CC BY
36
МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ РАЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ МАССИВОВ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
Голин
Валерий Николаевич,
преподаватель кафедры автоматики и вычислительных средств Ярославского высшего военного училища противовоздушной обороны, г. Ярославль, Россия, Golin.1974@mail.ru
Ключевые слова:
автоматизированная система управления; комплексы средств автоматизации; географическая информационная система; цифровая карта местности; информационная модель обстановки; информационный объект; информационный массив.
О
с
Постановка проблемы: анализ влияния внешних и внутренних факторов на процесс управления силами и средствами и предъявляемых к нему современных требований позволяет вскрыть основные противоречия в практике между реальными возможностями автоматизированных систем управления войсками и требованиями, предъявляемыми к ним в современных условиях. Исследовано, что радикальным способом решения противоречий управления войсками, в частности по автоматизированному выполнению оперативно-тактических расчетов, которые сильно ограничены, является внедрение комплексов средств автоматизации.
Изученные комплексы средств автоматизации не охватывают весь спектр решаемых задач, выполняются по упрощенным алгоритмам и не учитывают влияние физико-географических условий района боевых действий на реализацию боевых возможностей сил и средств, а также не используют системы электронного документооборота, обеспечивающие автоматизированную генерацию, хранение электронных текстовых и графических боевых документов. Определено, что спутниковые навигационные и географические информационные системы используются недостаточно, а геоинформационное обеспечение предполагает циркуляцию данных о местности по каналам, связанным с базами данных географических информационных систем, которая отображает цифровую модель обстановки (ЦМО) в виде слоев, перекрывающих и показывающих текущую обстановку и совмещенные с ней элементы местности, точно соответствующие потребностям пользователя. Предметом исследования являются способы построения информационных моделей обстановки, целью - повышение качества информационной модели обстановки путем формирования рациональной структуры информационных массивов географических информационных систем перспективных комплексов средств автоматизации войсковой ПВО.
При выполнении теоретических исследований использованы методы экспертного опроса, системного анализа, теории вероятности и математической статистики, математического моделирования.
В результате работы усовершенствована методика оценки качества информационной модели обстановки, формируемой геоинформационной системой, которая позволяет рассчитывать значения показателей достаточности и избыточности информации информационной модели обстановки с учетом слоевой структуры информационных массивов географических информационных систем.
Предложенное решение может быть использовано при обосновании рациональной структуры средств и систем тренажа номеров боевых расчетов, разработке облика перспективной распределенной многопозиционной системы радиолокационной разведки воздушного противника, а также в учебном процессе войсковой ПВО ВС РФ при проведении компьютерных командно-штабных учений.
Таким образом, применение разработанной методики применительно к выработке решения командира на отражение ударов воздушного противника в армейской системе ПВО, позволит сократить время для анализа отображаемой информации ИМО на АРМ и принятия необходимого решения.
РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ
Для разработки усовершенствованной методики формирования рациональной структуры информационных массивов географических информационных систем (ГИС), необходимо рассмотреть входные и выходные данные для ее работы [1,4].
Входными данными необходимо считать количество этапов работы командира (Ь), определяемое характером решаемой задачи, а также количество типов информационных объектов (ИО) ГИС необходимых для принятия решения для каждого из этапов работы. К входным данным также стоит отнести предлагаемую структуру информационных массивов ГИС, которая будет определяться количеством слоев информации ГИС и составом информационных объектов ГИС каждого слоя, выведенного для отображения на экран в каждом из этапов работы командира. Выходными данными методики является рекомендованная рациональная структура информационных массивов ГИС, которая определяется рациональным составом и количеством слоев информации ГИС.
Как правило, лицо принимающее решение (командир) уже будет иметь свою слоевую структуру информационных массивов ГИС (слои с ВКП, свои данные, от начальников служб, от взаимодействующих сил и средств и т.д.), определяемую произвольным количеством слоев и составом каждого из них [3, 6]. Вследствие чего, возникает вопрос проверки ее на рациональность по показателю избыточности и достаточности информации информационной модели обстановки, которая будет формироваться на каждом из этапов работы, и при необходимости перераспределении избыточной информации в дополнительные слои. Совокупность слоев, выведенная на отображение для каждого из этапов, формирует информационную модель обстановки. Слой информации выводится на отображение в том случае, если в его состав входит, хотя бы один тип информационного объекта, требующийся для принятия решения на данном этапе работы. Отсюда возникает необходимость в обоснованном формировании состава и количества слоев информации ГИС, применительно к характеру решаемой задачи, что и будет составлять рациональную структуру информационных массивов ГИС.
