Теоретические основы геоинформационной поддержки при-нятия решений при формировании систем технического наблюдения в аспекте гидрометеорологического обеспечения

Как можно видеть, в летний период практически на всей территории области, как в дневное, так и в ночное время суток, наблюдаются условия суперрефракции, причем максимальных по абсолютной величине значений N-градиенты достигают летом в прибрежной зоне -320 N-ед./км. Зимой условия рефракции оказываются достаточно близкими к стандартным, причем лишь в северной части области N-градиенты снижаются до -100 N-ед./км.

Весьма показательной характеристикой устойчивости условий суперрефракции СВЧ радиоволн являются представленные на рисунке 10 карты повторяемостей превышения приповерхностным радиоволноводом (приземным или приводным) высоты 20 м.

Как следует из приведенных рисунков для ночных условий, практически на всей территории области такого рода повторяемость варьирует в диапазоне 40 - 55%, снижаясь в отдельных районах прибрежной зоны до величин 20%. В дневное время на всей территории области характерными являются значения 20 - 25%. Существенно, однако, что в течение всего времени суток над морем в 50 - 60% случаев наблюдаются условия превышения приводным волноводом высоты 20 м.

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Рис. 9. Среднесезонные карты среднего градиента индекса рефракции для СВЧ радиоволн в слое 0 - 20 м для территории Калининградской области в летний (а, б) и зимний (в, г) периоды в дневное (а, в) и ночное (б, г) время, N-ед./км

Причина подобного суточного хода повторяемости превышения толщиной слоя суперрефракции вполне понятна, поскольку над морем этот эффект создается исключительно процессами испарения, которые практически не испытывают суточного хода, а над сушей в ночное время суперрефракция формируется характерными для этого времени суток температурными инверсиями.

В разделе 5.4 предложен вариант геоинформационной поддержки принятия решений по управлению СТН на основе специализированной геоинформационной системы расчета критериев ее эффективности в части гидрометеорологического обеспечения.

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Рис. 10. Примеры расчета карт повторяемости (%) превышения приповерхностным радиоволноводом высоты 20 м на территории Калининградской области в летний период (день - слева, ночь - справа)

Как известно, выделяется несколько этапов функционирования СТН и связанных с этим этапов работы органов управления. Среди основных этапов такого рода (начального, обнаружения и сопровождения цели) особенно выделяется начальный этап, когда наблюдение осуществляется почти полностью на основании внешней информации, так как сама система обладает минимальными данными относительно обстановки. Критерием управления на этом этапе служит вероятность обнаружения цели на охраняемом участке или отдельном направлении.

Управление в этом смысле состоит в изменении структуры системы, режимов ее работы в целом или ее отдельных элементов, в перераспределении задач или функций между элементами системы и, наконец, в использовании резервных возможностей системы. В результате управляющего воздействия изменяется поведение системы, т.е. ее реакции на внешние или внутренние факторы.

На рисунке 11 приведена общая схема расчета критериев оценки эффективности системы технического наблюдения с учетом влияния метеорологических факторов.

Рис. 11. Общая схема расчета критериев оценки эффективности системы технического наблюдения с учетом влияния метеорологических факторов

Для каждого участка государственной границы фиксируются, в первую очередь, наиболее актуальные классы целей. Далее производится первоначальный выбор конфигурации СТН и, в итоге, рассчитывается суммарная вероятность обнаружения выбранных целей. В том случае, если такого рода оценка приводит к неудовлетворительному результату (вероятность мала), конфигурация СТН пересматривается и производится новый расчет.

При решении задачи детального анализа условий обнаружения для конкретной конфигурации СТН выборка информации осуществляется для отдельных вариантов пространственного размещения пунктов технического наблюдения с учетом комбинации предполагаемых к использованию средств технического наблюдения. В этом случае появляется возможность непосредственного получением на выходе критериев эффективности на таких временных интервалах как сутки, месяц, сезон и год. Общая схема информационных потоков здесь выглядит так, как это представлено на рисунке 12. Для иллюстрации возможности такого подхода при изучении временной изменчивости различного рода характеристик обнаружения рассмотрим в качестве примера один из 19 тематических индексов обнаружения из таблицы 3, для которых осуществлялся анализ пространственной изменчивости применительно к оптическому диапазону.

