Геоинформационные системы военного назначения

ГИС ВН – функционально-ориентированная ГИС, предназначенная для решения задач военного назначения. 
ГИС ВН предназначены для применения в автоматизированных системах управления войсками и оружием, поддержки принятия решения командованием, планирования боевых действий войск и видов боевого обеспечения.

Впервые научно-исследовательские и экспериментальные работы по преобразованию традиционных карт в цифровую форму были поставлены в Канаде США, СССР и в других странах. Значительный импульс в становлении и развитии теории и практики цифровой картографической геоинформатики явилось интенсивное подключение Министерств обороны ряда стран к решению проблемы преобразования в цифровую форму традиционных топографических карт.

Получаемая цифровая картографическая информация использовалась для картографического обеспечения беспилотных летательных аппаратов – стратегических крылатых ракет наземного, воздушного и морского базирования с обычными и ядерными зарядами. В середине прошлого века годов были широко развернуты работы по созданию цифровых карт для испытания крылатых ракет. В были проведены летно-конструкторские испытания первых крылатых ракет США с использованием корреляционно-экстремальных систем наведения на цели, удаленные на 2000-2500 км. Восемнадцать из двадцати четырех ракет достигли цели с заданной точностью. Система наведения на цель обеспечила их полную неуязвимость средствами обнаружения и уничтожения ПВО в связи с полетом ракет на небольших высотах (30-100 м) от земной поверхности. Таким образом, крылатые ракеты становились одним из видов самого грозного оружия внезапного нападения.

Первые поисковые НИР и экспериментальные разработки по созданию цифровых карт и моделей местности были поставлены в 29 НИИ ВТС в лаборатории «Автоматизации картосоставительских и фоторепродукционных процессов». В лаборатории были созданы экспериментальные образцы цифровых карт различных масштабов и назначений. ВТУ ГШ совместно с указанным отделом 29 НИИ ВТС были разработаны "Основные технические предложения по картографическому обеспечению крылатых ракет. Что же следует пронимать под понятием цифровой информации о местности? Прежде всего, отметим, что термин «цифровая информация о местности» – обобщающий и ГОСТом не предусмотренный. Его употребление подразумевает несколько видов цифровой картографической или фотограмметрической информации, используемой для решения задач, в частности, в военной области.

Состав информации, необходимой органам управления и штабам в процессе их деятельности, все больше напоминает слоеный пирог, с постоянно увеличивающимся количеством слоев – видов используемых данных. Кроме данных о местности растет поток используемой в процессе управления войсками  оперативно-тактической, разведывательной, метео и геофизической информации, которую необходимо анализировать и учитывать при подготовке и проведении операций. Уже сегодня необходимые разновидности данных в требуемых  объемах не могут быть приняты, обработаны и интегрированы с использованием существующих технических средств органами военного управления при принятии оперативных решений на проведение операций и применение оружия. Объемы этой информации огромны.

Для ее передачи и обработки требуются высокоскоростные каналы передачи данных, средства хранения данных в практически неограниченных объемах, компьютеры с производительностью от десятков миллионов до сотен миллиардов операций/сек, средства обработки и отображения графической информации, в том числе в трехмерном представлении. Эта информация добывается с использованием, в первую очередь, космических средств, но также обработкой оперативной информации и большого количества открытой информации, в том числе и в средствах массовой информации.

Очевидно, что противоречия, возникшие между возросшими потоками информации  и имеющимися возможностями по их обработке и использованию, обуславливают необходимость разработки новых средств. И такие средства созданы и активно используются в военном деле.

Среди них особый интерес представляют, так называемые геоинформационные системы военного назначения (ГИС ВН), которые являются неотъемлемой частью современных автоматизированных систем управления войсками и оружием.

Основу всей, используемой в ГИС ВН информации, составляет цифровая информация о местности (ЦИМ). ЦИМ используется для координатной привязки различных видов информации, необходимой при планировании операций и применения различных видов оружия. К этой информации следует отнести разведывательные данные, получаемые средствами космической, воздушной, наземной и агентурной разведок, метеорологическую информацию, получаемую средствами геофизического обеспечения, специализированную информацию о фоно-целевой обстановке для высокоточного оружия, а также необходимые данные о своих войсках. При этом для решения различных задач управления войсками и оружием требуются различные виды ЦИМ.

