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基于任务过程的战场环境对象时空数据组织模型

朱杰 游雄 夏青

朱杰, 游雄, 夏青. 基于任务过程的战场环境对象时空数据组织模型[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2018, 43(11): 1739-1745. doi: 10.13203/j.whugis20170074
引用本文: 朱杰, 游雄, 夏青. 基于任务过程的战场环境对象时空数据组织模型[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2018, 43(11): 1739-1745. doi: 10.13203/j.whugis20170074
ZHU Jie, YOU Xiong, XIA Qing. Battlefield Environment Object Spatio-Temporal Data Organizing Model Based on Task-Process[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2018, 43(11): 1739-1745. doi: 10.13203/j.whugis20170074
Citation: ZHU Jie, YOU Xiong, XIA Qing. Battlefield Environment Object Spatio-Temporal Data Organizing Model Based on Task-Process[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2018, 43(11): 1739-1745. doi: 10.13203/j.whugis20170074

基于任务过程的战场环境对象时空数据组织模型

doi: 10.13203/j.whugis20170074
基金项目: 

河南省科技计划 142101510005

国家自然科学基金 41271393

详细信息
    作者简介:

    朱杰, 博士生, 主要从事战场环境认知及战场位置服务的理论和方法研究。zjsoldierlee@163.com

  • 中图分类号: P208

Battlefield Environment Object Spatio-Temporal Data Organizing Model Based on Task-Process

Funds: 

The Henan Provincial Science and Technology Plan Project 142101510005

the National Natural Science Foundation of China 41271393

More Information
    Author Bio:

    ZHU Jie, PhD candidate, specializes in the theories and methods of battlefield environment cognition and battlefield location service. E-mail: zjsoldierlee@163.com

  • 摘要: 军事信息系统始终以面向任务为核心,战场环境数据模型也是围绕作战任务来建立的。针对目前基于任务的战场环境信息系统研究尚不完善,现有的GIS时空数据模型还不能完全满足战场环境时空分析的需要。在对目前几种经典的时空数据模型分析的基础上,以基于对象的数据模型为理论基础,以过程驱动方法为建模机制,设计了适合战场环境领域的时空数据组织模型结构,实现了对复杂环境对象的可操作性。通过模型在战场环境分析系统中的应用,证明了其任务过程和地理空间数据的可对象化描述、组织、存储和查询功能。
  • 图  1  战场环境空间对象结构封装

    Figure  1.  Battlefield Environment Spatial Object Structure Encapsulation

    图  2  取消集结点过程实例行为模型UML图

    Figure  2.  UML Diagram of Behavior Model Based on Procedure for Canceling Assembly Point Process

    图  3  取消集结点过程实例软件模型图

    Figure  3.  Software Model Diagram Based on Procedure for Canceling Assembly Point Process

    图  4  环境对象变化过程查询界面

    Figure  4.  Query Interfaces of Environment Object Change Process

    表  1  任务过程定义与编码

    Table  1.   Task Process Definition and Coding

    编码 过程名称 过程类型 操作对象 操作描述 触发相关过程
    301 新增 机动 路线对象 增加一条机动路线实例 304, 401
    302 取消 机动 路线对象 删除一条机动路线实例 305, 402
    303 改变 机动 路线对象 删除原机动路线实例, 新增机动路线实例 306, 403
    304 添加集结点 机动 集结点对象 增加一个集结点实例 301, 404
    305 删除集结点 机动 集结点对象 删除一个集结点实例 302, 405
    306 更改集结点 机动 集结点对象 删除原集结点实例, 增加新集结点实例 303, 406
    401 新增 防护 区域对象 增加一个区域面实例 404
    402 取消 防护 区域对象 删除一个区域面实例 405
    403 改变 防护 区域对象 删除原区域面实例, 新增区域面实例 406
    404 添加威胁点 防护 威胁点对象 增加一个威胁点实例 401
    405 删除威胁点 防护 威胁点对象 删除一个威胁点实例 402
    406 更改威胁点 防护 威胁点对象 删除原威胁点实例, 增加新威胁点实例 403
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  • [1] McGraw R M, Lammers C. Software Framework in Support of Dynamic Situation Assessment and Predictive Capabilities for JSB-RD[J]. Proc SPIE, 2004, 5423:468-478 doi:  10.1117/12.548375
    [2] 游雄.战场环境仿真[M].北京:解放军出版社, 2012

