测绘运筹学在军事地理信息系统中的应用

stef · 发表于 2010-1-31 12:09

测绘运筹学在军事地理信息系统中的应用

寇静行1  王青山1 张立朝1吕蓬1，2尹晓慧1，2
(1  信息工程大学测绘学院，郑州市陇海中路66号，450052)
(2  海军出版社，天津塘沽上海道1716号，300450)

【摘  要】本文在阐述测绘运筹学及其性质，结合系统工程的定义及特征、原理及方法，分析了测绘运筹学与军事地理信息系统的关系，并对测绘运筹学在军事地理信息系统建设各个阶段的应用做了详细深入分析。
【关键词】测绘运筹学；军事地理信息系统；系统工程

Applying S/M O.R. to Setting up MGIS
Kou Jingxing，Wang QingShan，Zhang Lichao，Lv Peng，Yin Xiaohui
(Institute of Surveying and Mapping,Information Engineering University, Zhengzhou 450052,China)

Abstract: The paper simply introduces S/M O.R ,the features,methords and principles of system..On the basis,it discussed the relationship between S/M O.R. and MGIS and used S/M O.R. to setting up MGIS.
Key words: S/M O.R, MGIS , System Project

1 引言
高新技术的迅速发展，世界各国军事各领域全面互推互进，促使军事测绘领域必须运用更先进，更科学、与整个大环境相适应得管理思维和方法，测绘运筹学正是在这样一种形势下应运而生。
在军事测绘生产活动中，如何节约人力、物力、财力获取军用测绘成果，创造军事价值；或如何充分有效利用现有人力、物力等资源，完成更多的任务，获取更大的效益，这就是我们研究的如何提高经济效率，节约军费开支的问题，测绘运筹学其宗旨就是解决统筹安排和提高经济效率问题。
2 测绘运筹学
测绘运筹学是对广义的测绘工作科学地安排、调度、控制、筹算与规划的一门科学。具体地说，就是以现代管理理论为基础，对广义测绘工作实施过程中各种错综复杂的数学关系进行分析研究，并归结成一定的书写模型，用数学法找到最合理的工作方案，从而达到测绘管理工作量化、选优的目的。
这里采用的“广义测绘工作”的提法除了包括传统意义的测绘工作之外，还包括地理信息系统的建立、运行、维护等测绘工作有密切关系和渊源的工作。
测绘运筹学是一门应用科学，它综合应用现有的科学技术和方法，为测绘管理、决策机构在对其控制下的业务活动进行决策和管理时，提供以数量化为基础的决策依据和方法。这个定义强调了测绘运筹学不单纯是某一种研究方法的分析和应用，而是能够广泛应用于测绘乃至地理信息产业中诸多决策和管理问题；这一定义突入了以数量化为基础，则意味着一定要使用数学工具和方法。
测绘运筹学首先研究的是定量方面的问题，为决策提供量化的分析结果，诸多量化的结果必然是定性的依据。
3 军事地理信息系统工程
军事地理信息系统(MGIS Military Geographic Information System），是在计算机技术、网络技术、通讯技术等支持下，运用系统工程和信息科学的理论与方法、综合地、动态地获取、存储、、管理和分析战区军事地理环境信息，为现代战场决策提供实时的军事空间信息，是数字化战场建设的基本技术手段，是指挥自动化系统得军事地理环境信息平台，是现代化武器系统的重要组成部分。
由此可见，军事地理信息系统是一个面向实际军事运用的大型计算机软件、硬件系统。但是，并不是有了足够先进的硬件设备，有了比较强大的基础软件平台，就可以构成一个实用的军事地理信息应用系统。一个完整的军事地理信息系统必须具备四个关键要素，即技术（硬件和软件）、数据、人员、协调组织。建设系统时，研发人员往往对硬件和软件技术倍加关注，当认识到数据是系统的“血液”时，也可能对数据有一定程度的重视。但经常是忽视了后两个因素，其结果是所建成的系统只是处于演示阶段，在军队应用中缺乏实用性和应用背景，更缺乏系统发展的动力和能力。其实，正是四要素中的人和协调组织最终决定系统的成功与否。
