Кибернетическая картина мира. Есть многое на свете, друг Горацио, что недоступно нашим
 Скачать 14.04 Mb.
|
|
5.9. Моделирование поля боя Представляется перспективным создание компьютерной модели поля боя (МПБ) на уровне бригады для повышения эффективности использования войск на основе технологии виртуальных миров, максимально приближая при этом моделируемую боевую обстанов- ку к реальной по пространственно-временному размаху и количе- ству привлекаемых сил и средств. Еще в 1983 г. в советской армии была создана система «Маневр», которая объединяла управление разнородными огневыми средствами – артиллерией, ракетными комплексами, авиацией – в одной системе. «Маневр» обеспечивал командиру на поле боя невиданную доселе возможность управле- ния боевыми средствами. Командиры на местах точно знали, чего от них хотят в штабе, где находятся дружественные и вражеские силы. этот комплекс успешно прошел испытания в Белорусском военном округе (газета «Известия» от 12.01.2010 г.). в настоящее время ана- логичный комплекс создается на новой технической основе. При этом необходимо решить задачи по разработке архитектуры (состав подсистем, режимы работы) системы МПБ на основе вМ и ее аппаратного, программного и организационного обеспечения по разработке методов и средств адаптивной генерации сценариев, по созданию хранилищ моделей компонентов МПБ (ландшафтов, рас- тительности, зданий и сооружений, видов техники, живой силы и др.) и их поведения (время суток, время года, погодные условия, перемещение в пространстве и т. п.) с учетом физических законов, интерактивных моделей процессов управления боем, одно- и мно- гопользовательских приложений войсковых операций, средств до- ставки МПБ (локальная, сетевая, гибридная) конечному пользова- телю, интерфейса конечного пользователя (офицерский и личный состав) и вариантов его реализации, средств адаптации (персонали- 291 зации) МПБ к потребностям пользователя, интерактивной эксплу- атационной документации (руководств, нормативов, наставлений, обслуживания техники и др.). эффективность использования наших войск нуждается в суще- ственном улучшении как с точки зрения разведки и подготовки операции, так и с точки зрения оснащения различными видами вооружений и связи, тренировки и подготовки войск к ведению боевых операций. в США уже в течение 15 лет для этих целей применяют компью- терное МПБ, результаты которого использовались в различных горячих точках мира. По оценкам военных аналитиков, именно в области технологий имитации и моделирования ситуаций и свя- занных с ними компьютерных технологий автоматизированного управления, именно в этом направлении можно ожидать важных результатов. в нашей стране в этом направлении имеются хорошие научно-технические заделы, которые необходимо использовать. Например, сотрудники Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения в 2005 г. были награждены премией Президента России за комплекс инновацион- ных разработок в области технологии виртуальных миров. Создание и применение в войсках компьютерной МПБ является крайне актуальным, позволяя в несколько раз повысить эффектив- ность использования войск. Уровень развития технологий моделирования является одним из ключевых факторов обеспечения превосходства страны над по- тенциальным противником. Американские военные по назначению выделяют три основные группы моделей: – используемые в целях анализа и оценки (обеспечение опера- тивной работы); – применяемые в сфере создания вооружения и военной техни- ки (ввТ); – предназначенные для обучения личного состава, оперативно- боевой подготовки войск и штабов. Тенденция – создание так называемых моделей межвидового сообщества, объединяющих различные компоненты военного на- значения (виды вС, командования, самостоятельные управления военного ведомства и комитет начальника штабов). Модели поля боя или театра военных действий относятся к меж- видовым и являются интеграцией как реальных, так и смоделиро- 292 ванных (виртуальных) военных объектов и операций. основные работы ведутся в США, Канаде, странах западной Европы (велико- британии, Германии, Франции и др.). Например, Synthetic Theater of War Project, The Synthetic BattleBridge, Mission Rehearsal Exercise, Virtual Warrior Interactive,Close Combat Tactical Trainer, Combined Arms Tactical Trainer (один из