CC BY
60Проблемы геоинформационного обеспечения организации действии и группового взаимодействия робототехнических комплексов военного назначения
Полковник в отставке Н.И. РАЗРОЕВ, кандидат технических наук
Полковник И.М. РУТЬКО, кандидат технических наук
АННОТАЦИЯ. Рассматриваются наиболее актуальные проблемные вопросы геоинформационного обеспечения робототехнических комплексов военного назначения в реальном времени, раскрываются их специфические особенности и предлагаются пути решения.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: геодезическая привязка, геоинформационное обеспечение, геоинформационные ресурсы, пространственные данные, метаданные, наземное навигационное обеспечение, топогеодезическое обеспечение.
SUMMARY. The most topical problematic issues of geo-information support of military robotic complexes in real time are considered, their specific features are revealed and solutions are offered.
KEYWORDS: geodetic reference, geo-information support, geo-information resources, spatial data, metadata, ground navigation support, topogeodetic support.
ЗА ПОСЛЕДНИЕ годы в армиях США и других стран НАТО происходят радикальные изменения, связанные с массовым производством и испытанием боевых и обеспечивающих роботов, достигнут определенный прогресс в области интеллектуализации управления в ходе боевой работы робототехнических комплексов военного назначения (РТК ВН).
Целесообразно подчеркнуть, что высокий количественный и качественный уровень оснащения вооруженных сил роботизированными средствами создает необходимые условия для ведения сетецентриче-ских военных операций на основе группового применения мобильных роботов в составе перспективных систем вооружения.
К актуальным направлениям использования РТК ВН, требующим оперативного и качественного геоинформационного обеспечения, относятся:
позиционирование и целеуказание для средств поражения; корректировка огня и контроль результатов поражения; радиационная, биологическая, химическая разведка; направленное энергетическое или экологическое воздействие; дистанционное минирование, разминирование и обезвреживание взрывоопасных предметов;
пожаротушение, дезактивация, дегазация и дезинфекция; охрана и оборона объектов и территорий; проведение поисково-спасательных операций.
Перспективы развития средств вооруженной борьбы (и в нашей стране, и за рубежом) позволяют считать, что для решения оперативных задач в рамках перечисленных направлений будут создаваться автономные образцы РТК ВН, способные вести групповые действия сначала в полуавтоматическом, а затем и в автоматическом режиме.
Вместе с тем проблема достижения полной автономности в ходе ведения современного боя еще не решена, поскольку, чтобы добиться таких действий РТК ВН в недетерминированной внешней среде, необходимо иметь высокоточную геоинформационную поддержку в реальном времени. Характер боевых действий требует оперативной ответной реакции на ситуации, возникающие в ходе выполнения поставленных задач. Однако приходится констатировать, что для того, чтобы добиться повышения функциональной эффективности РТК ВН, например, по точности огневого поражения, маневру, управлению, живучести и другим критериям, необходимо усовершенствовать формы и способы геоинформационного обеспечения организации действий и группового взаимодействия разнородных образцов РТК ВН.
РТК ВН, принятые, например, на вооружение в Вооруженных Силах Российской Федерации, относятся к классу военно-технических систем, дистанционно управляемых в ручном режиме. Чтобы моделировать развитие событий и просчитывать варианты боевых действий, Топографическая служба Вооруженных Сил Российской Федерации (ТС ВС РФ) выполняет обеспечивающие мероприятия, включающие снабжение систем управления РТК ВН электронными топографическими и навигационными картами, цифровыми ортофотопланами, трехмерными моделями местности, высотными данными в виде цифровых моделей рельефа, результатами географического позиционирования объектов, другими видами топогеодезической информации.
Следует также учитывать, что пространственное расширение зон вооруженной борьбы (по фронту, глубине, высоте) вызывает «лавинообразное» возрастание объема требуемых для РТК ВН специализированных геоинформационных ресурсов, которые можно классифицировать как наборы топогеодезических сведений, пространственных данных (ПД), метаданных, дополнительных проблемно-ориентированных знаний о местности.
Топогеодезические сведения представляют собой описание географических (геодезических) координат и отличительных качеств объектов, природных явлений или процессов, имеющих определенное пространственно-временное положение на поверхности Земли (или в околоземном, подземном, водном, подводном пространстве). Они обладают признаками всеобщности и отражают характерные специфические особенности, включая физические свойства и взаимосвязи, а также развитие, перемещение или иное изменение во времени. В военном деле сведения служат для классифицированного отражения значений сущности на языке картографического (геодезического, гравиметрического и другого) описания объектов (явлений, процессов) и их отношений.
