СПОСОБ ОЦЕНКИ МЕСТНОСТИ
METHOD FOR TERRAIN ASSESSING

Изобретение относится к области военной техники и может быть реализовано в виде программы для электронных вычислительных машин (ЭВМ) автоматизированной системы управления (АСУ) войсками для оценки местности и быстрой минимизации информации о географической районе размещения мобильных малогабаритных радиоприемных комплексов, в которой должны обеспечиваться наилучшие условия их функционирования и рационального расположения радиоприемных средств на местности.
Современные формы и способы вооруженной борьбы неразрывно связаны с применением информационных технологий, которые сегодня определяют как степень достоверности анализа местности и обстановки, так и скорость принятия качественных решений должностными лицами. Правильная оценка свойств местности и обстановки оказывает существенное влияние на эффективность решения вопросов в военной сфере, связанных с применением радиоприемных комплексов. Временные показатели боевых возможностей войск все больше и больше становятся зависимы от уровня применяемых информационных технологий и качества используемой в них информации [3]. Эти зависимости лежат в основе заявляемого изобретения.
Сущность изобретения заключается в предварительном анализе, изучении и оценке района местности предназначенной для развертывания радиоприемных комплексов методом оптимизации, например методом динамического программирования с использованием аддитивного критерия качества (целевой функции) [1], при этом в качестве составляющих критерия вводят, например, математические, информационные либо геометрические примитивы характеризующие, например, непригодность зон для размещения радиоприемных комплексов и исключение этих зон из расчета.
На начальном этапе реализации способа оценки местности путем оптимизации минимизируют географическую зону возможного размещения радиоприемных комплексов, с учетом исключения составляющих административного и физического (и другого) характера, формируя возможные районы размещения на цифровой карте местности (ЦКМ). Минимизация приводит к снижению объема информации (без потери качества), что сокращает размер выборки, подлежащей обработке на ЭВМ и, как следствие, снижает требования к аппаратным ресурсам, что позволяет, например, использовать малогабаритные мобильные компьютерные средства.
На следующем этапе проводят структурирование и прогнозную оценку минимизированной рабочей зоны с целью возможного выбора определенного типа радиоприемного комплекса, которое может быть наиболее эффективно размещено и применено в данной географической зоне для выполнения специальных задач, для чего вводят оперативно-тактические условия функционирования и параметры, ограничивающие применение и размещение выбранных радиоприемных средств на данном районе. Далее для выбранного радиоприемного комплекса определяются дополнительные новые критерии целевой функции, которые, например, позволяют оценить электромагнитную доступность (ЭМД) источников радиоизлучений (ИРИ) выбранного радиоприемного комплекса для выполнения задач мониторинга в заданной на ЦКМ географической зоне.
Итогом прогноза будут являться информационно-структурированные прогнозные географические зоны на ЦКМ с учетом тактических свойств местности и возможностей радиоприемных комплексов по ЭМД ИРИ.
В качестве инструментария для реализации способа оценки местности выбирают, например, специализированный программно-аппаратный комплекс средств вычислительной техники и комплекс «Географические информационные системы» (ГИС) с ЦКМ (например, «Панорама», «Интеграция», «Карта 2011» и др.) [3].
Технический результат предлагаемого решения заключается в снижении общего объема выборки географической информации за счет фильтрации и оптимизации исходных данных, связанных с характеристикой района размещения радиоприемных средств до начала процесса их применения, что позволяет изучить районы функционирования технических средств и проложить маршруты выдвижения к ним, использовать мобильные аппаратные средства ЭВМ, а также предварительно оценить возможности радиоприемных средств по электромагнитной доступности контролируемых источников радиоизлучений в этих районах, которые в силу своих тактико-технических характеристик могут (или не могут, или могут со снижением тактико-технических показателей) функционировать в минимизированных прогнозных географических зонах (для решения задачи мониторинга).
Достигаемым техническим результатом изобретения является снижение времени расчета, затрачиваемое на определение районов размещения разнотипных технических средств должностными лицами, принимающими решения, путем снижения субъективных факторов и ошибок, за счет уменьшения объема анализируемых данных в условиях априорной неопределенности на основе использования информационных технологий, что позволяет экономить аппаратные ресурсы средств вычислительной техники и использовать малогабаритные, объектно-ориентированные, сетевые мобильные комплексы.
