在伊拉克战争中,美英联军在占有绝对信息优势的情况下,实现了战场单向透明,同时使用了大量精确制导武器。而美军的测绘保障作为 战场情报准备的一项基本内容,为战场指挥、武器使用以及作战行动提供精确、实时的战场地理空间(geospatial)情报,发挥了极其重要的作 用。
地理空间情报已成为美军作战指挥控制系统的运作基础。指挥自动化系统的迅速发展大大提高了军队指挥控制的效能,这其中除了电子、 通信、计算机等技术的发展外,海量的地理空间情报是C4ISR有效运作的基础。地理空间情报不但为C4ISR系统提供了基础信息平台,而且作为 辅助决策系统,已成为C4ISR系统必不可少的重要组成部分。高效的信息基础和一体化C4ISR系统使美军具备了近实时发现、跟踪、定位和攻击 地球表面任何目标的能力,能在正确的时间地点精确地使用兵力。
高精度地理空间数据成为美军实现精确打击的重要保证。要实施精确打击,无论是运输工具、武器平台,还是弹药,都需要十分精确的导 航系统。而导航精度不仅取决于系统本身的性能,更取决于地图的精度,这种地图就是包括数字高程模型(DEM)、数字正射图像图(DOM)和数字 地形模型(DTM)等数字式地理空间信息。由此可见,地理空间信息不再只是为标定打击目标的坐标,而已成为精确打击武器的重要组成部分。同 时地理空间信息保障能否做到迅速及时,也决定了精确制导武器打击的时效性。
1 地理信息系统和军事测绘的重要性
1.1 历代军事家无不重视地理要素
《孙子兵法》中多次提到地形在战争中的地位和作用,“知天知地,胜乃可全”。克劳塞维茨在《战争论》中把地理要素列为战略要素之 一。著名军事家刘伯承元帅将“地形、任务、敌情、我情、时间”等视为军事指挥的“五行”,认为“五行”不定,输得干干净净。
1.2 地理信息在信息化战争中更加重要
信息化战争中 空间范围空前扩大,大量精确打击武器对于目标与自身的精确定位提出更高的要求。如果说过去对地理信息的认知和利用是 “粗放”和“平面”,现在则“精细”和“多维”了。正如美军野战条令所指出,武器的更新、火力的加强、战斗力的立体化决不会使地理环 境因素的重要性下降,而恰恰相反,在现代战争中地理因素越来越受到重视。在海湾战争和科索沃战争中,军事测绘在短期内为盟军提供了数 千万份战场地理信息资料,对于战争的顺利进行起到了不可估量的作用。而在阿富汗战争中,美军针对战场气象条件复杂、地理环境恶劣的情 况,运用了多种装备和手段获取所需要的地形情报。比如,用卫星和飞机从空中侦察、派遣特种部队抵近勘察、利用熟悉地形的当地入作向导 ,争取俄罗斯、印度、巴基斯坦等国的情报支援等,获取了大量阿富汗境内的交通、地形、洞穴分布等精细地形资料,为在较短时间内取得军 事胜利提供了有力的信息支援。
1.3 地理信息是C4ISR 系统的重要基础
C4ISR是信息化战场上的一体化、综合化的信息系统。其中,侦察(R)的重要手段之一就是地理测绘,情报(I)本身就是关于地理环境的信息 、或是通过测绘力量获取的信息、或情报的描述,都离不开时空要素,总之,地理信息是情报的重要组成部分。监视(S)的任务也可能由测绘手 段完成,遥感技术已成为获取战场信息的重要手段,可以说,测绘部队是重要的信息采集者,是C4ISR的重要基础。尤其是先进的地理信息系统 (GIS:Geography Information System),能使情报、推理、分析与其它可用数据迅速融为一体,提供依托地图的清晰和精确的战场态势图像, 这是战略筹划阶段C4ISR运行的基础平台。
1.4 地理信息是精确制导武器的眼睛
目前地形匹配制导、景象匹配制导、GPS制导和电视制导已成为精确制导武器的主要制导方式。地形匹配和景象匹配的基本原理是,预先将 导弹飞行航线下方的地形通过遥测、遥感等手段变成数字化地图或影像,存入弹载计算机内,导弹在飞行过程中将探测到的实际地形与预先存 入的数据进行比较、对照并不断修正航迹,从而达到精确制导的目的。GPS制导是利用全球定位系统把精确制导武器导向预定的“目标”,当然 ,该目标的定位数据是必不可少的。电视制外导弹的顶端安装有前视电视摄像机,操纵手通过回传的电视画面观察导弹接近目标的情况并引导 武器,然后通过碰撞前的最后一帧画面判断打击效果。这也离不开预先的影像测绘保障。显然,精确的数字测绘产品、目标数据、卫星导航定 位信息是精确制导的前提。精确打击的第一环就是精确测绘。
1.5 军事测绘的重要性
军事测绘产品的保密性、精确性、实时性是民间测绘力量所无法胜任的。新时期军事测绘工作的重点,应该从以影像、地图和海图为主体 的“硬拷贝”,转向21世纪的数字化信息,增强战场测绘的能力和效率,不断提高战场地理信息的可视化水平,以保证实现己方的信息优势。 随着计算机虚拟现实、遥感与遥测、卫星导航与定位等技术的不断进步,测绘工作必须突破纸质地图、沙盘等传统手段,实现对战场地理环境 的维线再现,从而适应信息化战场上指战员关于“敌人在哪里、友军在哪里、自己在哪里”的战场态势需求。
2 地理信息系统
