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作者：尼加图·贝克勒 埃塞俄比亚国防军，埃塞俄比亚梅凯勒联合军事参谋学院 文章原载《地理信息系统杂志》，Vol.11No.1, February 2019 【摘要】世界军事力量结构正在发生巨大的集体变化；埃塞俄比亚武装部队经历了从非专业部队到目标部队的重大转变（旨在利用基于信息时代的技术和人机交互到非人机交互）。军种之间的传统“烟囱”正在被淘汰，取而代之的是允许联合部队（陆军、空军和海军联合部队）无缝执行所需任务的集成系统。本项研究是结合地理空间技术（显示空间和时间）和地理空间情报分析（使用算法、利用AI概念、图像情报和地理空间情报）进行的。为了成功支持当前和未来埃塞俄比亚在战区的军事行动，必须整合地理空间技术和地理空间情报，以适应部队结构演变和任务需求指令。联合情报行动的目的是整合地面、空军和海军部队驻扎在战区，并将作战和战术指挥官服务和国家情报能力的通用作战图（COP）纳入一个统一的工作中，超越任何单一的组织工作，为指挥官提供最准确、最及时的情报。 【关键字】遥感 地理信息系统 GPS 无人机 高分辨率卫星图像 1. 介绍 地理空间技术为环境可持续性提供了广泛的创新和具有成本效益的解决方案：因此，许多国家现在认识到地理空间技术在我们环境的维持中的重要性。环境信息的相关性基于其对最终用户的可得性程度，以及这些信息在多大程度上可以通过互联网和其他可用的全球信息基础设施平台与外部组织有效共享。在这方面，重点应放在通过各种网络和环境信息市场获得和分发现有信息方面[1]。 这项研究是结合地理空间技术（显示空间和时间）和地理空间情报分析（使用算法；使用人工智能概念）。为了成功支持当前和未来埃塞俄比亚在战区的军事行动，必须整合地理空间技术和地理空间情报，以适应部队结构演变和任务需求指令。联合情报行动的目的是整合战区的地面、空中和海军部队，并为作战和战术指挥官提供通用作战图（COP）。军种和国家情报能力整合为一个统一的行动，超过任何单一的组织行动，为指挥官提供最准确、最及时的情报[2]。 1.1. 问题陈述 收集和整合地理空间数据并有效生成有用产品的高效方法尚未完全开发出来，也没有切实可行的地理空间数据——地理空间情报——数字地图、图像和地形数据的整合，也没有通过整合空间数据开发出通用模型。 1.2. 主要研究目标 主要的研究目标是评估和模拟地理空间信息/技术和地理空间情报，用于战斗区区域的联合军事行动。 本项研究的具体目标 1）评估地理空间技术/传感器/GPS/卫星/无人机。 2）评估联合军事的地理空间情报/过程/作用/技术。 3）论证根据军事规范开发的数字地理信息系统（GIS）数据库在规划和执行战场行动方面的价值。 4）为战场地区建立示例建模和地形可视化协议，采用计划作为商业联合测绘工具包（C/JMTK）一部分使用的设计和/或操作功能。 5）向我们的部队认可和分享在联合军事行动中使用地理空间技术和情报的世界经验。 1.3. 研究区 联合作战从四个空间上独特的区域进行——水文（海洋）、地形（陆地）、航空（空中）和（空间）[3]。 2. 方法论 开发了一个程序，根据提取特征和填充数据库的潜力对图像数据进行排序。涉及四个基本步骤。1）特征选择；2）建立图像评价标准；3）图像的比较评价；4）图像评价的合并和结果评估。开发了一个程序，以证明有效使用GIS从采用商业GIS软件的联合作战数据库中生成大规模产品。涉及三个基本特征步骤：1）数据库准备；2）地图产品设计；3）开发用于联合作战的GIS应用，本研究中使用了不同类型的卫星图像（见表1）。 