    You Xiong. Battlefield Environment Simulation[M]. Beijing:Military Science Press, 2012
    [3] 周成虎, 裴韬.地理信息系统空间分析原理[M].北京:科学出版社, 2011

    Zhou Chenghu, Pei Tao. Spatial Analysis of Geographic Information System[M]. Beijing:Science Press, 2011
    [4] 刘英.地理信息系统中时空数据建模及面向对象数据模型的研究[D].青岛: 山东科技大学, 2003

    Liu Ying. The Study on GIS Spatio-Temporal Data Modeling and Object-Oriented Data Model[D]. Qingdao: Shandong University of Science and Technology, 2003
    [5] 付哲.基于特征的面向对象虚拟GIS数据模型及其应用研究[D].长春: 吉林大学, 2006

    Fu Zhe.A Study on Feature-Based Object-Oriented Data Model for a Virtual GIS and Its Application[D]. Changchun: Jilin University, 2006
    [6] 王青山.面向对象地理数据模型的研究与实践[D].郑州: 信息工程大学, 2000

    Wang Qingshan.Research and Practice of Object-Oriented Data Model[D]. Zhengzhou: Information Engineering University, 2000
    [7] 王晓明.基于Geodatabase的战场环境信息数据模型研究[D].郑州: 信息工程大学, 2005

    Wang Xiaoming. A Research on Geodatabase-Based Battlefield Environment Information Data Model[D]. Zhengzhou: Information Engineering University, 2005
    [8] 龚健雅, 李小龙, 吴华意.实时GIS时空数据模型[J].测绘学报, 2014, 43(3):226-232 http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=chxb201703021

    Gong Jianya, Li Xiaolong, Wu Huayi. Spatiotemporal Data Model for Real-Time GIS[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2014, 43(3):226-232 http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=chxb201703021
    [9] 陈新保, Li Songnian, 李黎, 等.基于对象-事件-过程的时空数据模型及其应用[J].地理与地理信息科学, 2013, 29(3):10-16 http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=DLGT201303004&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ

    Chen Xinbao, Li Songnian, Li Li, et al. Object-Event-Process-Based Spatiotemporal Data Model and Its Application into Sea-Ice Dynamics[J]. Geography and Geo-Information Science, 2013, 29(3):10-16 http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=DLGT201303004&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ
    [10] 薛存金, 周成虎, 苏奋振, 等.面向过程的时空数据模型研究[J].测绘学报, 2010, 39(1):95-100 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/chxb201001017

    Xue Cunjin, Zhou Chenghu, Su Fenzhen, et al. Research on Process-Oriented Spatio-Temporal Data Model[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2010, 39(1):95-100 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/chxb201001017
    [11] 李景文, 邹文娟, 田丽亚, 等.基于过程的面向对象时空数据模型数据组织方法[J].测绘科学, 2013, 38(5):100-102 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/chkx201305031

    Li Jingwen, Zou Wenjuan, Tian Liya, et al. Data Organization Method of Object-Oriented Spatio-Temporal Data Model Based on Process[J]. Science of Surveying and Mapping, 2013, 38(5):100-102 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/chkx201305031
    [12] 张丰, 刘仁义, 刘南, 等.一种基于过程的动态时空数据模型[J].中山大学学报(自然科学版), 2008, 47(2):123-126 doi:  10.3321/j.issn:0529-6579.2008.02.028

    Zhang Feng, Liu Renyi, Liu Nan, et al. A Process-Based Dynamic Spatio-Temperal Data Model[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni, 2008, 47(2):123-126 doi:  10.3321/j.issn:0529-6579.2008.02.028
    [13] Chakravarthy S, Kim S K. Resolution of Time Concepts in Temporal Database[J]. Information Science, 1994, 80(1-2):91-125 doi:  10.1016/0020-0255(94)90059-0
    [14] 吴长彬, 闾国年.一种改进的基于事件-过程的时态模型研究[J].武汉大学学报·信息科学版, 2008, 33(12):1250-1253 http://ch.whu.edu.cn/CN/abstract/abstract1773.shtml

