Геоинформационный метод планирования перемещения подвижных объектов гидрографической службы

О.

Действия сил флота в настоящее время характеризуются большой содержательной сложностью и глобальным территориальным охватом [50].

На гидрографическую службу (ГС) Военно-Морского Флота (ВМФ) возложены ответственные задачи навигационно-гидрографического обеспечения (НГО) и гидрометеорологического обеспечения (ГМО) действий сил флота на всех морских театрах действий, во всей функциональной сложности способов и методов ведения войны на море [4, 44]. ¦ Координирование (координатное обеспечение) действий сил флота подводных лодок, надводных кораблей, авиации, береговых войск) составляет одну из важнейших задач ГС ВМФ [5].

Основными средствами координатного обеспечения действий сил флота в настоящее время являются радиотехнические средства навигационного оборудования (РТ СНО), включающие радионавигационные системы (РНС), спутниковые навигационные системы (СНС) и их функциональные приложения (в первую очередь контрольно-корректирующие станции (ККС)), предназначенные для значительного повышения точности координирования в локальной зоне [6]. РНС и функциональные приложения СНС имеют как стационарное, так и мобильное исполнение.

Развертывание систем координирования ГС на театре военных действий (ТВД) определяется операционной зоной флота, требованиями по обес-^ печению боевой устойчивости радионавигационных частей и подразделений.

РНЧП) ГС, требованиями к точности определения места боевыми единицами, исходя из решаемых ими задач.

Важной задачей органов управления ГС является оптимизация территориального размещения РНС и ККС на театре военных действий.

Одним из путей совершенствования функционирования системы управления ГС является интенсивное внедрение в процессы принятия решений автоматизированных систем с применением современных информационных технологий (ИТ), в том числе геоинформационных.

Информационные технологии призваны обеспечить адекватное восприятие должностными лицами информации, циркулирующей в системе управления войсками (силами) и оружием, снизить трудоемкость и повысить оперативность с одновременным повышением качества принимаемых решений. В настоящее время одним из направлений развития ИТ является автоматизация процессов обработки и отображения картографической информации, основанная на применении цифровых карт (ЦК). ЦК — цифровая картографическая модель, содержание которой соответствует содержанию карты определенного вида и масштаба [1].

Применение ЦК в системах автоматизации военного назначения (СА ВН) обеспечивается в основном соответствующими средствами математического, программного и информационного обеспечения. В комплексе данные средства, а так же средства организационного и технического обеспечения формирования, ведения и применения ЦК и собственно картографические данные являются основой геоинформационных систем (ГИС) и геоинформационных технологий (ГИТ), применяемой в системах автоматизации военного назначения [2].

ЦК в средствах автоматизации представляются в различных форматах. Под форматом ЦК понимают специально введенную систему классификации и кодирования цифровой картографической информации (ЦКИ). Важнейшими форматами ЦК являются обменные форматы, производимые па предприятии изготовителе, и форматы применения, непосредственно используемые в СА ВН.

Обменные форматы изготавливаются предприятиями-изготовителями цифровых карт и предназначены для поставки ЦК организациям и предприятиям, применяющим ГИТ. В качестве основного обменного формата цифровой картографической информации о местности в Вооруженных Силах Российской Федерации (ВС РФ) утвержден формат «SXF» (Storage eXchange Format) [3]. Как правило, каждый файл в формате «SXF» изготовлен на основе бумажной картометрической информации, содержит ЦКИ в линейной форме представления и соответствует по содержанию одному листу топографической карты, что в соответствии с ГОСТ 28 441–99 является цифровой картой (ЦК) [1].

ЦК в форматах применения предназначены для непосредственного использования в прикладных расчетах. От принятого формата применения ЦК и средств обработки ЦКИ во многом зависит качество и скорость решения функциональных задач (ФЗ) в СА ВН.

При сложившихся условиях применения ГИТ под средствами обработки ЦКИ понимаются:

— средства изготовления ЦК обменного формата;

— средства преобразования данных ЦК из обменного формата в формат применения;

— средства доступа ФЗ к данным ЦК в формате применения, в том числе средства визуализации цифровой картографической информации на автоматизированных рабочих местах (АРМ) должностных лиц органов управлений.

