УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ОЦЕНИВАНИЯ ПРОХОДИМОСТИ МЕСТНОСТИ ВОЕННОЙ ТЕХНИКОЙ
APPARATUS FOR AUTOMATIC EVALUATION OF TERRAIN TRAFFICABILITY BY MILITARY EQUIPMENT

Область техники
Изобретение относится к области вооружения, военной и специальной техники и является устройством автоматического оценивания проходимости местности с целью исключения человеческого фактора при прогнозировании действий войск противника, использующим операции обработки данных, для выполнения которых требуется технологическая, например, компьютерная, система или устройство.
Предшествующий уровень техники
Известен способ определения оптимального маршрута движения транспортного средства [1]. Изобретение относится к области управления движением транспортных средств, включающего передачу навигационных команд транспортному средству с дисплеем, отображающим карту. Согласно данному способу формируют модельную скоростную электронную карту дорожной сети населенного пункта, отражающую среднестатистический скоростной режим движения на каждой дороге, которую вводят в память компьютера центральной станции. На указанной карте дорожной сети населенного пункта создают дорожный граф, включающий сегменты линий, заключенные между узлами графа, корректируют данные дорожного графа на основе информации об измененных знаках дорожного движения.
Недостатками способа являются:
- построение модельной скоростной карты осуществляется только для объектов дорожной сети населенных пунктов;
- отсутствие возможности автоматической прокладки маршрута по заданным точкам, выбираемым с учетом рельефа местности, погодных условий, времени года и суток;
- низкий уровень автоматизации при использовании цифровых карт местности (ЦКМ).
Известен способ использования топогеодезической информации на основе цифровых карт местности [2]. Изобретение относится к области навигации и топопривязки. В данном изобретении описан способ использования топогеодезической информации на основе цифровых карт местности (ЦКМ), определяющий алгоритм использования ЦКМ в мобильном комплексе навигации и топопривязки и позволяющий производить детальное изучение и оценку местности, прокладку маршрута движения, автоматизированные расчеты при планировании мероприятий по инженерному оборудованию местности и топографической подготовке стрельбы встроенными средствами ГИС «Интеграция».
Недостатками данного способа являются:
- отсутствие гибкости в использовании встроенных инструментов ГИС «Интеграция» для решения специфических задач по оценке проходимости местности;
- построение оптимальных маршрутов производится только по объектам дорожной сети;
- оценка проходимости производится без учета технических возможностей транспортных средств.
Известен способ оценки проходимости местности вне дорог [3], обеспечивающий повышение безопасности маршрута путем исключения непроходимых и труднопроходимых участков, снижения времени на разработку маршрута с учетом требований, предъявляемых типом движущихся объектов, а также оптимизацию маршрута по заданным параметрам и критериям.
Недостатками данного способа являются:
- отсутствие на топографических картах ВТУ ГШ контролирующих факторов, применяемых для оценки проходимости;
- слабоформализованное описание процесса создания геоморфологических карт для его автоматизации;
- представленный метод основан на экспертных оценках проходимости для построенных геоморфологических карт, что снижает адекватность получаемых результатов.
Раскрытие изобретения
Предлагаемое технической решение является устройством автоматического оценивания проходимости местности с целью исключения человеческого фактора при прогнозировании действий войск противника на основе использования искусственных нейронных сетей (ИНС).
Типы ИНС, применяемые в устройстве приведены в таблице 1.
Входной информацией для оценки проходимости местности в кластере являются данные об основных объектах местности в районе боевых действий, их текущего (прогнозируемого) состояния и ТТХ представительных образцов ВВСТ.