самых крупных, затра- ты около $400 млн, главный симуляционный зал имеет размеры 120 ×45 м, в нем могут размещаться 70 симуляторов единиц боевой техники, 16 симуляторов единиц техники общего назначения, 12 «пехотных» симуляторов, предусмотрена комната «расширения», одновременно могут «воевать» до 700 чел.). особое место уделяется совершенствованию существующих и разработке новых технологий моделирования, которые связыва- ются с развитием таких ключевых направлений развития науки и технологий, как, например: – высокопроизводительные вычисления; – высокоскоростные компьютерные сети; – визуализация; – системы интерактивного погружения – виртуальной реально- сти, расширенная реальность/виртуальность, мультимодальный интерфейс и др.; – распределенные системы моделирования. По оценкам психологов и физиологов, качественный скачок в электронной деятельности, в том числе в военной области, свя- зан с поддержкой непосредственного контакта с рабочей средой, ее полисенсорном восприятии, совместной работе с возможностью невербальной коммуникации, которые не могут обеспечить тради- ционные системы моделирования. для решения данных задач предлагается использовать концеп- цию виртуальных миров (вМ), обеспечивающих погружение че- ловека в заданную среду и его участие в событиях среды. По мере реализации и развития информационных и коммуникационных технологий вМ должны стать новой технологией общения и со- трудничества между людьми, людьми и устройствами, реальными и виртуальными объектами. Исследования и разработки в данной области носят междисци- плинарный характер и наиболее интенсивно ведутся в США, Ка- наде, Европейском Сообществе, Японии. Технология вМ активно используется, кроме военных областей, в образовании и науке, промышленности, культуре и искусстве, электронном туризме, 293 транспорте и медицине. в качестве аналогичных с точки зрения трудоемкости проектов можно привести виртуальные города и вир- туальные предприятия (судостроение, авиация и др.) и т. п. Первые опыты использования вМ в России были предприняты коллективом специалистов из ведущих университетов и организа- ций Санкт-Петербурга в образовании во главе с ГУАП. По резуль- татам многолетних научных исследований в 2000 г. была сформи- рована концепция создания вМ как человекомашинного интерфей- са нового поколения, разработаны модели и варианты архитектур вМ, структур и режимов работы, средств доступа к ним, инстру- ментария и программно-аппаратных средств реализации, основ- ных областей применения. для создания и эксплуатации МПБ уровня бригады предлагается технология вМ, которая обеспечит погружение человека в рабочие сцены, отображающие функциони- рование компонентов военного назначения, и интерактивное взаи- модействие человека с объектами этой рабочей сцены в реальном масштабе времени с учетом характеристик человека и военных си- стем. это позволит: – повысить эффективность приобретения индивидуальных и коллективных знаний и умений работы с робототехническими си- стемами; – учесть индивидуальные особенности восприятия и обработки информации человеком; – повысить реалистичность и точность представления о процес- сах, выполняемых в космосе с помощью робототехнических си- стем; – выполнять эксперименты и технологические процессы, реали- зация которых невозможна, требует в наземных условиях больших финансовых затрат или связана с высоким риском для экипажа; – упростить анализ, проектирование, производство и тестиро- вание создаваемых и эксплуатируемых с помощью робототехниче- ских средств космических систем; – сократить эксплуатационные расходы. виртуальный мир будет предоставлять следующие функцио- нальные возможности: – погружение в трехмерный аудиовизуальный мир с кинестети- ческими ощущениями (возможно – запахами) посредством одно- и многоэкранных настольных и проекционных (моно и стерео) си- стем, носимых устройств, аудиосистем и системы имитации нагру- зок; 294 – передвижение в трехмерном мире с шестью степенями свободы и взаимодействие с его объектами при помощи клавиатуры, мыши, трекбола, джойстиков, перчатки, трекеров, микрофона, тренажеров; – прямое манипулирование данными в пространстве модели; – моделирование интеллектуального поведения с учетом физи- ческих законов реального мира; – визуальную, голосовую, текстовую и невербальную коммуни- кации