第1 章 绪论
　　1886 年，世界上**辆现代汽车雏形问世，之后随着人们不断改进，汽车的性能和功能不断被优化，对人类社会发展产生了巨大的影响。汽车作为交通系统中的重要组成部分，为人类提供了高效的移动服务，不断拓宽人类的生活空间；直至现在，汽车仍然是人们出行*为便利的交通工具。在军事领域，汽车的使用不仅使战争样式和作战方式发生重大变革，而且还推动了军事战略的演变。汽车作为陆地环境中*常见、应用*广泛的交通运输工具，在当前人类基本生活、经济建设和国防安全等领域发展中占据十分重要的地位。深入了解和分析车辆装备在陆地环境中的通行状况，能够有助于更好地发挥车辆装备对人类社会发展的重要作用，推动我国相关领域的研究。本章主要介绍陆地环境通行分析相关概念、基本理论与方法研究现状和地位作用。
　　1.1 陆地环境通行分析相关概念
　　陆地环境通行分析主要研究陆地地形地貌、土壤、地表覆盖等自然因素对车辆通行的影响，针对不同环境条件、车辆类型和应用需求，分析和评价车辆通行的可行性和效果，为车辆路径规划提供科学依据。
　　1.1.1 陆地环境相关概念
　　陆地环境由气候、土壤、地貌（地形）、水文、生物等要素构成。1989 年，国际航空联合会将人类生存环境分为4 类，依次是陆地环境、海洋环境、空中环境、外层环境（张为华等，2013）。陆地环境是人类赖以生存和发展的“**环境”。人类劳动、生息、繁衍都要从陆地环境获取所需资源。
　　人类社会发展历程与对自然理解的深度紧密相连。人类社会发展历经了无数次战争的洗礼，自然环境因素，特别是陆地环境要素在每次战争中发挥了重要作用，为此，人类社会在每个发展阶段对陆地环境的认识与理解都十分关注。进入信息化时代后，计算机为人们认识和理解陆地环境提供了很大帮助，促使人们将陆地环境相关要素转换为人类社会发展、国防军队建设的有利要素，实现了概念理解推断型向可视化分析的数字化方向转变。孙国兵（2009 ）从战场环境仿真研究角度，指出地球表面没有被海洋覆盖的部分，含内陆水域，不包括海洋、大气及沿地面运动的非永久性物体，都是陆地环境的范畴。他的观点是重点关注地形、空间位置信息及地表温度、地表湿度指数、太阳辐射度、地表阻力指数和地表坚固程度等其他环境信息。随着科技迅速发展，战场环境概念进一步延伸。针对信息化条件下战场环境研究，池亚军等（2010 ）和张为华等（2013）认为陆战场环境主要包括地形、气象、水文等基本要素。陆战场自然地理环境地形主要包括：地貌的起伏状态，如山地、丘陵地、平原地、开阔地、谷地、沟坎、洼地、海岸等；各种地物，如村庄、居民地、高地、岛礁及*立物体的性质、数量与分布；植被的分布和生长茂密状况；道路与土壤和地质条件的状况等。地形主要关注山地、丘陵、平原和荒漠。气象是天气状态的物理量和物理现象，主要包括气温、云雾、降水、风等要素。水文主要是指江河水文，包括河流流向、长度、河面宽度、水深、流速、水质、岸滩性质、渡口、桥梁、河床底质等要素。特别是进入现代化社会，计算机、遥感、物联网、大数据挖掘、人工智能、数字孪生等先进技术快速迭代，人们对陆地环境的认识也逐渐深入。
　　陆地环境是影响车辆通行的基础因素，涉及地理、地质、地形与地表覆盖等各类要素。云贵高原的岩溶地貌形成于湿热的气候条件下，由于洞穴和地下暗河等因素威胁地表的稳定性，地表容易塌陷，给车辆安全通行带来风险，尤其对重型特种车辆影响*大。在我国长江平原地区，水资源丰富，空气中水汽含量高，热带气旋活动频繁，遇到暖湿气流会形成季风性降水，每年5～8 月降雨量大，大量降雨直接导致部分路面积水，出现湿滑现象，对车辆安全通行产生不利影响，同时，过多降水也会导致土壤含水量增加，在野外容易出现泥泞现象，增加了车辆通行的难度。在地形平坦的陆地上，如平原地区，建设道路容易，路网发达，条件良好，便于通行。综合陆地环境各要素对车辆装备通行情况的影响，主要体现在以下4 个方面。
