§ 24. Основные виды цифровой информации о местности, используемые в войсках

Мировой опыт участия вооруженных сил в во­енных конфликтах показал: эффективность их применения напрямую зависит от информационного обеспечения, в частности топогеодезического, которое относится к оперативному обеспечению и заключается в поставке геопространственной информации штабам и войскам для эффективного управления и применения оружия.

Определенный успех США и их союзников в локальных конфликтах последних лет во многом объясняется тщательной топогеодезической подготовкой всех операций, в первую очередь на основе цифровой информации о местности (ЦИМ). Цифровая информация о местности в современной практике существует во множестве видов, которые находят свое применение при картографическом обеспечении систем различного назначения и уровня.

Мировая история создания ЦИМ насчитывает около 40 лет. Впервые научно-исследовательские и экспериментальные работы по преобразованию традиционных карт в цифровую форму были поставлены в США, Советском Союзе, Канаде, Франции, Германии, Голландии, Венгрии. Значительным импульсом 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.

Геоинформатика – область науки, занимающаяся изучением законов, методов и способов получения, накопления, обработки и передачи информации об окружающем мире.

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 конце 60-х и начале 70-х годов были широко развернуты НИР и ОКР в Ромском научно-исследовательском центре ВВС США по созданию цифровых карт для испытания крылатых ракет, в качестве исходных картматериалов использовались традиционные крупномасштабные карты США и Канады (научный руководитель доктор Г. Стайн). В 1973–75 гг. 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.

Основные понятия цифровой картографии и геоинформатики

Необходимо ввести несколько важных понятий и определений. 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.

Цифровая картографическая информация – картографическая информация, представленная в цифровой форме на носителе данных.

Цифровая карта – цифровая модель земной поверхности, сформированная с учетом законов картографической генерализации в принятых для карт проекции, разграфке, системе координат и высот.

Цифровая карта местности – цифровая карта, отвечающая установленным пользователем требованиям по содержанию и точности.

Цифровая топографическая карта – цифровая карта, по содержанию и точности отвечающая топографической карте определенного масштаба.

Электронная карта – цифровая карта, визуализированная с использованием программных и технических средств в принятой системе условных знаков, предназначенная для отображения и анализа, а также решения задач с использованием дополнительной информации. Основные виды ЦИМ приведены в прил. 6.

Применение ЦИМ при подготовке и в ходе боевых действий

ЦИМ находит все большее применение при подготовке и в ходе боевых действий. Опыт использования цифровой информации о местности для обеспечения войск и штабов, например в Чечне, говорит о повышении в целом надежности управления войсками. Отчеты специалистов, отвечающих за топогеодезическое обеспечение войск в районе проведения контртеррористической операции, свидетельствуют о том, что электронные карты использовались совместно с традиционными для решения следующих основных задач:

обеспечение сведениями о расположении целей и объектов по цифровой топографической карте масштаба 1:50 000;

обеспечение крупномасштабными специальными картографическими документами, оперативно созданными по имеющейся ЦИМ;

решение специальных геоинформационных задач по ЭТК масштабов 1:50 000 – 1:200 000 в интересах штабов и войск.

Электронные топографические карты позволяли оперативно получать координаты объектов и целей, осуществлять проверку точности координат целей, полученных по разведданным, определять координаты целей по данным радиоперехвата (в 5–6 раз быстрее по сравнению с традиционными способами определения координат по топографическим картам).

В процессе использования ЦИМ непосредственно в войсках выявились ее дополнительные возможности. Так, стало возможным оперативно создавать крупномасштабные схемы населенных пунктов, отдельных районов, планы городов, карты-увелички, издательские оригиналы на различные специальные карты. Эти дополнительные возможности позволили:

заметно расширить возможности органов управления по детальному изучению местности, ее тактических свойств;

повысить надежность управления в населенных пунктах и районах с закрытой местностью;

обеспечить уверенное целеуказание.

Высокую оценку в войсках получили пространственные модели местности (ПММ), которые позволяли быстро решать такие задачи, как выбор места посадки вертолетов в горных районах, определять зоны видимости (невидимости) с заданных точек, прокладывать маршруты подлета вертолетов с учетом характера местности. Твердые копии ПММ доводились до командиров отдельных экипажей.

Как правило, ПММ использовались для определения:

зон уверенной радиолокации с построением зон видимости, профилей местности по заданным направлениям;

оптимальных мест расположения командных пунктов с построением зон видимости вокруг них;

степени эффективности огневого поражения артиллерией подвижных объектов на сильно пересеченных участках с построением профилей местности;

зон устойчивого радиоприема и др.

Опыт использования ЦИМ в контртеррористической операции показал, что часто командиры не знают потенциальных возможностей того или иного вида цифровой информации. Не все офицеры могут уверенно использовать для решения своих задач современные программные продукты, использующие ЦИМ. Эти проблемные вопросы могут быть решены, в частности, улучшением системы топографической подготовки войск.