Решением возникшей задачи является усовершенствованная методика формирования рациональной структуры информационных массивов ГИС. Необходимо отметить, что данная методика содержит в себе, как составную часть, методику формирования состава и количества слоев информации ГИС.
Методика состоит из трех этапов, характеризующих решение поставленной задачи, и представлена на рис. 1:
1. Подготовительный этап - характеризуется формированием исходных данных для работы основного этапа методики.
2. Основной этап - характеризует принцип работы самой методики.
3. Заключительный этап - определяет завершение работы методики, результатом которой является рекомендованная рациональная структура информационных массивов ГИС.
Подготовительный этап
В ходе данного этапа методики определяются этапы работы должностных лиц органов управления (ДЛОУ), которые необходимы для выполнения поставленной задачи, т.е. поставленная задача, разбивается по времени на этапы работы, последовательное выполнение каждого из них приведет к решению поставленной задачи в целом за отведенное время, путем использования качественной информационной модели обстановки. Исходя из сказанного, начало методики (блок 1) направленно на формирование этапов работы командира. Исходные данные для формирования этапов работы определяются руководящими документами- приказами, боевыми уставами, наставлениями и т.д. При формировании этапов работы необходимо учитывать мнения экспертов в данной области. Учитывая вышесказанное, появляется необходимость применения методов экспертного опроса на подготовительном этапе работы методики. Выходными данными данного действия методики будет множество Ь - множество этапов работы командира по решению определенной задачи.
Данное множество, будет распределено по времени, которое отводится на выполнение всей задачи в полном объеме, и будет являться одним из входных данных для следующего действия методики.
Блок 2 предназначен для выбора необходимого количества типов информационных объектов ГИС применительно к каждому из этапов работы командира.
Помимо множества этапов работы (Ь) входными данными для выбора необходимого количества типов ИО ГИС каждого из этапов работы является мнение экспертов в данной области. Мнение экспертов будет формироваться с применением методов экспертного опроса (рис.1).
В результате будет сформирована матрица смежности размерностью (ИГ), характеризующая принадлежность типа ОИ ГИС к решению каждого из этапов работы ДЛОУ Элементы матрицы представляют собой значения равные 1 или 0 в зависимости от того используется тип информационного объекта ГИС на данном этапе (1), или нет (0) соответственно. Сформированная матрица смежности будет иметь вид, представленный в табл.
Таблица
Матрица смежности, характеризующая принадлежность ИО ГИС к этапам работы командира
Элементы множества N Элементы множества 1
и ¡2 и
т 0 1 ] 0
т 0 1 1 ..... 0
пз 0 ] 1 0
п, | 0 ] 1 0
Следующий этап методики (блок 3) направлен на определение количества слоев информации ГИС и их состава из предложенной структуры информационных массивов ГИС. Выходными данными этого действия являются
Рис. 1. Усовершенствованная методика формирования рациональной структуры информационных массивов ГИС
совокупность множеств, характеризующих отношение слоев информации и их состав, предложенной структуры информационных массивов.
Под предложенной структурой информационных массивов ГИС необходимо понимать совокупность слоев информации, имеющихся в базе данных ГИС комплексов средств автоматизации (КСА) на момент начала работы методики [5].
Предварительный этап усовершенствованной методики формирования рационального структуры информационных массивов ГИС заканчивается предоставлением исходных данных в виде этапов работы и требуемых ИО ГИС на каждом из этих этапов, а также множеством слоев и их составом предложенной структуры информационных массивов ГИС.
РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ
Основной этап
Выполнение основного этапа (блок 4) начинается с определения количества слоев информации, необходимых для отображения на каждом из этапов работы. Данное действие происходит путем сравнения информационных объектов ГИС, находящихся в слое информации с матрицей принадлежности ИО ГИС к этапам работы Ь. В случае если ИО ГИС, содержащийся в слое, совпал с ИО ГИС матрицы принадлежности на данном этапе, то считается, что слой выводится на отображение. Циклически перебрав все слои информации для каждого из этапов работы, определится количество слоев, которое будет отображаться на каждом из рассматриваемых этапов работы.
Следующее действие основного этапа (блок 5) направлено на определение значений показателей качества информационной модели, таких как достаточность (ед) и избыточность (еи) информации ИМО, для каждого слоя на каждом из этапов работы.
Зная количество слоев, отображаемых для каждого из этапов работы, и значение показателей достаточности и избыточности информации каждого слоя, в блоке 6 предложенной методики, происходит определение качества ИМО, формируемой на каждом этапе по формулам:
к,
(1)
где ев - достаточность информации ИМО; £и - избыточность информации ИМО; I - номер слоя информации ГИС; КЬ - количество слоев, отображаемых на Ь этапе.
