基于仿真的半实物及指挥信息系统一体的模拟平台及方法

技术领域

本发明涉及信息技术领域，具体涉及一种基于仿真的半实物及指挥信息系统一体的模拟平台。

背景技术

在军事需求牵引和科学技术的推动下，某型指挥信息系统功能不断趋于完善和成熟，系统功能与武器装备的信息化程度高度贴合，呈现出多要素、一体化设计特点。某型指挥信息系统以各级指挥员为核心，与实装系统互联互通，涵盖“侦、控、打、评、保”作战全流程，从信息收集、传递、处理以及使用等环节实现高度自动化，形成一个有机的“人-装”系统，最大限度的发挥各作战单元的战斗力。

虚拟仿真又称虚拟现实和模拟技术，即利用一个虚拟的系统模拟仿真真实系统，并可利用各种传感器实现虚实交互功能。虚拟仿真可通过三维场景建模、装备建模以及机器视觉等方式，可定制各种环境、装备参数，将受训人员沉浸在一种非常逼真、专为训练而设置的环境中，获得“身临其境”之感，大幅节省常态化训练开销。

目前，陆军装备较多，指挥信息系统功能涵盖面广，常态化训练要针对不同的使用人员、装备、环境展开，席位设置要兼顾地理配置、兵力编成等因素，实装组训难度大、开销多、时效差、效率低。因此，将虚拟仿真技术和指挥信息系统结合开发，搭建基于虚拟仿真的半实物某型指挥信息系统一体化模拟训练平台，在室内环境下模拟红蓝对抗中涉及的多装、多环境、多用户的作战流程，并通过VR/AR/MR设备，增加装备操作交互性，提升模拟训练质效。

发明内容

本发明提出的一种基于仿真的半实物及指挥信息系统一体的模拟平台，可至少解决上述技术问题之一。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于仿真的半实物及指挥信息系统一体的模拟平台，包括，包括物理层、基础层、平台层和应用层，物理层包括网络支撑设备、计算服务设备、半实物仿真设备和实验配套设施设备；

半实物仿真设备包括仿真车辆、激光指示模拟设备和仿真方向盘；

基础层用于存储和管理系统中的各类模型与数据资源，为推演实验提供数据支撑，包括地图库、人员信息、建制数据、装备数据、实验信息库、推演过程库、实验结果库、想定信息库、设备信息库、系统信息库；

其中，系统信息库用于运维集成框架与各个构件的配置关联信息存储；地图库、人员信息、建制数据、装备数据、指标信息库、实验信息库和想定信息库用于推演实验设计和推演实验准备阶段；

设备信息库用于为推演配置提供各个终端的计算机及网络参数；推演过程库用于记录推演实验实施过程中战场交互事件和信息；实验结果库存储每次推演对抗结束后用于评估分析的结果数据；

平台层是系统的软件服务“核心”，是推演运行、连接训练设备、数据存储、网络交换、数据采集等资源的纽带，可实现各种资源间互操作、可重用、可组合的运行支撑平台；

核心平台包括基于UE4的推演运行支撑环境、通用分布式信息传输环境和数据采集接口；推演运行支撑环境由仿真数据服务、实时接入服务、时统服务以及数据驱动服务组成；通用分布式信息传输环境由文件读取服务以及远程传输服务等构件组成；依托平台运行环境，其中推演驱动包括时序同步、事件驱动、任务队列和命令解析；模型运算为推演实施过程中仿真模型的管理和解算，包括实体模型、行为模型和环境模型；

应用层在底层框架的提供支撑的上，按照推演实验流程，依据使用者需求和运维集成框架，采用构件化组装方式对各个功能构件进行配置和组装，生成服务于各个实验阶段的软件系统。