    Wu Changbin, Lü Guonian. Improved Event-Process Based on Spatiotemporal Model[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2008, 33(12):1250-1253 http://ch.whu.edu.cn/CN/abstract/abstract1773.shtml
    [15] 李勇, 陈少沛, 谭建军, 等.事件驱动的城市公共交通时空数据模型研究[J].测绘学报, 2007, 36(2):203-209 doi:  10.3321/j.issn:1001-1595.2007.02.016

    Li Yong, Chen Shaopei, Tan Jianjun, et al. A Study of Event-Driven Spatio-Temporal Data Model for Urban Public Traffic[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2007, 36(2):203-209 doi:  10.3321/j.issn:1001-1595.2007.02.016
    [16] 杨骏, 李永树, 蔡国林.面向过程的时空数据模型实现研究[J].测绘科学, 2006, 31(6):91-92 doi:  10.3771/j.issn.1009-2307.2006.06.031

    Yang Jun, Li Yongshu, Cai Guolin. The Inplementation of Spatio-Temporal Data Model Based on Process[J]. Science of Surveying and Mapping, 2006, 31(6):91-92 doi:  10.3771/j.issn.1009-2307.2006.06.031
    [17] 薛存金, 谢炯.时空数据模型的研究现状与展望[J].地理与地理信息科学, 2010, 26(1):1-5 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dlxygtyj201001001

    Xue Cunjin, Xie Jiong. A Review on Current and Future Studies on Spatio-Temporal Data Models[J]. Geography and Geo-Information Science, 2010, 26(1):1-5 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dlxygtyj201001001
    [18] 苏奋振, 周成虎.过程地理信息系统框架基础与原型构建[J].地理研究, 2006, 25(3):477-483 doi:  10.3321/j.issn:1000-0585.2006.03.013

    Su Fenzhen, Zhou Chenghu. A Framework for Process Geographical Information System[J]. Geographical Research, 2006, 25(3):477-483 doi:  10.3321/j.issn:1000-0585.2006.03.013
    [19] 李勇, 谭建军, 陈少沛, 等. MDA与事件驱动的面向对象时空数据建模研究[J].地球信息科学, 2007, 9(3):91-95 doi:  10.3969/j.issn.1560-8999.2007.03.018

    Li Yong, Tan Jianjun, Chen Shaopei, et al. Research of Object-Oriented Spatio-Temporal Data Model Based on MDA and Event-Driven[J]. Geo-Information Science, 2007, 9(3):91-95 doi:  10.3969/j.issn.1560-8999.2007.03.018
    [20] 佘江峰, 冯学智, 林广发, 等.多尺度时空数据的集成与对象进化模型[J].测绘学报, 2005, 34(1):71-77 doi:  10.3321/j.issn:1001-1595.2005.01.013

    She Jiangfeng, Feng Xuezhi, Lin Guangfa, et al. The Integration of Multi-scale Spatiotemporal Data and the Object Evolution Model[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2005, 34(1):71-77 doi:  10.3321/j.issn:1001-1595.2005.01.013
    [21] 林广发, 冯学智, 王雷, 等.以事件为核心的面向对象时空数据模型[J].测绘学报, 2002, 31(1):71-75 doi:  10.3321/j.issn:1001-1595.2002.01.014

    Lin Guangfa, Feng Xuezhi, Wang Lei, et al. An Event-Centric Object Oriented Spatio-Temporal Data Model[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2002, 31(1):71-75 doi:  10.3321/j.issn:1001-1595.2002.01.014
    [22] 姚益平, 刘刚.基于MDA的并行仿真可视化组件建模范式[J].计算机学报, 2011, 34(8):1488-1498 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jsjxb201108012