Схема устройства представлена на фигуре 1, где
1. Буфер хранения входной информации
2. Блок определения типа запускаемой ИНС первого уровня
3. Блок запуска ИНС по типу A.i
4. Блок запуска ИНС по типу A.ii
5. Блок определения наличия метеоусловий и типа запускаемой ИНС второго уровня для объектов карты без дорожного покрытия
6. Блок определения наличия метеоусловий и типа запускаемой ИНС второго уровня для объектов карты с дорожным покрытием
7. Блок запуска ИНС по типу B.i
8. Блок запуска ИНС по типу B.ii
9. Блок запуска ИНС по типу B.iii
10. Буфер хранения вычисленного значения скорости в кластере Описание устройства в статике.
Устройство автоматического оценивания проходимости местности военной техникой, изображенное на фигуре 1, состоящее из буфера хранения входной информации (1), используемого для задания и хранения значений входных переменных, первый выход которого соединен с первым входом блока запуска ИНС по типу A.i (3), используемого для запуска ИНС для определения значения скорости в кластере на объектах местности без дорожного покрытия при нормальных метеоусловиях, второй выход буфера хранения входной информации (1) соединен с первым входом блока определения наличия метеоусловий и типа запускаемой ИНС второго уровня для объектов карты без дорожного покрытия (5), используемого для выбора типа ИНС для вычисления скорости в кластере при наличии ухудшающих метеоусловий, третий выход буфера хранения входной информации (1) связан с первым входом блока запуска ИНС по типу B.i (7), используемого для запуска ИНС для вычисления скорости в кластере при наличии увлажненности грунта, четвертый выход буфера хранения входной информации (1) соединен с первым входом блока запуска ИНС по типу В. и (8), используемого для вычисления значения скорости в кластере при наличии увлажненности грунта, а также снежного покрова, пятый выход буфера хранения входной информации (1) соединен с первым входом блока определения типа запускаемой ИНС первого уровня (2), предназначенного для выяснения наличия дорожного покрытия объекта местности, обнаруженного в кластере, шестой выход буфера хранения входной информации (1) соединен с первым входом блока запуска ИНС по типу B.iii (9), предназначенным для вычисления скорости в кластере в случае обнаружения объекта местности с дорожным покрытием и наличием на нем снежного покрова, седьмой выход буфера хранения входной информации (1) соединен с первым входом блока определения наличия метеоусловий и типа запускаемой ИНС второго уровня для объектов карты с дорожным покрытием (6), используемым для выбора типа ИНС для вычисления скорости при наличии ухудшающих метеоусловий, восьмой выход буфера хранения входной информации (1) соединен с первым входом блока запуска ИНС по типу A.ii (4), используемого для вычисления скорости в кластере для объектов местности с дорожным покрытием при нормальных метеоусловиях, первый выход блока определения типа запускаемой ИНС первого уровня (2) соединен со вторым входом блока запуска ИНС по типу A.i (3), второй выход блока определения типа запускаемой ИНС первого уровня (2) соединен со вторым входом блока запуска ИНС по типу A.ii (4), третий выход блока определения типа запускаемой ИНС первого уровня (2) связан с третьим входом блока запуска ИНС по типу A.i (3), четвертый выход блока определения типа запускаемой ИНС первого уровня (2) соединен с третьим входом блока запуска ИНС по типу A.ii (4), первый выход блока запуска ИНС по типу A.i (3) соединен со вторым входом блока запуска ИНС по типу B.i (7), второй выход блока запуска ИНС по типу A.i (3) соединен со вторым входом блока запуска ИНС по типу B.ii (8), третий выход блока запуска ИНС по типу A.i (3) связан с первым входом буфера хранения вычисленного значения скорости в кластере (10), предназначенного