電子沙盤

技術方案

目錄

1.概述...........................................................-1-

2.建設目標.......................................................-2-

3.解決方案組成...................................................-5-

4.軍用智能交互式電子沙盤軟件子系統..............................-6-

4.1電子沙盤軟件基礎平臺（SimVIZ可視化仿真軟件平臺）........-6-

4.1.1平臺組成.............................................-6-

4.1.2平臺功能.............................................-7-

4.1.3平臺特性.............................................-8-

4.1.4平臺優勢.............................................-8-

4.1.5核心組件和工具.......................................-9-

4.2電子沙盤軟件子系統組成...................................-10-

4.3軟件功能.................................................-10-

4.3.1基礎地理信息........................................-10-

4.3.2態勢顯示............................................-11-

4.3.3兵力部署............................................-11-

4.3.4軍標標繪（服務器版本）.............................-11-

4.3.5地圖標注（服務器版本）.............................-11-

4.3.6兵要地志信息查詢（服務器版本）.....................-12-

4.3.7視頻監控功能........................................-12-

4.3.8GPS、北斗目標監控功能.............................-12-

4.3.9熱點功能............................................-12-

4.3.10沙盤互動............................................-12-

4.3.11最佳路徑搜索........................................-12-

4.3.12聯動報警............................................-12-

4.3.13電子白板............................................-12-

4.3.14地圖輸出............................................-13-

4.3.15語音通訊（服務器版本）.............................-13-

5.軍用智能交互式電子沙盤硬件子系統............................-14-

5.1硬件子系統組成...........................................-14-

5.2桌面交互式電子沙盤.......................................-14-

5.2.1融合機..............................................-14-

5.3多點觸摸電子沙盤.........................................-17-

5.3.1日日刀'力E?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????-17~~

5.3.2多點觸摸屏...........................................-17-

5.3.3多點觸摸沙盤圖形工作站.............................-18-

5.3.4桌面交互式電子沙盤圖形工作站........................-18-

6.部分案例......................................................-19-

6.1武警部隊某部智能交互式電子沙盤...........................-20-

6.2某安保指揮中心指揮調度系統.................錯誤!未定義書簽。

6.3成都飛機工業（集團）公司飛行仿真環境系統……錯誤!未定義書簽。

L概述

人與虛擬環境的交互是當前智能交互技術發展的重要內容。在《國家中長期

