面向服务的战场态势感知与协同技术研究
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Abstract： The military demands of the next generation Common Operational Picture （ COP） based on network centric operations and new information technology are summarized． The architecture and capabilities of an advanced battlefield Situational Awareness services are expatiated． The concepts and data models of operating picture are discussed． Aiming at real use cases，a prototype of Web-based operational picture application with collaboration is designed and implemented． The new approach can easily be adapted to future Net-Centric joint operational environment，and leads to faster and better synchronized planning and execution decisions within a military command organization． Key words： Situational Awareness（ SA） ； Common Operational Picture （ COP） ； Data Model（ DM） ； Warfighting Symbology； GIS； SOA； Net-Centric； Information Management（ IM）
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2012 年第 2 期
（ 2） 各类地理信息分析服务，如： 地理数据抽取 服务、尺度测量服务、路径判定服务、邻近分析服务、 变化检测服务、数据校正服务、格式变换服务和语义 转化服务等；
收稿日期：2012-02-24 修订日期：2012-03-18
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2012 年第 2 期
息体系结构和管理工具。当前的 COP 设计反映了 一种归纳式 的 推 理 过 程，能 较 好 地 处 理 战 术 级 决 策制定。未来的 COP 设计必须解决怎样动态地采 集和根据情 况 组 织 信 息，使 之 成 为 对 指 挥 员 决 策 过程更实用 的 信 息 和 态 势 管 理 方 法，因 此 未 来 的 COP 设计 将 既 是“数 据 驱 动”的 也 是“概 念 驱 动” 的，同时也必 须 考 虑 逐 渐 增 长 的 军 事 行 动 复 杂 性 和多类型用户的存在，另外支持 COP 的信息技术 必须考 虑 影 响 军 事 指 挥 运 作 的 关 键 认 知 和 群 体 因素。
态势数据模型和基于 Web 服务的数据存储与访问 机制；
（ 3） 创建 基于先进信息网络的战场态势感知 首先要对网络中心环境的信息资源有全面、正确和 深度的了解，需要利用企业级的信息发布、发现、访 问和订阅等服务创建任务和用户需要的基本态势信 息，其中要确定包括或拒绝的内容；
（ 4） 可视化 指定所选内容如何在 Web 环境下 表现、交互和绘制；
从历史角度看，为了支持指挥控制，军事组织已 经把“作战中心”开发成了“网络中心”。共享的态 势感知和协同注重改善联网能力，因此产生了共用 态势图（ COP） 、通用关联作战图（ CROP） 和用户自 定义作战图（ UDOP） 等概念和术语［3］。用户自定义 的“图”使 得 可 利 用 的 作 战 信 息 能 直 接 地 分 发 到 个 体的桌面，实现用户在指挥控制支持下执行他们的 任务［4］。UDOP 的 概 念 更 加 体 现 了 网 络 中 心 的 理 念，从技术和作战的背景为用户提供信息的选择、过 滤、转换、样式、渲染和更新等功能。因此 UDOP 成 为在关键态势信息的创建、可视化、组合、剪裁和共 享过程中的核心功能模块。
2012 年第 2 期
仇建伟 等： 面向服务的战场态势感知与协同技术研究