原型应该包括以下部分：1）一个数据传输系统，研究GIS服务器从远程数据站获取实时数据的技术；2) 一个模型接口，将测试模型与数据传输系统和基于网络的地理空间技术相结合；3) DBMS，利用一系列技术建立一个合适的数据库和数据处理设施；4）一个透明和灵活的用户界面，可开发用户友好的界面，便于快速、流畅地运行。 本研究中使用的数据 请参阅表1。 3. 结果和讨论 目标一：将地理空间信息应用于军事行动 有许多关键和先进的图像数据收集技术，现在定义了前所未有的军事情报、监视和侦察能力。这些进步提高了整个沿岸战斗空间的特征和目标的可探测性，改善了测距，使得某些类别的行动“夜晚变成了白天”，减少了友军火力误伤事件（自相残杀）的风险，并进一步加快了行动节奏[4]。在地平线上，信息和系统集成技术的改进将通过向决策者及时提供准确的信息而对未来的军事行动产生重大影响。信息的融合与传感器、平台和指挥组织的整合将有可能使作战任务迅速和更有效地完成。 表1本研究中使用的数据。
3.1. 地理空间数据收集技术 填充 GIS 数据库中使用的三个主要数据收集类别，包括 1）现场数据收集和 GPS；2）空中侦察；3）侦察卫星。 3.1.1. 现场数据收集和全球定位系统 有许多方法可以在野外收集原始数据，直接输入到联合作战的地理空间数据库。当所需的数据没有任何其他现成的格式，如地图、照片或卫星图像时，最常使用这些方法。当需要对遥感数据进行“地面探测”时，也经常收集实地数据。传统的手工测量技术利用水平仪和经纬仪直接收集实地测量。这些手工技术的现代数字等同物已经被开发出来，以便将收集到的数据以数字格式储存起来，直接输入到地理信息系统中。这里的例子包括全站仪（具有电子距离测量（EDM）和数据记录器功能的高精度经纬仪）、手持式激光测距仪和数字罗盘。 3.1.2. 全球定位系统 GPS有一个光明的前景；它正在改进，以保持它给战场带来的优势，并防止它容易受到攻击[5]。不同类型的GPS可用于指出空间区域，并将卫星信号转换为位置、速度和时间估计，用于导航、定位和时间传播（见图1）。大多数用户的设备被一个以上的服务所使用，只有极少数（如果有的话）对单一的服务有用途。 图1 不同类型的GPSs设备[6] 1. 2.GRAM-SAASM；3.SelectiveAvailability Anti；4.Precision Light weight GPS Receiver（PLGR）；5.FRPA Ground Plane（FRPA-GP）；6.Standard Control Display Unit（CDU）；7.Receiver 3S；8. GPS天线系统（GAS）-1；9.受控辐射模式天线（CRPA）；10.固定辐射模式天线（FRPA）；11.微型机载GPS接收器（MAGR）；12.接收器OH（MIL-STD-1553）；13.接收器UH（ARINC-429）；14.接收器3A；15. 天线电子AE-1/AE-1A；16. 天线电子AE-4。 上述GPS用户设备部分包括军用GPS接收机、天线和其他与GPS有关的设备。全球定位系统接收机用于飞机、海上船只、地面车辆或个人携带。 3.1.3. 数字图像 另一项流行的技术，成像光谱学（也被称为超光谱遥感）允许一个移动平台上的传感器收集来自地面目标的反射辐射，在0.38至2.5微米的范围内，一个特殊的探测器系统同时记录多达200多个光谱通道[5]。有了这样的细节，通过GPS与笔记本电脑的级联，探测、拦截和识别个别材料或类别的能力大大提升（见图2（a））。