для хранения вычисленного значения скорости в кластере, четвертый выход блока запуска ИНС по типу A.i (3) соединен со вторым входом блока определения наличия метеоусловий и типа запускаемой ИНС второго уровня для объектов карты без дорожного покрытия (5), первый выход блока запуска ИНС по типу A.ii (4) связан со вторым входом блока запуска ИНС по типу B.iii (9), второй выход блока запуска ИНС по типу A.ii (4) соединен с четвертым входом буфера хранения вычисленного значения скорости в кластере (10), третий выход блока запуска ИНС по типу A.ii (4) соединен со вторым входом блока определения наличия метеоусловий и типа запускаемой ИНС второго уровня для объектов карты с дорожным покрытием (6), первый выход блока определения наличия метеоусловий и типа запускаемой ИНС второго уровня для объектов карты без дорожного покрытия (5) связан с третьим входом блока запуска ИНС по типу B.i (7), второй выход блока определения наличия метеоусловий и типа запускаемой ИНС второго уровня для объектов карты без дорожного покрытия (5) соединен с третьим входом блока запуска ИНС по типу B.ii (8), первый выход блока определения наличия метеоусловий и типа запускаемой ИНС второго уровня для объектов карты с дорожным покрытием (6) связан с третьим входом блока запуска ИНС по типу B.iii (9), первый выход блока запуска ИНС по типу B.i (7) связан с третьим входом буфера хранения вычисленного значения скорости в кластере (10), первый выход блока запуска ИНС по типу B.ii (8) соединен со вторым входом буфера хранения вычисленного значения скорости в кластере (10), первый выход блока запуска ИНС по типу B.iii (9) связан с пятым входом буфера хранения вычисленного значения скорости в кластере (10).
Функционирование устройства
С первого выхода буфера хранения входной информации (1) данные о массе образца вооружения военной специальной техники (ВВСТ), мощности образца ВВСТ, уклоне местности поступают на первый вход блока запуска ИНС по типу A.i (3) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты без дорожного покрытия). Те же данные поступают с восьмого выхода буфера хранения информации (1) на первый вход блока запуска ИНС по типу A.ii (4) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты с дорожным покрытием).
Со второго выхода буфера хранения входной информации (1) данные об удельном давлении образца ВВСТ на грунт, уклоне местности, увлажненности грунта, величины снежного покрова поступают на первый вход блока определения наличия метеоусловий и типа запускаемой ИНС второго уровня для объектов карты без дорожного покрытия (5). Те же данные поступают с третьего выхода буфера хранения информации (1) на первый вход блока запуска ИНС по типу B.i (7) (метео-ИНС для вычисления скорости при наличии увлажненности грунта для объектов карты без дорожного покрытия). Те же данные поступают с четвертого выхода буфера хранения информации (1) и на первый вход блока запуска ИНС по типу B.ii (8) (метео-ИНС для вычисления скорости при наличии увлажненности грунта и величины снежного покрова для объектов карты без дорожного покрытия).
С седьмого выхода буфера хранения входной информации (1) данные об уклоне местности, величине снежного покрова поступают на первый вход блока определения наличия метеоусловий и типа запускаемой ИНС второго уровня для объектов карты с дорожным покрытием (6). Те же данные поступают с шестого выхода буфера хранения информации (1) на первый вход блока запуска ИНС по типу B.iii (9) (метео-ИНС для вычисления скорости при наличии величины снежного покрова для объектов карты с дорожным покрытием).
С пятого выхода буфера хранения входной информации (1) данные об идентификаторе объекта карты, идентификаторе типа дорожного покрытия поступают на вход блока определения типа запускаемой ИНС первого уровня (2).