Географические информационные системы военного назначения

Опыт локальных конфликтов, проведения миротворческих операций выявил очевидность того, что в перспективе повышение боевых возможностей войск наряду с совершенствованием систем управления высшего звена потребует усиления тактических структур вплоть до отдельного экипажа, солдата, особенно в условиях ограниченной видимости и в сложной топографической обстановке (лесные массивы, горные ущелья, населенные пункты), где войска действуют мелкими группами.

Возникает необходимость усиления информационных возможностей тактических структур. Для оснащения каждого экипажа и солдата потребуются компактные средства автоном­ной навигации, визуализации, анализа местности и тактической обстановки. Их успешное применение невозможно без использования свежей высокодетальной геоинформации и соответствующих программных средств.

Геоинформация – пространственные данные о Земле и окружающей действительности, представленные в среде компьютерной техники.

В автоматизированных системах управления (АСУ) информация о местности – одна из составных частей общей информации, необходимой войскам. Практически все решения по управлению ими и оружием требуют геопространственной привязки. Раньше командир анализировал местность, оценивал обстановку и принимал решение по обычной (бумажной) топографической карте, используя простейшие измерительные инструменты.

В АСУ для работы с цифровой информацией о местности требуется инструмент совершенно иного уровня – геоинформационная система (ГИС).

ГИС – это аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий сбор, накопление и визуализацию информации об окружающей среде для ее оценки, моделирования действий войск от отдельного подразделения до вооруженных сил в целом.

В ГИС военного назначения кроме цифровой информации о местности используются данные о группировке своих войск, а также разведывательная, метеорологическая и другая информация.

По оценкам специалистов, применение ГИС позволит повысить эффективность управления войсками и оружием с использованием электронных карт и другой геопространственной информации на 40% и более.

Основные области применения ГИС для военных целей:

базовое картографирование:

• топографическое картографирование;

• гидрографическое картографирование;

• создание специальных карт;

навигация:

• воздушная навигация;

• контроль воздушного трафика;

• получение координат (интерфейс с GPS приемниками);

• навигация на суше;

анализ рельефа:

• планирование маршрутов передвижения;

• анализ взаимной видимости;

• преодоление водных преград;

• моделирование перемещения объектов;

• наведение оружия;

стратегическое планирование операций:

• планирование и поддержка ракетных ударов;

• общее планирование операций в рамках театра военных действий;

• планирование вторжения;

• моделирование траектории полета ракет и самолетов;

тактическое планирование сражения:

• управление ведением боя;

• планирование операций десантирования с воздуха;

• логистика;

• моделирование минных полей;

• моделирование боя;

• планирование специальных операций и т.д.

Воинскими частями навигационно-топографической службы Вооруженных Сил на протяжении пяти последних лет были испытаны различные системы, технологии и программные средства создания и обработки электронных карт как отечественного, так и зарубежного производства, такие как:

ARC/INFO – разработка американского Института исследований систем окружающей среды (ESRI);

Arc View GIS – специализированный программный комплекс разработки ESRI;

InterGraph – разработка фирмы InterGraph (США), известной своими рабочими станциями;

MapInfo – разработка одноименной фирмы;

АrcCAD – разработка ESRI, представляющая собой слияние САПР и ГИС в едином программном продукте;

GeoDraw – разработка центра геоинформационных исследований Института географии РАН;

WinGIS – многофункциональный комплекс, разработанный австрийской фирмой PROGIS;

«Талка» – «Нева» – разработка Военно-топографического управления Генерального штаба Вооруженных Сил Российской Федерации;

KIKS – программный комплекс интерактивной структуризации данных, разработанный Институтом технической кибернетики НАН Беларуси;

ПАНОРАМА – система, разработанная Военно-топографическим управлением Генерального штаба ВС РФ совместно с 29 НИИ МО РФ.

При всех достоинствах зарубежных программных комплексов и математического обеспечения все они носят народнохозяйственный характер и предназначены для оперативного управления промышленностью, транспортом и сельским хозяйством, анализа социальных процессов, планирования и использования материальных и природных ресурсов, поиска полезных ископаемых, мониторинга экологической обстановки, принятия решений в чрезвычайных ситуациях.

Программный комплекс отечественной разработки KIKS до сих пор не доработан. В процессе эксплуатации происходят постоянные сбои в модулях векторизации и картографической структуризации объектов. Кроме того, формат представления картографической информации F20S, являющийся Государственным стандартом (СТБ-1025/96), не в полной мере отвечает требованиям, предъявляемым к топологичности объектов местности, не поддерживает цепочно-узловые структуры, которые являются основой для экспертных систем и принятия решений.

Программный комплекс «Талка» – «Нева» предназначен для автоматизированной подготовки к изданию топографических карт и может найти применение в настоящее время только для предварительной подготовки, хранения и получения издательских оригиналов топографических и специальных карт.

В 1999 г. в соответствии с договором, подписанным между Военно-топографическим управлением ГШ ВС РФ и Топографической службой ГШ ВС Республики Беларусь, на вооружение частей топографической службы поступила геоинформационная система создания и обработки цифровой картографической информации ПАНОРАМА.