Рис. 12. Общая схема информационных потоков при решении задачи расчета критерия эффективности системы технического наблюдения

В общем виде расчет критериев расчета эффективности системы технического наблюдения является многофакторной задачей и требует привлечения значительного объема информации, в том числе и сведений о вероятностях безотказной (исправной) работы всей системы за время наблюдения, вероятностях обнаружения того или иного объекта при его нахождении в зоне действия того или иного ТСН, а также сведений о рельефе подстилающей поверхности, коэффициентах яркости фона (которые испытывают сезонные колебания), коэффициентах яркости цели, зависящих, в свою очередь, от тех или иных способов маскировки, а также некоторых других параметров.

Площадь контроля i-го ТСН применительно к j-му объекту оказывается связанной с коэффициентом видимости и паспортной дальностью следующим образом:

(21)

При этом критерий эффективности системы наблюдения на участке государственной границы может быть записан в следующем виде:

, (22)

где - вероятность безотказной (исправной) работы всей системы за время наблюдения , вероятность обнаружения за время наблюдения j-го объекта при его нахождении в зоне действия (наблюдения) i-го ТСН, N - количество элементов системы, а M - число наблюдаемых целей.

Как можно видеть из формулы (21), единственной величиной, отражающей влияние внешней среды на обнаружение объектов, оказывается . Совершенно очевидно, что она оказывается столь же изменчивой во времени и пространстве, как и все метеорологические параметры, от которых она зависит. А это означает, что в формуле (22) в качестве следует рассматривать ту или иную ее статистическую оценку, из чего следует, что аналогичной по смыслу статистической оценкой становится и получаемое с использованием формулы (22) значение критерия эффективности для заданного участка государственной границы.

В тексте диссертации приведено несколько примеров расчета критерия эффективности применительно к СТН различной конфигурации. В качестве примера проведенных расчетов на рисунке 13 представлены расчетные значения этих величин с учетом одновременного действия комбинации ТСН (бинокулярная труба ТПБ-2 и РЛС).

Рис. 13. Пример расчета критерия эффективности комбинированной СТН (бинокулярная труба ТПБ-2 и РЛС «Фара») для различного времени суток при обеспеченности обнаружения 99%. Разные кривые соответствуют различным средним расстояниям между ПТН

Приведенные простые примеры можно усложнять с целью иллюстрации влияния тех или иных факторов, определяющих критерий эффективности. В этом случае, однако, необходимо опираться уже на конкретные особенности комплектации того или иного участка границы средствами технического наблюдения, что явно выходит за рамки настоящего исследования.

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Основные выводы диссертационной работы сводятся к следующему.

1. Разработана и обоснована концепция геоинформационной поддержки принятия решений при формировании СТН в аспекте гидрометеорологического обеспечения, в основе которого лежит пространственная и временная детализация параметров нижней атмосферы, определяющих дальность обнаружения различных объектов.

2. Показано, что доступных в настоящее время в массовом порядке данных стандартных гидрометеорологических, аэрологических и аэросиноптических наблюдений оказывается недостаточно для практической реализации геоинформационной поддержки принятия решений при формировании и эксплуатации СТН.

3. В результате спланированных и осуществленных автором специальных полигонных исследований установлены экспериментальные зависимости характеристик обнаружения различных объектов от метеорологических условий, существенно расширяющие возможность использования стандартной гидрометеорологической информации для реализации концепции геоинформационной поддержки принятия решений при формировании и эксплуатации СТН.

4. В результате проведенных автором теоретических исследований в области математического моделирования атмосферного пограничного слоя разработан метод, обеспечивающий возможность получения расчетным путем всех недостающих характеристик атмосферы, необходимых для реализации концепции геоинформационной поддержки принятия решений при формировании и эксплуатации СТН.