    Yao Yiping, Liu Gang. MDA-Based Visual Component Formalism for Parallel Simulations[J]. Chinese Journal of Computers, 2011, 34(8):1488-1498 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jsjxb201108012
  • [1] 朱杰, 张宏军.  面向仿真事件的战场地理环境时空过程建模 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2020, 45(9): 1367-1377, 1437. doi: 10.13203/j.whugis20200175
    [2] 冯文卿, 张永军.  利用模糊综合评判进行面向对象的遥感影像变化检测 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2016, 41(7): 875-881. doi: 10.13203/j.whugis20140291
    [3] 余 洁, 刘振宇, 燕 琴, 朱 腾.  多尺度下的半自动面向对象SAR影像分类 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2013, 38(3): 253-256.
    [4] 朱庆, 于杰, 杜志强, 张叶廷.  面向对象的真正射影像纠正方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2013, 38(7): 757-760.
    [5] 刘晓慧, 吴信才, 罗显刚.  面向对象的地质灾害数据模型与时空过程表达 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2013, 38(8): 958-962.
    [6] 薄树奎, 韩新超, 丁琳.  面向对象影像分类中分割参数的选择 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2009, 34(5): 514-517.
    [7] 张龙其, 刘亚岚, 阎守邕, 刘旭东.  面向应用的模型库系统的设计与实现 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2009, 34(2): 135-137.
    [8] 管海燕, 邓非, 张剑清, 钟良.  面向对象的航空影像与LiDAR数据融合分类 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2009, 34(7): 830-833.
    [9] 周新忠, 孟令奎, 王永杰, 郭朋飞.  面向对象的地理空间信息元数据标准研制方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2007, 32(6): 477-480.
    [10] 罗静, 崔伟宏, 牛振国.  面向对象的超图时空推理模型的研究与应用 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2007, 32(1): 90-93.
    [11] 陈云浩, 冯通, 史培军, 王今飞.  基于面向对象和规则的遥感影像分类研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2006, 31(4): 316-320.
    [12] 李宗华, 彭明军.  基于关系数据库技术的遥感影像数据建库研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2005, 30(2): 166-169.
    [13] 谢智颖, 李清泉, 彭军还.  面向对象的测量平差软件设计与网络化应用 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2003, 28(5): 604-607.
    [14] 俞能海, 王晓刚, 刘政凯.  RS与GIS一体化数据结构的研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2000, 25(4): 305-311.
    [15] 龚健雅, 朱欣焰, 朱庆, 熊汉江.  面向对象集成化空间数据库管理系统的设计与实现 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2000, 25(4): 289-293.
    [16] 龚健雅, 夏宗国.  矢量与栅格集成的三维数据模型 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 1997, 22(1): 7-15.
    [17] 舒红, 陈军, 杜道生, 周勇前.  面向对象的时空数据模型 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 1997, 22(3): 229-233.
    [18] 张巍, 许云涛, 龚健雅.  面向对象的空间数据模型 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 1995, 20(1): 18-22.
    [19] 朱欣焰, 许云涛, 张银州, 李锦祥.  面向对象的语义数据模型及其在空间数据库中的应用 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 1993, 18(4): 76-81.
    [20] 彭楚粤, 程晓, 夏林元.  面向对象分类的企鹅种群无人机影像识别方法研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 0, 0(0): 0-0. doi: 10.13203/j.whugis20200557
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-09-30
  • 刊出日期:  2018-11-05

基于任务过程的战场环境对象时空数据组织模型

doi: 10.13203/j.whugis20170074
    基金项目:

    河南省科技计划 142101510005

    国家自然科学基金 41271393

    作者简介:

    朱杰, 博士生, 主要从事战场环境认知及战场位置服务的理论和方法研究。zjsoldierlee@163.com

  • 中图分类号: P208

摘要: 军事信息系统始终以面向任务为核心,战场环境数据模型也是围绕作战任务来建立的。针对目前基于任务的战场环境信息系统研究尚不完善,现有的GIS时空数据模型还不能完全满足战场环境时空分析的需要。在对目前几种经典的时空数据模型分析的基础上,以基于对象的数据模型为理论基础,以过程驱动方法为建模机制,设计了适合战场环境领域的时空数据组织模型结构,实现了对复杂环境对象的可操作性。通过模型在战场环境分析系统中的应用,证明了其任务过程和地理空间数据的可对象化描述、组织、存储和查询功能。

