基于实时战场态势的电子白板系统研究与实现

张宏宇，李祥

（1.海军指挥所，北京 100841；2.中国电子科技集团公司第二十八研究所，南京 210007）

基于实时战场态势的电子白板系统研究与实现

张宏宇1，李祥2

（1.海军指挥所，北京 100841；2.中国电子科技集团公司第二十八研究所，南京 210007）

0　引言

随着中国周边形势日益严峻，与周边国家领海主权争议不断，我国海上维权行动力度不断加强，随时可能出现突发事件，为了保证前后方指挥员在突发事件时能够快速交互对当前形势的研判，并形成作战决心供前方指挥员实施，需要即时会商系统满足指挥员基于共同战场态势的协同研讨需求。

随着多点触控和手势识别技术以及大屏显示设备的成熟，近年来基于触控屏的电子白板交互技术发展迅速，借助网络技术，实现异地多用户基于同一工作区的文字书写和文件浏览等功能。但该技术没有作战应用背景，无法与指挥信息系统互通，工作区无战场态势背景；同时，用户意图只能通过手写批注表达，不具备军事背景的军队标号绘制支撑。将电子白板系统、战场态势显示系统［2-3］和协同标绘系统进行重构设计和整合，形成“基于实时战场态势的电子白板系统”，有效解决指挥员异地协同研讨和决策需求。

1　交互要素分析

指挥员进行异地协同研讨主要是通过交换各自对当前态势的意见来形成决策决心，因此，研讨有两个要素：“态势”和“意见”。“态势”通常是指战场空间中兵力分布和战场环境的当前状态及发展变化趋势的总称［2-3］，一幅完整的态势图形由背景地图、动态目标和静态部署情报组成，其中，静态部署通过军队标号表示；“意见”是指挥员对当前态势的看法或想法，通过具有军事含义的军队标号和不限定应用场景的任意书写批注来表达。

通过以上分析，可将指挥员研讨交互要素归纳为一个五元组T=（B，J，H，P，W），其中：

●B为背景地图，可以为海图、空图、陆图或三军协同图，地图数据存储于指挥所内的地图服务器中；

●J为军队标号，军队标号符合作战标图规定，通过军标标号可以构成作战计划图、敌我双方部署情况，也可供指挥员标注战斗发展过程和作战决心，各指挥所使用一致的标号库文件；

●H为实时海空情态势，由情报处理中心根据雷达站、观通站等探测的实时目标数据融合处理形成，一批实时海空情的显示要素有军标、航迹和标牌；

●P为手写批注，批注是不规则的，指用户手指（或触控笔）在工作区中形成的轨迹点的连线，用于便捷、直观表达指挥员作战意图。批注不受标号形状限制，是表达作战意图的有效补充手段；

●W为格式化文档 （.doc、.ppt、.xls、.pdf等）和图片，辅助指挥员进行意图表述。

B、J、H为态势构成基本要素，P和W附加于态势之上。基于实时战场态势的电子白板系统实现异地间研讨交互要素的同步。

2　系统设计

基于实时战场态势的电子白板系统能够通过指挥专网同步会商组内的实时态势、兵力部署、作战计划、标绘、文档和批注等信息，能够同步指挥员对系统的干预操作，如地图操作、航迹调整、要图标绘和批注书写等。

2.1体系结构

基于实时战场态势的电子白板系统体系结构图如图1所示，由触控处理软件、白板书写软件、作战指挥应用软件和会商管理软件组成。

图1　软件体系结构图

（1）触控处理软件

包括触控数据采集和手势识别两个模块。触控数据采集模块具备触控设备产生的原始触控数据的接收和预处理功能；手势识别模块支持对用户操作手势进行识别的功能，能够识别放大、缩小、旋转、移动、切块等手势操作，识别结果作为白板书写软件和作战指挥应用软件的人机交互触发条件。

（2）作战指挥应用软件

作战指挥应用软件依托海军指挥信息系统提供地图信息、实时态势、兵力部署、作战方案等信息，具有底图选择、比例尺切换、背景设置/转换以及地图放大/缩小、漫游等功能；提供对目标航迹能按区域、目标类别和属性进行分类显示功能；具有路程计算、面积计算和方位距离计算等常用图上量算功能；具有雷达探测范围、军事部署等信息的展现功能；提供态势标绘工具，对战场态势进行标绘、编辑；能够调阅查看数据库中的作战方案；能够同步显示计划拟制部位拟制的作战方案；能对拟制好的作战方案计划进行基于二维地理态势图的推演。