　　（1）风险性：陆地环境构成要素类型丰富，地形类型多变，地表覆盖复杂交错，地质地貌点多面广，且各要素对车辆通行作用表现不一，使得陆地环境通行状况难以准确评估，车辆通行过程中存在各种潜在风险。
　　（2）通达性：陆地环境地面通达能力表现不一。相同陆地环境下，由于车辆装备不同，通达能力往往表现出较为明显的差异。影响车辆装备通达性的陆地环境因素主要涉及地形、地质、地貌等自然要素和陆地交通、居民地及其他各种人工设施要素。
　　（3）障碍性：障碍性与通达性相反，陆地环境障碍程度与车辆装备关系密切。障碍性具体受地域结构、气象、水文、植被等因素影响。
　　（4）机动性：机动性主要反映车辆装备在陆地环境中快速、灵活的移动与操控能力，是陆地环境与车辆装备有机结合、共同影响的结果。
　　1.1.2 通行分析相关概念
　　通行分析是陆地环境通行研究的核心内容，涉及通行、通行能力、通行能力分析、通行区域分析、地形可通行性、机动和路径规划相关概念。
　　1. 通行
　　《现代汉语词典（第 7 版）》中对“通行”有明确的解释，通行是指（行人、车马等）在交通线上通过。
　　2. 通行能力
　　通行能力，即道路通行能力，又称道路容量（road capacity）。对车辆装备而言，道路通行能力是指道路的某一断面在单位时间内所能通过的*大车辆数。各国实际情况不同，对通行能力定义也有差异：日本的定义为在一定时间内能通过道路某截面的*大车辆数；美国的定义为一定时段和通常的道路、交通与管制条件下，能合情合理地希望人或车辆通过道路或车行道的一点或均匀路段的*大流率，通常以人/h 或辆/h 表示；我国的定义为道路的某一断面的*大车辆数（刘爽，2007 ；李正宜等，1992）。当道路上的交通量接近道路的通行能力时，就会出现交通拥挤现象。当道路上的交通量小于道路通行能力时，驾驶员驱车前进就有一定的自由度，有变换车速和超车的机会。通行能力按照作用分为三种。
　　（1）基本通行能力：指交通设施在理想的道路、交通、控制及环境条件下，该组成部分某一条车道或某一车行道的均匀段上或横断面上，不论服务水平如何，1 h 所能通过标准汽车的*大辆数（*大小时流率）。
　　（2）可能通行能力：指已知交通设施的某一组成部分在实际或预测的道路、交通、控制及环境条件下，该组成部分一条车道或一车行道对上述诸条件有代表性的均匀段上或一横断面上，不论服务水平如何，1 h 所能通过的车辆（在混合交通公路上为标准汽车）的*大辆数。
　　（3）设计通行能力：指一设计中的交通设施的某一组成部分在预测的道路、交通、控制及环境条件下，该组成部分一条车道或一车行道对上述诸条件有代表性的均匀段上或一横断面上，在所选用的设计服务水平下，1 h 所能通过的车辆（在混合交通公路上为标准汽车）的*大辆数。
　　基本通行能力是在理想条件下道路具有的通行能力，也称为理想通行能力；可能通行能力则是在具体条件的约束下道路具有的通行能力，其值通常小于基本通行能力；设计通行能力则是指在设计道路时，为保持交通流处于良好的运行状况所采用的特定设计服务水平对应的通行能力，该通行能力不是道路所能提供服务的极限。因此，可以得出：基本通行能力≥可能通行能力≥设计通行能力。
　　3. 通行能力分析
　　通行能力分析是指在特定道路、交通、管制、环境、气候、规定运行等条件下，分析某道路设施所能容纳的*大交通量。
　　4. 通行区域分析
　　通行区域，即可通行的区域，主要是指在行驶环境中除去障碍物外，车辆或其他装备可以安全通过的位置或区域。
　　通行区域分析，即可通行的区域分析，主要是基于某区域的地理空间信息数据、地质数据及其他影响车辆通行的参数数据，应用相关分析技术，*终获得可通行的区域或属性数据。
　　5. 地形可通行性