English Abstract

朱杰, 游雄, 夏青. 基于任务过程的战场环境对象时空数据组织模型[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2018, 43(11): 1739-1745. doi: 10.13203/j.whugis20170074
引用本文: 朱杰, 游雄, 夏青. 基于任务过程的战场环境对象时空数据组织模型[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2018, 43(11): 1739-1745. doi: 10.13203/j.whugis20170074
ZHU Jie, YOU Xiong, XIA Qing. Battlefield Environment Object Spatio-Temporal Data Organizing Model Based on Task-Process[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2018, 43(11): 1739-1745. doi: 10.13203/j.whugis20170074
Citation: ZHU Jie, YOU Xiong, XIA Qing. Battlefield Environment Object Spatio-Temporal Data Organizing Model Based on Task-Process[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2018, 43(11): 1739-1745. doi: 10.13203/j.whugis20170074
  • 未来军事作战系统由传统单武器平台向多武器平台合成发展, 每个单元集成了复杂决策系统, 具有知晓自身情况、敌方情况及环境情况等综合态势感知能力, 形成有效的协作行动[1]。战场环境信息系统作为指挥决策系统的关键部分, 紧密结合作战任务, 以系统为中心向以服务为中心的方向发展, 将以用户为中心的设计思想嵌入到环境信息服务构建过程中, 根据用户的任务和需求提供有针对性的服务[2]

    基于对象的时空数据模型是在基于图层的数据模型的基础上发展而来的, 以空间对象为单位, 采用面向对象的方法表达空间对象。相比传统的基于图层的数据模型, 基于对象的时空数据模型更灵活、更具内涵, 利于表达空间对象在时空中的发展和变化[3]。目前, 已有多位学者在此基础上提出了相关的面向对象的地理数据存储模型, 以建立空间特征、属性特征和空间关系一体化的地理数据模型[4-7]。但是, 传统的GIS模型多以静态的方式描述现实世界, 缺乏对引发过程变化因素的描述和动态事件的预测。因此, 多位学者研究了基于事件-过程的时空数据模型, 龚健雅等[8]将对象、事件、过程等多种相关要素进行整合, 建立了一个实时GIS时空数据模型; 陈新保等[9]采用本体化的方法对地理对象、地理事件和地理过程进行表达和概括; 薛存金等[10]将地理实体变化抽象成过程对象, 建立其相互之间的逻辑关系, 记录并存储其变化机制; 李景文等[11]从时空语义建模的角度出发, 以过程语义和面向对象为基础, 实现时空动态数据的组织与存储。

    从上述不同角度描述时空数据模型的研究中可以发现, 现有研究更多的是在阐述模型的本质与关系的特征, 缺少面向具体应用的数据组织模型分析。战场环境信息系统是面向作战任务的信息系统, 与作战任务相关的战场环境数据具有异构、海量的特点。由于作战任务信息本身包含了事件的时空信息, 并且任务行为具有动态性和复杂性, 因此将作战任务看作是对象事件并将其细分为若干变化的过程。基于任务的时空数据组织模型是将任务过程作为完整的对象表达载体, 从时空描述上可以将其描述为空间对象在一定时间段内经历若干相互关联、连续的过程, 既能体现这些事件与事件之间、过程与过程之间的时空拓扑联系, 又能实现历史回溯和相关要素的动态反演。

    • 事件是引起对象特性发生变化的原因[12-13], 每一个事件可以细分为由若干个过程组成[14]。过程是空间对象在时间轴上细化成多个空间行为的集成表示, 是引起地理对象特性发生变化的外在原因。每一个过程至少都包括时间、空间、对象及属性等因素, 地理对象的变化与任务过程相互关联, 地理对象发生的所有变化贯穿于任务过程的始终。

      过程驱动建立在事件驱动[15]的基础上, 是空间对象变化的完整表达过程中对事件描述的一系列连续过程集合, 不仅表达了事件之间的相互关系, 而且细化了空间对象内部变化的时空因果关系。任务过程的时间、空间信息决定了地理对象发生变化的空间与时态信息, 任务的属性信息引发了空间行为信息与地理对象属性信息的相互约束、相互影响。

      任务过程驱动是按照任务规则、通过时间顺序执行数据调用而达成目的的过程[16-18], 是对任务过程时间轴上的系列事件的对象化描述。任务过程驱动的面向对象数据模型是基于任务机制上描述对象-事件-过程三者之间的时空关系, 以任务过程语义和面向对象为基础, 对空间对象在时间特征、空间特征和属性特征上的统一描述和组织。