В блоке определения типа запускаемой ИНС первого уровня (2) происходит преобразование идентификаторов типа объекта карты и типа дорожного покрытия в коэффициенты, пригодные для подачи в ИНС, а также определение типа запускаемой ИНС первого уровня в зависимости от наличия дорожного покрытия и передача управления в блок запуска ИНС соответствующего типа:
ЕСЛИ идентификатор дорожного покрытия = 0, ТО тип запускаемой ИНС := A.i (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты без дорожного покрытия) И подать из первого выхода буфера входной информации (1) данные о массе образца ВВСТ, мощности образца ВВСТ, уклоне местности на второй вход блока запуска ИНС по типу A.i (3) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты без дорожного покрытия) И подать коэффициент, характеризующий тип объекта карты из третьего выхода блока определения типа запускаемой ИНС первого уровня (2) на третий вход блока запуска ИНС по типу A.i (3) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты без дорожного покрытия) И запустить блок запуска ИНС по типу A.i (3) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты без дорожного покрытия) через первый выход блока определения типа запускаемой ИНС первого уровня (2) подачей управляющей команды на второй вход блока запуска ИНС по типу A.i (3) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты без дорожного покрытия) ИНАЧЕ тип запускаемой ИНС := A.ii (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты с дорожным покрытием) И подать из восьмого выхода буфера входной информации (1) данные о массе образца ВВСТ, мощности образца ВВСТ, уклоне местности на первый вход блока запуска ИНС по типу A.ii (4) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты с дорожным покрытием) И подать коэффициенты, характеризующие тип объекта карты и тип дорожного покрытия из второго выхода блока определения типа запускаемой ИНС первого уровня (2) на второй вход блока запуска ИНС по типу A.ii (4) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты с дорожным покрытием) И запустить блок запуска ИНС по типу A.ii (4) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты с дорожным покрытием) через четвертый выход блока определения типа запускаемой ИНС первого уровня (2) подачей управляющей команды на третий вход блока запуска ИНС по типу A.ii (4) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты с дорожным покрытием).
В блоке запуска ИНС по типу A.i (3) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты без дорожного покрытия) происходит работа ИНС по вычислению скорости в кластере для образца ВВСТ при симуляции нормальных метеоусловий, где увлажненность грунта = 0 и величина снежного покрова = 0 и запись полученного значения в буфер памяти хранения вычисленного значения скорости в кластере (10) скорость в кластере при симуляции нормальных метеоусловий с первого выхода блока запуска ИНС по типу Ал (3) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты без дорожного покрытия).
После этого управление через второй выход блока запуска ИНС по типу A.i (3) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты без дорожного покрытия) переходит через второй вход в блок определения наличия метеоусловий и типа запускаемой ИНС второго уровня для объектов карты без дорожного покрытия (5), на первый вход которого поступают данные об удельном давлении образца ВВСТ на грунт, уклоне местности, увлажненности грунта, величины снежного покрова из второго выхода буфера хранения входной информации (1), где, в зависимости от наличия ухудшающих метеоусловий и сочетания их значений, происходит определение типа запускаемой ИНС второго уровня (метео-ИНС) и передача управления на следующие блоки по следующему правилу:
ЕСЛИ увлажненность грунта >0 И величина снежного покрова = 0, ТО тип запускаемой ИНС второго уровня := B.i (ИНС второго уровня (метео-ИНС) для вычисления скорости при наличии увлажненности грунта для объектов карты без дорожного покрытия) И подать на первый вход блока запуска ИНС по типу B.i (7) (ИНС второго уровня (метео-ИНС) для вычисления скорости при наличии увлажненности грунта для объектов карты без дорожного покрытия) данные об удельном давлении образца ВВСТ на грунт, уклоне местности, увлажненности грунта, величины снежного покрова из третьего выхода буфера хранения входной информации (1) И подать на второй вход блока запуска ИНС по типу B.i (7) (ИНС второго уровня (метео-ИНС) для вычисления скорости при наличии увлажненности грунта для объектов карты без дорожного покрытия) скорость в кластере, полученную из первого выхода блока запуска ИНС по типу Ал (3) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты без дорожного покрытия) И передать из первого выхода блока определения наличия метеоусловий и типа запускаемой ИНС второго уровня для объектов карты без дорожного покрытия (5) управление в блок запуска ИНС по типу B.i (7) (ИНС второго уровня (метео-ИНС) для вычисления скорости при наличии увлажненности грунта для объектов карты без дорожного покрытия) через его третий вход ИНАЧЕ
ЕСЛИ величина снежного покрова >0, ТО тип запускаемой ИНС второго уровня := B.ii (метео-ИНС для вычисления скорости при наличии увлажненности грунта и величины снежного покрова для объектов карты без дорожного покрытия) И подать на первый вход блока запуска ИНС по типу B.ii (8) (метео-ИНС для вычисления скорости при наличии увлажненности грунта и величины снежного покрова для объектов карты без дорожного покрытия) данные об удельном давлении образца ВВСТ на грунт, уклоне местности, увлажненности грунта, величине снежного покрова из четвертого выхода буфера хранения входной информации (1) И подать на второй вход блока запуска ИНС по типу B.ii (8) (метео-ИНС для вычисления скорости при наличии увлажненности грунта и величины снежного покрова для объектов карты без дорожного покрытия) скорость в кластере, полученную из третьего выхода блока запуска ИНС по типу A.i (3) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты без дорожного покрытия) И передать из второго выхода блока определения наличия метеоусловий и типа запускаемой ИНС второго уровня для объектов карты без дорожного покрытия (5) управление в блок запуска ИНС по типу B.ii (8) (метео-ИНС для вычисления скорости при наличии увлажненности грунта и величины снежного покрова для объектов карты без дорожного покрытия) через его третий вход.