В органах управления войсками ЦИМ используется для координатно-временной привязки различных видов информации, необходимой при планировании операций или применения различных видов оружия и включающих обработанные разведывательные данные, получаемые техническими средствами космической, воздушной, наземной и агентурной разведок, метеорологическую информацию, получаемую средствами геофизического обеспечения, специализированную информацию о фоно-целевой обстановке для высокоточного оружия, а также необходимые данные о своих войсках и тыле. При этом основные документы по организации управления войсками уже отрабатываются в штабах, оснащенных компонентами АСУ, на электронных картах различного масштаба, на соответствующих рабочих местах, оборудованных ГИС ВН.

Рассмотрим основные области задач, решаемые  с помощью ГИС в военной области. По оценкам специалистов применение ГИС позволит повысить эффективность управления войсками и оружием с использованием электронных карт и другой пространственной информация о местности на 40 и более процентов.

ГИС ВН – функционально-ориентированная ГИС, предназначенная для решения задач военного назначения.

ГИС ВН предназначены для применения в автоматизированных системах управления войсками и оружием, поддержки принятия решения командованием, планирования боевых действий войск и видов боевого обеспечения.

Для чего предназначены геоинформационные системы военного назначения?  ГИС ВН предоставляют пользователям средства для:

• сбора, накопления и визуализации цифровой информации о местности (ЦИМ), а также привязки и использования совместно с ЦИМ различной тематической пользовательской информации;

• создания и издания топографических и специальных карт;

• разработки и выполнения ГИС-приложений, решающих широкий круг задач от анализа и оценки местности до моделирования действий войск на различных уровнях: от подразделения до Вооруженных Сил в целом, использования их в автоматизированных системах управления войсками и оружием.

В первую очередь ГИС ВН позволяют резко сократить время, необходимое на оценку обстановки и на разработку планов действий войск за счет комплексной обработки и наглядного отображения на единой основе  всех видов используемой информации:

- собственно картографической;

- оперативно-тактической;

- разведывательной;

- фоно-целевой;

- метео- геофизической  и др.

ГИС ВН предоставляют возможность решения в автоматизированном режиме задач управления оружием с учетом рельефа местности, мест расположения стартовых позиций огневых средств и целей.

Кроме того ГИС ВН обеспечивает:

• повышение эффективности работы должностных лиц за счет своевременного доведения до них необходимой информации о местности и происходящих на ней процессах посредством электронных и пользовательских карт (рабочих карт должностных лиц);
• возможность пространственного манипулирования картографическими данными совместно с атрибутивными и выявления новых связей, используемых в процессе принятия решений;
• предоставление эффективных средств обработки и анализа пространственно распределенной информации: оперативно-тактической; разведывательных данных; фоно-целевой информации; метео и геофизических данных; результатов мониторинга зоны ответственности.

Основным требованием к геоинформационным системам военного назначения является преобразование и представление больших объемов разнообразной координатно-временной информации в виде, удобном для использования, органам управления войсками и оружием в процессе изучения, анализа и оценки обстановки, планирования операций, подготовки целеуказаний и полетных заданий.

В ГИС ВН входят следующие функциональные подсистемы:

• подсистемы управления ЭК (ГИС-ядро) с базой данных циф­ровой информации о местности (БД ЦИМ);
• подсистемы ведения оперативной обстановки с базой дан­ных электронных условных знаков оперативной обстановки (БЭУЗ ОО);
• подсистемы взаимодействия с базой данных оперативной информации (БД ОИ);
• подсистемы взаимодействия с библиотеками военно- прикладных задач;
• подсистемы управления доступом к средствам ГИС ВН.

Все функциональные подсистемы используют общее инфор­мационное, математическое, программное и техническое обеспечение.