Известно, что наиболее трудоемкой задачей при планировании перемещения РНЧГТ своим ходом является, задача поиска рационального маршрута движения от одного участка местности (рубежа, района дислокации или сосредоточения, пункта разгрузки и т. д.) до другого. Под рациональным понимается маршрут, движение по которому считается лучшим с точки зрения минимизации значения показателя движения, выбранного должностным лицом. Например, маршрут выбирают по критерию минимального времени преодоления маршрута, минимального расхода горючего или кратчайшего по расстоянию. Критерии могут объединяться. Должностные лица органов управления в процессе планирования при оценке маршрута могут накладывать дополнительные ограничения и вводить корректные условия. Например, маршрут может быть проложен по определенной территории с максимальным использованием маскировочных свойств местности, движение должно осуществляться только ночью и т. д. При этом маршрут движения прокладывается по участкам местности, которые являются проходимыми для различных типов техники, используемой в частях и подразделениях ГС флота. Необходимо, учитывать, что специальная техника, которая формируется для перемещения в составе колонны, может быть размещена на колесной, гусеничной или смешанной базе.

Все это определило актуальность темы диссертации, выбор объекта и предмета исследования. Объектом исследования является автоматизация процесса планирования перемещения радионавигационных частей и подразделений ГС флота, а предметом — закономерности формирования и применения проблемно-ориентированной модели местности (ПОММ) для решения задач планирования перемещения РНЧП ГС.

Возрастающие требования к точности результатов и оперативности расчетов должны учитываться при разработке новых ФЗ, предназначенных для поддержки принятия решений должностных лиц (ДЛ) органов управления (ОУ) (в частности, по поиску рационального маршрута, поиска мест дневного и ночного отдыха, расчета необходимых мест заправок и др.) в перспективных образцах комплексов средств автоматизации КСА (в соответствии с техническими заданиями на ОКР «Бриз», «Спрут», «Девиация», «Зверь», «Скорпион»).

Эти обстоятельства определили цель исследования, которая заключается в повышении качества планирования перемещения РНЧП ГС флота.

Анализ процесса применения цифровой картографической информации (ЦКИ) при решении задач планирования РНЧП позволяет выявить требования по полноте, оперативности и точности обработки данных.

Анализ существующего научно-методического аппарата обработки ЦКИ о транспортной доступности и проходимости местности свидетельствуют о том, что применяемые на сегодняшний день методики формирования и применения моделей не позволят обеспечить в полной мере выполнение выявленных требований по полноте, достоверности информации и оперативности ее обработки при расчете транспортной доступности участков местности.

Все это обусловливает актуальность поставленной и решенной в диссертации научной задачи, которая заключается в разработке модели представления цифровой картографической информации, методики формирования ПОММ и алгоритмов ее применения для решения задач планирования перемещения РНЧП. Анализ и выбор путей решения поставленной научной задачи определили структуру диссертации, которая включает введение, три основных раздела, заключение и приложения.

Выводы по главе 3.

Планирование перемещения РНЧП с использованием разработанных ин.

114 формационно-программных средств позволяют более эффективно вырабатывать решения должностными лицами органов управлений, а именно:

— проводить расчет времени на подготовку к маршу,.

— выбирать и оценивать маршруты движения на основе данных цифровой карты местности,.

— производить расчет временных параметров марша,.

— производить расчет расхода горючего,.

— автоматически формировать текстовые, табличные и графические фрагменты в боевые документы и др. [32].

При расчетах используются нормативно-справочная информация, данные, учитывающие параметры движения техники в различных сезонных и метеорологических условиях по различным типам дорожных покрытий. Поиск рационального маршрута в пределах указанного коридора осуществляется на основе данных цифровой карты местности в формате «SXF», матрицы высот в форматах «MTW» и графа дорожной сети формата «GDB». При этом применяется алгоритм Дейкстры [39] для поиска кратчайшего пути на взвешенном графе. При оценке маршрутов используются следующие показатели, характеризующие передвижение различных видов техники по дорожной сети:

— расход ГСМ, учитывающий сезонные и метеорологические условия, особенности местности (в частности, высоту над уровнем моря), особенности дорожного покрытия,.

— скорость движения, учитывающий особенности движения (возможность применения ВТО, ОМП), сезонные и метеорологические условия, особенности дорожного покрытия, подготовку водителей, рельеф местности;

— наличие непреодолимых препятствий,.

— наличие препятствий, уменьшающих скорость движения (переправы, броды, закругления дорог малого радиуса и т. д.).

Целью применения информационно-программных средств являются повышение обоснованности и оперативности, снижение трудоемкости и повышение качества подготовки данных для планирования перемещения РНЧП.