Значение показателя избыточности информации ИМО в блоке 8 методики сравнивается с требуемым значением, которое определено в диапазоне от 1 до 2. Данное требование характерно для каждого из этапов работы командира и определенно требованиями руководящих документов по эргономическому обеспечению [2].
Если значение показателя избыточности информационной модели обстановки соответствует требуемому значению для каждого из этапов работы, то блок 9 методики формирует сообщение, что структура информационных массивов ГИС является рациональной и наступает завершающий этап работы методики. В случае если значение показателя избыточности ИМО на любом из этапов работы превышает требуемое, то в блоке 7 на данном этапе с отображения убирается слой информации с минимальным значением показателя достаточности информации ИМО для данного этапа работы.
После этого в блоке 10 проверяется выполнение требований к качеству информационной модели по показателю достаточности информации ИМО с удаленным слоем информации ГИС. Если требование выполнено, то происходит переход к блоку 6 где вычисляется значение показателя избыточности информации с уменьшенным количеством слоев информации для данного этапа работы. Далее бло-
ком 8 проверяется соответствие ИМО требованию по показателю избыточности информации. Если это требование выполняется, то для данного этапа этот слой не отображается, и состав структуры ИМ ГИС является рациональным для этого этапа. Процесс снятия с отображения слоев с минимальным значением показателя достаточности ИМО повторяется до тех пор, пока не выполнится условие по показателю избыточности информации, при этом значение достаточности информации будет соответствовать предъявляемому к нему требованию. В случае если удаление слоя с минимальным значением показателя достаточности информации приведет к тому, что ИМО по данному показателю перестанет соответствовать требуемому значению, то блок 11 предлагаемой методики определяет слой информации ГИС с максимальным значением показателя избыточности информации ИМО для данного этапа работы. В блоке 12 определяется количество избыточных и полезных типов ИО ГИС для данного слоя, рассматриваемого этапа работы. Избыточными ИО ГИС на данном этапе работы считаются те информационные объекты, которые не принадлежат матрице принадлежности ИО ГИС для этого этапа работы, соответственно полезные ИО ГИС - которые находятся в слое информации и используются для принятия решения на данном этапе работы.
Блок 13 предназначен для формирования из рассматриваемого слоя дополнительного количества слоев информации (деление слоя). Для этого используется методика формирования состава и количества слоев информации ГИС, рассмотренная выше. Результатом выполнения данного блока будет являться совокупность дополнительных слоев (слоя) информации в структуре информационных массивов ГИС. После этого действия методики повторяются циклически с учетом измененной структуры информационных массивов ГИС (слои отображаемые на экране для данного этапа работы изменяются).
Заключительный этап
Данный этап методики определяет процесс завершения работы, который заканчивается после того, как требуемые слои информации ГИС выведенные на отображение для каждого из этапов работы, будут формировать информационную модель, которая по показателям качества информационной модели обстановки таким как достаточность и избыточность информации ИМО будет удовлетворять требованиям. Результатом работы выше предложенной усовершенствованной методики является рекомендованная рациональная структура информационных массивов ГИС.
Усовершенствованная методика формирования рациональной структуры информационных массивов ГИС, в отличие от существующего подхода к формированию ИМ для каждого из этапов работы, позволяет формировать ИМО, учитывая слоевую структуру информационных массивов ГИС.
Рациональность структуры информационных массивов ГИС определяется значениями показателей качества ИМО, такими как достаточность и избыточность информации ИМ для каждого из этапов. Значения данных показателей ИМО должны удовлетворять требуемым значениям на каждом из
этапов работы. Результатом работы методики является рациональная структура информационных массивов ГИС, определяемая через количество и состав слоев информации, сформированных применительно к характеру решаемой задачи.
Таким образом, предложенная методика позволяет оптимизировать объем обрабатываемой при выработке решения информации, что сокращает требования к вычислительным ресурсам АСУ и повышает оперативность выработки и принятия решений на применение подчиненных сил и средств.
Литература
1. Меньков A.B., Острейковский В.А. Теоретические основы автоматизированного управления. М: Оникс, 2005. 640 с.
2. Сергеев С.Ф. Инженерная психология и эргономика.
М.: НИИ школьных технологий, 2008. 160 с.
3. Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия решений. М.: СИНТЕГ, 1998. 376 с.
4. Аэрокосмические системы и геоинформационные технологии для обеспечения действий ВС РФ и систем высокоточного оружия: сб. материалов ВНК ГУ и РАРАН 22-23 ноября 2001 г. М.: в/ч 54023, 2002. 240 с.
