ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПРИ РАЗРАБОТКЕ СПЕЦИАЛЬНОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ БОЕВЫХ ДЕЙСТВИЙ

НАУКА И ВОЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ № 4/2009, стр. 38-42

Полковник Д.И. ВЕРЖБАЛОВИЧ,

начальник отдела Научно-исследовательского института

Вооруженных Сил Республики Беларусь,

кандидат технических наук

Д.Е.ТКАЧЕНКО,

научный сотрудник Научно-исследовательского института

Вооруженных Сил Республики Беларусь

Капитан В.В. АКСЕНОВ,

инженер-программист Научно-исследовательского института

Вооруженных Сил Республики Беларусь

УДК.621.391

Согласно Концепции военно-технической политики Республики Беларусь на 2005 - 2015 годы, автоматизация систем управления относится к приоритетным направлениям развития систем вооружения. Одним из элементов автоматизированной системы управления войсками является подсистема компьютерного моделирования боевых действий. К этой подсистеме предъявляется ряд требований, в том числе по функциональности и адекватности. Очевидно, что адекватное компьютерное моделирование боевых действий, разворачивающихся на определенном театре, невозможно без учета свойств местности. В настоящее время для этих целей широко используются электронные карты местности (ЭКМ). Однако в процессе разработки специального программного обеспечения моделирования боевых действий и применения в нем ЭКМ возникают определенные проблемы. В статье рассматриваются некоторые из них.

Моделирование боевых действий в контексте

применения современных информационных технологий

Проблема внедрения информационных технологий в военной сфере рассматривается аналитиками с точки зрения целого ряда аспектов: системного, организационно-технологического, эксплуатационного [1]. Важную роль играет функциональный аспект информационных технологий, который «отражает их способность поддерживать информационно-расчетную и аналитическую деятельность должностных лиц в условиях повышения сложности задач, решаемых органами военного управления различных уровней, возрастания объемов разнородной информации, необходимой для выработки и обоснования принимаемых решений» [1]. Одним из важнейших направлений применения информационных технологий в военной сфере, связанных с повышением функциональности, является разработка вопросов моделирования.

Задачи моделирования наиболее полно и комплексно решаются, как правило, на специальных программно-аппаратных моделирующих комплексах (МК), в качестве которых следует упомянуть МК «Спектр», созданный в Российской Федерации, отечественные МК «Свислочь», «Баталия» и ряд других.

Несмотря на то, что некоторые МК могут функционировать на отдельном рабочем месте, во многих случаях больший эффект дает развертывание МК на вычислительной сети, оснащенной автоматизированными рабочими местами, специализированными серверами, устройствами группового вывода информации, специальным программным обеспечением (СПО). Дополнительные возможности дает возможность подключения к существующим комплексам средств автоматизации (КСА) с целью определенного взаимодействия с ними.

При такой структуре МК может использоваться как автономно - для моделирования в ускоренном времени различных ситуаций и проведения обучения персонала на специальных курсах, так и в составе системы управления - в качестве, например, имитатора входной информации для обучения персонала при работе непосредственно на штатных рабочих местах КСА.

Основным элементом СПО МК является комплекс моделей, предназначенный для моделирования различных аспектов боевых действий. Объединение этих моделей в различные конфигурации, в зависимости от моделируемой ситуации осуществляется специальными программами (диспетчерами, конфигураторами и пр.), которые создают среду моделирования. Настройка конфигурации, как правило, осуществляется на этапе первоначальной инициализации модели. В ходе моделирования возможна коррекция заданной конфигурации.

Вариант структурной схемы СПО МК представлен на рисунке 1.


Рис. 1. Структурная схема специального программного обеспечения моделирующего комплекса (вариант)	Рис. 2. Структура специального программного обеспечения моделирующего комплекса «Баталия-7»

Как уже говорилось выше, создание адекватной компьютерной модели боевых действий группировок войск без учета свойств местности невозможно. Это включает в первую очередь учет пространственных координат и логических взаимосвязей значительного количества объектов ЭКМ (как моделируемых группировок, так и географических). Существует множество задач, в процессе решения которых необходимы учет характеристик объектов ЭКМ и визуализация рассчитываемых вариантов: определение маршрутов движения колонн, углов закрытия, зон радиотени, зон прямой видимости и ряд других. В ходе компьютерного моделирования ЭКМ также используется при решении задачи итерационного расчета текущего состояния и предсказания результатов боевых действий, разворачивающихся на заданном театре. При этом оценка изменений параметров модели во времени существенно зависит от учета параметров внешней среды, в том числе географических.