5. На основе комплексной обработки данных стандартных гидрометеорологических и аэросиноптических наблюдений с использованием полученных экспериментальных зависимостей и разработанных численных моделей рассчитаны необходимые характеристики, определяющие условия обнаружения различных объектов с использованием ТСН, а на основании проведенного пространственного анализа созданы соответствующие ГИС-покрытия для трех типичных регионов РФ.

6. Разработана и апробирована специализированная геоинформационная система для непосредственного обеспечения расчетов эффективности функционирования СТН той или иной конфигурации в части влияния метеорологических условий на дальность обнаружения тех или иных объектов для произвольной территории РФ, что и обеспечивает, в итоге, геоинформационную поддержку принятия решений при формировании СТН.

По теме диссертации опубликованы 44 работы, наиболее значимые из которых представлены ниже.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

Монография

1. Василенко, С.В. Методы расчета и прогноза условий наблюдаемости объектов на охраняемых территориях [Текст]: монография / С.В. Василенко. - Калининград: КПИ ФСБ России, - 2008. - 144 с.

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных перечнем ВАК и патент на изобретение

2. Василенко, С.В. Учет особенностей распространения СВЧ-радиоволн при оценке радиолокационной наблюдаемости на территории Калининградской области [Текст] / С.В. Василенко // Радиотехника. Радиосистемы. №96/2006. - С. 72-73.

3. Василенко, С.В. Исследование условий обнаружения человека в оптическом диапазоне [Текст] / С.В. Василенко // Радиотехника. Радиосистемы. №106/2007. - С. 46-47.

4. Василенко, С.В. Видимость объектов в Балтийском регионе [Текст] / С.В. Василенко // Естественные и технические науки. №1/2008. - С. 239-242.

5. Василенко, С.В Численное моделирование вертикальной структуры атмосферного пограничного слоя с учетом влажности [Текст] / С.В. Василенко // Естественные и технические науки. №1/2008. - С. 243-245.

6. Василенко, С.В. Прогнозирование характеристик атмосферы, определяющих радиолокационную наблюдаемость в различных регионах России [Текст] / С.В. Василенко // Радиотехника. Территориально распределенные системы охраны. №119/2008. - С. 15-16.

7. Василенко, С.В. Моделирование условий распространения радиоволн СВЧ диапазона с использованием численных моделей атмосферы [Текст] / С.В. Василенко // Естественные и технические науки. №3/2008. - С. 234-237.

8. Василенко, С.В. Расчет и пространственный анализ характеристик наблюдаемости в оптическом диапазоне электромагнитных волн [Текст] / С.В. Василенко // Естественные и технические науки. №3/2008. - С. 238-240.

9. Василенко, С.В. Климатологическое картирование и пространственный анализ характеристик наблюдаемости на примере южной части Охотского моря [Текст] / С.В. Василенко // Естественные и технические науки. №3/2008. - С. 228-233.

10. Василенко, С.В. Методы климатологического картирования характеристик наблюдаемости в нижней тропосфере [Текст] / С.В. Василенко // Геоинформатика. №2/2008. - С. 27-31.

11. Василенко, С.В. Повышение эффективности организации поиска объектов с воздуха путем учета условий наблюдения [Текст] / С.В. Василенко // Естественные и технические науки. №4/2008. - С. 226-229.

12. Василенко, С.В. Особенности пространственного анализа характеристик наблюдаемости в прибрежной зоне [Текст] / С.В. Василенко // Геоинформатика. №3/2008. - С. 7-10.

13. Василенко, С.В. Сейсмический компенсатор помех блока УВЧ рыбопоискового эхолота: Патент на изобретение №2321023, приоритет от 17.07.2006 / С.В. Василенко, С.В. Мороз, А.В. Червинко, - М.: ФИПС, 2008. - Бюл. № 9 от 27.03.2008.

Статьи в материалах всероссийских и международных конференций и в электронных научных изданиях

14. Василенко, С.В. Видимость объектов на территории Калининградского региона [Текст] / С.В. Василенко // Научно-технический сборник по материалам межведомственной конференции на седьмой международной специализированной выставке «Граница-2005». / Под ред. Ю.М.Зотова - М.: Графикс, 2006. - С. 383-389.