进一步地，还包括，

框架集成用于平台运维集成框架、用户权限管理、系统配置管理，以及软件集成时各个构件的配置管理；

通用构件为基础构件包含三维地图仿真、虚拟现实、战场信息整合；

推演实验准备系统服务于实验设计和实验准备阶段，包括实验编辑、实验信息库管理、想定编辑和想定信息库管理；

推演导调管理包括推演管理控制、导调控制和综合态势管理；

仿真模拟单元采用半实物加操作台结合的方式，实现目标模拟仿真单元、侦察模拟子系统、指挥模拟子系统、火力打击模拟单元；

毁伤评估管理包含毁伤模型与算法管理和分析评估管理；

地形管理包含与地形生成和地形编辑；

部署配置管理包含数据字典、部队建制管理、装备性能参数管理、人员信息管理；

服务于实验推演运行过程，由推演引擎、地图引擎、资源管理、模型支撑组成。

再一方面，本发明还公开一种基于仿真的半实物及指挥信息系统一体的模拟方法，采用上述的基于仿真的半实物及指挥信息系统一体的模拟平台，所述系统平台建成后，按照装备、人员、环境这些因素进行虚拟环境半实装训练，各级指挥员只需针对各自角色，启动相应接口协议即可接入某型指挥信息系统。

由上述技术方案可知，本实施例所述的基于仿真的半实物及指挥信息系统一体的模拟平台，是以模拟武器装备的战斗性能为需求，综合运用虚拟仿真、半实装模拟等技术手段，近真实的模拟出不同战场环境、不同地形条件下的，能构建集战场态势部署、侦察指挥、模拟对抗、效果评估等于一体的半实物某型指挥信息系统模拟训练仿真平台。该平台支持模拟实战阵地攻防、临机作战，支持开展对抗训练、战法研究、方案推演，能让实验人员能够尽可能在接近实战环境和实际装备的环境中训练和对抗，有效灵活才地运用所学知识，理论与实践相结合，增强装备教学实战化水平，提高装备和某型指挥信息系统实操能力。

具体的说，本发明的基于仿真的半实物及指挥信息系统一体的模拟平台具有以下有益效果：

优点1：闭环作战流程，紧贴实装操作，与某型指挥信息系统软件互联互通，在侦察、指挥、火控等子系统的设计上体现符合实装软件的关键要素；

优点2：立足“教为战”需求，将多种前沿技术融合应用，采用模拟训练、战场环境仿真、虚拟现实、分布式对抗等技术，既立足于实装，又有所突破，用低成本、高效率的方式达到模拟训练目的；

优点3：半实物模拟训练平台采用虚实一体化设计，基于实装软件构建互联互通的模拟训练系统，训练环境不受限，训练模式灵活多变，室内即可体验真实战场环境要素，无需动车动炮即可完成针对性训练，并且可多次复现训练内容，减少保障带来的时间损耗；

优点4：组训环节便捷，有效解决实装通信、装备磨损以及可靠性难以保证持久稳定问题，虚拟仿真模拟训练组训便捷，大幅提升有效训练时间，并且能够实时进行训练评估，对模拟过程数据进行实时跟踪、判定，提高评估的科学性。