      文献[14]采用面向对象方法建立过程的时空数据模型, 对事件细分为若干个过程, 采用事件域、过程域和对象域描述事件与过程之间的相互关系, 该模型定义了引发事件的空间、时间、属性等信息变化的语义。所建立的改进后的基于事件-过程的时态模型虽然在一个时间片段内对描述区域对象的离散变化和较长时间内的连续变化能较全面地表达时空语义, 但其重在地学本身现象的描述, 适用其表达的变化事件和对象过程仍有局限性。文献[19]引入模型驱动架构(model driven architecture, MDA)作为事件驱动面向对象建模的具体实现途经, 通过定义事件发生的规则, 建立对象实例, 对空间数据进行存储与管理, 其优点在于:应用MDA架构理论扩展了基于事件的时空数据模型, 使之符合面向对象建模, 在事件驱动的情况下, 动态创建对象的实例。本文在前述文献的基础上, 将MDA架构理论引入过程对象的创建, 采用过程驱动的面向对象建模, 在空间、时态、属性和动态行为上符合任务过程语义信息, 使其适用于关系型数据库管理系统和对象关系型地理信息系统, 也体现了空间对象随时态变化的过程化描述、表达与存储的机制。

    • 战场环境信息数据模型源于地理数据模型, 具有时间、空间和属性特征, 战场环境实体的变化可以从时间语义、空间语义和属性语义3个方面进行描述; 任务过程通常采用过程发生的时间、过程发生的地点、作用的对象、发生的行为和触发行为变化的事件这5个方面来描述, 因此对于战场环境实体的变化过程, 也可以从时间、空间、对象、过程和属性这5个方面来描述其时空数据模型。面向对象方法建立战场环境时空数据组织模型, 首先将战场环境实体抽象为空间对象, 与实体相关的空间、时间和属性特征封装在具有唯一标识的对象结构中, 每一层的空间对象在时间上都具有周期标识且独立封装; 任务过程是对空间对象发生变化的具体操作记录, 按照关系范式对描述触发空间对象行为发生变化的各类关系语义进行封装, 表达实体与实体之间的相互关系以及记录触发实体变化的过程。因此, 基于任务过程的面向对象战场环境时空数据组织概念模型可描述为由对象(Object)、过程(Process)和规则(Rule)构成的三元组模型, 即 < Object, Process, Rule>。

      基于任务过程的面向对象环境数据组织概念模型将空间(实体)对象、过程和语义规则封装在一起成为对象结构模型, 从而完整地描述了三者之间的相互关系, 能够实现战场环境对象的空间、时间、事件和属性的统一描述与表达。

    • 战场环境对象时空数据组织概念模型中的空间对象是基于过程的空间对象, 即通过空间特性、时间特性、属性特性和语义操作来动态表达, 因而可将概念模型中的组成要素抽象为几何对象类、时间对象类、属性对象类和语义对象类来构建战场环境时空对象类。其中, 几何对象类是空间对象的基础类, 分为简单几何对象和复杂几何对象。简单几何对象包括6种基本类型(矢量数据结构中的点、线、面、表面、体以及栅格数据结构中的像素)和4种拓扑类型(结点、弧段、多边形和多面体)[6]; 复杂几何对象(complex object, CO)可由若干个简单对象(simple object, SO)组合而成, 即${\rm{C}}{{\rm{O}}_i} = \bigcup\limits_{i = 1}^n {{\rm{S}}{{\rm{O}}_i}\left( {i = 1,2 \ldots n} \right)} $。

      静态的战场环境空间对象可以由地理实体几何对象、地理要素属性对象和语义对象组成。地理实体几何对象封装了地理实体的几何属性和几何关系, 地理要素属性对象封装了地理实体的要素属性, 语义对象封装了地理实体的语义关系和语义操作, 如图 1所示。

      图  1  战场环境空间对象结构封装

      Figure 1.  Battlefield Environment Spatial Object Structure Encapsulation

    • 由对象的某个行为触发而生成的时空事件是时空对象之间信息交互的通道, 使具有因果关系的对象机制变化过程得以体现[20]。作战任务过程是具有军事属性的时空事件, 是引起战场环境对象变化的直接驱动力。作战任务过程的逻辑关系描述是对任务过程机制的语义描述, 表达对象行为与事件响应机制。作战任务从层次上可以划分为战略、战役和战斗, 战斗任务是作战任务的基本组成, 其又可以划分为机动、突击和防护3种基本类型, 每一种基本类型任务由若干个行为构成, 这里的行为指的是不可再分的行动过程, 区别于单个主体的分解动作。