科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》中，將智能感知和虛擬現實技術，作

為我國將重點發展的前沿技術列出，期望“以人為中心”的信息技術發展，能推

動多項領域的創新。近年來，在軍事領域，人與作戰環境的虛擬并自然的交互技

術和集成系統的應用，在很大程度上幫助解決真實作戰訓練中的許多實際問題,

如費用過高、受環境限制等，已經開始受到各國軍方的重視。

軍事電子沙盤是現代化信息顯示手段，是當前指揮高度自動化、快速反應、

展示空間立體戰爭態勢的需求。其核心的設計是人與作戰環境的虛擬交互技術,

主要是利用計算設備，如計算機生成模擬的作戰環境，通過多通道的輸入，使

得人進入虛擬作戰環境，極大的提高指揮輔助決策的能力和響應速度。目前，利

用大屏幕顯示器、多點觸摸屏和高性能計算機組成的電子沙盤系統代替傳統圖紙

作業和沙盤模型有了兀能。

-1-

2.采用智能交互式電子沙盤系統進行戰場

指揮方案規劃，能夠依據任務要求

直觀的進行系統的布局，并同時對

規劃中的指定參數進行計算，對規

劃效果做出輔助評估，為方案規劃

提供實時的智能化的輔助支持。并

且在規劃完成后，能夠對規劃任務

進行推演展示，顯示推演過程中的

各項參數，對所做規劃進行約束驗

證和參數優化提供支持。

3.華圖科技根據多年從事軍工信息可視化

的技術經驗，針對不同軍事應用進

行整體分析設計，形成一套完整的

軍事電子沙盤整體解決方案。

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4.建設目標

隨著武警XXX總隊信息化建設的深入，決策支持手段不斷豐富，信息來源和種

類日益擴展，建立一個統一的指揮決策分析平臺和展示平臺成為當務之急。華圖

自主研發的基于地理信息、視景仿真、可視化等技術的軍用智能交互式電子沙盤

系統提供了最佳的展示環境、信息集成、指揮調度功能。通過該系統的實施可初

步實現指揮調度信息傳輸快速化、指揮調度組織高效化、指揮調度科學化，同時

可以規劃作戰預案并行預案內容進行生動、形象、直觀的展示與管理。

在軍用智能交互式電子沙盤系統提供的三維環境下，遠可以從宏觀上研究分析

XXX省各中隊、各支隊和總隊的兵力的整體布局，直觀展示支隊、中隊、總隊的

基本情況，近可以對固定目標、執勤哨位進行全方位、交互式地控制瀏覽察看,

方便快捷地查詢目標的特征屬性信息。具有在三維場景下進行交互式操作、GPS/

北斗類目標監控、兵要地志查詢、兵力部署、軍標標繪、態勢顯示、地理分析量

算、最佳路徑搜索，以及實時視頻監控、聯動報警等功能，從而進一步提高作戰

指揮和管理水平。

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5.解決方案組成

軍用智能交互式電子沙盤設計以“多方共享，多點觸控，可視化交流”為典

型交互及顯示特性的軍事可視化交互平臺,

軍用智能交互式電子沙盤由電子沙盤硬件子系統和電子沙盤軟件子系統組成,

主要包括可選配的多點交互、大屏幕顯示、動作捕獲、圖像（融合）控制器、圖形

工作站網絡等硬件設條和客戶端版本、服務器版本軟件。系統通過各種接口實現

與現有地理信息數據及軍事相關數據庫連接，整個集成系統將戰前地理環境處

理成數字化地圖，做成數字戰場，添加模擬作戰單位如：戰車、單兵、飛機、戰

船等，通過可視化及交互協同功能，優化指揮控制，提高部隊的交互、協同指揮

能力。

大屏幕投影

/信號導播

分系統

指

揮

系統中

心

以

太

網

融合機

2MWI佶號

0

圖3?1軍用智能交互式電子沙盤系統物理結構

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6.軍用智能交互式電子沙盤軟件子系統

第一章軍用智能交互式電子沙盤軟件基于華圖自主研發的SimVIZ可視化

仿真軟件平臺構建，面向作戰指揮、沙盤推演、裝備試驗及教學講評等應用,

采用多點觸摸、虛擬現實、視景增強、三維數字地球等技術，提供了現實更

豐富、交互更先進的可視化應用平臺，代替并提升了傳統沙盤。下面分別介

紹軍用智能交互式電子沙盤軟件的基礎平臺一SimVIZ可視化仿真軟件平臺,

及軍用智能交互式電子沙盤軟件子系統的組成和功能。電子沙盤軟件

基礎平臺（SimVIZ可視化仿真軟件平臺）

4.1.1平臺組成

SimVIZ可視化仿真軟件平臺由三部分組成：可視化應用資源、核心組件和工具

集、可視化應用程序架構。

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SimVIZ可視化仿真軟件平臺組成

SimVIZ可視化仿真軟件平臺

可視化仿真程序框架

可視化應用程序架構

專業插件管理模塊界面庫

核心組件工具集

Sim3D視景仿真引隼

SimGlS地理信息引擎

VETER虛擬儀表引擎

可視化應用資源

圖4-1-1-1SimVIZ可視化仿真軟件平臺

4.1.2平臺功能

SimVIZ可視化仿真軟件平臺是面向軍事指揮、戰術訓練、武器裝備研制等應用

的，基于地理信息系統、視景仿真、可視化等技術的數據可視化開發平臺。可為

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各種專業可視化應用系統提供完整的可視化系統陶建、運行系統管理、運行支持。