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下面对每个层面涉及的战场态势信息感知服务模块 做了详细的能力分类和概述，为未来全面实现面向
服务的战场态势应用系统设计和实现提供了一致的 体系结构参照模型。
图 1 战场态势感知服务和能力框架
2． 1 通信与服务基础设施
战场态势感知服务和应用系统需要良好的通信 环境和通用的服务平台的支持，对潜在的战场数据 源和服务的发现、确认和授权的访问是基本的要求， 这类信息基础设施通常要求整合互联网、企业内联 网、无线网、分布式计算平台、核心 Web 服务和企业 服务总线（ ESB） 等通用的基础信息处理能力。
2． 2 信息管理服务
信息管理服务层是获取战场态势信息的服务接 口，这类服务实现了对外部数据源的存储和访问功 能，每个服务通常能够处理多种分散的数据集，此外 这类服务也提供存储和搜索描述多种数据集的元数 据。信息管理服务层假定通过 Web 机制提供对任 何期望的数据源的访问。绝大多数的数据存储在信 息管理层的数据服务器内，但是某些数据可以并且 常常存储在其他服务层面的服务器中。对于实际的 态势数据存储管理，服务器可以紧耦合地处理存储 在本地的数据，也可以松耦合地处理来自另外服务 器上被检索到的数据。本层服务主要包括
第2 期 2012 年 4 月
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“信息汇聚技术”专题
Journal of CAEIT
Vol． 7 No． 2 Apr． 2012
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面向服务的战场态势感知与协同技术研究
仇建伟，王 川，程向力
（ 中国电子科技集团公司第 15 研究所，北京 100083）
（ 4） 战场环境数据服务，由请求-应答 Web 服务 模式支持对诸如战场气象水文数据和空间电磁数据 和指挥控制（ JC3IEDM） 数据访问；
（ 5） 发布-订阅服务，通过数据发布-订阅机制提 供各类信息产品的常备定制服务。
2． 3 处理服务
处理服务层提供应用所需的一些通用数据处理 服务，产生的结果数据提供给应用服务层存储或使 用，服务类型主要有
中心。其结果是当前的态势图变成了一个存放庞大 战场信息的“数据仓库”，其中大量的信息缺乏有效 组织，难于搜索和利用，与指挥决策的相关性较低。 为了克服这些不足，新型的态势图必须建立在清晰 地理解军事 指 挥 组 织 内 的 认 知 过 程 的 基 础 上，实 现把有用的信息转换成及时和聚焦的行动中。文 献［1］中基于信息管理、感知、知识创建和决 策 的 过程模型 和 概 念 提 出 了 新 型 COP 所 需 的 特 定 功 能 ，其 关 键 技 术 领 域 涉 及 灵 活 的 知 识 编 码 和 管 理 、 协 同 的 感 知 、多 视 角 的 知 识 创 建 、多 层 次 决 策 的 信
0引言
共用态势图（ COP） 简称态势图，是军事指挥部 门了解战场态势的主要手段，是广泛的战场态势感 知系统、服务和应用的一个关键部分，是服务于决策 制定的共用战场态势信息仓库，能更快、更好地引导 同步规划和执行决策。类似商业和工业部门的许多 信息管理系统，当前的态势图建立在管理数据资产 的观点上，即获取信息并且放置在容易访问的信息
上述八大目标为快速发展的网络中心作战所需 的战场态势图应用设计和开发提供了指南。
2 战场态势感知服务框架
一个具有适应发展的、灵活的态势感知系统的 实现依赖多个关键的系统设计模式，包括面向服务 的体系结构（ SOA） 、插件机制、能力分层、滤波器模 型和松耦合的连接等。战场态势感知服务能力框架 设计的核心是 SOA，这种模式强调期望的计算（ 处 理） 能由组合多种服务实现，每个服务仅需要知道 服务类型（ 如接口和能力） 及服务提供的数据资产。 Web 服务体系结构的主要特性包括以下 6 个方面。
文献1中基于信息管理感知知识创建和决策的过程模型和概念提出了新型cop能其关键技术领域涉及灵活的知识编码和管理协同的感知多视角的知识创建多层次决策的信共用态势图cop简称态势图是军事指挥部门了解战场态势的主要手段是广泛的战场态势感知系统服务和应用的一个关键部分是服务于决策制定的共用战场态势信息仓库能更快更好地引导同步规划和执行决策
（ 1） 各类标准的地理数据处理服务，如： 地图服 务（ WMS） 、地 形 服 务 （ WTS） 、三 维 地 理 要 素 服 务 （ W3DS） 、坐标系转换服务（ WCTS） 、图象分类服务 （ WICS） 、要素图示表达服务（ FPS） 、数据覆盖图示 表达服务（ CPS） 、地理解析服务和地理编码服务等；
