运输方案推演态势回放系统设计与实现

郑贵省，车亚辉，李月明

(1.军事交通学院 基础部，天津 300161； 2.军事交通学院 研究生管理大队，天津 300161)



● 基础科学与技术Basic Science & Technology

运输方案推演态势回放系统设计与实现

郑贵省1，车亚辉2，李月明2

(1.军事交通学院 基础部，天津 300161； 2.军事交通学院 研究生管理大队，天津 300161)

针对运输方案推演态势回放系统数据量庞大、对绘制的实时性要求较高的特点，提出系统总体结构设计，采取动态数据存储结构，选择态势回放算法基于缓冲思想调度动态数据，解决了态势回放系统的效率问题，实现了运输任务态势回放功能。

运输任务；态势回放；动态存储结构；动态调度

运输态势是对当前运输区域内运输力量的部署、运输力量的行动、自然地理、水文气象、交通设施状况等形成的运输进程状态与形态的综合描述，如运输发生的时空分布，当前运输位置、运行要素及其发展趋势等。态势回放是一种提供事后反馈的机制，可以对完整的运输方案推演的态势演变过程进行重演。一般演习结束后，需要对方案的推演情况提供反馈和讲评，因此，记录整个运输态势变化过程并能够加以回放，是十分必要的[1]。

实现运输态势回放需要将输送过程中所有中间状态结果按时间顺序保存下来，但是，由于一些运输任务涉及范围广、持续时间长、保障力量多，实施过程中会产生海量的中间态势数据。系统要将整个运输态势根据仿真时间轴较好地展现出来，就必须面临如何采集存储态势数据并进行高效调度复盘的问题。本文针对态势回放系统的特点，分析研究相关问题，提出系统总体设计，实现系统功能。

1　系统总体设计

系统采用自下而上的设计思想，将整个系统划分为数据层、中间层以及应用层3层结构(如图1所示)。

图1　系统总体结构

数据层提供整个系统运行所需数据，包括环境数据、实体数据、事件数据以及控制数据等。环境数据常以背景地图形式存储，用于绘制输送区域；实体数据用于展现运输过程中各类实体状态的变化；事件数据一般由时间索引信息以及相应实体状态改变信息组成；控制数据是对前三者的补充、转换和加工，作用是展现用户自定义的附加属性、过滤机制等。其中，用于绘制表现整个运输态势的事件数据和控制数据包含在外存的回放文件之中。

中间层实现文件解析，为系统提供回放算法以及处理调度数据、环境绘制等功能。数据调度要求能够保证数据的时序性，绘制态势时能够提高系统效率。

当前WebGIS已成为实现GIS互操作的一条最佳解决途径[2]。因此，应用层利用Flex具体实现对存储的态势数据进行绘制管理与控制的过程，提供用户交互界面，响应操作人员的各类指令，使系统能够在复盘界面上绘制表现整个运输过程、过滤显示回放态势、进行个性化的配置，实现整个态势的更新、暂停、跳转、进退等。

2　系统关键技术及实现

2.1态势数据存储结构

为满足系统对于态势回放展示的要求，数据需要进行合理高效的采集存储，并要求存储的数据信息包含全面，方便回放控制。目前，态势数据存储通常有静态存储结构和动态存储结构两种方式[3]。静态结构的特点是存储每个时刻的全部实体信息，不考虑该数据先前是否存在，即使该实体先前已经存在且不再发生变化，静态结构也会在之后的每一帧数据中进行存储，该结构会使存储文件的空间增长较快。区别于静态存储结构，动态结构仅保存变化的实体，对于不再发生变化的实体，仅存储其最后一次发生变化时的状态信息。

本系统采用动态存储结构，将采集的数据按照周期划分，每一个周期中的态势数据称为一帧数据。将实体分为新增的实体(Increase)、变化的实体(Change)、消失的实体(Disappear)3类，方便判断其变化情况，决定如何对其进行存储。在周期开始时，加载一个全信息帧，展现初始态势，之后加载的帧仅记录发生变化的实体。其逻辑结构如图2所示。

图2　数据存储逻辑结构

其中，静态帧(static)包含了当前t时刻的所有实体的态势数据，动态帧(dynamic)中包含的是该仿真时刻相对于前一静态帧发生变化的实体信息。图3为时间轴跳转示意图，要从时刻T1跳转到T2，只需加载静态帧S2并叠加D22中的实体变化信息，这样做大大缩减了存储的数据量。

图3　时间轴跳转

2.2态势回放算法

实现系统态势回放需要两种算法，分别是顺序访问算法1以及随机访问算法2[4]。算法1实现从时刻0至时刻n-1的顺序播放，并可在此基础上实现变速播放、过滤等功能；算法2实现了对t时刻态势的随机播放，以及拖动跳播、编辑态势等功能。