ПД можно рассматривать как формализованные топогеодезические сведения, структурированные в виде файлов с определенными форматами представления.
Метаданные фиксируют качественные характеристики цифровых (электронных) карт, цифровых фотопланов (ортофотопланов), трехмерных моделей местности и других геоинформационных ресурсов.
Дополнительные проблемно-ориентированные знания о местности отражают «особый смысл» реальных ситуаций, связанных с характеристиками и отношениями объектов (явлений).
В целом геоинформационные ресурсы РТК ВН представляют собой упорядоченные структуры, служащие для описания меняющегося объектового состава топогеодезической, навигационной и другой информации о Земле, характеризуемые определенной географической привязкой, логико-лингвистической спецификой и непостоянством времени «жизненного цикла» своего предметного воплощения (после целенаправленной проблемно-ориентированной обработки) в виде визуализированных геоинформационных продуктов.
Метрические (длина, ширина, высота, площадь) и семантические (извилистость, кривизна, расчлененность, плотность, густота, вложенность и др.) характеристики геоинформационных ресурсов тесно связаны с генетическими (условия образования, режимы формирования, характер существования и др.) и динамическими (причинные взаимосвязи, тенденции развития, особенности воздействия и др.) признаками доминирующих объектов (явлений или процессов).
К ключевым особенностям, раскрывающим специфику формирования геоинформационных ресурсов для РТК ВН, можно отнести: обеспечение взаимосвязанности результатов для воссоздания единой картины в сфере управления РТК ВН; согласование базовых принципов и методов интеграции, создание первоначального геоинформационного ядра, которое станет объединяющим центром интеллектуальной среды моделирования; достоверность оценки реальных возможностей универсального и мощного механизма, объединяющего (по сути) основное множество операций и процедур, связанных с образованием интегрированной среды информационного взаимодействия РТК ВН; опыт исследования различных концептуальных моделей и вариантов реализации в ходе решения достаточно обоснованной и взаимоувязанной совокупности задач управления навигационно-топогеодезической составляющей оперативной обстановки.
Необходимо также отметить, что основными принципами обеспечения РТК ВН геоинформационными ресурсами являются:
создание и поддержание ПД в актуальном состоянии на территории, определяемой зоной ответственности;
использование электронных каталогов метаданных для поиска, просмотра и скачивания ПД;
постоянная готовность ТС ВС РФ к доведению до систем управления РТК ВН достоверной и высокоточной информации;
ответственность вышестоящего штаба органа военного управления за обеспеченность ПД подчиненных объединений, соединений и воинских частей, использующих РТК ВН;
системный учет наличия и движения ПД на всех уровнях. В настоящее время из-за несовершенства средств искусственного интеллекта создание полностью автономных мобильных роботов представляет собой достаточно сложную научно-техническую проблему. Кроме того, следует особо подчеркнуть, что автономные действия и групповое взаимодействие безэкипажных образцов в составе роботизированных формирований возможны только в условиях наличия дополненной геоинформационной реальности. Под такими условиями следует понимать автоматизированное отображение (в реальном времени) окружающей действительности в виде пространственно-временных
моделей с дополненными мультимедийными элементами автоматизированной системы управления (АСУ) (видеофайлами, текстовыми описаниями, графическими схемами и др.).
Наличие дополненной геоинформационной реальности определяет возможности дальнейшего развития РТК ВН, связанные с объединением боевого пространства разнородных ударно-разведывательных систем в «единую оперативную среду». Поэтому развитие геоинформационного обеспечения перспективных образцов РТК ВН должно быть нацелено на реализацию кардинально новых условий, включающих: доведение ПД в реальном времени; интеграцию цифровой топогеоде-зической информации (ЦТГИ) с определениями наземной навигации; создание и применение динамических пространственно-временных моделей, позволяющих образцам РТК ВН добиться высококачественного выполнения оперативно-тактических боевых задач в конкретном месте и в конкретное время.