信息管理、感知、知识创建和决策这四个方面相 互关联，形成了一个完整的作战指挥过程，这个过程 对未来态势图的设计和应用需求提出了八大目标。
（ 1） 联网 网络中心的信息管理是战场态势获 取、存储、处场赛博空间的运行态势
和行动监控； （ 2） 建模 管理共用的态势信息需提供集成的
（ 1） 各类服务构件被组成为多个层次； （ 2） 各类服务的使用常常是级联的； （ 3） 各类服务接口使用开放的标准并且是相对 简单的； （ 4） 各类服务通信使用开放的互联网标准； （ 5） 不限制服务器和客户的实现方法； （ 6） 各类数据被分布存储。 对战场态势感知服务和能力框架的设计和描述 按照 Web 服务体系结构的概念分为客户层、应用服 务层、处理服务层和信息管理层［5，6］，如图 1 所示。
下面从未来态势图应用背景和需求、服务和能 力体系结构、态势图数据模型和面向服务的标绘应 用等方面展开技术论述。
1 背景和需求
美军近十年的几场局部战争已经验证了网络中 心战［2］的基本原则及示范了 COP 技术促成军事决 策人员了解战场态势的价值。在信息管理、感知、知 识创建和决策制定领域的近期研究也取得了积极的 进展。美军在新技术和新的作战环境下开展新型 COP 系统的研究和开发，旨在提高复杂的、常常是 非对称的战场环境中联合和联盟的指挥组织的运行 效能，推动当前“数据仓库”模式的 COP 转换到能够 有效支持在变化的作战环境中态势感知和知识的 创建。
（ 5） 提升 态势图的扩展注重基于领域知识派 生的增值，态势认知的聚合；
（ 6） 剪裁 态势图内容的调整能够满足每个用 户或梯队的需求；
（ 7） 共享 态势图的共享能够提供和引导跨越 组织的、灵活的和多方式的指挥协同所期待的战场 态势信息共享的能力；
（ 8） 协同 有效的态势信息协同环境是提供战 场态势和认知的手段，是推动任务与作战规划过程 和行动同步的条件。
（ 1） RSS 传播服务，及时传递各类地理参照的
事件； （ 2） 作战轨迹广播服务，通过基于事件的 Web
服务传递战场目标动态数据； （ 3） 标准 GIS 服务类，提供符合 OGC 或国际地
理标准的地理数据，如： 地图数据服务（ WMS） 、地理 要素数据服务（ WFS） 、数据覆盖服务（ WCS） 、目录 服务（ CSW） 和地名录服务等；
摘 要：阐述了网络中心作战和先进信息技术条件下的新型战场态势图应用的任务需求，论述了先 进的战场态势感知服务体系结构组成和能力，描述了态势图应用基本概念和数据模型，针对实际应 用提出了基于门户服务的态势图协同标绘实现方法，为网络中心的联合作战态势感知提供了一种 新的应用模式，并且能指导军事指挥组织更快和更好地同步规划和决策。 关键词：态势感知； 共用态势图； 数据模型； 军队标号； 地理信息系统； 面向服务的体系结构； 网络中 心； 信息管理 中图分类号：E917；TP302 文献标识码： A 文章编号：1673-5692（ 2012） 02-129-07
Technical Solutions for Developing Service-Oriented Battlefield Situational Awareness and Collaboration
QIU Jian-wei，WANG Chuan，CHENG Xiang-li
（ The 15th Research Institute of CETC，Beijing 100083，China）
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（ 2） 各类地理信息分析服务，如： 地理数据抽取 服务、尺度测量服务、路径判定服务、邻近分析服务、 变化检测服务、数据校正服务、格式变换服务和语义 转化服务等；
收稿日期：2012-02-24 修订日期：2012-03-18
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2012 年第 2 期
息体系结构和管理工具。当前的 COP 设计反映了 一种归纳式 的 推 理 过 程，能 较 好 地 处 理 战 术 级 决 策制定。未来的 COP 设计必须解决怎样动态地采 集和根据情 况 组 织 信 息，使 之 成 为 对 指 挥 员 决 策 过程更实用 的 信 息 和 态 势 管 理 方 法，因 此 未 来 的 COP 设计 将 既 是“数 据 驱 动”的 也 是“概 念 驱 动” 的，同时也必 须 考 虑 逐 渐 增 长 的 军 事 行 动 复 杂 性 和多类型用户的存在，另外支持 COP 的信息技术 必须考 虑 影 响 军 事 指 挥 运 作 的 关 键 认 知 和 群 体 因素。