Применение возможностей геоинформационных

систем при создании компьютерных моделей

Рынок программного обеспечения для работы с ЭКМ предлагает довольно большое количество специальных программных комплексов, объединенных под названием «географические информационные системы» (ГИС) [2-4]. Область применения ГИС достаточно широка. Долгое время низкая производительность вычислительных средств препятствовала широкому распространению ГИС, однако считается, что на сегодняшний день это ограничение снято [3].

Современные ГИС представляют собой, в первую очередь, интегрированную среду по созданию, обработке и использованию данных ЭКМ. Примером могут служить ГИС «Maplnfo», «ArcView», «Панорама», а также несколько упрощенный вариант последней - ГИС «Интеграция».

Такие интегрированные среды создаются большими коллективами разработчиков, включают огромное количество процедур и функций, имеют удобный пользовательский интерфейс, однако для целей создания авторского СПО практически неприменимы. Для решения задач, связанных с ЭКМ, разработчикам необходимо применять отдельные функции, компоненты и программные модули из состава ГИС, которые должны быть интегрированы в среду разработки СПО. Соответствующие инструментальные средства разработки (ИСР) также обычно входят в инсталляционные комплекты ГИС.

Пример применения таких функций, компонентов и модулей, а также других ИСР, поставляемых в комплекте ГИС «Панорама», рассмотрим на примере МК «Баталия-7».

МК «Баталия-7» предназначен для пошагового моделирования боевых действий, в ходе которого на каждом шаге моделирования выполняется итерационный расчет ряда параметров и характеристик группировок войск. Структура СПО МК «Баталия-7» представлена на рисунке 2.

В состав СПО МК входят следующие блоки:

блок начального описания группировок (БНОГ), предназначенный для задания исходных данных и начального описания противоборствующих группировок;

блок характеристик объектов (БХО), предназначенный для задания параметрических характеристик объектов модели;

блок формирования структуры группировок (БФСГ), предназначенный для задания и пошагового пересчета пространственно-логических и временных связей составных частей группировок войск;

блок пересчета характеристик объектов (БПХО), предназначенный для итерационного расчета параметрических характеристик объектов на каждом шаге моделирования;

блок динамической визуализации (БДВ), предназначенный для визуального отображения изменяющейся обстановки на фоне ЭКМ;

и, наконец, блок функций ЭКМ (БФЭКМ), в котором сгруппированы функции, компоненты и программные модули, предназначенные для работы с электронной картой, в том числе поставляемые в составе ИСР GisToolKit «Панорама».

Рассмотрим, как эти блоки реализованы в седьмой версии МК «Баталия».

Перед началом работы с МК пользователю необходимо подготовить исходные данные для расчетов, задать необходимые расчетные параметры и нанести на ЭКМ воинские формирования. Процедура нанесения воинских формирований на ЭКМ и задание расчетных параметров представляет собой достаточно длительный и трудоемкий процесс заполнения оператором специальных форм в диалоговом режиме и формирования пространственно-логических связей (ПЛ С) [5].

Эти задачи решаются блоком начального описания группировок, который предназначен для формального описания группировок войск (набор показателей, характеристик и формульных зависимостей) и выполнен в виде базы данных и модулей управления данными. База данных работает под управлением СУБД Interbase. Модули управления данными представляют собой набор процедур и функций по управлению базой данных и по предоставлению пользователю графического интерфейса для операций с данными.

Блок характеристик объектов также представляет собой базу данных и соответствующие модули управления. Этот блок обеспечивает ввод, хранение, изменение и выдачу на другие блоки значений основных (тактико-технических) характеристик объектов.

Блок формирования структуры группировок предназначен для формального задания контуров управления, взаимодействия и обеспечения, создаваемых в группировке, и реализован в виде совокупности программных модулей, которые обеспечивают формирование соответствующих вертикальных (для контуров управления и обеспечения) и горизонтальных (для контуров взаимодействия) связей, а также для выполнения соответствующих расчетов.

Блок пересчета характеристик объектов представляет собой ядро МК и предназначен для итерационного (пошагового) расчета основных параметров и характеристик моделируемых группировок войск с учетом их исходных параметров и характеристик, сформированных контуров управления, взаимодействия и обеспечения и параметров внешней среды, в том числе географических.

В процессе моделирования первоначально описанные взаимосвязи изменяются, исчезают и появляются новые. Таким образом, пространственно логический аспект можно разделить на две части: формирование ПЛС вручную пользователем программы и динамическое изменение ПЛС после расчета через некоторый временной интервал, называемый шагом моделирования. Причем процедура динамического изменения ПЛС существенно зависит от процедуры моделирования внешней среды, одним из основных элементов которой является ЭКМ.

