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时空网格下多源要素建模与风险量化分析

刘龙浩,  茹乐,  汪洪桥,  王文飞,  张政浩,  李一帆

刘龙浩,茹乐,汪洪桥,等. 时空网格下多源要素建模与风险量化分析[J]. 北京航空航天大学学报,2026,52(9):3223-3236
引用本文: 刘龙浩,茹乐,汪洪桥,等. 时空网格下多源要素建模与风险量化分析[J]. 北京航空航天大学学报,2026,52(9):3223-3236
Liu L H,Ru L,Wang H Q,et al. Multi-source element modeling and risk quantitative analysis under spatio-temporal grid[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2026,52(9):3223-3236 (in Chinese)
Citation: Liu L H,Ru L,Wang H Q,et al. Multi-source element modeling and risk quantitative analysis under spatio-temporal grid[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2026,52(9):3223-3236 (in Chinese)

时空网格下多源要素建模与风险量化分析

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2025.0265
详细信息
    通讯作者:

    E-mail:ru-le@163.com

  • 中图分类号: V279+.2;V37

Multi-source element modeling and risk quantitative analysis under spatio-temporal grid

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  • 摘要:

    针对复杂战场环境下多源要素时空耦合建模的挑战,提出一种基于时空网格剖分的多源要素建模与风险量化方法。在空间维度,为解决现有全球网格剖分模型(如2n一维整形数组全球经纬部分网格(GeoSOT))因三次虚拟拓展导致的存储冗余,并弥补北斗网格位置码“字母+十进制数字”编码带来的效率瓶颈,设计了兼容北斗网格位置码的网格剖分新架构,显著提升空间数据存储与计算效率;在时间维度,针对北斗剖分时间码因5次时间进制扩展产生的局限,提出“绝对-相对”双基准时间层编码体系,实现空间位置与时间维度的四维联合表征,有效突破异构要素时空融合瓶颈。构建“全局基准网格-局部作战网格”2级嵌套时空基准框架,支持动态调整网格粒度,兼顾全局一致性与局部适应性。针对传统最小外接矩形法在表征复杂地形与空域要素几何特性时存在的轮廓失真问题,提出基于射线交叉判定法的三维实景拓扑特征建模方法,依托时空网格剖分架构构建敌方作战单元的统一量化模型,并结合风险等级将战场空间划分为自由空间、竞争空间与拒止空间。仿真实验表明:所提方法能够实现战场多源要素的多尺度快速重构;当网格精度约为1 000 m时,空间表征的平均相对误差仅为1.414%;相较于传统方法,相对误差平均降低49.37%,时间效率提升99.65%;可满足无人机集群航迹规划的实时响应需求,为智能化无人机集群作战环境建模提供了可验证的新范式。

     

  • 图 1  空间网格剖分示意

    Figure 1.  Spatial grid subdivision schematic

    图 2  相对时间基准层时间粒度剖分示意

    Figure 2.  Schematic diagram of time granularity subdivision relative to time reference layer