при их совместной работе; – представление пользователя персонажем виртуальной среды; – одно- и многопользовательский доступ к виртуальной среде; – адаптивную навигацию, а также персонализацию интерфейса; – локальное, сетевое и комбинированное исполнение. Предполагается использование следующих аппаратных средств для увеличения степени погружения и интерактивности вМ (табл. 4.7). Таблица 4.7 Характеристики Классы установок Настольные Настенные Носимые 1 Погружение Трехмерный аудиовизуальный мир с шестью степеня- ми свободы и кинестетическими ощущениями (+ запахи) видео: моно стерео/очки экран стан- дартного мони- тора Три монитора на базе ПК- кластера одноэкранные (на 3 – 5 чел., один из которых – навигатор) 2-, 3-, 4-экранные для создания панорамных (на 25–30 чел.) и комнат- ных (типа CAVE, на 3 – 5 чел.) систем на базе ПК- кластера Шлем Аудио Аудиосистема (моно, стерео и dolby sur) Наушники (стерео) Кинестетика Система имитации нагрузок 2 Интерактив- ность Передвижение в трехмерном мире с шестью степенями свободы, взаимодействие с объектами, реагирование на воздействия ввод Прямое мани- пулирование отслеживание положения Тренажеры Клавиатура, мышь, трекбол, джойстик Перчатки, микрофон Трекеры Роботы, манипуляторы, ТС и т. п. 295 Интерактивная эксплуатационная документация (Иэд) предна- значена для: – обеспечения справочными материалами и обучения личного состава штабов и экипажей правилам эксплуатации, обслужива- ния и ремонта военных объектов; – обеспечения справочным материалом об устройстве и прин- ципах работы во, технологии выполнения операций, потребности в необходимых инструментах и материалах, количестве и квали- фикации персонала; – планирования и учета проведения регламентных работ; – диагностики оборудования и поиска неисправностей; – обмена данными между экипажем и персоналом центров дис- танционного управления. Использование Иэд на основе вМ позволит улучшить: – качество обслуживания и материально-технического обеспе- чения процесса обслуживания во; – качество и оперативность обучения, переучивания и тренажа персонала, в том числе на рабочем месте; – способность представления сложной информации оператору системы; – поддержку процессов удаленного обслуживания при возник- новении нештатных ситуаций. Использование предлагаемых технологий разработки Иэд обе- спечит: – сокращение времени и затрат на разработку, ее обновление и сопровождение; – повышение качества разработки. Будет разработана следующая архитектура Иэд (табл. 4.8) особенностями создаваемых Иэд являются: – использование различных типов информации (текст, растро- вая и векторная графика, аудио, видео, анимации, 3D) с возможно- стью их нелинейного просмотра для представления интерактивной электронной документации и ее элементов (тексты, схемы, черте- жи, рисунки, фотографии, модели и т. п.); – эСо на базе стандартных браузеров – MS Internet Explorer, Firefox; – возможность публикации на компакт-диске, в сети (Internet, Intranet) и на бумажных носителях; – интеграция с PDM, CAD и др. системами для автоматизиро- ванного ввода исходных данных; 296 – возможность реализации обобщенной архитектуры; – предоставление возможности участия заказчика в разработке на различных этапах ее создания; – поддержка методологии создания на основе сценариев выпол- няемых технологических процессов; – автоматизированное кодирование модулей и их хранение в централизованной или распределенной Бд; – поддержка коллективной разработки; – возможность разработки параллельно с созданием изделия; – поддержка Бд версий и проектов, а также изменений и сопро- вождения; – возможность защиты данных; – открытость технологий, программ и данных; – многоплатформенность – MS Windows, Linux, QNX, Mac OS. Таблица 4.8 Состав Режим работы Режим доступа 1. Интерфейс 2. основные подсисте- мы: – информационная; – каталог частей; – практикум; – аттестация 3. вспомогательные подсистемы: – поиск; – помощь; – версии 1. Справочный 2. Сценарные: – изучение; – тестирование; – тренаж; – эксплуатация; – регламентные рабо- ты; – ремонт; – МТо 3. вспомогательные: – поиск; – помощь 1. Индивидуальный 2. Групповой. 