军事地理信息系统的建设是一个十分复杂的系统工程。它无时无刻不涉及“人”和“组织协调”。它涉及到军队首长决策，技术人员组织，部队需求调查等许多部门的协调。同时，它还涉及到项目计划立项、系统分析、系统设计、系统维护等多个步骤建设,涉及到军费调拨、分配。设计到不同层次管理人员的配置、开发环境、多环节组织协调管理等等。涉及到数据使用、系统管理范围、系统产品权威性评价、行政管理中系统得地位等系统运作过程中的多种法规管理。系统工程理论对军事地理信息系统建设具有很好的指导意义。
3.1 系统及其特征
系统可以定义为：处在环境之中互相作用、互相依赖的若干部分（要素）组成的具有一定结构和功能的有机整体。由以上定义可知，系统是可以分解的，一个系统可以包含若干个子系统，而这个系统本身又是更大系统的子系统。任何一个系统都有它的层次结构、规模、环境与功能。
系统广泛地存在于自然界、人类社会和人类思维之中。一个被研究的对象，一个被分析或处理的对象就是一个系统。各种系统虽然千差万别，但它们都具有以下共同特征：
（1）集合性。系统的集合性是指由两个以上元素组成的集合体。构成系统的各个部分可以具有各自不同的功能，但通过有机的协调和连接，将实现有序的整体功能。例如MGIS工程中包括系统调查、系统分析、系统设计、系统开发与实施、系统维护与评价等等。而每个独立组成部分又是若干部分的有序组合。各层次组成部分的有序组合和整体功能的实现，就是MGIS工程的集合性或整体性的体现。
（2）相关性。构成系统的各元素之间是相互联系、相互作用和相互制约的，这种相互影响的相关性确定了系统的性质和形态。仍以MGIS工程为例，MGIS工程建设中的一个主要工作是软件开发，而软件开发可以分为理论、结构、方法、工具等部分。理论与结构是方法和工具的基础和前提，方法与工具又是理论与结构的验证与实践。
（3）目的性。任何人造系统都有目的性，它的所有元素都是为了共同目的而组织起来的，从而成为有机整体系统。系统的目的性决定了系统的基本功能。例如：MGIS建设选优问题，如何实现MGIS系统的最优设计，如何实现最优控制和最优管理，怎样通过最小的投入，最合理的配置军费以及人力物力，最终获得最优MGIS产品。而要实现上述基本功能，达到目的，需要应用测绘运筹学的许多理论和具体方法。“运筹学为系统思维提供了定量方法和计算工具”。（钱学森《系统思维和系统工具》）
（4）适应性。适应性主要是指系统对外部环境。
（5）动态性。物质的形态、结构、功能以及特性都是通过运动表现出来的，因此，物质与运动密不可分。系统的发展是一个动态过程，而且它还是有方向性的。以MGIS项目管理为例，无论是哪一类机构或行业建立的MGIS，其项目管理范畴主要有以下几个部分：项目的申请和立项；项目的经费预算、协商和落实；项目业务人员组合与管理；项目技术路线的参与和控制；项目人员的表现评价、人事协调、积极性调动和技术、能力、热情梯度配置；项目的经费控制和工作进度的协调；项目日常问题处理；项目质量验收；项目最终收尾与评价，而这些部分都是动态的。此外，系统还有层次性、有序性等。
3.2 系统方法和原理
尽管系统分类复杂，但系统方法和原理是一致的。所谓系统方法，指的是用系统思想和观点，依照系统的特征和规律性去认识客观事物，从而解决和处理各种问题的一整套方法论体系。举例而言，MGIS工程建设要研究处理的对象是一个系统，因此，要从整体上考虑这个“研究和处理的对象”，综合应用现代科学技术和数学工具，精确地、定量地考察系统与要素之间（如总体目标与各阶段之间、总体投资与各分项投资、总进度与各阶段时间安排的关系）；要素与要素之间（如MGIS建设过程中的可行性研究与部队需求分析，系统总体设计与系统实现，与运行各阶段间的关系）；系统与环境之间的关系（如与外部环境，包括社会、经济、文化背景，各种影响系统的约束条件等），利用各种因素之间的联系，科学、合理
地提高整体水平，从而获得最优效果的系统方法。系统方法的基本理论是系统论，它的理论基础分为两个方面，即定性方面和定量方面。定性方面的理论基础是辩证唯物论。辩证唯物论的基本要求是：当研究事物（系统）时要考虑事物内部各因素的关系，事物的发展与变化。同时要注意事物的目的性、整体性和综合性。定量方面的理论基础是现代数学，要注意系统数量的精确性，进行定量分析和定量管理，主要的数学工具是运筹学。总之，运筹学是系统方法定量研究的基本手段，那么测绘运筹学当然是MGIS工程建设的有力工具之一了。
4 测绘运筹学在军事地理信息系统工程建设中的应用
