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喜迎国庆 | 图扑数字孪生军演,构建跨域作战体系


发布时间: 2022-11-24 18:15:01    浏览次数:10 次

前言

战争造成的伤害是无法磨灭的。有人提出“战役元宇宙”的概念,让人们在虚拟世界中体验战争的创伤,期望唤醒参与者对和平的向往。随着扩展现实、数字孪生、3D 渲染、高速网络、区块链等技术的发展及终端设备的迭代,让“战役元宇宙”有望照进现实,为练兵备战提供虚实结合、物网相联的时空环境。

系统分析

1995 年 9 月,美军在巴拿马举行了名为 Fuertas Defensas 的军事演习,开启了信息化战争条件下的战场态势可视化先河。2021 年 5 月的巴以冲突中,以色列代号为“城墙卫士”的行动被称为世界上第一场“人工智能战争”。人工智能、建模与仿真技术等综合集成构建的人机智能推演和创新系统,推动建模仿真在基础理论与方法、顶层架构、装备全生命周期、军事演习、作战训练与保障等诸多方面取得重要进展。实兵演习在可视化技术的加持下,逐渐有了多维度、全感官、沉浸式的互联网体验,加快了“战场元宇宙”的演进。

 

军演实时环境呈现受限于战场数据链带宽限制和敌方的电磁干扰,在无法实时传送战场真实情况的条件下,战场态势可视化系统多采用仿真技术对战场环境和敌我态势进行还原,通过仿真沙盘模拟战局。图扑软件基于地理空间数据仿真创建三维地形,对配色和标记严谨使用,模拟军演地空环境,营造逼真、适用、管用的实战化训练环境。结合 GIS,能进行细微的地标调整,指挥作战单位的分布、转移等,让军队合理规划行军路线。

 

构建零代码、低代码的数据可视化管理平台,帮助指挥人员在短时间内根据零散、相互矛盾甚至具有潜在欺骗性的数据做出正确研判。通过图扑可视化系统集成连接各军种、各作战域的传感器、决策节点和武器系统,以实现战场态势感知数据的多域集成以及一体化指挥控制。战场态势可视化是对军演环境内(陆、海、空、天、电磁、网络和认知)敌我双方作战形势的实时呈现,是一体化 C4ISR 系统的重要组成部分,协助部队作战指挥和训练模拟。

 

图扑将敌情数据和 3D 地形数据合二为一,模拟电磁环境、气象环境、地理环境和水文环境等,为指挥官提供指挥依据。将指控信息、通信信息、位置信息和情报等一系列关键信息集成到可视化系统中,实现单兵和分队层级的 24 小时态势感知,同时将士兵获取的数据融入到作战局域网中,让虚拟现实和真实世界趋于融合。模拟军演以夺岛行动为例,展示了抢滩登陆至攻占对方大本营的实兵演习过程。包含了“空地一体化”、“空海一体化”、“由海向陆”、“由纵深向岸滩”等战役,是一场全层级、全要素、全方位的演习。在 2D 面板查看军演类型、演练目的、无人机机舱状态等;3D 场景展示演练沙盘。

效果展示

无人机侦察

实兵演习是除实战外最能检验军队战斗力的一种考核方式。演习过程分为情报侦察、火力打击、防空反导、后装保障等不同部分。通过信号级的仿真模型和效能算法,实现对侦察探测效能、电子对抗效能、火力打击效能和综合防护效能的仿真。

 

随着可视化和智能化的不断融合,逐渐形成政产学研用五位一体的可视化分析复合体。通过图扑软件模拟蓝军侦察机飞行视角,查看红军基地布局。侦察机装有复杂的航摄仪和电子侦察设备,能高空高速飞行,深入红方纵深地区对红方核设施、导弹基地和试验场、防空设施等战略目标实施侦察,为前线指挥员提供战术纵深内敌军部署、行动、重要火力点及其他重要目标及地形及攻击效果等情报。

 

通过以无人机为代表的 ISR 资产回传,可获得敌方军事机场、大本营、火力分布情况、排兵布阵情况等的高清晰度图像和视频。采用人工智能对敌军的图像和视频进行评估、识别和分析,并通过 Hightopo 可视化系统进行复现,探索建立与实战环境高度相似的仿真陆战场、仿真海战场、仿真空战场等,使“战场元宇宙”从无到有、从“假”到“真”、从虚拟到实用。

 

在模拟的军演沙盘上用光柱和光圈标注红军的防御火炮、防空火炮、坦克编队、军事机场、大本营的分布位置,点击相应光标可查看详细信息。如点击防御和防空火炮可查看在该位置的火炮类型和数量,掌握武器数据。通过可视化技术将筛选后的数据传输至虚拟战场,分析伤亡数据,从每一场真实的战斗中吸取经验教训。军演时,作战装备作为现场的数据采集设备,可真实记录敌我双方交战过程。如敌方使用何种武器装备?以何种方式发起进攻?

