油料保障路径规划系统的设计与实现
发布时间：2019-09-27
摘 要: 为了适应信息化条件下基于信息系统体系作战能力的发展要求，本文针对摩托化机动油料保障中路径规划问题，设计了基于 GIS 的油料保障系统体系，提出按需定制以解决油料保障路径规划问题，重点研究了小休息、大休息和宿营油料保障路径规划，并给出了不同模式下的油料保障方案。
关键词: 地理信息系统; 摩托化机动; 油料保障; 路径规划
0 引 言
信息化战争条件下，战场环境瞬息万变，当机动部队面对变化的战场环境做出战略战术调整时，油料保障单位必须能够做到迅速反应和全方位的保障，以确保机动部队顺利完成机动任务。一般情况下，小休息、大休息和宿营都是部队油料补充的重要时机[1]。在系统构建方面，张德印[2]认为基于 GIS 研究军用油料保障，可以充分发挥系统的空间分析能力; 牟克跃[3] 等通过对兰州战区油料保障业务的考察和调研，以 MapEngine 为开发平台，设计了油料保障管理系统; 齐述顺[4] 从理论上阐述了基于北斗卫星导航技术、总线数据采集技术、无线数据传输技术和地理信息技术的智能决策实现油料保障的可行性; 米珂[5]利用 Java EE 框架，采用 MVC 设计模式，完成了军需物资油料综合信息系统的设计与实现，实现了根据道路交通状况和油料保障力量分布规划油料保障路线; 张军[6]设计了战区级油料供应指标管理及消耗预测系统，提高了油料保障的工作效率。
摩托化机动油料保障路径规划可以看作是一种决策问题，科学、合理的油料路线对于油料及时充足的保障至关重要，指挥员作为决策的主体，发挥着重要的作用。信息化条件下，指挥决策人员为了做出合理的决策，往往需要借助计算机来处理多元、复杂的信息。因此，本文以 GIS 为技术支撑和系统框架，提出了按需定制的摩托化机动油料保障路径规划系统体系。
1 系统总体设计
本文系统体系的设计是为了实现摩托化机动油料保障的准确和高效，可根据实际摩托化机动油料保障模式、油料保障单位的分布以及各单位油料存储情况等实际情况，结合指挥员作战经验，利用人机交互的方式确定油料保障单位，进而给出油料保障路径规划方案。
文中提出采用“预测-分配-规划”的指导思想解决摩托化机动油料保障中路径规划问题。“预测”是指利用油料消耗预测模型和油料保障力量预测模型[7]，评估本次保障任务中油料需求和相关保障力量的需求; “分配”是根据油料保障模式的不同，充分顾及指挥员经验，确定该保障模式下油料保障单位并分配各油料单位具体的保障任务; “规划”是在完成“预测”和“分配”后，调用前文中的路径规划算法求解油料保障路线。系统体系的设计如图 1 所示。
1) 数据区
数据区是系统的基础组成部分。其中，地理空间数据主要有各种数字化地图、遥感数据和北斗导航定位点; 油料保障信息主要包括油料及油料装备存储，油料保障单位分布情况，各油料保障单位人员、装备数量等。
2) 油料消耗预测
油料消耗预测主要是指根据机动部队的耗油装备数量、百公里耗油、油箱容量、机动行军距离以及路况等信息对摩托化机动油耗进行预测。常用的预测油耗的方法为摩托化机动公里耗油法、平均基数里程法和部队一日耗油量估计。
3) 空间分析、人机交互、空间决策
当油料消耗达到一定的阈值，系统向指挥员发出油料保障提醒，指挥员根据实际情况向系统发出油料保障命令。根据摩托化机动油料保障的不同模式，分以下情况讨论( 系统中不考虑自带自加的情况) : ①摩托化机动小休息油料保障时，指挥员根据油料保障单位分布、油料存储分布等信息，采用人机交互的方式确定摩托化小休息油料保障点并发出油料保障命令，系统接受命令后，根据油料保障单位的位置和小休息油料保障点的位置，调用系统中空间分析的算法和模型，自动规划出油料保障路线以支持空间决策; ②摩托化机动大休息油料保障时，系统通过油料保障力量预测模型估算出油料和油料保障装备的需求量，指挥员根据需求量、附近油料保障单位分布、油料保障单位油料和装备存储等信息，采用人机交互的方式确定参与油料保障的单位。指挥员根据大休息地域敌情状况做出合理判断: 若该地区安全性较高，可以考虑多路段、多点开展油料补给; 否则考虑其他常规的油料补给方式。系统接受油料保障命令后，根据油料保障单位的位置和大休息位置，调用系统中空间分析的算法和模型，自动规划出相应的油料保障路线以支持空间决策; ③摩托化机动宿营油料保障与大休息油料保障流程相似，但宿营油料保障的油料需求量大，往往需要在不影响摩托化宿营的前提下实现多次油料补给。
4) 油料保障监控及反馈
油料保障监控及反馈是摩托化机动油料保障的重要环节，是核实油料保障效果并制订油料保障下一步方案的重要依据。利用北斗导航定位系统对整个油料保障环节实时全方位的监控，通过北斗短报文的形式及时反馈相关问题，指挥员根据反馈的问题做出适当调整，保证整个油料保障过程更加合理。
2 小休息油料保障路径规划