Известные способы оценки местности основаны на анализе априорной и апостериорной информации хранящейся в базах и банках данных о свойствах местности по ЦКМ и информации с использованием ГИС и других источников.
Например, при оценке местности в различных условиях используют данные, получаемые с топографических карт и аэрофотоснимков. [Николаев А.С. и др. Военная топография. / М.: Военное издательство Министерства обороны СССР, 1997; Говорухин A.M. и др. Справочник по военной топографии. - М.: Воениздат, 1980, стр. 111, 3, лист 12-2,4; Ю.Г. Маслак и др. Военная топография в служебно-боевой деятельности оперативных подразделений. - М.: Академический Проект, 2005 г.]. Данная технология, основанная на использовании бумажных карт, является классической и общепризнанной, имеющей большое значение, но недостатком известного способа является практическая неориентированность на использование современных геоинформационных технологий, в частности, глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС) и географической информационной системы. Данный способ для решения задачи быстрого выбора подходящей географической зоны для размещения радиоприемных комплексов неприменим, так как требует значительного объема топографической информации (оцифровка, сканирование, создание базы банков данных и т.д.) [3,7].
Известен способ оценки местности предложенный П.А. Иваньковым, Г.В. Захаровым. [Местность и ее влияние на боевые действия войск - Издательство: Министерства обороны СССР, 1969]. Данная методика не предусматривает использование современных информационных технологий, инструментария ГИС и ЦКМ и ориентирована на высокую степень субъективизма при принятии решения должностными лицами.
Известен способ прокладки маршрута для разнотипных транспортных комплексов с различной проходимостью участков с использованием геоинформационных технологий и ЦКМ (патент RU №2045773, МПК G06F 17/16 от 19.10.1995 г. ), где в качестве основного критерия выбора оптимального маршрута является экономия горючесмазочных материалов. Преимуществом известного изобретения является его ориентация на современные геоинформационные технологии, однако указанным способом решают другие задачи и используют другие критерии оптимизации, поэтому полным прототипом предлагаемого авторами способа оно являться не может, но отдельные элементы известного изобретения, такие как применения ГИС и ЦКМ, заимствованы в предлагаемом изобретении.
Известен способ, в котором предложена оптимизация координат расположения станций, за счет чего обеспечивается максимально эффективное покрытие, т.е. минимальное количество зон с неустойчивым покрытием (патент RU №2460243, МПК H04W 16/18 от 17.02.2011 г.). В данном способе используют современные информационные технологии на основе ЦКМ по критерию минимально допустимого уровня сигнала. Недостатком известного способа является оценивание географического района непосредственно в процессе оптимизации зоны размещения, что приводит к необходимости обработки информации больших объемов.
Известен способ прокладывания оптимального движения мобильных объектов по пересеченной местности [Дорогое А.Ю., Лесных В.Ю., Раков В.И., Титов Г.С. Алгоритмы оптимального движения мобильных объектов по пересеченной местности и транспортной сети. - Санкт-петербургский государственный электротехнический университет, 2006 г.], включающий этапы определения исходного элемента для оптимизации загрузки электронной карты местности, определения точки старта и финиша, нахождение оптимальных маршрутов. Данный способ не позволяет произвести предварительную фильтрацию по определенным признакам данных до процесса оптимизации и, тем самым, сократить размер выборки, подлежащей обработке, на ЭВМ, что требует применения мощных ресурсоемких вычислительных систем и приводит к увеличению времени обработки информации.
Констатируется, что наиболее близким по своей сущности к заявляемому изобретению является способ прокладывания маршрута передвижения на пересеченной местности (патент RU №2439, МПК G01C 21/34 от 15.07.2010 г.), в котором предложена оценка географических свойств местности по географическому критерию и критерию проходимости без оценки эффективности. Однако в данном прототипе критериями при прокладке маршрута на местности являются экономия расхода горюче-смазочных материалов и возможность преодоления географических зон местности подвижным транспортным средством.
Целью настоящего изобретения является снижение времени на определение районов размещения на местности для разнотипных технических средств радиоприемного комплекса
Решение этой цели реализовано в виде методики, представленной блок-схемой алгоритма на фиг. 1.
