基于GIS的兵力投送行军调度指挥控制系统研究

论文摘要

军队无论是执行作战训练任务还是应对重大突发公共事件,快捷高效地实施兵力投送都是首要的决定性因素。兵力投送军事行动通常要求时间最短、损耗最少、风险最低,而这些目标通常与线路里程、行军速度、风险性等方面有关,使得交通网络的结构特征、功能不断发生变化,使路网具有了动态特征,这增加了兵力投送军事行动的不确定性。因此,本文提出基于GIS的兵力投送行军调度指挥控制系统研究,通过该系统加强对兵力投送交通流的实时指挥控制,提高我军兵力投送效率及智能化水平。本文结合当前我军兵力投送系统建设的现实应用需求,根据兵力投送军事行动的特点,运用地理信息技术、北斗导航定位技术及CDMA通信技术,提出了以梯队交通流为指挥控制对象的基于GIS的兵力投送行军调度指挥控制系统的系统方案及总体框架,对梯队行军的地图匹配技术和基于改进遗传算法的路径规划两个关键技术进行了探讨和研究。首先,本文根据部队梯队行军的特点,提出了基于多种路况条件的梯队行军地图匹配技术。利用梯队行军的整体性和连续性、实际路网的拓扑特性以及梯队长径和梯队定位点的投影距离、方位角等信息,将行军梯队准确地匹配到道路上,解决行军梯队在电子地图上的定位跟踪问题。通过实验分析,梯队行军的地图匹配技术可适用于不同的路段,并保证了梯队定位的实时性和准确性。其次,在对兵力投送行军梯队进行准确定位的基础上,针对兵力投送行军路径规划的特点和行军过程中的六个典型路况约束条件,对传统遗传算法进行改进,选择使用合适的编码机制,采用自适应的交叉概率和变异概率,本文提出了基于多目标约束的改进遗传算法来优化兵力投送行军路径。实验结果表明,本文算法提高了搜索效率,加快了收敛速度,得到了较好的路径规划效果。论文在研究兵力投送过程中梯队行军的地图匹配技术与兵力投送行军调度指挥路径优化问题的基础上,还设计了兵力投送行军调度指挥控制系统,并将兵力投送行军调度指挥和地理信息系统集成到一起,从而使以前人工式粗放型的调度指挥工作问题具有了精确化、自动化和智能化的优点,为提高部队兵力投送能力奠定一定的基础。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 军事交通系统研究现状
• 1.2.2 民用交通监控系统研究现状
• 1.3 课题的提出、研究目的意义及论文的研究内容
• 1.3.1 课题的提出及研究目的和意义
• 1.3.2 研究内容
• 2 系统相关技术
• 2.1 地理信息系统（GIS）
• 2.1.1 GIS 基本概念
• 2.1.2 GIS 在监控定位中的应用
• 2.1.3 GIS 开发技术方案的选择
• 2.1.4 组件式二次开发组件MapX
• 2.2 路径规划问题的求解算法
• 2.2.1 Dijkstra 算法
• 2.2.2 A*算法
• 2.2.3 Floyd 算法
• 2.2.4 蚁群算法
• 2.2.5 遗传算法
• 2.3 本章小结
• 3 兵力投送行军调度指挥控制系统总体方案设计
• 3.1 系统需求及设计原则
• 3.1.1 系统需求分析
• 3.1.2 系统设计原则
• 3.2 系统总体结构及主要功能
• 3.2.1 系统总体结构
• 3.2.2 系统体系结构
• 3.3 梯队车载终端子系统设计
• 3.4 系统通信组网方案设计
• 3.5 系统数据库设计
• 3.6 本章小结
• 4 梯队行军的地图匹配技术研究
• 4.1 地图匹配技术概述
• 4.2 梯队行军的地图匹配数据预处理
• 4.2.1 GPS 数据预处理
• 4.2.2 电子地图数据预处理
• 4.3 梯队行军的地图匹配技术
• 4.3.1 基于梯队定位点直接投影的地图匹配
• 4.3.2 基于路网拓扑结构和梯队定位信息的地图匹配
• 4.3.3 基于梯队头车行驶方向角与道路方向夹角的地图匹配
• 4.3.4 梯队行军的地图匹配流程
• 4.3.5 实验结果与分析
• 4.3.6 地图匹配的有益效果
• 4.4 本章小结
• 5 基于改进遗传算法的兵力投送行军路径规划问题研究
• 5.1 遗传算法概述
• 5.1.1 遗传算法基本概念
• 5.1.2 选用遗传算法的原因
• 5.2 兵力投送梯队行军路径规划问题建模及算法研究
• 5.2.1 问题描述
• 5.2.2 数学模型的建立
• 5.3 必经节点路径优化问题
• 5.3.1 种群初始化
• 5.3.2 适应度函数
• 5.3.3 选择操作
• 5.3.4 交叉操作
• 5.3.5 变异操作
• 5.3.6 染色体拼接
• 5.4 必经节点保序路径优化问题
• 5.5 禁止经过某节点路径优化问题
• 5.6 禁止经过某路段路径优化问题
• 5.7 禁止经过某区域路径优化问题
• 5.8 前k 条最优路径问题
• 5.9 模型求解流程
• 5.10 实验结果与分析
• 5.11 本章小结
• 6 兵力投送行军调度指挥控制系统的实现
• 6.1 指挥控制子系统的实现
• 6.2 路径规划子系统的实现
• 6.2.1 单目标行军路径规划
• 6.2.2 必经节点最优路径规划
• 6.2.3 必经节点保序最优路径规划
• 6.2.4 禁止经过某区域最优路径规划
• 6.2.5 前k 条最优路径规划
• 6.3 本章小结
• 7 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在攻读学位期间发表的论文目录