3. Многопользова- тельский: – свободный; – совместный Моделирование поля боя позволяет более эффективно решать следующие задачи: 1) планирование, поддержка и оценка эффективности действий воинских формирований при самостоятельных, совместных и объ- единенных операциях видов и родов сил на поле боя, отработка но- вых тактических приемов и нормативов; 2) оценка новых концепций строительства вооруженных сил, оптимизации их структуры и боевого применения, потребностей в ввТ и планирования бюджетного финансирования; 3) испытания и оценка приоритетности разработки новых образ- цов ввТ и закупки существующих; 297 4) тыловое обеспечение (структура, переброска войск и грузов и т. п.); 5) оперативная и боевая подготовка, обучение личного состава. 6) обеспечение жизнедеятельности личного состава; 7) оценка новых вызовов: миротворческие операции, борьба с терроризмом и наркобизнесом и др. Системы МПБ являются основой так называемых сетецентриче- ских систем управления войсками. 23 июня 2009 г. министр обо- роны США Роберт Гейтс подписал приказ о создании кибернетиче- ского командования – структуры, ответственной за безопасность военных информационных сетей. Американская концепция «сете- центрической войны» подразумевает превращение вооруженных сил США в единый гигантский разведывательно-ударный ком- плекс, где все связаны со всеми линиями передачи информации и находятся в едином информационном пространстве. это позволит постоянно отслеживать оперативную обстановку и немедленно при- нимать решения. Но в этой системе не решены задачи оптимально- го соотношения самоорганизации и внешнего управления. 298 заключенИе выше были рассмотрены уже разработанные системы роботи- зации автомобиля. Перед нами в России стоит задача, во-первых, освоение мировых и европейских стандартов и их практическое внедрение, во-вторых, разработка новых средств роботизации ав- томобиля, оснащение его визуальными системами разного уровня, средствами контроля, системами для поддержки принятия реше- ний водителем и системами экстренного спасения. весь комплекс научно-технических разработок в области робототехники в настоя- щее время востребован в автомобилестроении. Первые манипуляторы с дистанционным управлением были созданы в нашей стране для атомной промышленности – без них нельзя было работать с радиоактивными веществами. 1 октября 1946 г. приказом директора ГСПИ-11 (теперь это вНИПИэТ) в Ле- нинграде А. И. Гутова был создан специальный отдел по разработке дистанционных манипуляторов и его начальником был назначен А. П. Белов. Уже в 1947 г. «механические руки» РМ-1 были про- демонстрированы в Кремле, получили высокую оценку, и в 1948 г. было налажено их серийное производство. эти роботы непрерывно совершенствовались, всего было выпущено свыше 1500 дистанци- онных манипуляторов с очувствлением. Механические руки кова- ли и куют ядерный щит нашей страны. за разработку уникальной техники и механизмов А. П. Белову была присуждена Ленинская премия. Если исходить из известного нам, сначала возникли люди, ко- торые своим воображением породили аватаров в искусстве и др., потом возникли условия для появления роботов. Первый подво- дный робот с управлением от эвМ был построен в 1968 г. усилия- ми Института океанологии, ЛПИ и ЛИАП. Сейчас уже существуют семейства летающих роботов – аэробов, имитации домашних жи- вотных (японский робот АIBO), развиваются бытовые роботы для дома, роботы для рекламы и др. Беспилотные летающие аппараты превратились в важный вид вооруженных сил. Автомобили, само- леты и корабли после внедрения внешнего управления превратятся в роботов. Итак, как было показано выше, роботы, аватары и люди – это сущности одного порядка, отличающиеся лишь объемом структу- рированной неопределенности. эти сущности взаимодействуют как между собой, так и с другими системами через единую среду – апей- 299 рон. эволюция этих сущностей определяется прохождением через зону адаптационного максимума и умением удержаться в этой зоне в потоке перемен. Современным аналогом апейрона являются гло- бальные вычислительные сети. 300 Перечень теМ рефератоВ И дИПлоМных раБот 1. основная профессиональная задача и миссия специалиста по информатике и вычислительной технике. 2. эволюция архитектуры эвМ и тенденции развития. 3. эволюция элементной базы. 4. Нейрокомпьютинг. 5. Квантовые компьютеры. 6. эволюция устройств ввода-вывода. 7. Системы речевого общения. 8. Системы виртуальной реальности на примере кибервелосипеда. 9. эволюция операционной среды. 