В блоке запуска ИНС по типу A.ii (4) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты с дорожным покрытием) происходит работа ИНС по вычислению скорости в кластере для образца ВВСТ при симуляции нормальных метеоусловий, где величина снежного покрова = 0 и запись полученного значения в буфер памяти хранения вычисленного значения скорости в кластере (10) скорость в кластере при симуляции нормальных метеоусловий с первого выхода блока запуска ИНС по типу A.ii (3) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты с дорожным покрытием).
После этого, через второй выход блока запуска ИНС по типу A.ii (4) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты с дорожным покрытием) управление переходит в блок определения наличия метеоусловий и типа запускаемой ИНС второго уровня для объектов карты с дорожным покрытием (6) через его второй вход. На первый вход блока определения наличия метеоусловий и типа запускаемой ИНС второго уровня для объектов карты с дорожным покрытием (6) поступают данные об уклоне местности, величины снежного покрова из седьмого выхода буфера хранения входной информации (1), где, в зависимости от наличия ухудшающих метеоусловий и сочетания их значений, происходит определение типа запускаемой ИНС второго уровня {метео-ИНС) по следующему правилу:
ЕСЛИ величина снежного покрова >0, ТО тип запускаемой ИНС второго уровня := B.iii (метео-ИНС для вычисления скорости при наличии величины снежного покрова для объектов карты с дорожным покрытием) И подать на первый вход блока запуска ИНС по типу B.iii (9) (метео-ИНС для вычисления скорости при наличии величины снежного покрова для объектов карты с дорожным покрытием) данные об уклоне местности, величине снежного покрова из шестого выхода буфера хранения входной информации (1) И подать на второй вход блока запуска ИНС по типу B.iii (9) (метео-ИНС для вычисления скорости при наличии величины снежного покрова для объектов карты с дорожным покрытием) скорость в кластере, полученную из третьего выхода блока запуска ИНС по типу A.ii (4) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты с дорожным покрытием) И передать управление из первого выхода блока определения наличия метеоусловий и типа запускаемой ИНС второго уровня для объектов карты с дорожным покрытием (6) в блок запуска ИНС по типу B.iii (9) (метео-ИНС для вычисления скорости при наличии величины снежного покрова для объектов карты с дорожным покрытием) через его третий вход.
В блоке запуска ИНС по типу B.i (7) (ИНС второго уровня (метео-ИНС) для вычисления скорости при наличии увлажненности грунта для объектов карты без дорожного покрытия) происходит работа метео-ИНС по вычислению скорости в кластере при наличии ухудшающей скорость увлажненности грунта (увлажненность грунта >0), на первый вход которого поступают данные об удельном давлении образца ВВСТ на грунт, уклоне местности, увлажненности грунта, величины снежного покрова из третьего выхода буфера хранения входной информации (1), на второй вход поступает скорость в кластере, полученная из первого выхода блока запуска ИНС по типу A.i (3) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты без дорожного покрытия). Далее происходит запись рассчитанной скорости в кластере в буфер памяти хранения вычисленного значения скорости в кластере (10) из первого выхода блока запуска ИНС по типу B.i (7) (ИНС второго уровня (метео-ИНС) для вычисления скорости при наличии увлажненности грунта для объектов карты без дорожного покрытия).