（3）白板书写软件

白板书写软件在工作界面上使用手指或书写笔自由勾画完成相关功能，支持多格式文档（.doc、.ppt、.xls、. pdf等）和图片的浏览；支持手写或笔书写方式，提供丰富的形状、笔形与笔色进行批注书写；支持书写擦除、恢复操作和切块功能；支持在文档上进行批注、绘画等操作；支持对白板工作区进行缩放、漫游、旋转等干预操作。

（4）会商管理软件

包括会商组管理，会商数据同步和会商重演重放三个模块。会商组管理模块提供会商管理功能，支持会商组的创建、加入、退出等操作；会商数据同步模块提供会商数据同步功能，同一会商组内的成员，能够同步显示实时态势、兵力部署、作战计划、要图标绘、调阅的文档、批注信息等；会商重演重放模块支持会商结果的存储和重演重放。

2.2图像分层显示设计

基于实时战场态势的电子白板系统的信息显示分为三层，如图 2所示。第一层为背景地图；第二次为作战应用业务信息，包括实时态势、兵力部署、作战计划和自绘军标；第三层为白板书写信息，包括多格式文件、图片和手写批注。

图2　信息显示层次图

2.3信息关系和流程

（1）与其他系统信息关系

基于实时战场态势的电子白板系统作为作业终端与指挥信息系统相连，获取实时态势、兵力部署、作战计划和地理信息，通过作战指挥应用软件在显示器上显示。用户通过触控设备产生的干预操作和标绘、批注操作经触控处理软件处理后分发给白板书写软件和作战指挥应用软件。基于实时战场态势的电子白板系统与其他系统的信息交互关系如图3所示。

图3　与其他系统信息流程示意图

（2）远程会商信息关系

基于实时战场态势的电子白板系统组建会商组后，客户机会同步主席机的实时态势、兵力部署、作战计划、标绘、文档和批注等信息，会商进行时，组内其他成员能够同步某一成员对远程可视化交互系统的干预操作，如地图操作、航迹调整、要图标绘和批注书写等。基于实时战场态势的电子白板系统间的信息交互关系如图4所示。

（3）协同研讨信息流程

通过基于实时战场态势的电子白板系统进行协同研讨的流程如图5所示，共有四个步骤。

图4　系统间信息流程示意图

图5　协同研讨流程图

①协同工作台建立连接并同步战场态势

将需要协同研讨的协同工作台通过网络连接，具体步骤是：某协同工作台发起会商组，成为主席机，其他协同工作台申请加入，成为客户机；主席机将所在指挥所接收到的战场态势（实时目标、兵力部署、作战计划等）通过网络推送到客户机，客户机与主席机战场实时态势保持一致。

②在协同工作台上进行研讨操作

协同工作台建立连接并同步战场态势后，可以进行协同研讨，研讨的手段为军队标号、批注、文档和图片，也可调整背景地图的显示样式和显示范置。

标号可以被编辑，而批注不能（可被擦除）。可调整标号的位置、大小、角度、颜色和线宽等。当在某一协同工作台上对标号进行编辑时，其他协同工作台上的该标号被锁定，编辑结果会被同步到其他协同工作台上，编辑结束后该标号被解锁。

③对研讨操作进行数字化编码并与其他协同工作台同步

一个研讨操作为一个有效的效互单元，如一个标号或一个批注，交互单元转换为数字编码在协同工作台间进行同步。标号交互单元包括标号的显示位置和显示样式，批注交互单元包括轨迹点、线宽和线色。

④解析并显示标号或批注编码

协同工作台收到研讨操作编码后进行解析，如收到的是标号或批注编码，解析后在态势图上显示。

3　实现及应用

目前，已经某综合态势展现软件、某协同标绘软件和某商用电子白板系统重构实现了基于实时战场态势的电子白板系统，并已应用于海军某类指挥所，担负部队日常值班任务。本节将对基于实时战场态势的电子白板系统的两个关键技术实现思路进行描述。

3.1协同信息传输实现

为了在异地指挥员面前呈现一致的意图表达画面，需要同步态势图及附加于态势图上的操作信息。同步信息转化为API指令，通过指挥专网在系统间互通。指令格式为：指令=动作类别+动作+参数（1…n）。常用指令设计如下：