Наземное навигационное обеспечение, организуемое для определения местоположения, выбора оптимального направления и скорости перемещения, предусматривает:
формирование и поддержание в рабочем состоянии искусственных навигационных полей с заданными характеристиками по точности, непрерывности и пространственному охвату;
оснащение РТК ВН специальными комплексами получения и обработки навигационных параметров;
сбор и доведение навигационной информации до пунктов управления. С созданием космических навигационных систем (КНС) реализована значительная часть требований, предъявляемых к точности геодезической привязки, и созданы условия для оперативного определения координат местоположения, параметров движения, пространственного положения продольных осей (курса, крена, тангажа) и т. д.
Вместе с тем потенциал КНС имеет ряд ограничений, существенными из которых являются:
плохой прием сигналов в лесистых и горных местностях, в условиях плотной высотной городской застройки;
не выполнение требований некоторых групп потребителей по точности, целостности и доступности данных; сбои или аварии на спутнике.
Но главный недостаток КНС — низкая помехоустойчивость, поскольку случайные радиопомехи или намеренное «глушение» могут затруднить или сделать невозможными координатно-временные определения. Чтобы обеспечить достоверность пространственного позиционирования наземных и воздушных образцов РТК ВН при подавлении сигналов спутниковой навигации, необходимо создать локальную навигационную сеть (ЛНС) геодезического класса точности.
В военно-экономическом отношении предпочтительно, чтобы геодезическая привязка в рамках ЛНС осуществлялась с использованием беспилотного летательного аппарата (БПЛА), обладающего возможностью зависания и (или) стабилизации в течение длительного времени своего положения в воздушном пространстве над маркерным маяком, закрепленным в центре пункта государственной геодезической сети и имеющим высокоточные геодезические координаты. При этом БПЛА класса «конвертоплан» может определять свои координаты и географический азимут ориентирного направления посредством анализа сигнала, излучаемого маркерным маяком, и ретранслировать эти данные в
целях формирования опорных навигационных сигналов повышенной точности на требуемый район боевых действий1.
По существу конвертоплан — в данном случае средство реализации высотного (до 4000 м) расположения геодезического пункта над местностью, но поднимается по высоте не сам материальный объект — маркерный маяк, а его нематериальная составляющая — зафиксированные географические координаты, которые посредством соответствующей аппаратуры ретранслируются РТК ВН. Современные средства бортового навигационного оборудования БПЛА позволяют добиться компактности, а скрытность работы может достигаться за счет использования помехозащищенных сигнально-кодовых посылок.
ЛНС воздушного базирования (ВБ) позволит объединить методы и способы, интегрирующие задачи навигации, позиционирования, синхронизации, связи и визуализации ПД в едином виртуальном комплексе реального времени, что создаст предпосылки к обеспечению согласованных автономных действий различных образцов РТК ВН в полуавтоматическом режиме. Будут созданы условия для повышения эффективности их взаимодействия в тех случаях, когда ситуация становится менее предсказуемой из-за появления угроз гибридного характера.
Внедрение изложенной инновационной идеи обеспечит создание зоны надежного радионавигационного покрытия с дециметровой (а возможно, и сантиметровой) точностью координатно-временных определений навигационной аппаратуры различных образцов РТК ВН в режиме реального времени. Кроме того, появится инструментарий для оперативного формирования навигационного поля геодезического класса точности на любой (в том числе, труднодоступной) территории, облет которой можно будет осуществлять с любой геометрией полетного задания. Радионавигационным полем ЛНС ВБ, формируемым с помощью нескольких БПЛА, реально охватить достаточно большую территорию и организовать групповое совместное взаимодействие разнородных образцов РТК ВН за счет выдачи защищенной координатно-временной информации в мультипользовательском режиме и в реальном масштабе времени.
Целесообразно также отметить, что при организации группового взаимодействия РТК ВН каждый многофункциональный БПЛА на-вигационно-тактического звена может параллельно выполнять задачи специального дистанционного зондирования местности путем целевого использования в заданном районе сменного блока полезной нагрузки в виде модуля оптико-электронной аппаратуры совмещенного (видимый и инфракрасный) или мультиспектрального диапазона.
С его помощью можно будет осуществлять панхроматическую, гиперспектральную, радиолокационную, лазерную, тепловую и прочие виды съемок, что позволит: увеличить ассортимент фиксируемых данных; расширить площадь территории, разведываемой в топогеодезиче-ском и специальном отношении; снизить временные и стоимостные затраты на мероприятия, от которых зависит точность определения координат целей и их достоверность.