ГИС ВН должна функционировать на аппаратной платформе ПЭВМ Intel-архитектуры и рабочих станций RISC-архитектуры; в операционной системе UNIX МСВС, а также WINDOWS NT- совместимой.

Архитектура ГИС: клиент-сервер.

ГИС ВН должна обеспечивать:

• ввод цифровой информации о местности (ЦИМ):
• векторных электронных карт в форматах SXF, DXF, VPF, SDTS, DX-90, MIF/MIC, F20S;
• растровых электронных и фотокарт в форматах PCX, TIFF, JPEG;
• фотоизображений в форматах PCX, TIFF, JPEG;
• астрономо-геодезических данных в форматах СУБД Линтер ВС, dBase, Paradox, Oracle, SGL Server, Netware SGL;
• преобразование указанной ЦИМ в необходимые (используемые в ВС РФ) проекции, системы координат и ее представление и хранение в виде логически единых массивов информации;
• ввод тематической информации:

• отображение ЦИМ, тематической информации и результатов информационно-расчетных задач в различных сочетаниях в выбранной системе координат, в том числе с возможностью масштабирования и скроллинга (перемещения) изображений, с возможностью выбора отдельных слоев, групп объектов;
• ГИС ВН не должна накладывать ограничений на  размеры объектов и районов работ, размеры входных файлов ЦИМ и тематической информации;
• возможность использования необходимой информации в режиме реального времени при подготовке и в ходе операций в условиях военного времени;
• ввод (прием) и отображение динамически изменяющейся тематической информации и результатов информационно-расчетных задач;
• поиск объектов внутри задаваемой области (форма и размер области задается различными способами) по координатам, кодам и характеристикам с последующим их предъявлением и отображением на экране путем повышенной яркости отображения;
• создание, удаление и редактирование пользовательских объектов;
• обеспечивать увязку объектов геоинформации с тематическими базами данных с возможностью поиска одних через других и манипулирования ими;
• обеспечивать логическую сшивку объектов, расположенных на различных листах;
• создание и вывод на твердую копию тематических карт, карт разведданных, сводок и отчетных документов;
• разработку и выполнение ГИС-приложений с помощью разработчика ГИС-приложений, являющегося расширением языков визуального программирования Microsoft Visual Basic, Visual C++, Borland C++, Delphi и встроенного алгоритмического разработчика ГИС-приложений, позволяющего создавать приложения без программирования по алгоритму или схеме операций.
• контроль целостности геоинформации, хранящейся в ГИС ВН, разграничение доступа и безопасность всей информации, используемой в ГИС ВН;
• поддержку базового информационного обеспечения (правил кодирования, цифрового описания и визуализации объектов электронных карт).
• разграничение доступа к ЦИМ и защита информации от не­санкционированного доступа;
• выполнение моделирования расчетных и информационных военно-прикладных задач.

Различные пользователи ГИС ВН должны иметь возможность относить любые объекты на электронной карте к различным классам одновременно и строить многоуровневые слои объектов (классификационные системы с различными основаниями) для каждого применения или конкретного исследования.

Наряду с представлением объектов оперативной обстановки, как распределенных в пространстве, в ГИС ВН должны “уживаться” взаимодополняющие представления, обеспечивающие схемотехнические (в виде принципиальных схем, например, сети связи), а также объектно-ориентированные имитационные модели объектов, существующих в зоне действия войск.

При этом все множества систем должны быть связаны между собой; например, выбор радиостанции при необходимости должен показывать ее на карте или в схеме связи (если последняя представлена в своем пространстве признаков).

ГИС ВН должна быть легко администрируемой, широко тиражируемой и, следовательно, недорогой, постольку она должна использоваться на рабочих местах многих десятков, если не сотен должностных лиц.

Каждое решение командира любого уровня связано с пространственным расположением. Потребность понимать местность была всегда актуальна для военных пользователей. Исторически, такие решения, как на стратегическом, так и на тактическом уровнях поддерживались бумажными картами. Поэтому одной из важнейших задач топогеодезического обеспечения является создание и доведение до войск топографических и специальных карт в аналоговом виде. Однако сейчас ситуация заметно меняется.