20世纪地球科学进步的一个突出标志是人类开始从太空观测地球,并将得到的数据和信息在计算机中存储、管理,通过网络进行信息的分 发、流通和应用。随着地球科学、计算机技术、对地观测技术和信息科学的发展,逐步形成了新的技术系统:地理信息系统。它是在计算机软 件和硬件的支持下,运用系统工程和信息科学的理论,科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据,以提供对规划、管理、决策和研究所需 信息的技术系统。或者简单地说,GIS就是综合处理和分析空间数据的一种技术系统。一般认为,GIS具有地理数据采集、管理、查询、计算、 分析与可视表现等多种功能。
2.1 GIS的发展过程
GIS的发展受计算机技术的发展影响,从其诞生到发展中的每一次变革都与计算机紧密相关。
20世纪60年代至80年代末期,主要是基于地图进行处理,将地图数字化后供计算机存储和处理,形成了图层、图集、图库和拓扑关系等基 本概念;通过文件系统进行空间数据和属性数据的管理,且系统完全封闭。后来,个人计算机开始成为主流机型,且硬件处理能力强大,数据 库技术十分成熟,网络技术开始出现并迅速普及,分布式计算及环境构造技术逐步成熟,系统的体系结构开始由主机型向客户/服务器(C/S)型 发展,面向对象的软件技术开始成熟。这一时期的GIS开始采用数据库管理系统来管理属性数据,提高了数据处理能力,但空间数据仍由文件系 统管理;系统开始由单机单用户转向多机多用户,实现了空间数据和属性数据的共享。
进人20世纪90年代,信息技术发展十分迅速,其中最引人关注的是面向对象技术和广域网,特别是Internet技术的发展与普及。遥感 (RS:Remote Sensing)、全球定位技术(GPS)的发展提高了人类获取空间信息的能力。这一阶段的GIS开始逐步使用构件化的模式来进行系统的构 建,极大地提高了支持二次开发的能力;实现了空间数据和属性数据的一体化存储和一体化查询;开始了由C/S结构向B/S结构的转变;GIS向与 RS、GPS集成化方向发展;GIS也由最初的仅限于数字制图、土地利用调查部门逐渐扩大到环境、城市规划和建设、交通、电力、水利等众多与 地理空间信息相关的领域,得到越来越广泛的应用。
2.2 地理信息系统GIS 的组成
一个完整的GIS主要由4部分构成,即计算机硬件系统、计算机软件系统、空间数据和系统管理操作人员。其中的核心部分是计算机系统, 包括软件系统和硬件系统两部分,它们是系统建立的硬件基础和实现人机交互空间信息的工具;空间数据即系统中表示空间信息的地理数据, 是系统建立的重要基础,没有数据,建立GIS就无从谈起;而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表达方式。
作为GIS核心部分的计算机软件系统,不仅包括各类计算机系统软件,还包括专门的GIS软件,主要用于对空间数据输入、存储、转换、输 出和与用户接口。GIS软件功能的强弱决定了整个系统所能够实现的功能,因此软件的发展水平也表明了系统发展过程中所处的状态。
2.3 GIS的发展方向
随着信息科学、计算机图形图像学、网络技术以及地球科学的进一步发展以及与实际应用相结合,现阶段的GIS体现了多角度、多层次的发展模式,根据其结合技术方向的差异,主要有以下几个发展方向。
2.3.1 网络 GIS
随着网络技术的发展以及社会、军事对GIS应用需求的增加,利用Internet技术在Web上发布地理信息,以供用户浏览、查询并获取所需的空间信息和应用成为GIS发展的必然趋势,顺应这一发展要求出现了Web GIS。Web GIS即网络地理信息系统,是指在Internet或Intranet网络环境下的一种兼容存储、处理、分析、显示和应用地理信息的计算机系统。与传统的GIS不同,Web GIS采用URL方式来定位访问空间数据,支持HTTP和TCP/IP协议。它的基本思想就是在Internet上提供地理信息,让用户通过浏览器浏览并获得GIS中的数据和功能服务。与GIS相比,Web GIS具有以下几个方面的优点:
1)更广泛的客户访问范围 客户可以同时访问多个位于不同地方的服务器上的最新数据,扩展了GIS数据管理的能力,增强了对空间数据管理的时效性。
2)客户端平台独立性 无论客户机是何种操作系统,只要支持通用的Web浏览器,客户就可以访问Web GIS数据。
3)应用简单 Web GIS用户可以直接通过Web浏览器获得所需的数据,不需要专业培训即可操作,简单易用。
4)充分利用网络资源 Web GIS可将复杂的处理交由服务器执行,而对简单的操作则由客户端直接完成,这种处理模式能灵活地在服务器端和客户端之间合理分配处理任务,使两端负载平衡,提高了网络计算资源的利用效率。
5)可以大规模降低系统成本 普通GIS在每个客户端都要配备昂贵的专业GIS软件,而用户经常使用的只是一些最基本的功能,这就造成了极大的浪费。通过Web GIS, 客户端只需要通过Internet浏览器即可获得所需的地理信息。
Web GIS的实现模式为:用户通过浏览器发送的操作指令经过Web服务器处理后,传递到后台的GIS应用服务器,GIS应用服务器调用地理数据库中空间信息,生成查询结果传回到Web服务器,然后,Web服务器将查询的图形和数据结果以超文本的形式反馈给用户。