ГИС ПАНОРАМА разработана Военно-топографическим управлением ГШ ВС РФ совместно с 29 НИИ МО РФ и наиболее полно отвечает требованиям войск, предъявляемым к автоматизированным системам управления и информационным системам данного порядка. Она предназначена для решения на базе IBM совместных персональных ЭВМ следующих задач:

создание, отображение и редактирование электронных карт по исходным картографическим материалам любого рода с нанесением графической информации пользователем;

формирование района работ пользователем из любого количества листов по заданным перечню номенклатур и слоям объектов;

представление картографической информации в стандартных условных знаках или в условных знаках, предъявляемых пользователем с помощью редактора условных знаков;

нанесение обстановки пользователем на электронную карту, ее сохранение, отображение и редактирование;

выполнение расчетных операций, т.е. определение координат, расстояний, превышений, площадей, периметров, направлений, профилей, зон видимости (невидимости);

ведение пользовательской базы данных в формате DBF, логически связанной с отображаемым районом работ;

хранение пользовательских данных в текстовых и графических файлах, логически связанных с объектами ЭК, создание автоматизированных систем управления процессами, использующих данные о местности, разработка прикладных задач с помощью СИ-интерфейса с возможностью отображения результатов в графическом виде.

ГИС ПАНОРАМА обеспечивает создание и применение векторных, растровых и матричных электронных карт, отвечающих требованиям по видам, назначению и использованию, описанным выше.

Электронные карты различного вида, относящиеся к одной территории, могут отображаться и обрабатываться совместно без ограничений на их количество, состав, масштаб, объем на диске, используемые условные знаки, цветовые палитры и другие характеристики. Например, одновременно могут отрабатываться: матрица высот, матрица характеристик местности (проходимость, загрязненность и пр.), аэрофотоснимки или космические снимки, отсканированный тиражный оттиск (планшет, диапозитив на пластике и т.д.), векторная карта местности, любое количество пользовательских карт с тематической информацией. Пользователь может управлять степенью прозрачности отображаемых данных, составом отображаемых цветов, яркостью, контрастностью, палитрой каждой карты отдельно, устанавливать области отображения произвольной конфигурации для растровых и матричных карт, изменять состав отображаемых слоев, объектов векторных карт по различным критериям. Любой фрагмент комбинированного изображения карты может быть выведен в заданном масштабе на печатающее устройство с разбивкой на листы, позиционированием и другими настройками.

Работа с картами может вестись в многопользовательском режиме с разграничением прав доступа различных пользователей. Внесенные изменения одним из пользователей автоматически отображаются у всех пользователей, работающих с теми же картами. Изменение данных может выполняться и отдельными приложениями, работающими в автоматическом режиме (прием данных от подвижных устройств, мониторинг загрязнения местности, сведения об изменении оперативной обстановки и т.п.).

Средства работы с матрицами высот обеспечивают их построение на произвольный участок местности с заданной точностью, отображение трехмерной модели местности, в том числе и с учетом расположенных на ней объектов, профилирование рельефа, построение перекрывающихся зон видимости (невидимости) и т.д.

ПАНОРАМА обеспечивает трансформирование одиночных аэрофото- и космических снимков центральной проекции и панорамных по набору опорных точек и матрице высот. Система поддерживает работу с различными эллипсоидами, проекциями и системами координат и высот, включая WGS84 и UTM.

Система ПАНОРАМА позволяет выполнить отбор объектов векторных карт на основе комбинации их атрибутивных характеристик, пространственного расположения относительно других объектов, размеров и других критериев. Над отобранными объектами могут выполняться групповые операции редактирования, статистического анализа, изменения вида (условного знака), переноса на другую карту и т.д.

В системе разработано и внедрено программное обеспечение слежения за подвижными объектами с помощью GPS-приемников. Это позволяет отображать текущее положение подвижного объекта на мониторе в трехмерном пространстве и режиме реального времени, получать информации в картографической форме о выбранном маршруте движения подвижного объекта, разрабатывать оптимальные маршруты движения объекта, определять по семантическим характеристикам необходимые пункты движения и многое другое.

ГИС ПАНОРАМА имеет свой собственный обменный формат SXF, организованный в отличие от стандарта Республики Беларусь (F20S) как текстовой файл с последовательной записью информации о метрике и семантике каждого объекта и поддерживающий пространственно-логические связи и цепочно-узловые структуры. Кроме того, система имеет набор конвертов для выдачи электонных карт в формате, используемом другими ГИС и программными средствами и необходимом заказчику (DXF, MIF/MID, F20S, F20V, F1M и др.).

В настоящее время РКК «Энергия» им. С.П.Королева на основе системы ПАНОРАМА разработана ГИС ИНТЕГРАЦИЯ, которая предназначена в качестве центрального элемента комплексов информационной поддержки деятельности командования и органов управления войсками и оружием разного уровня в составе автоматизированных систем управления, обеспечивающих накопление, хранение, совместную обработку и наглядное представление разнородных данных, имеющих географическую привязку, на основе единого геоинформационного поля.