作战自然环境特征提取及其一致性分析

张欢　刘磊　张汀

摘要：河流和地形作为作战环境中的主要特征，对指导信息化作战具有重要的意义。本文首先阐述了河流和地形对信息化战争的影响，研究了它们的一致性关系，并基于一致性，对某一地区的河流进行了特征提取。最后，本文针对河流和地形可能出现的不一致情况，总结了其探测及改正方法。

关键词：战场环境;河流;地形;一致性;特征提取

一 引言

战场环境是指“战场及其周围作战活动有影响的各种情况和条件的统称，包括地形、水文、气象等自然条件，人口、民族、交通、建筑物、工农业生产等人文条件，以及国防工程构筑、作战物资储备等战场建设情况”。从作战、指挥活动的要求出发，要建立数字化战场环境，就需要提供处理环境数据、组织管理战场环境信息的依据，因此我们需要研究战场环境[1]。在本文中，我们主要讨论陆战场环境中以河流和地形为主的自然环境。

分析战场环境的手段通常有实地勘察、地图和相关资料分析。其中，地图是地理信息的主要表达方式，具有可度量、可解读、可概括等特点，是战场环境分析的基本工具。以数字地图为基础，运用地理信息系统的方法，研制相应的分析模型，基于各种指标，建立环境分析图，是未来数字化战场环境应用研究的重要内容之一。本文基于GIS讨论了河流和地形及其一致性，并利用该一致性，研究了提取地形中河流的方法，并针对河流和地形可能出现的不一致情况，总结了其探测及改正方法。

二、地形、河流与信息化战争

在作战自然环境中，河流和地形是影响和制约作战行动的主要因素。地形是指作战地理环境的核心要素，是战场的基本构成要素，也是军队行动的客观基础。如“战斧”式巡航导弹使用了地形匹配制导技术，能实现地形越复杂，制导精度越高。因此，在信息化作战中，要充分认识地形环境在信息化战争的作战指导作用，能动地利用有利的地形环境，克服其不利因素。

河流是部队机动的天然障碍。如江河会影响武器的使用，对兵力展开造成妨碍，阻挡行军去路，给作战带来严重的影响。此外，河流是天然的航道，可作为军事运输线，及时地从水陆两方运送物资，保障作战的需要。河流也是作战中的天然防御系统，在现代战争中具有重要战略意义[1]。

三、基于Arcgis的战场地理环境特征提取的研究

由于各个地区河流的水文地理特点是不同的，因此要制定适合的作战计划，就需要提取出战场环境中地形数据的河流特征，以掌握每一条河流的具体特点。河流和地形数据在地形图中，是密不可分的，他们之间存在着强烈的空间相关性，即二者具有一致性的空间关系：水流具有自上而下流的特性，且在流动时冲刷的该地地形，最后水流聚集在高程最低处，产生出河流[2]。利用地形和河流的一致性，可以从地形数据中提取出河流。

在DEM中包含有各种分辨率的地形高程信息，可以提取出大量地表形态信息，如流域等。随着流域特征提取研究方法的不断成熟，各种专业软件和计算机模型相继推出，所有这些软件和模型中，尤以ESRI的ArcGIS最为成熟，应用也最为普及。因而本文以ArcGIS10.1为软件平台，采用的是ArcGIS10.1中的水文分析模块，该模块采用的是地表径流漫流模型以提取河流和汇水区：首先，在对原始的规则格网DEM数據进行洼地填充，在再填充后生成的无洼地DEM数据上利用最大坡降法的原则，计算出每一个栅格的理论流向;接着，根据水流在重力作用下由高程大的地方流向高程小的低处的原理，计算出每一份栅格格网在该处的总的格网数，这即叫做该处的汇流累积量;我们假定每一个栅格格网都具有一份水流，则所有的格网的汇流累计量就可以表达该格网的水流总量，再选取适当的汇流量阈值，则可以生成显示该阈值范围外的栅格河网[3]。

本文选取了某一谷底较为明显的区域进行了实验，如图1所示，为实验中部分截图示意图。其中，图（1）为所选实验区域的部分等高线图截图，生成的规则格网DEM如图（2）所示，选取一定的阈值生成的河网如图（3）所示。

四、战场自然地理环境特征一致性的研究

在河流和地形数据的获取、更新过程中，可能出现因数据的获取手段、更新时间、在制图综合中的概括程度的不一致，产生二者数据的空间关系出现不一致性的矛盾情况，这表现为等高线入水、河流爬坡等现象[4]。为了能利用正确的地形和河流数据，实施准确的指挥，做出正确的判断，提高作战指挥的效能，对于这种空间关系出现冲突矛盾的现象，我们需要进行不一致性关系的探测和改正。国内很多GIS专家都提出了较好的探测和改正方法，如单调链法，向量变换法，仿射变换法等。

五、结论

河流和地形作为作战自然环境中的重要要素，对军事决策、战场指挥、军事行动和战场环境建设及改造有着重要的作用。在地图空间数据库中，地形和河流之间存在着显著的空间依赖性二者具有一致性，利用这种一致性，本文基于ARCGIS对地形中河流进行了提取。但实际上，常常有“河流爬坡”、“等高线入水”等冲突矛盾现象的出现，因此文中阐明了目前国内的一致性探测和改正方法。

参考文献

[1] 池亚军，薛兴林等.战场环境与信息化战争[M].北京：国防大学出版社，2010.

[2] 龙毅，曹阳，沈婕等.基于约束D-TIN的等高线簇与河网协同综合方法[J].测绘学报，2011，40（3）：379-385.

[3] 汤国安，李发源，刘学军.数字高程模型教程[M].北京：科学出版社，2005.

[4] 李国辉，许文帅，龙毅等.面向等高线与河流冲突处理的多约束移位方法[J].测绘学报，2014，43（11），1204-1210.