(1)顺序播放。在绘制每一帧态势前，先对该帧态势数据中的实体类型进行判断，根据其相应的标记类型决定在绘制该帧态势时进行更新或是删除。在更新每一帧态势时，不需要完全清空内存后重新加载，而是将存在的实体数据一直保存，在后续态势展现中仅进行相应的更新。其具体算法为

for each time from time_index[0…n-1]//读取时间索引

begin

for each entity from entity_index[0…m-1]

begin

read entity from file; //根据索引读取实体数据

if entity is Increase type then insert it to memory //判断该实体类别后，Increase type的实体载入内存

else if entity is Change type then update entity //Change type的实体在内存中进行更新

else delete entity;//Disappear type实体从内存中删除

end for

show all entity; //显示所有实体，展现态势

end for

(2)随机播放。事实上是对态势数据的一种伪随机访问，其算法与顺序播放算法几乎相同，区别在于顺序播放显示每个时刻的实体态势数据，而随机播放不显示t时刻之前的实体态势数据。具体算法为

for each time from time_index[0…n-1]

begin

for each entity from entity_index[0…m-1]

begin

read entity from file;

if entity is Increase type then insert it to memory

else if entity is Change type then update entity

else delete entity;//Disappear type

end for

end for

show all entity;

2.3数据调度传输

中间层除了提供算法以外，还需要提供一种高效的数据调度传输方法，提高系统的运行效率。数据调度是将回放文件中解析出来的需要使用的数据传输给绘制线程，用以展现运输态势的过程。当输送规模较大时，一帧态势中的数据量也会比较大，给数据的处理调度带来了很大负担。因此，采用基于缓冲思想的数据调度方法，在载入解析数据的同时，调度传输绘制所需的数据，以此来保证态势回放过程的效率以及流畅程度。

由于文件解析是从外存载入数据，而用于更新态势的数据由系统从内存中读取，因此，采用双缓冲区的数据缓存策略，利用A缓冲区缓存回放文件解析出的数据，B缓冲区缓存绘制态势所需的待用数据。在设计缓存区大小时，过大会减缓系统的启动速度，过小则作用不明显，所以要以帧为单位，视情况而定。

由此，将数据调度传输的过程分为两部分：一是从外部回放文件解析数据到存储区；二是从数据存储区取数据用于更新绘制线程。其中，A缓冲区为数据预处理缓冲了时间；而B缓冲区则用于缓存未来几帧态势绘制所需数据，从而较好地实现数据在数据层和应用层之间的交互。同时，为缓解数据频繁更新给绘制带来的压力，在更新控制较大的位移数据时，并不更新每一帧数据，而是根据当前需播放帧数跳播更新，减少数据的吞吐量，保证数据的传输调度速度，提高整个系统的效率。

另外，通常运输任务的区域范围广阔，地图绘制量较大，因此采用分层分块的方法，判断当前可视区域需要参与绘制的地图层或块，从而提升该部分的绘制效率。

3　系统功能实现

应用层从Flex、空间数据库等服务器端技术及聚类分组、屏幕网格等方面进行探讨和分析，实现了运输任务态势回放系统的功能[5]。对地形、资源与环境等空间信息，以及运输态势数据进行存储、检索、分析、显示和输出，为各级保障力量指挥人员提供全面的运输态势感知，便于对整个输送过程进行回顾、分析和辅助讲评。

用户通过系统交互界面的“数据加载”菜单定义起始时间，从外存中加载态势回放所需文件；在“模型操作”菜单中控制参加运输任务的模型实体的叠加、过滤、高亮显示等；通过“实时追踪”菜单可选择追踪对象，解析该对象实时发回的北斗位置信息，并加以显示；“态势展现”在地图上显示运输实体及其整个运输过程，通过仿真时间轴来控制态势回放速度、跳播展现指定时刻的运输态势。部分效果如图4所示。

图4　态势回放效果

4　结　语

本文阐述了运输方案推演态势回放系统的设计思想、总体结构，在确定系统数据的采集策略及其存储结构的基础上，应用数据的动态调度传输，基本满足系统功能的需求与实现。但目前系统对于推演态势的回放尚处于二维平台，下一步应引入多维态势信息，进一步满足态势回放需求，为推进运输方案推演建设提供应用价值。

[1]石书浩,张洁,吕品,等.模拟演练态势回放系统的设计与实现[J].计算机工程与设计,2012,33(3):1079-1084.

[2]刘让国,彭会湘,陈莉.基于WebGIS的态势表达解决方案探讨[J].计算机与网络,2013(2):61-63.

[3]景民,胡晓峰,吴琳,等.面向态势回放的两种海量数据采集存储结构分析[J].系统仿真学报,2012,24(5):989-998.

[4]臧勤,李树文,刘佳媛.一种基于数据库的综合态势生成方法[J].雷达与对抗,2015,35(2):19-21.

[5]聂俊岚,陈欢欢,郭栋梁,等.多维数字战场态势可视化分析研究[J].小型微型计算机系统,2014(3):626-629.

(编辑：张峰)

Design and Realization of Situation Replay System in Transportation Desktop Maneuvers

ZHENG Guixing1, CHE Yahui2, LI Yueming2

(1.General Courses Department, Military Transportation University, Tianjin 300161, China;2.Postgraduate Training Brigade, Military Transportation University, Tianjin 300161, China)

To realize real time analysis and dispatch of the huge data in situation replay system for a transportation desktop maneuver, this paper presents a structure design of the system, in which dynamic storage structure is applied, situation replay algorithm is used and dynamic data is dispatched under the guidance of buffer idea. This design improves the efficiency of the situation replay system and realizes transporation task situation replay function.

transportation task; situation replay; dynamic storage structure; dynamic dispatch

2015-07-08；

2016-04-19．

郑贵省(1975—)，男，博士，副教授，硕士研究生导师.

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2016.06.020

U491.1

A

1674-2192(2016)06- 0086- 04