作戰自然環境特征提取及其一致性分析

張歡 劉磊 張汀

摘要：河流和地形作為作戰環境中的主要特征，對指導信息化作戰具有重要的意義。本文首先闡述了河流和地形對信息化戰爭的影響，研究了它們的一致性關系，并基于一致性，對某一地區的河流進行了特征提取。最后，本文針對河流和地形可能出現的不一致情況，總結了其探測及改正方法。

關鍵詞：戰場環境;河流;地形;一致性;特征提取

一 引言

戰場環境是指“戰場及其周圍作戰活動有影響的各種情況和條件的統稱，包括地形、水文、氣象等自然條件，人口、民族、交通、建筑物、工農業生產等人文條件，以及國防工程構筑、作戰物資儲備等戰場建設情況”。從作戰、指揮活動的要求出發，要建立數字化戰場環境，就需要提供處理環境數據、組織管理戰場環境信息的依據，因此我們需要研究戰場環境^[1]。在本文中，我們主要討論陸戰場環境中以河流和地形為主的自然環境。

分析戰場環境的手段通常有實地勘察、地圖和相關資料分析。其中，地圖是地理信息的主要表達方式，具有可度量、可解讀、可概括等特點，是戰場環境分析的基本工具。以數字地圖為基礎，運用地理信息系統的方法，研制相應的分析模型，基于各種指標，建立環境分析圖，是未來數字化戰場環境應用研究的重要內容之一。本文基于GIS討論了河流和地形及其一致性，并利用該一致性，研究了提取地形中河流的方法，并針對河流和地形可能出現的不一致情況，總結了其探測及改正方法。

二、地形、河流與信息化戰爭

在作戰自然環境中，河流和地形是影響和制約作戰行動的主要因素。地形是指作戰地理環境的核心要素，是戰場的基本構成要素，也是軍隊行動的客觀基礎。如“戰斧”式巡航導彈使用了地形匹配制導技術，能實現地形越復雜，制導精度越高。因此，在信息化作戰中，要充分認識地形環境在信息化戰爭的作戰指導作用，能動地利用有利的地形環境，克服其不利因素。

河流是部隊機動的天然障礙。如江河會影響武器的使用，對兵力展開造成妨礙，阻擋行軍去路，給作戰帶來嚴重的影響。此外，河流是天然的航道，可作為軍事運輸線，及時地從水陸兩方運送物資，保障作戰的需要。河流也是作戰中的天然防御系統，在現代戰爭中具有重要戰略意義^[1]。

三、基于Arcgis的戰場地理環境特征提取的研究

由于各個地區河流的水文地理特點是不同的，因此要制定適合的作戰計劃，就需要提取出戰場環境中地形數據的河流特征，以掌握每一條河流的具體特點。河流和地形數據在地形圖中，是密不可分的，他們之間存在著強烈的空間相關性，即二者具有一致性的空間關系：水流具有自上而下流的特性，且在流動時沖刷的該地地形，最后水流聚集在高程最低處，產生出河流^[2]。利用地形和河流的一致性，可以從地形數據中提取出河流。

在DEM中包含有各種分辨率的地形高程信息，可以提取出大量地表形態信息，如流域等。隨著流域特征提取研究方法的不斷成熟，各種專業軟件和計算機模型相繼推出，所有這些軟件和模型中，尤以ESRI的ArcGIS最為成熟，應用也最為普及。因而本文以ArcGIS10.1為軟件平臺，采用的是ArcGIS10.1中的水文分析模塊，該模塊采用的是地表徑流漫流模型以提取河流和匯水區：首先，在對原始的規則格網DEM數據進行洼地填充，在再填充后生成的無洼地DEM數據上利用最大坡降法的原則，計算出每一個柵格的理論流向;接著，根據水流在重力作用下由高程大的地方流向高程小的低處的原理，計算出每一份柵格格網在該處的總的格網數，這即叫做該處的匯流累積量;我們假定每一個柵格格網都具有一份水流，則所有的格網的匯流累計量就可以表達該格網的水流總量，再選取適當的匯流量閾值，則可以生成顯示該閾值范圍外的柵格河網^[3]。

本文選取了某一谷底較為明顯的區域進行了實驗，如圖1所示，為實驗中部分截圖示意圖。其中，圖（1）為所選實驗區域的部分等高線圖截圖，生成的規則格網DEM如圖（2）所示，選取一定的閾值生成的河網如圖（3）所示。

四、戰場自然地理環境特征一致性的研究

在河流和地形數據的獲取、更新過程中，可能出現因數據的獲取手段、更新時間、在制圖綜合中的概括程度的不一致，產生二者數據的空間關系出現不一致性的矛盾情況，這表現為等高線入水、河流爬坡等現象^[4]。為了能利用正確的地形和河流數據，實施準確的指揮，做出正確的判斷，提高作戰指揮的效能，對于這種空間關系出現沖突矛盾的現象，我們需要進行不一致性關系的探測和改正。國內很多GIS專家都提出了較好的探測和改正方法，如單調鏈法，向量變換法，仿射變換法等。

五、結論

河流和地形作為作戰自然環境中的重要要素，對軍事決策、戰場指揮、軍事行動和戰場環境建設及改造有著重要的作用。在地圖空間數據庫中，地形和河流之間存在著顯著的空間依賴性二者具有一致性，利用這種一致性，本文基于ARCGIS對地形中河流進行了提取。但實際上，常常有“河流爬坡”、“等高線入水”等沖突矛盾現象的出現，因此文中闡明了目前國內的一致性探測和改正方法。

參考文獻

[1] 池亞軍，薛興林等.戰場環境與信息化戰爭[M].北京：國防大學出版社，2010.

[2] 龍毅，曹陽，沈婕等.基于約束D-TIN的等高線簇與河網協同綜合方法[J].測繪報，2011，40（3）：379-385.

[3] 湯國安，李發源，劉學軍.數字高程模型教程[M].北京：科學出版社，2005.

[4] 李國輝，許文帥，龍毅等.面向等高線與河流沖突處理的多約束移位方法[J].測繪學報，2014，43（11），1204-1210.