      作战任务具有系统性, 将每一项具体任务定义为系统父对象, 其可以分解为若干个相互关联的子任务对象, 每一个子任务对象同时由若干个相互关联的行为对象组成, 每一个行为对象具有空间属性和时态特性, 子任务对象之间存在因果关系或者并行关系, 行为对象之间存在因果关系。

      从语义描述结构上看, 具体作战任务是具有一定语法结构的句子, 即主语+谓语+宾语+状语+…。这实际上明确了行为对象要素是由执行任务的作战单元、作战时间、作战地点以及作战目的组成, 从而与任务过程对象的空间属性和时态特性相对应, 因此作战任务过程Φ可以由行为对象E、对象之间的关系ER以及表达任务过程机制的Ptask构成, 记作Φ=Ptask(E, ER), E可用过程对象描述, ER可用规则实例描述。

    • 基于过程的时空数据组织逻辑关系描述是对空间对象在过程域中空间关系语义和属性语义的描述。基于过程的空间关系语义包括空间对象本身的关系、对象与对象之间的关系以及对象与过程之间的关系。一个对象可能参与若干个过程, 一个过程可能有若干个对象参与。属性语义描述由对象本身属性数据和构成对象之间层次关系的属性数据来确定。当任务过程类型注册到语义操作规则中, 空间对象便能在满足某种规则时, 触发生成该类型的过程; 并且该类型的过程也能在满足某种规则时, 驱动空间对象发生新的变化而生成新的对象。

      采用面向对象的方法对战场环境时空数据组织进行逻辑设计, 通过建立时空对象类、任务过程类、语义规则类分别表示对象域、过程域和语义规则域以及这些类之间的关系。上述逻辑模型表达了空间对象、过程对象和语义对象3者之间的层次关系, 基于过程的空间对象变化是在约束规则和事件驱动条件下实现的。过程与对象之间的关联由唯一标识号记录, 通过过程序列变化标识号绑定发生变化的战场环境对象, 用以表达空间对象在时间域中的变化, 实现对战场环境对象的时空演变过程。

    • 任务过程驱动的面向对象数据组织模型是在以事件为核心的面向对象时空数据模型的基础上[21], 将事件细分为过程序列, 根据不同类型的过程组织对象, 对过程单元进行语义抽取并编码。

      将具体作战任务事件记作Ω, 任务过程序列记作${\tilde \omega }$ , 过程单元记作u, 则有: $\mathit{\Omega } = {f_{{\rm{task}}}}({{\tilde \omega }_1}, {{\tilde \omega }_2} \ldots {{\tilde \omega }_n})$, 其中, ftask为任务事件描述模型; $\tilde \omega = {f_{{\rm{process}}}}\left( {{u_1}, {u_2} \ldots {u_n}} \right)$, fprocess为任务过程序列描述模型; u=fgeo(F, FR), F为过程单元对应的描述包含时空数据在内的战场环境对象数据, FR为战场环境对象各要素之间的关联关系, fgeo为过程单元操作战场环境对象的计算函数。

      以地面战术机动任务为例, 任务过程由机动和防护两个基本过程组成, 机动过程单元对应战场环境对象操作集合为P_Move={新增, 取消, 改变, 添加集结点, 删除集结点, 更改集结点}, 对应编码为301~306;防护过程单元对应战场环境对象操作集合为P_Protect={新增, 取消, 改变, 添加威胁点, 删除威胁点, 更改威胁点}, 对应编码为401~406。通过编码将其与过程绑定, 将其随之触发相关过程的代码与时空属性合并成一个字段存储并作为新过程对象。由此, 地面战术机动任务过程驱动的空间对象操作定义可以用表 1来表示。

      表 1  任务过程定义与编码

      Table 1.  Task Process Definition and Coding

      编码 过程名称 过程类型 操作对象 操作描述 触发相关过程
      301 新增 机动 路线对象 增加一条机动路线实例 304, 401
      302 取消 机动 路线对象 删除一条机动路线实例 305, 402
      303 改变 机动 路线对象 删除原机动路线实例, 新增机动路线实例 306, 403
      304 添加集结点 机动 集结点对象 增加一个集结点实例 301, 404
      305 删除集结点 机动 集结点对象 删除一个集结点实例 302, 405
      306 更改集结点 机动 集结点对象 删除原集结点实例, 增加新集结点实例 303, 406
      401 新增 防护 区域对象 增加一个区域面实例 404
      402 取消 防护 区域对象 删除一个区域面实例 405
      403 改变 防护 区域对象 删除原区域面实例, 新增区域面实例 406
      404 添加威胁点 防护 威胁点对象 增加一个威胁点实例 401
      405 删除威胁点 防护 威胁点对象 删除一个威胁点实例 402
      406 更改威胁点 防护 威胁点对象 删除原威胁点实例, 增加新威胁点实例 403