 

防御火炮可视化

武器的数字孪生体能为武器装备设计论证、武器装备性能试验、武器装备兼容性试验、武器系统体系作战效能检验等提供具备等效仿真能力的实战化背景和大规模试验场景。

 

图扑软件可视化 3D 场景内的坦克数字孪生体标注了坦克的车体尺寸、武装情况、履带宽、行驶距离、战斗重量等参数。前线坦克可采集敌军武器数据,分析后提高我军武器性能。

 

后端分析人员对前端设备传回的实战数据可视化分析后,通过战术网路将数据更新包下发至各型装备,不断提高战场上我方武器装备的预测、打击和反制能力。

 

可根据不同装备的处理能力,以场景匹配机制的形式将数据存储于武器装备之中,既可用于日常的实战化训练,帮助部队了解作战对手的特性、习惯、攻击位置和方式,也能用于实兵演习,结合侦察情报,预测敌方行动计划,先敌调整、先敌决策,减少我方人员伤亡。

 

由人工智能驱动的无人坦克融合 AI 的推进和控制模块,能进行自主航点导航和障碍物探测,配备 50 毫米大炮、反坦克导弹,甚至是系留无人机等和 IFV 部队同等和超配的火力和战术能力,能更好的协助主力部队战斗。

 

线框模式的坦克,能接触到坦克的内部结构,查看它的每一个部件,如查看火炮稳定器、装备武器状况等。蓝方可根据情报派出克敌制胜的战斗武器,先敌行动,确保我方人员和装备的安全。

 

利用传感器收集作战工具的实时数据并上传图扑可视化平台,在可视化平台展示各类作战工具的静态数据和运行数据。坦克损伤超过限定值时及时预警,损伤部位实时呈现。在对战中可提高操作员对系统的控制,提高坦克的杀伤力。

 

采用图扑软件 0 代码平台构建火炮的数字孪生体,实现装备健康状况的实时监控,发现问题及时修复。虚拟驾驶室内,作战人员在听到“战斗警报”后,立即进入战备状态。对应的虚拟信息无缝叠加至作战人员视野,支撑作战人员远程完成相关操作。

 

人工智能技术、量子技术、超级仿生技术、脑机接口技术和激光武器、微波武器、动能武器等先进技术及武器装备的不断问世,推动了军演的“元宇宙”进程。

 

军事机场可视化

军用机场是军队航空兵实施防空作战的重要依托,机场建设应该综合考虑机场的特点、区域和建筑物具体的结构、布局和功能。随着显示交互、高速通信和计算技术的发展,建构无限逼近真实的各类场景将成为现实。

 

图扑软件机场仿真场景内可查看机场建筑布局和飞机线框模式。轻量化建模全方位立体式还原机场实貌,分图层对机场的区域、建筑、飞机跑道、武器装备、管理设备、停泊战机数量等进行查看、监控和跟踪。

 

通过航拍倾斜摄影采集影像,以大范围、高精度、高清晰的方式全面感知复杂的军事机场,获取到丰富的建筑物顶面及侧视的高分辨率纹理。通过定位、融合、建模等技术,生成具有地理坐标系信息的三维机场模型。图扑软件航拍建模能准确的和 GIS 匹配,系统可以根据用户浏览时和场景的距离显示不同精度的 LOD 层级模型。

 

仿真系统是辅助决策者论证武器装备发展的量化工具。通过图扑软件可视化系统生成科技科幻风格的飞机数字孪生体,将军用飞机的各类数据在可视化大屏显示,如机长、翼展、最大飞行速度、航程、爬升率、翼载荷、推重比、最大转弯速率、动力系统等,提高调度效率。2017 年,美国将人工智能程序集成到 F-16 战机及 E-3 “哨兵”空中警戒和控制系统飞机上,将人工智能、自动化和机器学习应用于更大平台。

 

将无人机火控系统锁定敌方飞机,可实施炸毁。仿真系统可模拟受到轰炸后的地理状态。新型嵌入式武器系统和传感器处理器的紧凑型智能算法能采集无人机平台的全动态视频传感器数据,包括文件开发、采集管理、战争博弈、建模和仿真以及指示和告警。

 

未来,随着 VR/AR/MR 技术、数字孪生技术、高速网络技术、AI 技术等的发展,可通过“战场元宇宙”虚拟的舰载战斗机的 AI 助手向飞行员确认飞机的各项状态,并筹划即将开始的作战行动,还能为新型装备运用和战法创新提供远程推演验证。飞行员能在立体化、多感官虚拟情境中,远程操作歼击机飞行。