态势数据模型和基于 Web 服务的数据存储与访问 机制；
（ 3） 创建 基于先进信息网络的战场态势感知 首先要对网络中心环境的信息资源有全面、正确和 深度的了解，需要利用企业级的信息发布、发现、访 问和订阅等服务创建任务和用户需要的基本态势信 息，其中要确定包括或拒绝的内容；
（ 4） 可视化 指定所选内容如何在 Web 环境下 表现、交互和绘制；
从历史角度看，为了支持指挥控制，军事组织已 经把“作战中心”开发成了“网络中心”。共享的态 势感知和协同注重改善联网能力，因此产生了共用 态势图（ COP） 、通用关联作战图（ CROP） 和用户自 定义作战图（ UDOP） 等概念和术语［3］。用户自定义 的“图”使 得 可 利 用 的 作 战 信 息 能 直 接 地 分 发 到 个 体的桌面，实现用户在指挥控制支持下执行他们的 任务［4］。UDOP 的 概 念 更 加 体 现 了 网 络 中 心 的 理 念，从技术和作战的背景为用户提供信息的选择、过 滤、转换、样式、渲染和更新等功能。因此 UDOP 成 为在关键态势信息的创建、可视化、组合、剪裁和共 享过程中的核心功能模块。
2012 年第 2 期
仇建伟 等： 面向服务的战场态势感知与协同技术研究
131
下面对每个层面涉及的战场态势信息感知服务模块 做了详细的能力分类和概述，为未来全面实现面向
服务的战场态势应用系统设计和实现提供了一致的 体系结构参照模型。
图 1 战场态势感知服务和能力框架
2． 1 通信与服务基础设施
战场态势感知服务和应用系统需要良好的通信 环境和通用的服务平台的支持，对潜在的战场数据 源和服务的发现、确认和授权的访问是基本的要求， 这类信息基础设施通常要求整合互联网、企业内联 网、无线网、分布式计算平台、核心 Web 服务和企业 服务总线（ ESB） 等通用的基础信息处理能力。
2． 2 信息管理服务
信息管理服务层是获取战场态势信息的服务接 口，这类服务实现了对外部数据源的存储和访问功 能，每个服务通常能够处理多种分散的数据集，此外 这类服务也提供存储和搜索描述多种数据集的元数 据。信息管理服务层假定通过 Web 机制提供对任 何期望的数据源的访问。绝大多数的数据存储在信 息管理层的数据服务器内，但是某些数据可以并且 常常存储在其他服务层面的服务器中。对于实际的 态势数据存储管理，服务器可以紧耦合地处理存储 在本地的数据，也可以松耦合地处理来自另外服务 器上被检索到的数据。本层服务主要包括
第2 期 2012 年 4 月
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“信息汇聚技术”专题
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面向服务的战场态势感知与协同技术研究
仇建伟，王 川，程向力
（ 中国电子科技集团公司第 15 研究所，北京 100083）
（ 4） 战场环境数据服务，由请求-应答 Web 服务 模式支持对诸如战场气象水文数据和空间电磁数据 和指挥控制（ JC3IEDM） 数据访问；
（ 5） 发布-订阅服务，通过数据发布-订阅机制提 供各类信息产品的常备定制服务。
2． 3 处理服务
处理服务层提供应用所需的一些通用数据处理 服务，产生的结果数据提供给应用服务层存储或使 用，服务类型主要有
中心。其结果是当前的态势图变成了一个存放庞大 战场信息的“数据仓库”，其中大量的信息缺乏有效 组织，难于搜索和利用，与指挥决策的相关性较低。 为了克服这些不足，新型的态势图必须建立在清晰 地理解军事 指 挥 组 织 内 的 认 知 过 程 的 基 础 上，实 现把有用的信息转换成及时和聚焦的行动中。文 献［1］中基于信息管理、感知、知识创建和决 策 的 过程模型 和 概 念 提 出 了 新 型 COP 所 需 的 特 定 功 能 ，其 关 键 技 术 领 域 涉 及 灵 活 的 知 识 编 码 和 管 理 、 协 同 的 感 知 、多 视 角 的 知 识 创 建 、多 层 次 决 策 的 信
0引言
共用态势图（ COP） 简称态势图，是军事指挥部 门了解战场态势的主要手段，是广泛的战场态势感 知系统、服务和应用的一个关键部分，是服务于决策 制定的共用战场态势信息仓库，能更快、更好地引导 同步规划和执行决策。类似商业和工业部门的许多 信息管理系统，当前的态势图建立在管理数据资产 的观点上，即获取信息并且放置在容易访问的信息
上述八大目标为快速发展的网络中心作战所需 的战场态势图应用设计和开发提供了指南。
2 战场态势感知服务框架