15. Василенко, С.В. Анализ параметров атмосферы, влияющих на оптическую наблюдаемость объектов на территории Калининградского региона [Текст] / С.В. Василенко // Материалы ежегодной Международной научно-технической конференции «Энергосбережение. Энергооборудование. Энергопотребление» - СПб: «КСИ», 2006. - С. 156-159.

16. Василенко, С.В. Особенности радиолокационной наблюдаемости на территории Калининградской области [Текст] / С.В. Василенко // Материалы ежегодной Международной научно-технической конференции «Энергосбережение. Энергооборудование. Энергопотребление» - СПб: «КСИ», 2006. - С. 159-163.

17. Василенко, С.В. Оценка радиолокационной наблюдаемости с использованием информационных технологий [Текст] / С.В. Василенко // Труды IV Международной научной конференции «Инновации в науке и образовании-2006», Часть 2 Калининград: Калининградский государственный технический университет, 2006. - С. 134-136.

18. Василенко, С.В. Применение геоинформационных технологий для оценки дальности видимости объектов [Текст] / С.В. Василенко // Труды IV Международной научной конференции «Инновации в науке и образовании-2006», Часть 2 Калининград: Калининградский государственный технический университет, 2006. - С. 136-138.

19. Василенко, С.В. Зависимость оптической наблюдаемости объектов в Калининградской области от состояния окружающей среды [Текст] / С.В. Василенко // Сборник материалов международной научно-практической конференции. Выпуск VII, Часть 1. - Калининград: Калининградский юридический институт МВД России, 2006. - С. 8-11.

20. Василенко, С.В. Анализ параметров атмосферы, влияющих на распространение волн СВЧ-диапазона в прибережной зоне Балтийского моря [Текст] / С.В. Василенко // Ученые записки русского географического общества. Калининградское отделение. - 2006. вып. 4. Е-1 - Е-6.

21. Василенко, С.В. Использование численной модели для анализа вертикальной структуры атмосферного пограничного слоя [Текст] / С.В. Василенко // Труды VI Юбилейной международной научной конференции «Инновации в науке и образовании-2008», посвященной 50-летию пребывания КГТУ на Калининградской земле, Часть 1. - Калининград: Калининградский государственный технический университет, 2008.- С. 120-122.

22. Василенко, С.В. Концепция геоинформационной поддержки формирования системы технического наблюдения на основе анализа метеорологических условий местности [Текст] / С.В. Василенко // Материалы II всероссийской научной конференции ученых, специалистов и профессорско-преподавательского состава. Научный сборник №2, Часть 1. - Калининград: КПИ ФСБ РФ, 2009. - С. 104-108.

Статьи в научных журналах и сборниках

23. Василенко, С.В. Исследование загрязнения атмосферного воздуха вдоль магистралей г. Калининграда с использованием математических моделей [Текст] / С.В. Василенко, А.С. Гаврилов, Кудрявцев А.Г. // Межвузовский научно-методический сборник «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ». Вып. 5, СПбГАСУ - Санкт-Петербург, 1999. - С. 73-85.

24. Василенко, С.В. Особенности оптической наблюдаемости объектов на территории Калининградского региона [Текст] / С.В. Василенко // Вестник Балтийского научного Центра РАЕН. - Калининград: КПИ, 2005. - №10. - С. 17-23.

25. Василенко С.В. Особенности радиолокационной наблюдаемости в тропосфере Балтийского региона [Текст] / С.В. Василенко // Вестник Балтийского научного Центра РАЕН. - Калининград: КПИ ФСБ РФ, 2006. - №11. - С. 36-39.

26. Василенко, С.В. Среда распространения СВЧ радиоволн на территории Калининградской области [Текст] / С.В. Василенко // Материалы межвузовской научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава. Научно-методический сборник № 19, Часть 1. - Калининград: КПИ ФСБ РФ, 2006. - С. 61-64.