军事地理信息系统建设与商业地理信息系统建设一样，大致可以分为六个阶段：可行性研究、用户需求分析、系统总体设计、系统详细设计、系统实现、系统运行和维护。由于系统功能要求不一样，所以各阶段的具体内容会有很大的不同，但这六个阶段可以看成是MGIS工程建设的一个周期。在这个建设周期中，合理地运用测绘运筹学的某些理论和方法，会达到事半功倍的效果。
4.1 可行性研究阶段的应用
在可行性研究阶段一般要进行许多调查分析，如军费财力分析，设备购置预测等，这些工作就可以利用测绘运筹学的线性规划方法，确定出目标函数、决策变量、详细列出约束条件，计算出可行解、满意解或最优解。在进行技术力量分析时，可以采用整数规划的分配问题和匈牙利法，在最终选优时还可以利用分枝定界法、0-1规划等，为决策提供准确的量化依据。对数据的分析可以根据数据的价值，可利用程度和精度，确定出优先级和权系数，最后用目标规划的办法进行分析处理。在系统建成运行效益分析和系统建设最佳时机把握的分析方面，线性规划和动态规划的原理和方法以及灵敏度分析、对偶理论及其方法会给出令人满意的结果。
4.2 用户需求分析阶段的应用
在军事地理信息系统工程中，用户需求指的是部队需求，这一阶段，大量的工作是通过结构化分析把业务过程细化的。对经过细化的每个业务子过程中的数据处理，通过数据流程图来描述，从而得到数据操作的逻辑模型。这一阶段工作可以较多地使用测绘运筹学的图与网络分析、计划评审技术和关键路线法，尤其是图与网络分析的最短路问题，网络的最大流与最小割集问题等会经常被使用，效果也非常好。动态规划的一些方法也会为分析提供有力的帮助。
4.3 系统总体设计阶段的应用
系统的总体设计和详细设计是很重要的阶段。在这两个阶段中包括子系统划分，系统网络设计，数据库设计等等。合理地应用测绘运筹学的线性规划方法，图与网络分析方法，计划评审技术与关键路线法、排队论、决策分析等都会发挥其为决策提供依据的功效。
4.4系统运行维护阶段的应用
至于系统实现和运行维护阶段，测绘运筹学的存贮论与更新论、排队论的一些方法，如具有约束条件的存贮模型、动态存贮模型、不同时期存贮模型，以及对策论等等都会对这一阶段的工作提供有意义的帮助。
4.5 系统实现阶段的应用
系统实现是MGIS工程建设的最重要阶段之一。这一阶段应用测绘运筹学的计划评审技术和关键路线法是行之有效的。计划评审技术与关键路线法的基本原理是：经过科学分析，将工程项目分解成许多作业，将这些作业按其相互联系及先后顺序，编绘出网络图，通过估算完成各项作业所用的作业时间，确定每项作业的进度日程，并在网络图上找出完成工程项目的关键路线，重点安排，使工程项目在合理的短时间之内完成。通过网络图的调整，寻找出实现工程项目的最优工作方案。
应用计划评审技术与关键路线法实现MGIS系统建设的优点是：①能够清晰地掌握各项工作之间的相互联系与制约关系，便于宏观掌握全面情况；②便于发现薄弱环节，及时进行控制、调整、管理；③可以利用计算机进行数据推理运算，进行分析比较。
还可以同时应用排队论，决策分析等测绘运筹学其他方法。
4.6 决策应用
在整个MGIS工程建设过程中，存在着大量的决策问题，如前期准备阶段的立项、调研、考察、可行性分析、用户需求分析；系统设计阶段的总体设计、标准化文件、工程开发计划、实施方案设计、子系统、数据库、应用模型、符号库、汉字库、作业方案设计；施工阶段的软件开发、建库、联网、组装、试运行、系统诊断修改等工作流程，几乎无时无刻不存在决策问题。
决策是一种技术，它帮助决策者进行正确的选择。就军事地理信息系统而言，测绘运筹学决策分析方法，主要是为了实现预期的目标，包括系统建立的总体目标，各阶段的分期目标，每一流程过程中的具体目标等，对各种信息、条件进行归纳、整理、鉴别和研究，拟定出若干可行方案，从中选择一个最优方案。
5 总结与展望
军事地理信息系统在军队信息化建设中发挥着越来越重要的作用，它作为一项系统工程而言，要综合考虑到总体目标、任务及应用目标；数据的更新与模型的改进；软件版本升级；决策者、有关首长有力的支持、协作精神；相关专业知识；使用系统分析和系统方法，多次的试验和修改；广泛了解部队需求及建议等。利用测绘运筹学的理论和方法辅助地理信息系统工程建设，已成为MGIS发展建设中最有力的工具。

参考文献
[1] 王家耀．军事地理信息系统的现状与发展[J]．中国工程科学，2002.12．
[2] 龚强等．测绘运筹学在GIS工程中的运用[J]．测绘科学，2001.03．
[3] 胡运权．运筹学基础及应用[M]．哈尔滨工业大学出版社，1993．
[4] 陈述彭等．地理信息系统导论．北京，科学出版社，1999．