Таким образом, условиями поддержания ситуационной рефлексии для организации эффективных действий тактических групп РТК ВН являются:
1 Разроев Э.А., Разроев Н.И., Мельников Г.Ф., Тимков Г.Н. Способ определения и ретрансляции координат. Патент на изобретение № 2633305 от 18.04.2016.
во-первых — создание ЛНС ВБ, призванной обеспечить пространственно-временную координацию действий тактических групп в условиях навигационно-геодезического позиционирования в реальном времени и реализацию необходимых автономных возможностей, включая: адаптивное передвижение образцов РТК ВН на различных по сложности участках местности;
высокоточную геодезическую привязку и ориентирование разнородных образцов РТК ВН;
групповое управление движением и оружием образцов РТК ВН на основе обработки данных от мультиспектральных систем технического зрения и средств дистанционного зондирования местности;
во-вторых — внедрение интеллектуальных технологий дополненной геоинформационной реальности, реализующих:
учет взаимосвязей и динамичность пространственно-временных отношений;
расширение спектра альтернативных решений, определяемых назначением, масштабом представления, тематикой, уровнем изученности, географическими особенностями ПД;
правила манипулирования навигационными параметрами при имитационном моделировании;
увеличение скорости и точности вычисления морфологических и ма-тематико-статистических показателей в расчетных задачах.
При этом ЛНС ВБ позволят повысить эффективность решения боевых задач в реальном времени, реализовав для РТК ВН целый ряд автономных возможностей, включая: передвижение по сложной местности; высокоточную маршрутизацию и пространственное позиционирование; совместное управление движением и оружием.
В свою очередь, рациональную декомпозицию функционала на формализуемые задачи, расширение спектра альтернативных решений, разработку прототипов интерфейсов пользователей и многозадачную обработку результатов навигационных определений обеспечит разработка интеллектуальной геоинформационной технологии, способной анализировать знания о местности, формировать динамические пространственно-временные модели, обрабатывать ПД в автоматическом режиме.
В целом для локальной децентрализации автономных процедур управления важно добиться гармонизации проблемно-ориентированных геоинформационных продуктов с данными многоспектральных систем технического зрения РТК ВН.
В заключение выделим основные аспекты, которые наиболее актуальны при реализации координированных автономных действий перспективных образцов РТК ВН в недетерминированной внешней среде. К ним относятся:
синхронизация по времени сбора и интеграции навигационных определений для мобильных объектов и данных об объектовом составе цифровой информации о местности;
достижение синергетического эффекта при слиянии топогеодезиче-ской и навигационной информации в ходе создания динамических пространственно-временных моделей обстановки;
постепенное наращивание автономных возможностей образцов в тактических группах РТК ВН с поэтапным исключением контролирующих функций со стороны операторов (боевых расчетов);
разработка мобильных высокоточных навигационных систем с высокой степенью автономности, способных решать задачи позициони-
рования в условиях подавления сигналов космической навигационной системы;
создание интегрированной с геоинформационными ресурсами интеллектуальной среды моделирования, обеспечивающей достижение требуемой степени автономности образцов РТК ВН;
внедрение широкополосных, помехозащищенных и криптостойких средств обмена информацией с повышенной пропускной способностью и сетей связи на их основе, обеспечивающих решение геоинформационных задач для составов смешанных групп РТК ВН в режиме реального времени.
Наиболее проблематичными вопросами являются: адаптация к сложным условиям местности и оперативным изменениям обстановки, координация групповых действий в режиме реального времени, инвариантность к внешним возмущениям, а также принятие эффективных решений на самостоятельные действия.
Таким образом, событийно-временная поддержка действий каждого образца РТК ВН, обеспечиваемая дополненной геоинформационной реальностью, позволит смоделировать на объектах управления ситуации, формируемые по единой логической схеме, но с различными пространственно-временными масштабами и численностью привлекаемых образцов в групповых формированиях РТК ВН. Получаемый синерге-тический эффект (по точности огневого поражения, маневру, управлению, живучести и другим критериям) будет достигаться через использование специфики топогеодезических сведений, пространственных данных, метаданных, дополнительных предметно-ориентированных знаний о местности, а также оперативно-тактических геоинформационных и навигационных возможностей локальной сети воздушного базирования геодезического класса точности.