机载可见光/红外成像光谱仪（AVIRIS）就是这样一个超光谱传感器，自1987年开始运行，由四个光谱仪组成，共有224个独立带宽，每个光谱仪的光谱分辨率为10纳米，空间分辨率为20米[6]。一种新的PDA显示数字图像的形式，光探测和测距（lidar）是一种非常强大和通用的遥感显示工具（见图2（b））。它的应用范围很广，极其适用于海岸带监测。激光雷达技术的一个值得注意的应用是扫描水文作业机载激光雷达调查（SHOALS）系统[7]。这种测深制图应用采用了一种被称为机载激光雷达测深（ALB）或机载激光雷达水深测量（ALH）的技术。 3.1.4. 通过无人机获得的传感器数据 捕食者无人机的设计是为陆军战术指挥官提供后续的临时支持，在200公里以内的范围内提供近实时的图像情报（见图3（a））。该系统仍在有限的使用中，帮助开发人员为未来的无人机设计建立了系统能力要求（图4）。由此产生的产品，现在被广泛使用，是联合战术无人机或猎人。哈瓦克无人机的开发是为了向地面和海上部队提供实时和接近实时的图像情报，射程可达200公里，并可通过使用另一架猎人作为空中中继器扩展到300公里以上（见图3（b））。 图2（a）笔记本电脑上的军事 GPS 便携式设备（左）和（b）PDAs 空中侦察。上图显示了如何集成 GPS 接收器、笔记本电脑和显示设备 （a）（b） 图3（a）捕食者和（b）全球鹰持久无人机[7]。该图显示了机载系统如何从地球空间捕捉数据 图4地理空间信息和情报的整合[7]。该图4显示了无人机、卫星和飞机的集成 来自空间和机载系统的数据的整合 尽管在过去几年中，航空照片和数字图像在沿海地区的应用有了适度的增长，但无人机的利用却有了巨大的发展。在联合战争中，能够提供有关他们战斗的地形和他们面临的敌人的实时或接近实时的数据，一直是军事情报界的目标[8]。无人驾驶飞行器已经使这一目标在战争的许多层面成为现实，通过整合无人驾驶飞行器、卫星和飞机，成为陆军和海军陆战队规划人员和地面指挥官准备和执行任务的宝贵工具（见图4）。此外，越来越多的无人机充斥着沿岸的战斗空间，再加上强大的通信系统来分发它们收集的信息，这些数据可能很快就会被每个士兵和海军陆战队员所掌握。微型无人驾驶飞行器（MAV）目前正在开发中。目前正在进行实验，以探索MAVs对未来行动的军事意义，并开发和演示非常小的飞机（任何尺寸都小于15厘米）的飞行使能技术[9]。随着能够接收和利用图像数据的便携式系统在濒海战场上激增，数据量将继续成为一个挑战。旨在监测、控制和过滤不同级别战争（战略、作战或战术）的带宽的通信系统将在“移动”数据方面发挥关键作用。 无人驾驶飞行器是遥控或自驾的飞机，携带相机、传感器、通信设备或其他有效载荷[9]。无人机并不是一个新概念，自20世纪50年代末以来，军事单位一直在使用它[10]。然而，在过去的15年里，它们的作用被认为是有限的，因为它们收集的模拟数据在完成任务返回后才能获得（在大多数情况下）。数字技术改变了这种模式。因此，自20世纪90年代初以来，国防部已经使用无人机来满足近距离、短距离和持久性的监视要求。最初，近距离被定义为50公里以内；短距离被定义为200公里以内；而续航能力被设定为任何超出的范围。到20世纪90年代末，近程和短程类别被合并。目前这些车辆的类别是战术无人机和耐力类。 众多的数字多光谱、超光谱和雷达传感器平台被用于沿海地区军事应用的战术和持久性无人机上。随着更快、更大量的数据传输能力的提高，军事指挥官们现在可以获得前所未有的战场事件的最新细节。指挥官是训练有素的作战人员；他们对航空照片/视频有基本的了解，但在解释红外和雷达数据方面没有受过训练。