主研发的SimVIZ可视化仿真软件平台构建的应急抢险救援三维地理指挥演练系统（客户端版本），可展现逼真、高沉浸感的三维场景，使用户产生身临其境的体验。
图像工作站的两路显示信号通过矩阵任意切换输出至融合机，融合机将信号进行拼接处理，并使拼接的图像实现图像自动几何校正、色彩校正及无缝拼接，然后将2路处理好的信号输出到2台投影机，实现单屏单画，多屏多画，任意开窗口，窗口任意放大缩小，移动的最终显示功能。
投影机在物理上通过光路调节产生一个光学上的叠加带，这就是图像校正融合机的融合带，融合机将其做出光学上和信号上的处理，使其降低亮带的亮度在屏幕上显的柔滑、对两个投影机的投射出来的画面作几何校正，使画面叠加在一起，使其融入整个屏幕画面中，形成一个无缝、连续的完整画面。
多点触摸电子沙盘
多点触摸电子沙盘为一体机，包括液晶显示屏、多点触摸屏、图形工作站和可移动平台及接口组成，为整个系统提供硬件支撑环境及人机交互手段。大屏幕显示屏和多点触摸屏共同构成的交互设备可以完成高画质图形显示和手势语言输入，给用户全新的操作体验，多点触摸电子沙盘配合基于自主研发的SimVIZ可视化仿真软件平台构建的应急抢险救援三维地理指挥演练系统（服务器版本），通过触摸屏的多点触摸操作，可轻松便捷地操控软件，充分发挥应急抢险救援三维地理指挥演练系统（服务器版本）的强大功能，展现逼真、高沉浸感的三维场景，使用户产生身临其境的体验。