10. основные этапы развития кибернетики и информатики. 11. Бионика и артоника. 12. эволюция уровня знаний. 13. эволюция интерфейса общения. 14. Языки естественные и искусственные. 15. эволюция систем коммуникации. 16. Система ARPANET. 17. Лингво-комбинаторное моделирование. 18. Феномен адаптационного максимума в развивающихся си- стемах. 19. объединение в коллектив как способ адаптации. 20. Психометрический интеллект. 21. Левостороннее мышление. 22. Правостороннее мышление. 23. Архитектура виртуальных миров. 24. Искусственный интеллект: психологические предпосылки и современное развитие. 25. эвристический поиск. 26. Представление знаний. 27. Машинное обучение на основе социальных и эмерджентных принципов. 28. Проблема понимания естественного языка. 29. основы теории агентов. 30. Многоагентные системы. 31. Искусственный интеллект как эмпирическая проблема. 32. виртуальные организации и миры. 33. Структура человеческой деятельности и проблема ее автома- тизации. 301 34. эволюция систем передачи информации. 35. основной социокультурный цикл и эвМ. 36. цикл печатного сообщения и эвМ. 37. цикл изобразительного сообщения и эвМ. 38. цикл музыкального сообщения и эвМ. 39. Словарь, культура и эвМ. 40. Простейшие элементы культуры и ее объем. 41. Паттерны объектно-ориентированного проектирования. 42. Порождающие паттерны. 43. Структурные паттерны. 44. Паттерны поведения. 45. Информационно-вычислительные системы в авиации. 46. Информационно-вычислительные системы для управления транспортом в большом городе. 47. Информационно-вычислительная система автомобиля. 48. Проблема создания базы на Луне. 49. Моделирование вселенной. Исторический обзор моделей все- ленной. 50. Моделирование погоды. Исторический обзор моделей пред- сказания погоды. Пределы точности предсказания погоды. 51. Модели сознания и искусственный интеллект. Историче- ский обзор моделей сознания. Пределы точности предсказания по- ведения человека. Свобода воли. Неопределенность. Поведение че- ловека в толпе. Манипуляция сознанием. 52. Моделирование человеческого организма для поддержки врачебных решений. Исторический обзор моделей организма. Пре- делы точности моделирования организма. 53. электронный паспорт здоровья на основе компьютерной мо- дели организма. электронная подпись врача. Сохранение врачеб- ной тайны. 54. Моделирование города для поддержки управленческих ре- шений. Исторический обзор моделей города. Город как самоорга- низующаяся система. Нужна ли городу система управления? де- прессивные и процветающие города. 55. Моделирование предприятия для поддержки управленче- ских решений. Исторический обзор моделей предприятия. Бан- кротство предприятий и их процветание. 56. Моделирование деятельности банка. Исторический обзор моделей финансовой деятельности. Алхимия финансов Сороса. Ра- зорение и процветание банков. 302 57. Нанотехнологии. о необходимых и достаточных условиях синтеза нанороботов. 58. Моделирование проблемы освоения Луны. 59. Моделирование робота-полицейского. 60. Моделирование игры в футбол команд роботов. 61. Информационно-вычислительная система шестиногой ша- гающей машины для спортивных соревнований на пересеченной местности. 62. Информационно-вычислительная система робота для диа- гностики газопровода. 63. Система регулирования уличного движения на основе мо- бильной телефонии. 64. Система управления полетами в районе аэропорта – вирту- альная башня. 65. Система наблюдения за территорией на государственной гра- нице на основе привязного аэростата. 66. вычислительная система перевода устной речи с одного язы- ка на другой язык в реальном времени на основе мобильной теле- фонии. 67. вычислительная система КИБЕРвЕЛо для соревнований 68. Панорама второй мировой войны и битвы за Ленинград (центр памяти, ситуационная комната, интерактивные залы вос- поминаний, путешествие в прошлое, в блокаду на трамвае и др.). 69. Панорама отечественной войны 1812 г. Интерактивная па- норама истории лейб-гвардии Конного полка, который участво- вал в сражениях при Аустерлице, Бородино, брал Париж. (здание ГУАП по Большой Морской улице, 67 раньше было казармами лейб-гвардии Конного полка, что нас обязывает не забывать исто- рию.) 70. Авиационный тренажер последнего поколения. 71. Моделирование автодрома. 72. Моделирование высокоточной системы залпового огня. |