出于简单的实用目的，这些系统收集的用于军事的大部分战术数据是高分辨率的多光谱图像，主要来自电磁波谱的视觉部分。这些系统现在经常达到的平均空间地面分辨率在一米左右。收集红外、热和雷达数据的系统正在迅速接近类似的分辨率[11]。 在所有使用无人机的情况下，战术控制站（TCS）被用来控制车辆及其机载系统。战术控制站是所有软件和通信联系的枢纽，也是与其他战场指挥、控制、通信、计算机和情报（C4I）系统的连接点[12]。 3.1.5. 卫星侦察 有越来越多的卫星在地球轨道上运行，收集重要的数据并将其返回到世界各地的地面站。星载卫星遥感有能力提供完整的、具有成本效益的、重复的空间和时间数据覆盖（见图5）。任务，如评估和沿海条件的监测可以在大区域内进行。机密系统和越来越多的非机密系统已经并继续被情报组织成功地用于向军事单位提供关键信息。 图5来自太空的数据的整合[7]。 图5中显示了通过使用星载的方式从太空获取数据。机载卫星成像系统长期以来一直是军事情报界的主力军。此外，机载系统主要用于收集有关外国军事活动的情报信息（见图6）。 这些卫星可以探测到太空中的导弹发射或核爆炸，并在经过其他国家时获取/记录无线电和雷达传输（见图7）。侦察卫星有四种基本类型：1）光学成像卫星，具有用于探测地面敌方武器的光传感器；2）能够通过云层观测地球的雷达成像卫星；3）信号情报或雪貂卫星，是捕捉地球上任何国家发射的无线电和微波传输的复杂无线电接收器；4）通过将间谍卫星的数据传输到地球上的卫星[13]，使军用卫星在全球的通信速度更快的中继卫星[13]。 文献评论结论 有许多关键和先进的图像数据收集技术，现在定义了前所未有的军事情报、监视和侦察能力。这些进步提高了整个沿岸战斗空间的特征和目标的可探测性，改善了测距，对某些类别的行动来说，“把夜晚变成了白天”，减少了友军火力误伤事件（自相残杀）的风险，并进一步加快了行动节奏[14]。在地平线上，信息和系统集成技术的改进将通过向决策者及时提供准确的信息而对未来的军事行动产生重大影响。信息的融合与传感器、平台和指挥机构的整合将有可能使作战任务迅速和更有效地完成。GPS用户设备部分包括军用GPS接收机、天线和其他与GPS有关的设备。全球定位系统接收机用于飞机、海上船只、地面车辆或个人携带。它们将卫星信号转换成位置、速度和时间估计，用于导航、定位和时间传播。大多数用户设备被一个以上的服务所使用，只有极少数（如果有的话）对单一服务有用。 图6机载系统[7]。该图显示了用于从社区收集情报信息的机载系统。 （a）（b）（c） 图7从左到右。(a) Ikonos（伊科诺斯）；(b)Quick Bird（快鸟）；(c) OrbView-3高分辨率卫星[7]。该图显示了用于探测导弹发射或空间核爆炸和无线电传输的不同类型的卫星。 目标二：联合军事行动的地理空间情报评价 在国防、情报、安全和人道主义领域的决策过程中使用的技术、数据和分析的独特组合被称为地理空间情报，而世界地理空间情报基金会已经成为倡导地理空间情报作为最能应对这些行业挑战的职业的领导者。超越数据分析和技术使用，地理空间情报学应用既定的原则、工具和技术来分析人类活动的变化模式，以解决现实世界的问题。其目的是更好地预测未来的结果和基于位置的决策。地理空间情报（GEOINT）作战包括用于收集、管理、分析、生成、可视化和提供必要的图像、图像情报和地理空间信息的任务、活动和事件，以支持国家和国防任务以及国际安排[15]。 地理空间情报（GEOINT）的定义是“利用和分析图像和地理空间信息来描述、评估和直观地描述地球上的物理特征和地理参照活动。