На этапе 1 (фиг. 1) вводятся оперативно-тактические данные по заданному географическому району, которые включают исходные данные по площади (сектору, зоне) оцениваемого района, времени суток (ночь, утро, вечер или день для весенне-осеннего или летнего времени), характеристики времени года (зима, весна-осень, лето), возможности прямой видимости и другие, в зависимости от поставленных задач.
На этапе 2 определяется инструментальное средство (комплекс) для реализации способа оценки размещения на местности в условиях заданного географического района с учетом принятых критериев и ограничений с привлечением ГИС, ГЛОНАСС, ЦКМ и других современных технологий.
На этапе 3 производится загрузка цифровой карты местности для географической зоны определенной на этапе 1.
На этапе 4 задаются условия и определяют критерии для минимизации географического района определенного на этапе 1 с целью исключения из этого района зон непригодных для размещения радиоприемных комплексов, например, по административным, географическим или физическим (или другим) параметрам (признакам).
На этапе 5 для организации условного цикла при многократном расчете географических зон по различным частным критериям производится установка счетчика номера текущего частного критерия для расчета и оценки свойств географической зоны.
На этапе 6 определяется (или рассчитывается) очередной частный критерий, используемый в данном цикле расчета для оптимизации географической зоны.
На этапе 7 при необходимости и при возможности по результатам предыдущего расчета в цикле (если он был) уточняется географическая зона на ЦКМ. Далее после анализа этой зоны выбирается шаг сканирования географической зоны, т.е. сетка, в узлах которой будут рассчитываться информативные признаки местности по текущему критерию и накладываться на ЦКМ. Следует помнить, что большой шаг сканирования ускоряет решение задачи, но отрицательно влияет на точность результатов и наоборот.
На этапе 8 рассчитываются информативные признаки в узловых точках сканирования ЦКМ, и формируется информационный массив результатов сканирования географической зоны по текущему частному критерию.
Если на этапе 9 качество расчета и результаты удовлетворяют условиям постановки задачи, то на этапе 11 производится вывод и визуализация информационного массива с привязкой к ЦКМ. На основе этих данных осуществляется анализ результатов и принимается решение. Если результаты расчета не удовлетворительны, то на этапе 10 производится модификация алгоритма сканирования и выбирается другой шаг сканирования для повторного расчета.
На этапе 12 проверяется условие окончания цикла, организованного на этапе 5, для чего оценивается номер частного критерия, и, если он последний, то переходят к этапу 14, где производится расчет обобщенного географического критерия для оптимизированной географической зоны на ЦКМ для района определенного на этапе 1 и минимизированного на этапе 4, при этом определяются информативные признаки в узловых точках сканирования ЦКМ с учетом обобщенного критерия, который является аддитивным и определяется как сумма частных критериев. Если номер частного критерия не последний, то на этапе 13 производится модификация номера частного критерия и выбирается другой для следующего расчета.
На этапе 15 осуществляется вывод и визуализация информационного массива по обобщенному географическому критерию для анализа результатов и принятия необходимых решений.
Далее после минимизации и оптимизации географических зон на ЦКМ по географическим критериям определяют номенклатуру (перечень) радиоприемных комплексов, которые могут быть использованы в данной географической зоне для выполнения поставленных задач с последующей оценкой их эффективности.
Для этого на этапе 16 вводятся тактико-технические ограничения и начальные условия по возможному применению радиоприемных комплексов в заданной географической зоне для решения специальных задач. Они включают в себя факторы, которые зависят от условий применения средств, а также основные требования, предъявляемые к размещению.
На этапе 17 вводится номенклатура возможных типов и количество предполагаемых к применению радиоприемных комплексов с целью решения задачи их размещения в заданной минимизированной географической зоне.
На этапе 18 для организации условного цикла при многократном расчете эффективности применения всей номенклатуры определенных радиоприемных комплексов по соответствующим тактико-техническими данными (критериям), производится установка счетчика номера применяемого радиоприемного комплекса.
На этапе 19 определяется очередной радиоприемный комплекс, используемый в данном цикле расчета, и вводятся (или рассчитываются) его тактико-технические данные.
На этапе 20 оценивается возможность размещения и проверяется эффективность возможного применения текущего радиоприемного комплекса в заданной географической зоне.