      过程驱动是触发对象行为与事件相关的外在原因, 任务过程驱动的面向对象数据组织模型不仅具有几何特征, 还具有行为和时态特征, 每一个行为都是由过程驱动而产生的, 当一个过程触发约束条件时, 必然会导致空间对象行为发生变化, 而该行为触发生成新的空间对象, 并由此导致空间对象发生时态变化。以地面战术机动任务过程中取消某集结点事例为例, 用UML(unified modeling language)活动图来说明过程驱动的行为模型构建, 如图 2所示。

      图  2  取消集结点过程实例行为模型UML图

      Figure 2.  UML Diagram of Behavior Model Based on Procedure for Canceling Assembly Point Process

      为了能在软件模型中将动态行为与时态行为统一描述, 本文采用MDA架构理论[15]构建具有过程驱动和动态特征的对象模型, 将数据模型与软件模型统一起来对其进行描述, 图 3为上述实例软件模型图。

      图  3  取消集结点过程实例软件模型图

      Figure 3.  Software Model Diagram Based on Procedure for Canceling Assembly Point Process

      作战任务是复杂任务过程, 为了提高模型运行效率, 在文献[22]基础上, 采用基于MDA的多任务并行组件建模范式对战场环境对象时空数据变化事件进行操作。组件接口包含输入端口、输出端口和内部端口, 其流程是当触发事件数据传入到组件的输入端口, 判断模型状态并作出修改, 以此调度对应事件; 通过输出端口将此事件转发到与此输出端口相连的对应模型的输入端口; 同时, 模型内部本身有一个逻辑判断, 可以通过内部端口触发对应事件。这种组件范式可以充分发挥内部端口处理函数的性能, 在保证多任务执行对象因果关系的前提下并行操作执行事件, 节约时间开销, 提高模型同步性。

    • 目前, 大多数军事地理信息系统都是基于静态地理对象的时空数据模型, 没有记录与过程事件发生变化的时空对象, 其只能对对象结果状态的重现, 而不能对变化过程的回溯。采用基于任务过程驱动的战场环境时空数据组织模型的设计思路, 对过程关联的每一个环境对象的变化, 都能清楚地记录其空间变化、属性变化、时态变化以及过程变化的语义信息。

      图 4所示, 基于此模型开发的战场环境分析软件以执行地面战术机动任务过程为实验, 对机动路段中某集结点作出取消行为后, 关联路段会根据实际情况作出更改过程, 并触发防护区域及威胁点更改事件。因而, 将基于过程的面向对象时空数据组织模型应用于战场环境分析系统中, 对战场环境保障任务过程进行复盘时, 可方便地查询相关环境对象变化的时间、引起变化的过程原因以及过程经历等。

      图  4  环境对象变化过程查询界面

      Figure 4.  Query Interfaces of Environment Object Change Process

    • 目前, 多数战场环境分析系统是以MGIS-Ⅱ为基础平台, 利用基础地理信息和专题兵要数据, 提供战场环境的各类作战性能分析。传统的基于MGIS-Ⅱ战场环境数据模型按照空间数据和属性数据进行检索、选择和组织, 并没有关联军事任务过程特征, 而本文提出的通过任务过程驱动的方法建立面向对象的战场环境时空数据组织模型, 从功能特征上将任务过程与战场环境数据进行封装, 增加任务过程驱动机制, 因此该模型主要有以下几个特点:①采用面向对象的方法对战场环境时空数据组织结构进行语义描述; ②通过语义规则域建立过程驱动与空间对象的逻辑关系; ③定义了基本过程事件, 通过过程驱动将过程编码与空间对象进行组合, 实现其动态与时态行为的统一描述。但是, 本文对任务过程的描述与表达仍存在局限性, 引起时空对象变化的触发过程的规则语义需要进一步探讨; 对模型的验证需要更严密的数学模型表达以及对模型的扩展性都需要有进一步的深入研究。

参考文献 (22)

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