附图说明

图1是本发明实施例的流程图；

图2是本发明实施例的系统模块信息流程图；

图3是本发明实施例的系统总体架构示意图；

图4是本发明实施例的系统功能组成架构图；

图5是本发明实施例的系统软件接口示意图；

图6是本发明实施例的虚拟仿真系统界面示意图；

图7是本发明实施例的半实装指挥信息系统界面示意图；

图8是是本发明实施例的系统框架构建流程示意图；

图9是本发明实施例的仿真实体模型构建流程示意图；

图10是本发明实施例编制等兵力构件构建流程示意图；

图11是本发明实施例装备性能参数构件构建流程示意图；

图12是本发明实施例实验管理综合系统构建流程示意图；

图13是本发明实施例导调监控构件构建流程示意图；

图14是本发明实施例统型实装与仿真对抗接入系统软件构建示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本实施例所述的基于仿真的半实物及指挥信息系统一体的模拟平台，是以模拟武器装备的战斗性能为需求，综合运用虚拟仿真、半实装模拟等技术手段，近真实的模拟出不同战场环境、不同地形条件下的，能构建集战场态势部署、侦察指挥、模拟对抗、效果评估等于一体的半实物某型指挥信息系统模拟训练仿真平台。该平台支持模拟实战阵地攻防、临机作战，支持开展对抗训练、战法研究、方案推演，能让实验人员能够尽可能在接近实战环境和实际装备的环境中训练和对抗，有效灵活才地运用所学知识，理论与实践相结合，增强装备教学实战化水平，提高装备和某型指挥信息系统实操能力。系统业务流程和信息流控制结构如图1所示和图2所示；

以下具体说明：

系统按照标准化、模块化和通用化的设计理念，采用服务构件化结构进行系统框架搭建，建立涵盖硬件物理层、基础层、平台层、应用层四个层次的面向服务的技术体系架构，总体架构如图3所示；

系统体系架构大致分为四层，分别为物理层、基础层、平台层和应用层，具体各层描述如下：

物理层主要由网络支撑设备、计算服务设备、半实物仿真设备和实验配套设施设备构成。其中，计算服务设备主要由中心服务器、计算机终端组成，网络设备包括网线、交换机以及路由器等，半实物仿真设备包括仿真车辆、激光指示模拟设备和仿真方向盘等。硬件层作为系统运行设备支撑，提供全周期、可靠有效的系统运行保障。

基础层主要存储和管理系统中的各类模型与数据资源，为推演实验提供数据支撑，包括地图库、人员信息、建制数据、装备数据、实验信息库、推演过程库、实验结果库、想定信息库、设备信息库、系统信息库。其中，系统信息库用于运维集成框架与各个构件的配置关联信息存储；地图库、人员信息、建制数据、装备数据、指标信息库、实验信息库和想定信息库用于推演实验设计和推演实验准备阶段；设备信息库用于为推演配置提供各个终端的计算机及网络参数；推演过程库用于记录推演实验实施过程中战场交互事件和信息；实验结果库存储每次推演对抗结束后用于评估分析的结果数据。

平台层是系统的软件服务“核心”，是推演运行、连接训练设备、数据存储、网络交换、数据采集等资源的纽带，为系统提供通用化、灵活的，可实现各种资源间互操作、可重用、可组合的运行支撑平台。核心平台主要包括基于UE4的推演运行支撑环境、通用分布式信息传输环境和数据采集接口等。推演运行支撑环境由仿真数据服务、实时接入服务、时统服务以及数据驱动服务组成；通用分布式信息传输环境由文件读取服务以及远程传输服务等构件组成。依托平台运行环境，其中推演驱动包括时序同步、事件驱动、任务队列和命令解析;模型运算为推演实施过程中仿真模型的管理和解算，包括实体模型、行为模型和环境模型。

应用层在底层框架的提供支撑的上，按照推演实验流程，依据使用者需求和运维集成框架，采用构件化组装方式对各个功能构件进行配置和组装，生成服务于各个实验阶段的软件系统。

系统主要功能构件组成架构如图4所示。框架集成用于平台运维集成框架、用户权限管理、系统配置管理，以及软件集成时各个构件的配置管理；通用构件为基础构件主要包含三维地图仿真、虚拟现实、战场信息整合；推演实验准备系统服务于实验设计和实验准备阶段，主要包括实验编辑、实验信息库管理、想定编辑和想定信息库管理；推演导调管理包括推演管理控制、导调控制和综合态势管理等；仿真模拟单元采用半实物加操作台结合的方式，实现目标模拟仿真单元、侦察模拟子系统、指挥模拟子系统、火力打击模拟单元；毁伤评估管理主要包含毁伤模型与算法管理和分析评估管理；地形管理主要包含与地形生成和地形编辑；部署配置管理主要包含数据字典、部队建制管理、装备性能参数管理、人员信息管理；服务于实验推演运行过程，主要由推演引擎、地图引擎、资源管理、模型支撑等组成。