На этапе 21 проверяется условие окончания цикла, организованного на этапе 18, для чего оценивается номер текущего радиоприемного комплекса из рассматриваемой номенклатуры, если он последний, то переходят к этапу 23, где производится формирование информации о целесообразности, возможности и эффективности специального применения, определенного на этапе 17 радиоприемного комплекса для минимизированного географического района. Если номер радиоприемного комплекса не последний, то на этапе 22 производится модификация номера радиоприемного комплекса для выполнения следующего расчета.
На этапе 24 осуществляется вывод, визуализация и анализ результатов для принятия решения о размещении радиоприемных комплексов и соблюдения условий их применения. При этом производится структурирование географической района на зоны возможного применения конкретных радиоприемных комплексов из рассматриваемой номенклатуры для решения поставленных задач.
Предлагаемая методика вписывается в современную концепцию управления войсками следующим образом. Существует большая трудоемкость решения задач управления в условиях крайнего дефицита времени, отводимого на планирование операций (боевых действий) при дефиците численности личного состава органов управления, резко обостряет глобальную проблему полноты и своевременности обработки информации. С целью перехода на новый качественный уровень необходимо совместное использование современного инструментария (ГИС, ГЛОНАСС, ЦКМ и других) в автоматизированных системах военного назначения. Значительное количество боевых и нормативно-технических документов соответствует концепции ведения боевых действий 70-х - 80-х годов. При этом большинство задач управления войсками требуют для своего решения информацию о местности, подготовка и обработка которой в настоящее время в большей степени выполняется традиционным способом, т.е. вручную. Автоматизация процессов управления за счет новых информационных технологий и их использование на системном уровне войсками требует разработки и применения специальных технологий оценки обстановки в районах особого предназначения на подготовительном этапе, т.е. в мирное время. Поэтому необходимость решения задачи предварительной оценки географического района для размещения радиоприемных комплексов с учетом тактических свойств местности существует, так как является одной из важнейших при организации специальных операций и будет основным ограничением для выполнения непосредственной задачи оптимизации размещения радиоприемных комплексов в заданном районе [4, 7]. В данном способе учитывается:
- концепция интегрирования геоинформационных систем и новых информационных технологий;
- оперативно-тактические условия функционирования и тактико-технические характеристики радиоприемных комплексов, предназначенного для размещения в данном районе;
- тактические свойства местности в сочетании с сезонными климатическими условиями;
- экономия аппаратных ресурсов для значительного объема входной информации при использовании малогабаритных, объектно-ориентированных мобильных компьютерных средств.
Таким образом, предлагаемый способ оценки местности заключается в выполнении новых операций и новой последовательности их выполнения и обладает рядом существенных преимуществ, которые позволяют минимизировать и структурировать предполагаемый район размещения радиоприемных комплексов, сократить время принятия решения на развертывание средств в позиционных районах, обеспечить высокую степень использования информационных технологий, понизить субъективный фактор принятия решения должностными лицами, повысить эффективность применения радиоприемных комплексов, а использование геоинформационной системы позволяет достоверно, с точностью и полнотой, отображать современное состояние местности, ее типичные черты и характерные особенности в настоящее время.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «новизна».
Анализ известных технических решений в исследуемой и смежных областях позволяет сделать вывод о том, что введенные операции частично известны. Однако введение их в способ оценки района размещения радиоприемных комплексов с учетом тактических свойств местности с использованием ЦКМ и специализированого программно-аппаратного комплекса «Геоинформационные системы» в указанной последовательности придает этому способу новые свойства.
Таким образом, техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".
Предлагаемое техническое решение может быть использовано в автоматизированной системе управления войсками при управлении частями и подразделениями при решении оптимизационных задач, для которых на предварительном этапе требуется минимизация исходной информации.
Источники информации
1. Бэлман Р. Динамическое программирование. - Издательство иностранной литературы. - 1960, 400 с.
2. Гитис В. Основы пространственно- временного прогнозирования в геоинформатике. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 256 с.
3. «Обзор отечественных ГИС военного назначения, февраль 2014», [Электронный ресурс] - Режим доступа: - www.gistechnik.ru
4. Брайсон А. Прикладная теория оптимального управления: Оптимизация, оценка и управление. - М.: Мир. - 1972. - 544 с.
5. Рейклейтис Г. Оптимизация в технике. - М.: Мир. - 1986 - 347 с.
6. Тикунов В. Моделирование в картографии. - Издательство МГУ. - 1997 - 400 с.