摩托化机动小休息油料保障主要针对机动部队中油箱容量较小的汽车进行加油，其特点是: ①油料保障力量需求量小; ②油料保障时间有限; ③油料保障点需要依据机动实际情况确定。
从摩托化机动小休息点油料保障特点可以看出: ① 小休息油料保障的需求量较小，一般是由机动部队主动寻找油料保障，因此，可以考虑忽略油料保障路径规划中 “预测”和“分配”的环节; ②指挥员在进行小休息油料保障路径规划时，应当着重考虑油料保障时间问题，即保障效率。图 2 为摩托化机动小休息油料保障示意图。
在图 2 中，粗线为机动行军路线，灰色圆圈表示机动部队按当前行军速度在未来 1 小时内可以到达的范围，十字点表示油料供应单位的分布情况，黑色圆圈表示该油料保障单位的最佳保障范围。
在本文提出的系统体系设计中，摩托化机动小休息油料保障是由指挥员通过人机交互的方式确定小休息油料保障点，进而实现油料保障路径规划。在实际执行时，往往存在不同的情况，如图 3 所示。
图 3 中，( a) 图油料保障单位的最佳保障范围与部队机动路线相交，( b) 图油料保障单位的最佳保障范围与部队机动路线相离。
针对以上摩托化机动小休息油料保障的两种情况，指挥员应当灵活处理，保证油料保障的高效实施: ①( a) 图情况下，油料保障单位距离机动路线距离较近，部队可沿规划好的路线继续机动行军，指挥员选取机动路线上点 A 与点 B 之间的任意点作为小休息油料保障点，发出油料保障命令后，油料保障单位按照系统规划的保障路线及时到达保障点; 指挥员也可根据实际情况将油料保障单位( 沿途油库站等) 设置为油料保障点，临时调整机动路线前往油料保障单位，部队油料补充完毕后返回原机动路线; ②( b) 图情况下，油料保障单位距离机动路线较远，摩托化机动油料保障难以有效实施。此时，指挥员可适当调整机动行军路线，选取保障单位最佳保障范围中的某一点作为小休息油料保障点，调整行军路线的同时发出油料保障命令，油料保障结束后迅速返回原机动路线，继续完成原定的机动任务。
摩托化机动小休息油料保障路径规划方案如图 4 所示。
3 大休息和宿营油料保障路径规划
3.1 大休息和宿营油料保障分析
摩托化机动大休息和宿营油料保障具有诸多相似的特点，具体概括为: ①油料保障力量需求量较大，可能存在单个油料单位难以完成油料保障任务的情况; ②油料保障的时间较充足; ③油料保障方式多样化; ④油料保障区域已确定，即机动任务中规定的摩托化大休息或宿营位置。
摩托化机动大休息和宿营油料保障路径规划时，指挥员可根据摩托化机动油料消耗、油料保障力量预测、油料保障单位分布、油料保障单位油料和装备存储情况以及附近敌情来制定相关油料保障方案。但是，在制订具体油料保障方案时，大休息和宿营保障的路径规划方案又有所差异，具体表现为: ①大休息时车辆停靠道路右侧，人员进入指定地域休息，而宿营时通常在开阔地架设帐篷并做好隐蔽工作，同时挖好掩体以停放车辆[6]; ②宿营油料保障时的油料需求量远大于大休息油料保障。一般情况下，大休息油料保障可以一次性完成，而宿营油料保障可能要分宿营前补充、宿营地补充和进入干线前补充等多次进行。
本节将针对以上特点，分别探讨大休息油料保障决策和宿营油料保障路径规划问题。
3.2 大休息油料保障路径规划
在图 5 中，粗线为部队沿道路组织大休息区域; 圆点为油料保障单位; 三角形为油料保障组设置的临时加油站点，当无敌情威胁时可实现多点油料保障。
针对摩托化机动大休息油料保障问题，不考虑单车自带自加的情况，在本文提出的系统体系支持下，油料保障路径规划方案为:
①指挥员根据大休息地域周围敌情状况，判断是否采用多点油料保障的模式。如果采用多点保障，则采用人机交互的方式确定临时加油站点，机动部队就近选择临时加油站点补充油料，否则选择某一相对安全地点，逐一补充油料。
②指挥员根据油料保障的需求和自身经验，采用人机交互的方式选择参与油料保障的单位并向系统发出油料保障命令。
③系统接收到油料保障命令后，自动调用油料保障力量预测模型，根据部队装备和部队机动距离等因素，得到部队所需的油料保障力量。
④若采用多点油料保障模式，指挥员需要确定每一个临时加油站点的保障力量，具体流程为: 指挥员向系统输入每一个临时加油站点需要保障的梯队编号( 部队机动单元称之为纵队，梯队是组成纵队的基本单位) ，而后系统将自动计算各临时加油站点油料需求量( 预计油料消耗量) 。
⑤指挥员可根据经验和实际情况，利用人机交互的方式添加、删除某些油料保障单位的保障任务，系统最终确定执行油料保障的单位和该单位出动的保障力量。
⑥若采用多点油料保障模式，则系统调用多点油料保障模型，生成多点油料保障方案。
相关期刊推荐：《中国油料作物学报》(双月刊)创刊于1979年，是由中国农业科学院油料作物研究所主办，科学出版社出版，是全国唯一的一份油料作物专业学术期刊。主要刊登油菜、大豆、花生、芝麻、向日葵、胡麻、红花和其它油料作物有关品种资源、遗传育种、耕作栽培、生理生化、综合加工利用以及品质测试技术等方面的研究论文、应用技术、综述、评论等文稿