GEOINT包括图像、图像情报（IMINT）和地理空间信息情报过程（传播和整合、计划和指导、收集、处理和利用以及分析和生产地理空间数据”（见图8）。这三个GEOINT要素的任何一个或组合都可以被认为是GEOINT。GEOINT的全部效用来自于图像、IMINT和地理空间信息的整合和使用，使客户能够获得更全面的视角、深入的理解，以及对作战环境（OE）的跨职能感知识[16]。 ArcGIS提供了一个开放的、可互操作的平台，以支持每个国防领域的能力。通过这种方式，ArcGIS还能够连接各个领域——这在今天的国防和情报环境中至关重要，因为设施、战争和战略情报之间的界限越来越模糊了。例如，考虑到情报分析员试图评估恐怖分子对前沿部署的空军基地的意图。 ArcGIS数据互操作性扩展增强了ArcGIS Desktop产品的数据访问能力，通过直接读取、翻译和转换，可以访问更多的数据格式。该扩展使用户能够直接读取和导入70多种空间数据格式，并导出为50多种格式。用户还可以在一个交互式的可视化图表环境中定义自定义数据格式。ArcGIS数据互操作性是建立在安全软件公司行业标准的特征操纵引擎产品上的，这对所有国防领域的桌面产品用户来说是一项重要的能力。它极大地提高了融合来自广泛的专有和非专有的空间信息的能力。 图8地理空间情报作业流程[8]。该图显示了用于情报系统的GEOINT总体流程。 为军事行动提取地理空间技术（GIS）（情报、监视和侦察——战场空间感知） ISR涉及将战斗空间的所有传感器合并到跨网络的空间感知数据库（地理数据库）中，以帮助决策者和作战人员了解当前局势（通用作战图/通用战术图）。ArcGIS为ISR提供了一个重要的基础设施，因为它保留了传感器的空间背景，并在地理数据库中保持了传感器与其他战斗空间实体和行动之间的关系。GIS是一种自然整合的技术，由于空间背景被保持，融合将自然发生。 指挥、控制、通信、计算机和情报评估——告知 C4I领域通过使用各种工具来分析、评估和计划行动，从而支持更及时和更好的决策。ArcGIS通过提供共同的空间环境和工具，为决策者、指挥官和作战人员提供分布式、可扩展的决策支持环境，从而增强C4I能力。 精确交战——攻击 精确交战包括在时间和空间上协调打击资产，以实现指挥官的预期效果。ArcGIS提供了信息框架和工具来了解时间和空间的活动和限制，然后协助将精确的信息传递给交战系统 ArcGIS还提供了一个关键的信息结构，将NCO的概念连接起来。这个共同的基础允许数据的空间背景作为信息从ISR流向C4I，作为行动从C4I流向PE。ArcGIS为整个国防和情报基础设施的战斗空间知识的存储、传播和利用提供了框架。 模型解释 所有这三种环境——海洋、陆地和空中——都需要海军陆战队指挥官的关注。海岸线的划定提供了改进的大尺度潮间带地图，详细说明了潮位将如何影响两栖作战。这些海岸线的透视场景模型揭示了潮汐水在LPPs的陆上流动，使水位的3-D可视化，从而可以对任务影响作出结论。有效的车辆交通能力估计也是关键信息。地理信息系统的功能能够分析对开发和生成这些产品至关重要的数据。在这方面，适当的地理信息系统数据库建设和数据建模对于协助指挥官选择路线和/或攻击轴是必要的。最后，空中透视场景和模拟“飞越”通过在共同注册的、详细和准确的DEMs上垂下经过适当矫正的卫星或航空图像，提供了真实的景观视图[17]。这些产品可以迅速与无人机和/或卫星图像收集的实时（或接近实时）视频和场景进行比较。GIS的分析和建模能力为军事指挥官提供了快速整合数据集、评估条件、规划战略和评估选项的手段。大规模的、由Joint WARD创建的产品的总体成功和可靠性。 