（1）地图操作指令

初始化地图：map init name layer+sjd swd ejd ewd

漫游地图：map move sjd swd ejd ewd

缩放地图：map zoom factor

（2）军标标绘、编辑指令

创建要图图层：sitlayer new name

删除要图图层：sitlayer delete name

重命名要图图层：sitlayer rename name

改变要图图层位置：sitlayer order name index

标绘军标：marker new lib code［jbid］（jd wd）+

删除军标：军标ID marker delete jbid

设置军标属性：marker attrset jbid type value

改变军标定位点：marker changepos jbid［index］jd wd

调整军标叠放次序：marker order jbid index

组合军标：marker combine jbid+

取消组合军标：marker uncombine jbid

（3）航迹同步指令

更新航迹点：track new batchNo jd wd height time ［attr］

更新目标属性：track modify batchNo attr

目标消失：track delete batchNo

（4）手写批注指令

批注书写：comment write bold color pos+

擦除：comment clear index

（5）文档同步指令：

加载文档数据：document new type data

移动文档：document move name spos epos

旋转文档：document rotate name sangle eangle

缩放文档：document zoom name factor

3.2基于多点触控的军标标绘实现

触控交互手势是人类交流的直接形式，相对于鼠标、键盘等间接交互方式而言更加直观和自然［4-5］。目前应用触控技术实现军标标绘的理论研究和工程实践较少，且没有完全解决标绘的自然性。本文提出的标绘手势基于鼠标标绘进行改进，将多点触控手势与鼠标事件相结合在触控屏上便捷地进行军标标绘，表达指挥员规范化的作战意图。军标标绘手势设计见表1。

表1　标号标绘手势定义

4　结语

基于实时战场态势的电子白板系统解决了指挥员基于共同战场态势异地协同研讨的难题，提出了基于指令的协同信息传输技术和基于多点触控的军标标绘技术。但是，该系统没有集成语音和视频系统，无法通过语音和视频让指挥员直接沟通。后续将研究将基于实时战场态势的电子白板系统与视频会议系统整合，实现基于实时战场态势的远程可视化交互系统，使指挥员异地协同研讨更直观。

［1］卢德兼，戴仔强，徐岚.战术级分布式协同研讨关键技术［J］.指挥信息系统与技术，2012，3（5）.

［2］李苏军，吴玲达，胡世才，宁汉辰.数字化海战场态势表现系统研究［M］.系统仿真学报，2009，21（19）

［3］蔡志浩，彭晓源.基于地理信息系统的虚拟战场态势显示［J］.系统仿真学报，2003，15（7）.

［4］陆锡高.军交指挥空间用户操作模型应用研究［硕士学位论文］.国防科学技术大学，2008.

［5］Vlpavlovie，RShanna，TS Huang.Vision-Based Interpretation of Hand Gestures for Remote Control of a Computer Mouse［C］.IEEE Transactions on Patten Analysis and Machine，1997：5～8

Battle-Field Situation；Whiteboard；Command；Plotting

Research and Implementation of Whiteboard System Based on Real-time Battlefield Situation

ZHANG Hong-yu1，LI Xiang2
（1.Naval Command Post，Beijing 100841；2.China Electronics Technology Group Corporation，Nanjing 210007）

1007-1423（2015）31-0056-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.31.015

张宏宇（1982-），男，黑龙江人，本科，工程师，研究方向为指挥自动化技术

2015-10-15

2015-10-28

针对异地协同研讨和决策等可视化指挥的难题，提出基于指令的协同信息传输技术和基于多点触控的军标标绘技术，在此基础上，将电子白板系统、战场态势显示系统和协同标绘系统进行重构设计和整合，形成“基于实时战场态势的电子白板系统”，实现异地指挥员基于同一幅战场态势图的研讨和指挥决策。

战场态势；电子白板；指令；标绘

李祥（1985-），男，江苏南通人，硕士，工程师，研究方向为数据可视化与展现技术

For visual command problems like collaborative research and decision，proposes a collaborative information transmission technology based on commands and a plot technology based on touch.Then，the existing systems including whiteboard system，battlefield situation display system and collaborative plotting system are reconstruction designed and integrated into a whiteboard system based on real-time battlefield situation which can apply research and decision based on the same situational figure.