5. Легков К.Е., Буренин А.Н. Вопросы управления структурой инфокоммуникационных сетей специального назначения // Информация и космос. 2015. № 3. С. 23-28.
6. Буренин А.Н., Легков К.Е., Левко И.В. Вопросы организации и модели функционирования современных инфокоммуникационных сетей II Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2015. Т. 7. №6. С. 70-79.
Для цитирования:
Голин В.Н. Методика формирования рациональной структуры информационных массивов геоинформационной системы // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2016. Т. 8. № 6. С. 31-35.
METHOD OF FORMING RATIONAL STRUCTURE INFORMATION FILES GEOINFORMATION SYSTEMS
Valeriy N. Golin,
Yaroslavl, Russia, Golin.1974@mail.ru
Abstrart
Statement of the problem - analysis of the impact of external and internal factors on the management of forces and means and requirements of the modern requirements, allowing to identify the main contradictions in practice between the real capabilities of automated command and control systems requirements to them today. It investigates what a radical way to solve the contradictions of command and control, in particular to automate operational and tactical calculations, which are very limited, is the introduction of automation systems. Learned automation systems does not cover the entire spectrum of tasks, performed under the simplified algorithms and do not reflect the impact of physical and geographical conditions of the region fighting for the implementation of the combat capabilities of forces and means, and do not use the electronic document management system, provides automated generation, storage of electronic text and graphic combat documents.
It was determined that satellite navigation and geographic information systems (GIS) are underutilized, and geographic information systems software involves the circulation of terrain data channels associated with geographic information systems databases, which displays a digital model environment (CIE) in the form of layers, overlapping, and shows the current situation and combined with elements of the terrain it that exactly match the user's needs. The subject of research are ways of building information models of the situation, the goal - improving the quality of the information model of the situation by forming a rational structure information files geographic information systems perspective automation systems army air defense.When the theoretical research methods used by the expert survey, system analysis, probability theory and mathematical statistics, mathematical modeling.As a result of improved methods of assessing the quality of the information model of the situation formed geographic information system, which allows you to calculate the values of sufficiency and redundancy information model of the situation in view of the layered structure of geographic information systems information files.The proposed solution can be used in the justification of a rational structure of means and systems Exercises room crews, the develop-
ment of image perspective distributed system multiposition radar reconnaissance aircraft of the enemy, as well as in the educational process of army air defense Armed Forces of the Russian Federation during computer command post exercises. Consequently, the use of the developed technique in relation to the development of solutions commander "zrbr" reflection air strikes in the army air defense system, will reduce the time to analyze the information displayed on the workstation and the IMO decision-making.
Keywords: automatic control systems; automation equipment systems; geographic information systems; digital maps; information model of the situation; information object data set.
References
1. Men'kov A.V., Ostreykovskiy V.A. Teoreticheskie osnovy avtoma-tizirovannogo upravlenia [Theoretical foundations of automated control ]. M.: ONIKS, 2005. 290 p. (In Russian).
2. Sergeev S.F. Engineering psychology and ergonomics [Engineering psychology and ergonomics]. Moscow, Nauchno-issledovatel'skiy institut shkol'nykh tekhnologiy, 2008. 160 p. (In Russian).
3. Trahtengerz E.A. Komp'yutornaya podderzhka prinyatiya resheniya [Computer support of decision-making]. Moscow, Sistemnyy Integrator, 1998. 376 p. (In Russian).
4. Aerokosmicheskie sistemy i geoinformatsionnye tekhnologii dlya obespe-cheniya deystviy VS RF i sistem vysokotochnogo oruzhiya [Aerospace systems and information technology to support the actions of the Armed Forces and precision weapon systems] Sbornik materialov VNK GU i RARAN 22-23 noyabrya 2001 g. [Sb. materials VNK GU and RARAN 22-23 november 2001] Moscow, Military unit 54023, 2002. 240 p. (In Russian).
5. Legkov K.E., Burenin A.N. Questions of management of structure of infokommunikatsionny networks of a special purpose. Information and space. 2015. No. 3. Pp. 23-28. (In Russian).
6. Burenin A.N., Legkov K.E., Levko I.V. Questions of the organization and models of functioning of modern infocommunication networks. H&ES Research. 2015. Vol. 7. No. 6. Pp. 70-79. (In Russian).
Information about authors:
Golin V.N., lecturer of the department of automation and computing means Yaroslavl Higher Military School of Air Defense.
For citation:
Golin V.N. Method of forming rational structure information files geoinformation systems. H&ES Research. 2016. Vol. 8. No. 6. Pp. 31-35.
WWW.H-ES.RU
H&ES RESEARCH
35