    图 3  多粒度时空网格基准框架

    Figure 3.  Multi-granularity spatio-temporal grid benchmark framework

    图 4  测试点与多边形关系

    Figure 4.  Test point and polygon relationship

    图 5  作战单元作用域被地形截断

    Figure 5.  The scope of combat unit truncated by terrain

    图 6  敌方作战单元建模示意

    Figure 6.  Schematic diagram of enemy combat unit modeling

    图 7  风险量化结果

    Figure 7.  Risk quantification results

    图 8  全局多尺度时空网格建模效果

    Figure 8.  Global multi-scale spatio-temporal grid modeling effect

    图 9  局部精细化时空网格建模效果

    Figure 9.  Local fine spatio-temporal grid modeling effect

    图 10  2个雷达探测范围计算结果

    Figure 10.  Calculation results of two radar detection ranges

    图 11  雷达波束不同遮断情况

    Figure 11.  Different blocking conditions of radar beams

    表  1  空间网格码部分层级与北斗网格码兼容性

    Table  1.   Spatial grid code part levels and Beidou grid codes compatibility

    北斗网格位置码 空间网格码 转换方式
    层级 网格大小 层级 网格大小
    1 6°×4° 8 2°×2° 网格聚合3×2个
    1 6°×4° 9 1°×1° 网格聚合6×4个
    2 30′×30′ 10 30′×30′ 网格等价
    2 30′×30′ 11 15′×15′ 网格聚合2×2个
    2 30′×30′ 12 5′×5′ 网格聚合6×6个
    2 30′×30′ 13 1′×1′ 网格聚合30×30个
    3 15′×10′ 13 1′×1′ 网格聚合15×10个
    4 1′×1′ 13 1′×1′ 网格等价
    4 1′×1′ 14 30″×30″ 网格聚合2×2个
    4 1′×1′ 15 15″×15″ 网格聚合4×4个
    4 1′×1′ 16 5″×5″ 网格聚合12×12个
    5 4″×4″ 17 1″×1″ 网格聚合4×4个
    6 2″×2″ 17 1″×1″ 网格聚合2×2个
    6 2″×2″ 18 1/2″×1/2″ 网格聚合4×4个
    7 1/4″×1/4″ 19 1/4″×1/4″ 网格等价
    7 1/4″×1/4″ 20 1/8″×1/8″ 网格聚合2×2个
    7 1/4″×1/4″ 21 1/16″×1/16″ 网格聚合4×4个
    8 1/32″×1/32″ 22 1/32″×1/32″ 网格等价
    8 1/32″×1/32″ 23 1/64″×1/64″ 网格聚合2×2个
    8 1/32″×1/32″ 24 1/128″×1/128″ 网格聚合4×4个
    9 1/256″×1/256″ 25 1/256″×1/256″ 网格等价
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    表  2  改进型时间剖分层级

    Table  2.   Improved time subdivision levels

    时间层级 时间尺度 任务类型 机型代表
    1 (60 min)1 h 战略级 MQ-9无人机
    2 15 min 战役级
    3 5 min 过渡级1
    4 (60 s)1 min 战术级 RQ-28A无人机
    5 15 s 过渡级2
    6 5 s 定位级 旋翼无人机
    7 1 s 精确级 微型无人机
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    表  3  多源要素参数

    Table  3.   Multi-source factor parameter

    参数名称位置范围/km坐标
    A1雷达中心(经度7.721°,纬度22.002°)Rmax=140(32,24)
    A2雷达中心(经度118.331°,纬度22.832°)Rmax=120(39,33)
    B火炮中心(经度116.010°,纬度23.764°)RAmax=80
    RAmin=50
    (12,45)
    C干扰中心(经度116.066°,纬度21.766°)RImax=100
    RImin=60
    (12,21)
    D1空域范围(经度118.833°,纬度24.083°)(45,48)
    (经度119.173°,纬度24.417°),(50,53)
    (经度118.326°,纬度24.750°),(39,57)
    (经度118.653°,纬度23.665°)(43,43)
    D2空域范围(经度115.417°,纬度20.426°)(5,5)
    (经度115.250°,纬度20.734°),(3,8)
    (经度115.750°,纬度21.083°),(9,12)
    (经度116.103°,纬度20.065°)(13,0)
    D2空域范围(经度118.833°,纬度24.083°)(45,48)
    (经度119.1733°,纬度24.417°),(50,53)
    (经度118.326°,纬度24.750°),(39,57)
    (经度118.653°,纬度23.665°)(43,43)
    D3空域范围(经度119.417°,纬度20.250°)(53,3)
    (经度118.750°,纬度20.667°),(45,3)
    (经度119.583°,纬度21.022°),(54,12)
    (经度119.461°,纬度20.583°)(53,6)
    E建筑区域(经度118.000° ~118.016°,
    纬度23.500° ~23.516°)
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    表  4  网格剖分层级信息

    Table  4.   Grid subdivision hierarchical information

    二维 高程 范围
    层级 尺度/km 层级 尺度/km 经度范围/(°) 纬度范围/(°)
    11 27.8 13 10 115.000~120.000 20.000 ~25.000
    11 27.8 14 5 115.000~120.000 20.000 ~25.000
    12 9.2 15 1 115.000 ~120.000 20.000 ~25.000
    13 1.8 15 1 115.000 ~120.000 20.000 ~25.000
    14 0.9 15 1 115.000 ~120.000 20.000 ~25.000
    19 0.0077 21 0.001 118.000 ~118.016 23.500 ~23.516
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    表  5  2个雷达探测范围重叠范围计算结果

    Table  5.   Two radar detection range overlap ranges calculation results

    层级雷达探测范围体元数相交体
    元数∆N
    相交体元
    用时t/s
    V1/ km3V2/ km3V3/ km3相对
    误差$ {\varepsilon }_{1} $/%
    相对
    误差$ {\varepsilon }_{2} $/%
    平均相对
    误差$ \overline{\varepsilon } $/%
    LλφLhA1雷达N1A2雷达N2
    11139826723450.000 51.278 2×1079.361×1069.354×10636.54536.64736.596
    11141 9441 3446860.001 01.270 5×1079.361×1069.354×10635.72335.82435.774
    121573 75646 57625 7770.020 41.018 4×1079.361×1069.354×1068.7928.8738.833
    13151 808 6121 142 764583 7460.438 99.562 0×1069.361×1069.354×1062.1472.2232.185
    14157 186 2404 535 0483 457 2842.672 69.494 0×1069.361×1069.354×1061.3301.4971.414
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-05-06
  • 录用日期:  2025-11-03
  • 网络出版日期:  2025-12-01
  • 整期出版日期:  2026-09-01

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