Эти функции реализуются блоком динамической визуализации, который предназначен для отображения исходной обстановки, а также результатов работы БПХО. В ранних версиях МК «Баталия» визуализация осуществлялась последовательным послойным рисованием элементов ЭКМ и условных знаков с помощью средств из состава среды разработки. В седьмой версии МК для визуализации применены программные модули и функции, поставляемые в комплекте GisToolKit ГИС «Панорама». Эти модули и функции сгруппированы в блок функций ЭКМ. Следует отметить, что опыт практического применения средств GisToolKit в МК «Баталия» вскрыл ряд проблем.

Проблемы практического применения компонентов ГИС

при разработке специального программного обеспечения

моделирования боевых действий

В настоящее время одной из наиболее эффективных технологий создания СПО является применение средств быстрой разработки приложений (Rapid-Application Development - RAD). Такие средства разработки имеют в своем составе наборы объектно-ориентированных программных модулей - стандартных технологических компонентов, которые позволяют ускорить разработку СПО за счет применения типовых решений, алгоритмов и стандартных элементов интерфейса.

В базовом наборе технологических компонентов RAD, как правило, отсутствуют средства для работы с ЭКМ, для специализированных военных расчетов и решения соответствующих задач. Такие компоненты могут быть подключены дополнительно, при условии, что они предварительно были разработаны в соответствии с определенными правилами. Порядок и правила разработки компонентов существенно отличаются в зависимости от применяемой среды RAD. Перенос разработанных компонентов из одной среды RAD в другую обычно связан с большим количеством ошибок, а зачастую просто невозможен. Поэтому в ряде случаев факт наличия специальных компонентов в одной среде и отсутствия - в другой, является ключевым при выборе среды разработки СПО.

Специальные технологии можно приобрести отдельно у сторонних производителей. Примером является ИСР GisToolKit «Панорама». В комплект поставки ГИС «Панорама» входит более чем 35 компонентов для работы в средах Delphi, C++ Builder, Visual C++ различных версий, а также набор из более чем 700 специальных функций [4]. Пример окна среды разработки СПО с подключенными компонентами ГИС приведен на рисунке 3.

Ранние версии МК «Баталия» разрабатывались с использованием низкоуровневых процедур и функций RAD Borland Developer Studio (BDS). Так, авторским коллективом института были созданы программные модули для отображения условных знаков, маршрутов движения, замкнутых линий, площадных объектов и ряд других, а также модуль визуализации динамического изменения обстановки. Следует признать, что разработанные модули имели определенные ограничения по функциональности и наглядности, зато обеспечивали требуемое быстродействие МК.

Ряд недостатков разработанных модулей вызвал необходимость их замены на модули ГИС «Панорама». И следует отметить, что при возрастании функциональности МК стало наблюдаться существенное снижение быстродействия. Для МК, предназначенного для моделирования группировок на оперативно-стратегическом уровне, это оказалось серьезной проблемой. По некоторым операциям время моделирования увеличилось почти в три раза.

Снижение быстродействия вызвано необходимостью перерисовки большого числа векторных и растровых объектов карты, особенно в том случае, когда район боевых действий представляет собой сшивку из нескольких листов. Поиски каких-либо способов, направленных на ускорение процесса отображения штатными средствами ГИС (буферизация, изменение приоритетов при отображении слоев и т.д.), к успеху не привели.

Вторая проблема выразилась в том, что в составе инсталляционного комплекта нет целого ряда специальных компонентов, которые позволяли бы быстро создавать прикладные программы военного назначения. Такие компоненты разработчикам приходилось создавать самим. И тут проявилась еще одна проблема. Она выражается в том, что в доступных источниках не удалось найти ответы на целый ряд практических вопросов по применению функций ГИС. Например, при наличии большого количества функций по пересчету координат из одних систем в другие, не удалось обнаружить функции, которые бы обеспечивали пересчет в прямоугольные координаты 1942 года. А именно эта система координат применяется на большинстве бумажных карт, что вызывает серьезное неудобство при сопряжении обстановок на бумажной и электронной картах.

ИСР «Панорама», как уже упоминалось, имеет более 700 компонентов, процедур и функций, из которых могут быть собраны специализированные программные объекты [4]. Трудоемкость создания таких объектов достаточно высока. Взаимосвязанные компоненты, процедуры и функции в итоге должны представлять собой некоторую технологию, которая позволит создавать СПО для решения широкого класса задач применительно к военной сфере. Это подразумевает качественное документальное обеспечение указанных элементов. В некоторых случаях такого обеспечения явно недостаточно, что также представляет собой определенную проблему.