27. Василенко, С.В. Использование ГИС для оценки радиолокационной наблюдаемости на территории Калининградской области [Текст] / С.В. Василенко // Материалы XIX межвузовской научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава. Научно-методический сборник № 19, Часть 5, Кн.2. - Калининград: КПИ ФСБ РФ, 2006. - С. 70-72.

28. Василенко, С.В. Метод климатологического анализа вертикальной структуры атмосферного пограничного слоя с использованием численной модели [Текст] / С.В. Василенко, А.С. Гаврилов, А. Мханна, И.Н. Липовицкая // Ученые записки РГГМУ 2006. Вып. 2. - С. 53-65.

29. Василенко, С.В. Моделирование атмосферного пограничного слоя применительно к проблемам климатологии [Текст] / С.В. Василенко, А.С. Гаврилов, А. Мханна, И.Н. Липовицкая // Межвузовский научно-методический сборник «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ». Вып. 13, СПбГАСУ - Санкт-Петербург, 2006. - С. 23-31.

30. Василенко, С.В. Обобщение метода климатологического анализа вертикальной структуры атмосферного пограничного слоя на случай учета влажности [Текст] / С.В. Василенко // Межвузовский научно-методический сборник «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», Вып. 13, СПбГАСУ - Санкт-Петербург, 2006, С.35-43.

31. Василенко, С.В. Особенности наблюдаемости объектов в инфракрасном диапазоне на территории Калининградского региона [Текст] / С.В. Василенко // Материалы IX ежегодной межвузовской научно-практической конференции Балтийского военно-морского института им. Адмирала Ф.Ф.Ушакова. - Калининград: БВМИ, 2006. - С. 71-72.

32. Василенко, С.В. Влияние среды на радиолокационную наблюдаемость радиоволн СВЧ диапазона на территории Калининградской области [Текст] / С.В. Василенко // Материалы восьмой межвузовской научно-технической конференции аспирантов, соискателей и докторантов. - Калининград: БГАРФ, 2006. - С. 24-28.

33. Василенко, С.В. Расчет и прогноз среды распространения СВЧ радиоволн с использованием ГИС [Текст] / С.В. Василенко // Материалы XX межвузовской научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава. Научно-методический сборник № 20, Часть 1, кн.1. - Калининград: КПИ ФСБ РФ, 2007. - С. 34-38.

34. Василенко, С.В. Расчет условий наблюдаемости объектов с использованием ГИС [Текст] / С.В. Василенко // Материалы XXI межвузовской научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава. Научно-методический сборник №21, Часть 5. - Калининград: КПИ ФСБ РФ, 2007. - С. 75-77.

35. Василенко, С.В. Проблема восстановления вертикальной структуры атмосферного пограничного слоя на основе данных стандартной гидрометеорологической информации [Текст] / С.В. Василенко // Материалы XXI межвузовской научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава. Научно-методический сборник №21, Часть 5. - Калининград: КПИ ФСБ РФ, 2007. - С. 78-80.

36. Василенко, С.В. Расчет и пространственный анализ характеристик наблюдаемости в оптическом и СВЧ диапазонах электромагнитных волн на территории России [Текст] / С.В. Василенко // Материалы XXIII межвузовской научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава. Научно-методический сборник №23, Часть 3, разделы 1,2. - Калининград: КПИ ФСБ РФ, 2008. - С. 33-35.

37. Василенко, С.В. Отображение характеристик наблюдаемости в оптическом и СВЧ диапазонах электромагнитных волн [Текст] / С.В. Василенко // Межвузовский научный сборник «Управление безопасностью мореплавания и подготовки морских специалистов SSN-2007». - Калининград: БГА РФ, 2008. - С. 162-167.

38. Василенко, С.В. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2009611869. Расчет ГИС-покрытий характеристик обнаружения различных объектов на основе стандартной гидрометеорологической информации. - 2009.

39. Василенко, С.В. Свидетельство о государственной регистрации базы данных №2009620291. База пространственных данных для геоинформационной поддержки территориального анализа параметров обнаружения объектов при формировании систем технического наблюдения в аспекте гидрометеорологического обеспечения. - 2009.

Размещено на Allbest.ru