用戶可方便的創建可視化仿真應用軟件，用于指揮、訓練、武器裝備試驗等。

地理信息系統功能

視景仿真功能

虛擬儀表功能

系統開發功能

系統管理功能

系統運行支持功能

4-1-2-1平臺功能

4.1.3平臺特性

1）提供電子地圖、虛擬儀表、圖形、表單等多種數據表達形式，能方便地

構建可視化應用軟件

2）支持多種通用矢量、柵格、影像、電子地圖格式，提供完整的地理信息

計算功能。

3）提供軍用標繪符號庫，并可方便擴展用戶符號庫。可方便完成戰術II標

繪專業。

4）逼真的三維場景表現能力，可真實再現大規模地形地貌、高精度模型、

氣候特性等。

5）具有良好的組織結構和易用的開發接口，便于擴展和二次開發。

6）能高效顯示三維場景.對計算機硬件要求低。

4.1.4支持多種遙測、機載數據接入方式，支持GPS和北斗定位信息。

4.1.5具有綜合數據庫管理功能，可提供常用武器裝備模型。

4.1.6平臺優勢

?更加符合行業規范

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?更加方便行業專家

?更加貼近行業應用

?大量工程案例驗證

?十年持續研發改進

4.1.7核心組件和工具

4.L7.1Sim3D視景仿真引擎

Sim3D視景仿真引擎是SimVIZ可視化仿真軟件平臺核心部件。主要面向虛

擬現實、數據可視化等領域的應用。以高度仿真、專業性強的三維場景為基礎，實

現仿真數據和實時數據可視化展現的一套具有完整功能的三維引擎。

l）Sim3D視景仿真引擎功能及特性：

2）支持逼真的三維視景效果。

3）支持物理引擎，具有碰撞檢測功能。

4）支持立體云、霧、雨、雪、海水等自然環境仿真效果。

5）支持火焰、爆炸、煙霧、紅外等戰場仿真效果。

6）提供常用的多精度三維模型。

7）支持實時多通道和立體顯示。

8）支持頭盔、姿態傳感器等虛擬現實外設。

4.1.7.2SimGIS地理信息引擎

是SimVIZ可視化仿真軟件平臺核心部件。主要面向軍事、可視化仿真等領

域的應用。以實時性、專業性強的態勢電子地圖為目標，實現的一套具有完整地

理信息系統功能的軍用電子地圖軟件。

OSimGIS地理信息引擎功能及特性：

2）支持通用地理信息數據格式，同時支持國軍標格式電子地圖。

3）提供完整的地理信息系統算法實現。

4）采用標準的地圖數據組織方式，分層、封類管理電子地圖資料。

5）提供整套地理信息管理工具、開發工具包、運行時支持庫。

6）提供符號庫以及符號庫編輯管理工具，可方便擴展自定義符號。

7）支持三維地球顯示，具有精細的紋理貼圖，支持多種分辨率衛星影像和高

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程。

8）采用多細節層次技術（LOD）實現超大規模地形實時生成和高效顯示。

4.2電子沙盤軟件子系統組成

甩子沙盤軟件子系統包括服務器版本、客戶端版本兩個部分。服務器版本、

客戶端版本均基于SimVIZ可視化仿真軟件平臺（詳見“4.1電子沙盤軟件基礎

平臺（SimVIZ可視化仿真軟件平臺"'）構建。

服務器、客戶端版本可雙向互動，將要展示的圖片、文檔、影像等內容通過

網絡拋擲給對方，進行批示和修改后回傳進行展示。

4.3服務器版本運行于“5?3多點觸摸電子沙盤”上,

通過多點觸摸技術，可充分發揮“4.3軟件功能”