В блоке запуска ИНС по типу B.ii (8) (метео-ИНС для вычисления скорости при наличии увлажненности грунта и величины снежного покрова для объектов карты без дорожного покрытия) происходит работа метео-ИНС по вычислению скорости в кластере при наличии ухудшающей скорость величины снежного покрова (величина снежного покрова >0) и увлажненности грунта (увлажненность грунта >=0), на первый вход которого поступают данные об удельном давлении образца ВВСТ на грунт, уклоне местности, увлажненности грунта, величине снежного покрова из четвертого выхода буфера хранения входной информации (1), на второй вход поступает скорость в кластере, полученная из третьего выхода блока запуска ИНС по типу A.i (3) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты без дорожного покрытия). Далее происходит запись рассчитанной скорости в кластере в буфер памяти хранения вычисленного значения скорости в кластере (10) из первого выхода блока запуска ИНС по типу B.ii (8) (метео-ИНС для вычисления скорости при наличии увлажненности грунта и величины снежного покрова для объектов карты без дорожного покрытия).
В блоке запуска ИНС по типу B.iii (9) (метео-ИНС для вычисления скорости при наличии величины снежного покрова для объектов карты с дорожным покрытием) происходит работа метео-ИНС по вычислению скорости в кластере при наличии ухудшающей скорость величины снежного покрова (величина снежного покрова>0), на первый вход которого поступают данные об уклоне местности, величине снежного покрова из шестого выхода буфера хранения входной информации (1), на второй вход поступает скорость в кластере, полученная из третьего выхода блока запуска ИНС по типу A.ii (4) (ИНС для вычисления скорости при симуляции нормальных условий для объектов карты с дорожным покрытием). Далее происходит запись рассчитанной скорости в кластере в буфер памяти хранения вычисленного значения скорости в кластере (10) из первого выхода блока запуска ИНС по типу B.iii (9) (метео-ИНС для вычисления скорости при наличии величины снежного покрова для объектов карты с дорожным покрытием).
ИНС может быть реализована с использованием КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник) - цифровых схем [8], которая имеет преимущество легкого проектирования и построения. Они основываются на существующих логических элементах и в полной мере отражают достижения в области цифровых схем за последние десятилетия.
Буфер памяти хранения вычисленного значения скорости в кластере и буфер хранения входной информации могут быть реализованы по схеме FIFO.
Предлагаемое технической решение является устройством автоматического оценивания проходимости местности при прогнозировании действий войск противника на основе использования искусственных нейронных сетей (ИНС).
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент №2377658 С1, G08G 1/0969, G01C 21/34, опубл. 27.12.2009 г.
2. Патент №2452000 CI, G06F, опубл. 27.5.2012 г.
3. Патент №2502047 С1, G01C 21/00 1/00, опубл. 20.12.2013 г.
4. Бубнов И.А. и др. Военная топография. / М.: Военное издательство Министерства обороны СССР, 1963, стр. 239.
5. Говорухин A.M. и др. Справочник по военной топографии. / М.: Воениздат, 1980, стр. 111, 3, лист 12-2,4.
6. С. Юнг и С.С. Ким. Аппаратная реализация в режиме реального времени нейронного сетевого контроллера с ЦСП и ПЛИС для нелинейных систем " Промышленная электроника, IEEE Transactions, том. 54, стр. 265-271, 2007.
7. Патент №169425 U1, G06N 5/00 (2006.01), G06Q 10/06 (2012.01), опубл. 16.03.2017 г.