Моделирование боевых действий с достаточно высокой детализацией требует проработки большого количества отдельных компонентов, в том числе, например, моделирование различных видов обеспечения [5-7]. Как правило, исходные данные в этом случае должны разрабатываться различными группами на своих специализированных рабочих местах. После этого этапа, исходя из логики ГИС, необходимо провести операцию сведения всех исходных данных воедино. Опыт показывает, что на этом этапе также возникает довольно серьезная проблема, связанная с существенным объемом ручной работы.

Следует отметить, что на рынке средств ГИС представлены и другие технологические решения. Например, существенно отличается подход фирмы ESRI [2]. Различие заключается в том, что все картографические данные располагаются на различных серверах в виде баз данных и карта формируется без выбора листов и их сшивки. Такой подход, по мнению экспертов [2, 3], целесообразен при обеспечении многопользовательского сетевого доступа к ЭКМ. Так, например, при применении ГИС-средств фирмы ESR1 значительно проще решается задача поддержания карты в актуальном состоянии. Это достигается за счет того, что различные группы специалистов поддерживают отдельные слои карты, которые могут быть расположены в различных органах управления. Послойная сборка ЭКМ осуществляется по потребностям пользователей. При таком подходе, по нашему мнению, также упрощается процедура администрирования прав доступа к данным ЭКМ.

При подготовке модели большое значение приобретают различные вспомогательные программные инструменты, с помощью которых осуществляется визуальное, дружественное пользователю пространственно-логическое описание объектов моделирования и их взаимосвязей. Такие программы (программы-мастера) значительно сокращают временные затраты и позволяют свести к минимуму количество возможных ошибок оператора при подготовке и управлении программной моделью, что делает работу с программой простой и удобной.

Следует отметить, что в составе поставляемых КБ «Панорама» компонентов имеется определенное количество инструментов такого плана, и это повышает степень комфортности при работе с функциями ГИС, однако для ряда задач такие инструменты приходится разрабатывать самостоятельно [5].

Уменьшить время разработки можно с помощью создания специализированных программных сборок многократного использования, с помощью которых затем программируются приложения СПО. При этом, как уже указывалось ранее, каждый разработанный программный компонент, программа-мастер и другие вспомогательные средства СПО все больше привязывают коллектив разработчиков к конкретной RAD.

Таким образом, моделирование боевых действий является актуальной задачей, имеющей практическое приложение. Использование ЭКМ позволяет учесть характеристики местности при решении задач итерационного расчета текущего состояния и предсказания результатов боевых действий разворачивающихся на заданном театре. Тем самым удается повысить адекватность компьютерной модели.

Создание СПО является трудоемким процессом. Снизить трудоемкость возможно с помощью применения специальных компонентов, которые должны специально разрабатываться или могут приобретаться у сторонних производителей. Однако использование специальных компонентов по работе с ЭКМ сторонних производителей ставит разработчиков в зависимость от низкого быстродействия модулей, связанных с регенерацией векторных и растровых объектов ЭКМ (особенно при моделировании операции стратегического уровня) на экране ЭВМ.

Для повышения быстродействия специальных функций и компонентов целесообразно рассмотреть возможность такой архитектуры построения ГИС, при которой реализуется хранение картографических данных от различных источников на различных серверах и их динамическое сведение в требуемой конфигурации на заданном рабочем месте. Такой подход, по нашему мнению, позволяет обеспечить многопользовательский доступ к ЭКМ, облегчит задачи администрирования, поддержания карты в актуальном состоянии и целесообразен при организации поддержки различных слоев карты в различных органах управления.

ЛИТЕРАТУРА

/. Грачев И.А., Каргин В.Н. Информационные технологии в автоматизированных системах военного назначения // Военная мысль. - 2001. -Мб.- С. 32-34.

2. Адрианов В. Инфраструктура пространственных данных // ARCVIEW. - 2006. -№2.- С. 1-4.

3. Бровко Е.А.,Дивеев Е.Ш. Государственный топографический мониторинг, специфика его программного обеспечения//Геодезия и картография. -2009. -Ml.-С. 1-9.

4. Инструкция по установке программных продуктов. Панорама-2006//Ногинск: КБ «Панорама», 2006. - 36 с.

5. Инструкция по использованию офицером штаба компьютерной программы по моделированию боевых действий войсковых формирований «Баталия- 7» // Минск: ГУ «НИИ ВС РБ», 2005. - 42 с.

6. Лазаревич Э.Г., Булойчик В.М., Герцев А.В. Роль и место систем моделирования на этапах жизненного цикла ВВТ// Наука и военная безопасность. - 2008. № 2. - С. 21-25.

7. Булойчик В.М., Синявский В.К. Системный подход к формализации процессов боевых действий в операциях при создании моделирующих комплексов // Наука и военная безопасность. - 2008. -№4.- С. 40-46.

Для комментирования необходимо зарегистрироваться на сайте