章節所描述的全部功能。客戶端版本具備部分功

能，運行于“5?2桌面交互式電子沙盤”上，通過

固定在桌面上方的動作捕捉儀感應參與者在沙盤

上相應區域內的投影影像的觸動，從而執行特定

的沙盤控制命令產生互動效果，就如同參與者面

前的桌面成為了可以觸摸的觸摸屏一樣。

4.4以下“4.3軟件功能”所描述的內容中具有“（服

務器版本）”字樣的，表示此功能僅服務器版本具

備，客戶端版本則不具備此功能。

4.5軟件功能

4.5.1基礎地理信息

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1）1.地理信息功能

2）支持多精度地形。

3）支持多精度地貌影像。

4）數字地球。以多種精度的高程、影像數據為基礎實現數字地球顯示。

5）空間數據分層。將要表達的空間數據抽象為不同類型屬性的數據層

來表示。如地貌層、注記層、三維建筑模型層、其他面層等。

6）可進行多點坐標值、距離、地形高度、方位角、通視、面積測繪量

算。

7）可通過多點觸摸手勢（服務器版本）實現三維地形的漫游、縮放、視

角改變。

4.5.2態勢顯示

4.5.3在三維電子地圖上表現重要的作戰信息，主要包括單兵、車輛

的位置、狀態，任務相關目標，以及重要的軍事民用設施等信

/息。

4.5.4兵力部署

4.5.51.兼容《兵力部署管理系統》的數據庫，將該數據庫導

入軟件后，可以調用數據庫中各中隊至總隊等各部隊的基本

情況、人員實力、固定目標、執勤點、執勤哨位等信息在多點

觸摸地理信息系統的電子地圖中顯示。

4.5.62.可在三維電子地圖上部署（拖放、移動、刪除、保存）

作戰車輛、單兵、隊伍等各類三維模型，可設置目標的相關屬

性信息（服務器版本）。

4.5.7軍標標繪（服務器版本）

通過多點觸控在三維電子地圖上繪制軍標、矢量標號信息。

4.5.8地圖標注（服務器版本）

在地圖上標注帶有位置坐標的信息點。

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4.5.9兵要地志信息查詢（服務器版本）

4.5.10可以根據需求建立、編輯、查詢各個兵要地志信息點的資料內

容，包括實時視頻、預案管理、通訊、圖片、360度全景、人

員管理等。

4.5.11視頻監控功能

4.5.12多路遠程現場視頻接入，實時掌控現場情況，便于遠程指揮

調度。

4.5.13GPS、北斗目標監控功能

4.5.14接收數據中心下傳的GPS、北斗目標類型、位置、速度、方向、

報警等信息，在三維電子地圖上生成目標模型并實時更新其

狀態，同時可通過上傳命令至數據中心與GPS、北斗目標通信。

4.5.15熱點功能

4.5.16可對地圖上的目標輸入名稱，標注為關注熱點，點擊熱點名

稱時，快速定位至地圖的相應區域。

4.5.17沙盤互動

4.5.18桌面交互式電子沙盤、多點觸摸沙盤可雙向互動，將要展示的

圖片、文檔、影像等內容通過網絡拋擲給對方，進行批示和修

改后回傳進行展示。

4.5.19最佳路徑搜索

4.5.20指定起點和終點位置后，可以在地圖上標注出最短的路徑。

4.5.21聯動報警

4.5.22通過網絡接收報警系統發出的報警信號，地圖自動迅速

切換到報警哨位。

4.5.23電子白板

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4.5.24屏幕標繪。繪制點、線、線段、多邊形、填充區，徒手寫字等。