Результаты решения задачи по планированию марша отображаются на экране автоматизированного рабочего места на фоне ЦКМ в виде выделенных участков дорожной сети с последующим документированием, они запоминаются в базе данных и, при необходимости, могут передаваться подчиненным или выводиться на печать. I.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе с позиций системного подхода проведен анализ проблемы несоответствия существующего способа геоинформационной поддержки планирования перемещения и развертывания РНЧП требованиям по своевременному и качественному удовлетворению информационных потребностей должностных лиц органов управления, реализующие процесс планирования РНО. В частности, рассмотрено существующее положение дел по планированию перемещения традиционным неавтоматизированным способом без ис-щ[ пользования ГИТ и при помощи рекомендованного к применению в ВС РФ программного средства «Интеграция», которое обеспечивает лишь частичную автоматизацию решения задач планирования перемещения. Определены пути решения исследуемой проблемы. Разработана проблемно-ориентированная модель местности для решения задач планирования перемещения РНЧП, предназначенная для использования при подготовке, непосредственном планировании и частично при оперативном управлении в ходе боевых операций с учетом влияния различных групп факторов. ^ В соответствии с поставленной научной задачей в рамках диссертационной работы получены следующие основные результаты:

1. Проведен анализ предметной области, в результате которого определены роль и место задач планирования перемещения РНЧП в комплексе задач планирования и управления оперативного звена управления. Проведен анализ существующего положения дел по ГИО задач планирования перемещения. Выявлена проблема и осуществлена ее структуризация, а также определены основные пути ее решения.

2. Разработана модель представления цифровой картографической информации для оценки тактических свойств участков местности. Обоснована необходимость предварительного преобразование обменного формата ЦКМ в формат представления, с целью снижения пространственной сложности алгоритмов доступа к данным и, соответственно, повышения оперативности решения задач планирования. Разработаны алгоритмы преобразования ЦКМ из обменного формата в форматы представления. Исходя из информационных потребностей задач планирования, обоснована требуемая точность и целесообразность применимости картографических данных. Учитывая специфику формата представления ЦКМ, предложены алгоритмы доступа к цифровым данным.

3. Впервые разработана оригинальная методика преобразования для автоматизации процесса создания ПОММ из обменного формата цифровых карт местности в формат применения. При этом минимизируются объем представляемой ГИ, за счет использования квадратичного дерева и одновременно исправляются ошибки обменного формата. Это позволяет должностным лицам картографической службы заблаговременно сформировать цифровую проблемно-ориентированную модель местности, по которой в дальнейшем должностные лица органов управлений смогут оперативно получать достоверную информацию о транспортной доступности местности, о возможных путях перемещения РНЧП, что подчеркивает научную новизну данной методики.

Практическая значимость методики определяется снижением временных затрат по анализу физико-географических условий района проведения операции на этапе планирования, за счет предварительной подготовки ЦКМ, а также повышением точности и достоверности моделирования за счет автоматизации процессов обработки ЦКИ.

4. Разработаны два алгоритма применения ПОММ. Первый алгоритмпоиск рационального маршрута перемещения РНЧП на графоаналитической составляющей. Второй алгоритм позволяет построить область доступности на матричной составляющей. Научная новизна третьего результата заключается в использовании нового подхода к формированию «коридора» для планирования перемещения и в использовании нового подхода к сокращению пространственной сложности алгоритмов за счет адаптивности выбора параметров формирования «коридора» .

В практическом аспекте разработка алгоритмов позволяет существенно снизить временные затраты по поиску эффективных вариантов перемещения с возможностью визуального представления должностным лицам мест передислокации РНЧП за один скачек.

Обоснованность и достоверность результатов исследования подтверждены применением апробированных средств и методов исследования, корректностью принятых допущений и ограничений, достоверностью исходных данных и достаточно полным учетом факторов, оказывающих существенное влияние на процесс планирования перемещения РНЧП, а также согласованностью полученных результатов с результатами исследований, проведенных другими авторами по тематике, близкой к теме диссертации.

Все предложенные результаты реализованы программно и оформлены в виде быстрого прототипа.

Научные результаты диссертации достаточно полно изложены и опубликованы в двадцати четырех статьях, десяти докладах, пяти тезисах докладах на научно-технических конференциях, пяти отчетов по НОТ. Результаты диссертационных исследований реализованы. Реализация результатов работы подтверждена соответствующими актами реализации.

В дальнейших исследованиях представляется необходимым сосредоточить внимание на:

— оптимизации алгоритмов обработки и визуализации ЦКИ, в целях обеспечения требуемых эргономических свойств представляемой ГИ на АРМ управления РНЧП;

— создании более совершенного математического аппарата учета и оценки разведзащищенности маршрутов движения, выбора различных тактических вариантов совершения марша, комплексированию функциональных задач, использующих цифровую картографическую информацию.

Целесообразно разработанные научные положения для планирования РНЧП адаптировать для применения перемещения других войсковых формирований не только Министерства обороны РФ, но и других ведомств [54]. При этом в ходе исследований необходимо будет учесть специфику планирования перемещения и тактико-технических характеристики транспортных средств.