Цифровое поле боя или электронное поле боя – новый термин, появившийся в последнее время, охватывает цифровую информацию о местности непосредственно по полю боя и средства ее эксплуатации в виде собственно самой ГИС. Электронное поле боя – серьезный качественный скачок в части применения ГИС для операций. Однако нельзя говорить, что произойдет полная замена бумажных карт на ЦИМ. Речь идет лишь о их совместном использовании и дополнении. Бумажные карты будут востребованы в течение обозримого будущего, однако командиры, органы управления будут располагать дополнительными источниками пространственной поддержки принятия решений, ранее доступные только командующим и стратегическим направлениям.

ГИС дает возможность создавать информационные продукты, отображающие информацию, точно соответствующую потребностям пользователя. Кроме того, нельзя не учитывать тот факт, что ГИС системы дают новые возможности трехмерной визуализации картографической информации, недоступные для бумажных карт. Трехмерное представление местности из конкретной точки местонахождения наблюдателя или виртуальный облет местности с нанесенной боевой обстановкой, даст более полную картину командиру любого звена, чем просто бумажная карта с нарисованными на ней объектами.

Одно из главных требований к карте военного назначения – поддержка ситуационного  отображения. Карта действует как пространственная структура, на которую накладывается оперативно-тактическая обстановка, которая показывает текущее размещение сил и связанных с картой. Бумажная карта не способна быстро отразить ситуацию. ГИС спасает положение путем передачи по каналам связи только лишь оверлейных слоев с текущей обстановкой. Причем это может быть не только список координат, описывающих статус местоположения объектов, но и элементы, имеющие сложную пространственную структуру и пространственные отношения (оси движения в виде пространственного графа, границы с топологией, маршруты, минные поля и т.д.).

Сама по себе цифровая карта будет выполнять свои многообразные функции только тогда, когда будет снабжена соответствующими инструментами. Любая карта включает в себя географическую информацию, структура которой обеспечивается картографической проекцией, масштабом, правильными названиями  объектов и т.д. Цифровая карта без средств просмотра, анализа, печати, расстановки условных знаков, малопригодна для использования. ГИС дает возможность превратить ее в полноценный продукт, удобный для применения. ГИС также может использоваться для пересчета цифровой карты в другую проекцию и систему координат, например, в систему координат территории вероятного противника.

Современная концепция ведения сетецентрических войн обу­словливает очень жесткие требования к оперативности и живуче­сти управления войсками на базе сетевых технологий. Исходя из требований к управлению войсками к ГИС ВН предъявляются следующие требования.

-    Оперативность решения задач. Временные характеристики функционирования ГИС ВН должны соответствовать заданным требованиям, устанавливаемым видами, родами войск и обеспечи­вающих подсистем. В условиях сетецентрических войн эти требо­вания близки к реальному масштабу времени при реализации се­тевого режима функционирования на средствах автоматизации управления войсками.

-    Результативность ГИС ВН предполагает обработку больших объемов геопространственных данных с требуемой точно­стью и оперативностью.

- Точность предполагают, что отображаемые объекты ЦИМ должны сохранять свое местоположение, геометрическое подобие, линейные, площадные и объемные размеры в соответствии с мас­штабом карты и ее назначением. Точность выполнения расчетов при решении военно-прикладных задач должна соответствовать заданным требованиям, а также виду и масштабу используемой цифровой карты.

-   Живучесть. Сетецентрический принцип ведения современных войн предъявляет высокие требования к живучести ГИС ВН. Тре­бование к живучести ГИС ВН обусловливает создание распреде­ленных ГИС ВН с распределенными объектно-ориентированными базами геопространственных данных и решением задач генерали­зации ЦИМ, а также применением единых обменных форматов ЦИМ и оперативной обстановки.

-    Надежность программного обеспечения: отсутствие ошибок (корректность), устойчивость к ошибкам, перезапускаемость

Источник

Присяжнюк С.П., Филатов В.Н., Федоненков С.П.

Геоинформационные системы военного назначения: Учебник. – С.Пб.: БГТУ, 2009. 210 с.