系统平台建成后，可按照装备、人员、环境等因素进行虚拟环境半实装训练，各级指挥员只需针对各自角色，启动相应接口协议即可接入某型指挥信息系统，其分布结构如图5所示：

图6是本发明实施例系统软件接口示意图；图7是本发明实施例虚拟仿真系统与半实装指挥信息系统界面。

具体的说，本发明所述的基于仿真的半实物及指挥信息系统一体的模拟平台的构建步骤如下：

S1、构建系统框架，如图8所示，分为作战运用、模拟训练系统以及分析评估系统，其中作战运用实验系统由指挥车仿真实体和火炮仿真实体组成，主要完成指挥和火炮相关功能；模拟训练系统由侦察车仿真实体和车下侦察仿真实体组成，主要完成侦察车和侦察器材相关功能；分析评估系统由评估席仿真实体等组成，主要完成试验管理和评估相关功能。

S2、构建仿真实体模型，如图9所示；包括指挥车仿真实体、侦察车仿真实体、火炮仿真实体、车下侦察仿真实体、评估席仿真实体、目标仿真实体等；

S3、规范化炮兵典型作战流程：以红方为例，下达实验命令后，红方的车下侦察席位侦察目标，将该目标发送到指挥车指挥席位（该席位运行的为统型连级实装软件），连指挥员在指挥车指挥席位拟制射击口令并下达，火炮模拟席收到口令后进行自动调炮，然后火炮模拟席操控火炮进行打击完成射击流程。

S4、构建平台功能构件。框架集成构件主要完成集成运维环境、用户权限设置、系统配置管理和功能构件管理等功能。

S5、构建编制等兵力构件；如图10所示，部队建制管理构件能够为部队设置部队名称、部队最高级别等部队信息，能够设置节点名称、节点级别、节点装备等节点信息；能够对部队建制进行查询、新增、修改、删除操作。

S6、构建装备性能参数构件。如图11所示，装备性能参数管理构件是以设备模板（属性模板）、设备、装备的三层结构来构建装备性能参数，通过装备关联设备、设备关联模板、模板基于字典的方式使用户编辑的数据高效复用，提高装备性能数据管理效率简化构建流程，同时使整个系统都能通过使用并识别同一套字典来完成装备参数的获取，从而提升系统的扩展性。

S7、构建实验管理综合系统。实验设计综合管理软件主要由平台框架、通用构件和专用构件三部分组成，各功能构件组成见图12所示。

S8、构建导调监控构件；如图13所示；导调监控构件实现能够为组训人员提供推演管理之外的其他导调控制功能支持，支持组训人员对当前正在推演进程进行监控。具体包括推演进程管理、推演动态干预、推演进程监控、数据统计等功能模块。

S9、构建统型实装与仿真对抗接入系统软件，如图14所示；指挥模拟软件主要由平台框架、通用构件和专用构件三部分组成，提供统一的软件集成框架，用户可根据需求选择相应的通用构件和专用构件进行集成部署，同时提供功能菜单设置和构件间消息交互功能、网络同步功能。实装接入构件主要完成目标、指挥车位置、观察所位置、火炮位置、遮蔽顶、射击口令等重要信息接入。

本发明实施例以模拟武器装备的战斗性能为需求，综合运用虚拟仿真、半实装模拟等技术手段，近真实的模拟出不同战场环境、不同地形条件下的，能构建集战场态势部署、侦察指挥、模拟对抗、效果评估等于一体的半实物某型指挥信息系统模拟训练仿真平台。该平台支持模拟实战阵地攻防、临机作战，支持开展对抗训练、战法研究、方案推演，能让实验人员能够尽可能在接近实战环境和实际装备的环境中训练和对抗，有效灵活才地运用所学知识，理论与实践相结合，增强装备教学实战化水平，提高装备和某型指挥信息系统实操能力。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。