目标四：推荐和分享使用地理空间技术和情报进行联合军事行动的世界经验 “观测——理解——行动——完成” 首先是观测和了解，使指挥官和他们的部队有态势感知，可以在自己选择的时间和地点以自己选择的方法进行交战。目标部队单位将能够比敌人更快地移动、射击和重新接触。根据计划，目标获取系统将在所有条件和环境下比敌人看得更远。这里的意图是不让敌人有任何喘息或重新获得主动权的机会。目标部队单位将能够了解事件的影响并同步自己的行动。最后，目标部队单位应该通过迅速摧毁敌人继续战斗的能力来决定性地结束战斗。部队将能够通过地面和空中的机动，占据战术和行动上的优势位置，通过这些位置，他们将继续与敌人作战，并追求后续军事目标。尽管这些进展不会消除战场上的混乱，但由此产生的战斗空间意识应该改善对形势的了解，减少反应时间，并使战场对实现它的人来说更加透明。地理空间技术的整合。 4. 结论和建议 4.1. 结论 · 本研究侧重于开发利用地理空间信息来定义前所未有的军事情报、监视和侦察能力的方法。联合军事行动在战区进行。有许多先进的数据收集技术。 · 其中三个系统（GPS、无人机传感器和高分辨率卫星图像）提高了整个战争的战场空间特征和目标的可探测性，提高了距离估计，降低了自相残杀的风险，并进一步加快了行动速度。 · 许多研究涉及独立的数字解决方案，这些解决方案将这些数据有限地用于军事需求。然而，有效收集和整合信息和有效生成有用的军事决策工具的方法尚未完全制定。据设想，为本论文开展的工作将有助于为数据提供哪些信息以及军方如何最好地利用这些信息提供答案。 · 地理空间技术和 GIS 的集成可能会提高杀伤力。指挥官将能够用更少的平台和更少的弹药成功攻击目标，同时更快地实现目标，降低风险。从战略上讲，这种改进将使功率投影更加快速。 · 在战区内运营，这些功能将意味着从部署到全面作战能力的更快过渡。从战术上讲，单个作战人员将获得前所未有的权力，拥有一系列探测、瞄准和通信设备，这将大大增强小型部队的力量。因此，军事力量将得到改善。部队将提高快速和全球部署的能力，同时在战术上更加机动和有效。 4.2. 建议 · 埃塞俄比亚国防应使用地理空间技术更好地获取军事信息。 · 为了成功支持未来的军事行动，必须整合重要的规划工具，以适应部队结构演变和任务要求指令。我的工作审查了这一整合，处理了变革带来的严峻挑战，并提出了今后使用地理空间信息的现实解决办法。 · 本研究提供了改进的数字数据集、地图产品和程序的示例，NGA 可用于未来战区的军事应用。预计与数据库和软件平台的进一步研究将继续为沿海环境中军事行动的挑战提供更有效和更有成效的解决方案。 · 军事领导人应使用 GIS 和 GPS（全球定位系统）做出战术决策，例如指导部队、补给品/装备和船只，告知他们可能遇到的威胁、地形问题，并将注意力转向特定的利益领域。例如，数据被传送给攻击飞机的驾驶舱，向飞行员提供所需的信息，例如目标的位置和目标的识别，以及他们可能遇到攻击自己的热点。这些飞行员还收到气象信息数据，这些信息提高了能见度，并预先警告他们在空中活动期间可能发生的变化。 · 应设计和构建未来的 GEOSPA 和 GEOINT 流程，以便使用基于标准的地理空间核心类型定义。 · 建立国家地理空间情报机构或军队单位，在埃塞俄比亚军队中进行有效协调。 · 所有军校都应提供与测量和地理信息系统相关的课程。 利益冲突 作者声明本论文的发表没有利益冲突 参考文献
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来自： 望穹科技 > 《地理空间情报GEOINT》