　　地形可通行性的概念*早是由Langer 等（1994 ）为描述机器人能否通过特定的区域引入。U.ur 等（2010 ）将可通行性定义为机器人可以通过的能供性。张萌（2020 ）认为地形可通行性指地形的各种条件（高程、坡度、起伏度等），在地质、植被、水系等各因素共同影响下，对通行的支持程度。地形可通行性分析和评价研究是地理信息系统（geographic information system，GIS ）研究领域的一个重要课题，在军事作战指挥、区域条件评估、路径规划、车辆装备导航等方面具有十分重要的研究价值。
　　研究地形可通行地图或地形建模生成，是为了车辆装备感知周围的环境信息，存储地形特征信息，应用地形信息数据分析确定可通行区域，为车辆装备安全通行提供规划路径。其研究价值主要体现在：一是为车辆装备通行环境感知、导航等提供必要地形环境信息；二是确保车辆装备通行安全，提供可通行区域边界，避免出现碰撞或损坏等意外。目前，国内外基于地形可通行地图或地形建模，主要开展以轮式、履带式机器人与车辆装备等平台为服务对象的通行分析研究，为轮式、履带式车辆装备通行分析提供了一定的研究基础。
　　Langer 等（1994）提出了一个基于地形可穿越性早期评估的导航系统，采用“0”和“非0”的阈值分类法，将地形简单地划分为“可通行”区域和“不可通行（障碍区）”区域，将地形环境以简单的二维可通行性数字化地图进行表达，并以一辆无人工干预的轮式车辆完成了1 km 的环行测试。Gennery（1999 ）研究了三维立体环境的地形可通行性，以高程、坡度和粗糙度3 个参数表达平滑的地形环境，通过内插构建了成本函数，应用*小代价路径的并行搜索算法，进行轮式车辆的路径规划。以上两种基于地形通行性研究仅仅考虑地形因素，并未将地表覆盖（如植被）要素进行考虑。Howard 等（2006）在地形可通行分析中，还额外增加地表植被要素特征输入神经网络模型，用来评价地形的可通行程度。Kim 等（2006 ）提出了一种基于单目图像和里程计信息的类人机器人可通过区域估计方法，并在户外进行了试验验证。Ye（2007 ）提出一种基于势场方法的城市环境中轮式移动机器人的自主地形导航系统，该系统采用二维激光测距仪进行地形测绘，构建可穿越场直方图，定义地形可通行性的描述函数，计算格网可通行性。Suzuki等（2010 ）提出了一种应用立体摄像机观测到的几何信息和图像外观的远程视觉地图构建可通行性分析方法，并在室外环境下进行试验测试。Kostavelis 等（2012 ）在室内外环境下，针对轮式机器人提出基于支持向量机分类器地形特征检测地形可通行性的分类方法和碰撞风险评估方法。Tanaka 等（2015）提出了一种新的移动机器人导航粗糙地形可通行性分析方法，该方法基于在灾难环境下通过传感器有限的数据为机器人实时生成场景地图，通过粗糙度和坡度模糊推理分析周围环境的地形信息，为机器人提供可通行性信息。以上相关研究，均为陆地环境通行分析理论与方法研究提供了理论基础。
　　6. 机动
　　机动，常指利用机器开动或驱动，或视情况做适宜的变动。在军事领域中，机动指作战中有组织地转移兵力或火力的行动。机动是战场主动权的象征，是战争永恒的主题（张真，2006）。
　　越野机动是在不可能利用现有道路的情况下，人员和车辆装备能够到达目的地的运动。越野机动分析的目的是在越野环境条件下寻找*佳机动路线，确保人员和车辆通行安全。越野机动区域通行性分析是地形分析的一项重要研究内容，用于辨别机动路径，规划行进路线，划定通行区域范围（张德等，2017）。
　　道路通道分析主要是针对特定区域整个道路网络，选择*优路径。在军事领域，道路通道分析主要是针对作战区域的整个道路网络，从距离*近、所需机动时间*短、隐蔽性*好等方面，选择*优路径。越野通道分析是军事地形分析的一个重要内容，主要是研究作战区域内地形对机动的影响，为机动选取*优通行路线。