繪制的圖元屏幕位置固定，不隨三維場景移動。

4.5.25地理標繪。繪制點、線、線段、多邊形、填充區、軍標符號，徒

手寫字等。繪制的圖元關聯具體的地理信息，跟隨場景移動。

4.5.26地圖輸出

4.5.27地圖輸出為位圖文件，可以存儲為.bmp和.jpg兩種格式（服

務器版本）。

4.5?28語音通訊（服務器版本）

4.5.29利用視頻服務器或其他系統的對講口或者語音輸入口，語音

輸出口，通過電子沙盤的語音通訊模塊，實現指揮大廳和作

戰車輛、單兵的語音對講，具備點對點、點對多點、分組呼叫

等對講功能。

4.5.30指揮控制（定制開發）

4.5.31根據武警XXX總隊的具體需求，就指揮中心通過網絡通信手

段對作戰車輛、單兵進行實時指揮調度的功能進行定制開發。

4.5.32局部熱點三維模塊（定制開發）

將三維場景中的局部三維模型輸出至大屏進行全屏顯示。

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7.軍用智能交互式電子沙盤硬件子系統

5.1硬件子系統組成

電子沙盤軟件子系統包括桌面交互式電子沙盤、多點觸摸電子沙盤兩個部

分。

5.2桌面交互式電子沙盤

桌面交互式電子沙盤由專業融合機、投影機、投影屏、桌面互動動作捕捉儀、

圖形工作站等主要設備組成，形成一套完整的多通道投影互動顯示解決方案，

可直接運行各類二三維軟件及播放視頻等。

與傳統觸摸屏不同的是，桌面互動投影具有小體積、大面積的獨特優勢，經

多通道無縫融合投影形成的畫面大氣磅礴，氣勢恢宏，配合基于華圖自主講發

的SimVIZ可視化仿真軟件平臺構建的軍用智能交互式電子沙盤軟件（客戶端

版本），可展現逼真、高沉浸感的三維場景，使用戶產生身臨其境的體驗。

5.2.1圖像工作站的兩路顯示信號通過矩陣任意切換輸出至融合機,

融合機將信號進行拼接處理，并使拼接的圖像實現圖像自動

幾何校正、色彩校正及無縫拼接，然后將2路處理好的信號輸

出到2臺投影機，實現單屏單畫，多屏多畫，任意開窗口，窗

□任意放大縮小，移動的最終顯示功能。

5.2.2投影機在物理上通過光路調節產生一個光學上的疊加帶，這

就是圖像校正融合機的融合帶，融合機將其做出光學上和信

號上的處理，使其降低亮帶的亮度在屏幕上顯的柔滑、對兩個

投影機的投射出來的畫面作幾何校正，使畫面疊加在一起,

使其融入整個屏幕畫面中，形成一個無縫、連續的完整畫面。

5.2.3融合機

桌面交互式電子沙盤的核心設備是工程融合機，基于硬件FPGA處理架構,

自建邊帶（公共像素）生成功能，無需對信號源進行修改，是現有M*N投影系統

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解決方案中是設備連接級數最少，集成度最高的產品。單臺融合處理器輸出支持

1X2.1X3.2X2或2義3融合拼接方式。融合處理器內自帶專業顯卡，支持在融

合處理器中直接運行客戶現有地理信息系統軟件、三維仿真軟件、PPT、視頻等,

也支持帶專業顯卡的外部圖形工作站信號輸入。設備針對多投影的電子沙盤應用

做了定制，在保證全系統60幀實時處理的同時，同時保證了顯示內容在MXN

拼接模式下的原始分沸率，而非其它產品通過普通單路信號采集放大到MXN屏

顯示的模式。本融合機可配合華圖的軍用智能交互式電子沙盤軟件，作為顯示內

容及輔助交互控制設備。

?系統特點：

?保證系統實時性

?融合機所有實時運算由專用硬件模塊完成，穴影響系統性能。每秒可處理60

幀C

?兼容各類桌面軟件

?融合機自身具有邊帶生成功能，可適應具有多屏DVI輸出的任意信號源，可

適合仿真，會議匯報展示、視頻播放等各種應用。

?可直接運行多通道桌面多媒體交互軟件，提供了各類創意的可能，不再只

是播放視頻。

?保證原始分冊率

?融合機在圖像處理機制與原理上保證了原始分辨率顯示，而非其它產品通

過普通單路信號采集放大MXN屏顯示的模式。

?像素點對點融合，無像素損失

?融合機采用像素點對點融合處理，沒有任何的像素損失，確保了最終效果。

?全域自動色彩統一

?融合機的色彩統一技術是采用國內獨家基丁攝像頭的智能調試方法，采用

攝像頭對投影畫面全色域空間進行自動采集、分析、調校，使各通道色差降

到最小。調試簡便快捷，在幾分鐘內調試過程自動完成，無需人工干預。同

時廣泛適用于各種品牌、型號的投影機。

?可擴展性

可擴展外部信號采集模塊，顯示遠程計算畫面或攝像頭畫面。

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可擴展與融合處理器配套獨有的智能屏幕功能，完成沙盤投影的自動幾何

校正，徹底解決后期維護問題，降低成本。

可擴展專業遮光器，徹底解決投影機特有在黑場下的漏光問題。

?主要功能及技術指標：

?處理架構：采用FPGA硬件圖像處理機制，不占用主機資源。

?無縫融合功能：處理并輸出多路DVI/VGA圖像信號，組成一個無縫、連續、

亮度均勻、色度一致的大畫面。例如典型的球幕、柱幕、折幕顯示系統。

?實時處理：采用FPGA硬件設計，圖像處理保證內部60幀/秒以上處理幀應

（非倍頻），滿足三維仿真軟件實時性要求。

?自動邊帶生成，無需對信號源進行任何修改。

?亞像素2D幾何校正：可達0.I像素的精確幾何校正，對任意屏幕圖像均無撕

裂、折曲等變形失真。

?自動色彩平衡：獨家基于攝像頭的智能調試方法，省心省力。

?無痕邊緣融合：獨家基于攝像頭的智能調試方法，圖像融合效果非常完美，

肉眼幾乎看不到融合帶。

?小時級系統調試：小時級調試，系統即達到完美效果，解決漫長手工調試之

苦。安裝調試過程快速簡單，只需簡單培訓即可掌握。

?支持MXN多層拼接。

?適合于各種軟、硬的正投和背投屏幕，能適應不同尺寸大小的屏幕；

5.2.4兼容性高，由于采用攝像頭智能色彩統一技術、可適用各種類