 

对于民用飞机和机场图扑软件也有相关的数字孪生解决方案。

 

敌方大本营可视化

高性能计算的不断突破,加速推进仿真应用在作战理论及新概念验证等领域的应用与实践。通过无人机查探大本营内的武装人员数量,军械库、火药库的位置和数量并结合高性能计算和仿真技术在可视化大屏显示。图扑软件以建筑信息模型(BIM)、地理信息系统(GIS)、物联网(IoT)等技术为基础,构建起三维数字空间的建筑信息综合体。

 

通过 BIM 可视化解决方案构建建筑的三维场景,采用 BIM 转 OBJ 功能和加载后通过 API 改变颜色、更换贴图功能,实现 BIM 模型的外观优化。对红军大本营建筑实现全景仿真再现,并在三维地图显示建筑物位置及信息,让指挥员了解敌方基地布局结构。

 

未来,可在演习军队的大本营内,利用虚拟现实和现实增强技术投射生成战斗指挥官的虚拟人影,传达上一级战备检查指令。

 

图扑软件通过轻量化 3D 建模技术,将建筑外结构透明化处理,突出显示内部人员和物体。快捷查看红军军事瞭望塔内哨兵数量和配备武器,车库内车辆数量和相关参数,军械库内军械数量和参数,军用帐篷内人数和配备武器。当有士兵牺牲时,及时呈现战损率。快速补充站岗士兵,避免敌方找到进攻突破口。

 

演习营区内区域报警设备与辐射电缆入侵探测、红外对射防范探测、电子围栏等安防设备联动尤其重要,当有敌军入侵时自动报警,可联合各军种歼灭入侵敌军。Hightopo 可视化系统能对各种监控设备集成管理,展示监控设备位置和画面。

 

联合军演涉及城市作战、多地区作战、多领域作战、多军种多兵种作战、联合作战、多国作战等,跨所有作战域的作战执行能力需要无缝的指挥与控制,需要更强的通信支持。

 

如果指挥通信网络遭受敌方网络攻击而瘫痪或关键节点遭受打击被损毁时,作战部队可尝试接入“数字孪生”的通信链路,确保最基本的作战指挥和信息交互。

 

击毁无人机

蓝军无人机在最后的侦察环节被红军防空火炮发现并击落,图扑软件运用动画还原了该过程。

 

图扑软件支持视频融合,将 2D 视频图像融合到场景的 3D 模型中,为用户提供直观的视频图像和简单的视图控制。通过室内监控视频与三维场景叠加展示,可如临其境查看现场情况。并可实现关键路径自动视频巡检,重点区域关注目标快速锁定等高级功能,为日常管理和突发事件的处理提供直观准确的协助。

根据实际条件为网上练兵、兵棋对抗、科技练兵等模式融入实兵、实物、实景,打造虚实结合、物网相联、人机互动、训战一致的仿真军演。

 

通过侦察,蓝方找出红方防守薄弱区,发起两栖登陆攻击。两支精兵劲旅展开了“抢滩登陆、二次进攻、三次进攻、四次进攻、阵地防御” 5 场巅峰对决,场场惊心动魄。图扑软件让虚拟的战场境况有“身临其境”的感觉,让官兵感知战争的盖然性、激烈性和残酷性。

 

抢滩登陆时蓝军采用驱逐舰直面对向登陆点,对红军第一防线发射导弹。红方第一防线溃败后,蓝方歼 20 战机从航空母舰起飞,直奔红方第二防线进行轰炸......更多军演细节请关注图扑软件后续文章。

 

“战场元宇宙”是“元宇宙”在军事领域的表现形态,具有更严格的安全保密标准、更强大的仿真计算能力、更实时的精细交互要求。军队可在虚拟环境中锤炼战斗技巧、磨合战术配合、锻造战斗意志的同时,将积累的模拟作战经验应用到实际作战行动中。


在以智能、泛在、融合为特点的新一轮科技革命推动下,太空、网络空间、电磁频谱、认知空间等新兴作战域对未来作战影响日益增大。图扑二维组态、三维组态能帮助审视军演过程中各个关键性网络要素的活动、运行情况及状态等信息。跨屏互动、远程指挥、实时呈现等功能,满足了作战指挥“兵贵神速”的要求,指挥人员可运筹帷幄,高效进行军事部署。以 Low-Code 工具构建的网络化指挥控制系统,可实现全军指挥、通信、侦察、火力、保障等要素的深度融合,进而提升战场态势感知能力与作战指挥效率。

 

更多行业应用实例可以参考图扑软件官网案例链接:https://www.hightopo.com/demos/index.html

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