一个具有适应发展的、灵活的态势感知系统的 实现依赖多个关键的系统设计模式，包括面向服务 的体系结构（ SOA） 、插件机制、能力分层、滤波器模 型和松耦合的连接等。战场态势感知服务能力框架 设计的核心是 SOA，这种模式强调期望的计算（ 处 理） 能由组合多种服务实现，每个服务仅需要知道 服务类型（ 如接口和能力） 及服务提供的数据资产。 Web 服务体系结构的主要特性包括以下 6 个方面。
文献1中基于信息管理感知知识创建和决策的过程模型和概念提出了新型cop能其关键技术领域涉及灵活的知识编码和管理协同的感知多视角的知识创建多层次决策的信共用态势图cop简称态势图是军事指挥部门了解战场态势的主要手段是广泛的战场态势感知系统服务和应用的一个关键部分是服务于决策制定的共用战场态势信息仓库能更快更好地引导同步规划和执行决策
（ 1） 各类标准的地理数据处理服务，如： 地图服 务（ WMS） 、地 形 服 务 （ WTS） 、三 维 地 理 要 素 服 务 （ W3DS） 、坐标系转换服务（ WCTS） 、图象分类服务 （ WICS） 、要素图示表达服务（ FPS） 、数据覆盖图示 表达服务（ CPS） 、地理解析服务和地理编码服务等；
信息管理、感知、知识创建和决策这四个方面相 互关联，形成了一个完整的作战指挥过程，这个过程 对未来态势图的设计和应用需求提出了八大目标。
（ 1） 联网 网络中心的信息管理是战场态势获 取、存储、处场赛博空间的运行态势
和行动监控； （ 2） 建模 管理共用的态势信息需提供集成的
（ 1） 各类服务构件被组成为多个层次； （ 2） 各类服务的使用常常是级联的； （ 3） 各类服务接口使用开放的标准并且是相对 简单的； （ 4） 各类服务通信使用开放的互联网标准； （ 5） 不限制服务器和客户的实现方法； （ 6） 各类数据被分布存储。 对战场态势感知服务和能力框架的设计和描述 按照 Web 服务体系结构的概念分为客户层、应用服 务层、处理服务层和信息管理层［5，6］，如图 1 所示。
下面从未来态势图应用背景和需求、服务和能 力体系结构、态势图数据模型和面向服务的标绘应 用等方面展开技术论述。
1 背景和需求
美军近十年的几场局部战争已经验证了网络中 心战［2］的基本原则及示范了 COP 技术促成军事决 策人员了解战场态势的价值。在信息管理、感知、知 识创建和决策制定领域的近期研究也取得了积极的 进展。美军在新技术和新的作战环境下开展新型 COP 系统的研究和开发，旨在提高复杂的、常常是 非对称的战场环境中联合和联盟的指挥组织的运行 效能，推动当前“数据仓库”模式的 COP 转换到能够 有效支持在变化的作战环境中态势感知和知识的 创建。
（ 5） 提升 态势图的扩展注重基于领域知识派 生的增值，态势认知的聚合；
（ 6） 剪裁 态势图内容的调整能够满足每个用 户或梯队的需求；
（ 7） 共享 态势图的共享能够提供和引导跨越 组织的、灵活的和多方式的指挥协同所期待的战场 态势信息共享的能力；
（ 8） 协同 有效的态势信息协同环境是提供战 场态势和认知的手段，是推动任务与作战规划过程 和行动同步的条件。
（ 1） RSS 传播服务，及时传递各类地理参照的
事件； （ 2） 作战轨迹广播服务，通过基于事件的 Web
服务传递战场目标动态数据； （ 3） 标准 GIS 服务类，提供符合 OGC 或国际地
理标准的地理数据，如： 地图数据服务（ WMS） 、地理 要素数据服务（ WFS） 、数据覆盖服务（ WCS） 、目录 服务（ CSW） 和地名录服务等；
摘 要：阐述了网络中心作战和先进信息技术条件下的新型战场态势图应用的任务需求，论述了先 进的战场态势感知服务体系结构组成和能力，描述了态势图应用基本概念和数据模型，针对实际应 用提出了基于门户服务的态势图协同标绘实现方法，为网络中心的联合作战态势感知提供了一种 新的应用模式，并且能指导军事指挥组织更快和更好地同步规划和决策。 关键词：态势感知； 共用态势图； 数据模型； 军队标号； 地理信息系统； 面向服务的体系结构； 网络中 心； 信息管理 中图分类号：E917；TP302 文献标识码： A 文章编号：1673-5692（ 2012） 02-129-07
Technical Solutions for Developing Service-Oriented Battlefield Situational Awareness and Collaboration
QIU Jian-wei，WANG Chuan，CHENG Xiang-li
（ The 15th Research Institute of CETC，Beijing 100083，China）