Военное картографирование

Немного направлений военного искусства и науки изменилось так радикально за последние годы и продолжает меняться также быстро, как технологии картографирования.

На картинке: Rapid 3D Mapping от компании Saab является мощным инструментом, позволяющим быстро создать карты для района любой площади

Сколько люди пытались понять мир вокруг себя, столько же они создавали графические представления для того, чтобы сделать огромное и сложное небольшим и достаточно простым для понимания и использовать как основу для планируемых действий. По сути, все на планете Земля имеет географическое положение и все что случается, случается где-то. Сегодня это означает, что каждое место и событие любым образом связанное с военной операцией любого типа может быть представлено на цифровой карте и связано с громадным объемом встроенной дополнительной разведывательной информации. При соответствующих сетевых подключениях эта информация может обновляться почти в реальном времени. Такие сетевые геопространственные информационные системы GIS (Geospatial Information System) предоставляют военным цифровые карты, насыщенные информацией, посредством расширенной гаммы устройств, от десктопов и бортовых компьютеров до электронных досок, лэптопов, планшетов и прочных смартфонов, хотя, как и прежде при необходимости распечатать бумажные карты. Составленные и поддерживаемые цифровые карты, использующие GIS, также составляют основу систем управления боевыми задачами боевой авиации, авиации поддержки, БПЛА, боевых кораблей и приложений оперативного управления всех типов.

По данным компании ESRI, ведущего поставщика возможностей GIS: «Большая часть решений по национальной безопасности включает географию; оцениваются ли потенциальные террористические угрозы при планировании точки удара на поле боя, выносится ли решение о строительстве нового здания с минимальным влиянием на окружающую среду, география всегда входит в состав уравнения. Программное обеспечение GIS играет все более важную роль при принятии такого типа решений».

Ощущая мир

Программное обеспечение (ПО) GIS предоставляет инструменты, помогающие раскрыть значащие модели в геопространственных данных и обеспечить информационную поддержку. В ESRI утверждают, что системы GIS позволяют собирать, управлять, анализировать и показывать полное представление данных и сложные отношения, стоящие за этим.

Представление физической географии стало точнее и содержательнее за счет применения традиционных картографических методик и мириадов высокотехнологичных инструментов, включая фотографирование и фотограмметрию, тепловидение, гиперспектральную визуализацию, радары и лидары (лазерные локаторы), которые устанавливаются на все типы платформ, начиная от пеших людей и кончая спутниками в космосе. Точная навигация и хронометрирование, предоставляемые технологиями GNSS (глобальные системы спутниковой навигации), способствуют применению этих сенсоров и позволяют «сшивать» создаваемые изображения и информацию в согласованное и трехмерное целое.

На представление физического мира накладывается вся культурная информация, связанная с человеческой деятельностью, гражданской или военной, нормальной или аномальной, законной и незаконной, дружественной, нейтральной или враждебной. Неизбежно, это создает почти невообразимо огромный объем данных, в которых слишком легко можно утонуть. Чтобы помочь операторам выплыть и не утонуть, индустрия GIS постоянно разрабатывает новые инструменты, предназначенные для доставки точной информации нужным людям в нужное время.

Все большая и большая функциональность GIS встраивается в многофункциональные информационно-управляющие системы C4ISR (командование, управление, связь, компьютеры, сбор информации, наблюдение и рекогносцировка), тогда как технологии веб-публикаций на серверах позволяют быстрее распределять возможности GIS по всем районам операций вместо обеспечения только лишь высших эшелонов командования. Поддерживая сетецентрические операции, сервис-ориентированная архитектура SOA (Service Oriented Architecture - обеспечивает обмен данными и эффективное взаимодействие между (существующими разнородными) прикладными программами) все в большей степени заменяет старые взаимно несовместимые «вертикальные» системы и позволяет проводить более быстрый и менее дорогой анализ и принимать правильные решения на основе более полной информации.

Военные и промышленность также прилагают усилия по «демократизации» GIS за счет создания систем понятных и дружественных для неспециалистов. В связи с этим, Геопространственный центр американской армии (AGС) выпустил в августе более быструю, с большими возможностями версию программы Common Map Background (CMB) On-line, которая позволяет пользователям находить, загружать или заказывать геопространственную информацию через простой интерфейс программы электронной торговли. Но конечно после того, как пользователь идентифицирует себя по своей карте стандартного доступа, выданной американским правительством.

«Последняя версия CMB On-line выполняется быстрее предыдущей и предлагает несколько новых элементов для пользователей, включая дополнительные легкозаменяемые базы карт, показ масштаба и координат посредством десятичных градусов широты/долготы и/или военной системы координат», – сообщил специалист по информационным технологиям в AGC Боб Молнар. – CMB резко сокращает время и расходы для пользователей на местах по приобретению, управлению и загрузке/импорту дисков CD-ROM с геопространственными данными, соответствующими их районам операций».

При обеспечении бойцов цифровыми картами и графическими изображениями в ПО CMB используется цифровая библиотека данных и пользовательский набор инструментов ArcGIS. ArcGIS – это программная платформа GIS от ESRI, предназначенная «для создания и управления решениями за счет применения географических данных»; она доступна в версиях для настольных компьютеров, мобильных устройств, серверов и в онлайне. Этот набор инструментов позволяет CMB генерировать наборы пользовательских данных, адаптированных под потребности пользователя. Дополнительно к широкой линейке продуктов картографирования и получения изображений CMB также распределяет другое программное обеспечение центра AGC, включая городской тактический планировщик UTP (Urban Tactical Planner), изображения с высоким разрешением BUCKEYE, поддержку карт DAGR, поддержку карт GARMIN, изучение прикладных маршрутов, изображения с лидаров и карты в формате GeoPDF.

Формат GeoPDF

Файлы GeoPDF разработаны компанией TerraGo Technologies, в них используется открытый геопространственный стандарт PDF от Adobe, позволяющий любому пользователю Adobe reader и бесплатного модуля расширения TerraGo использовать зарегистрированные карты, изображения и другие данные через свой веб-браузер. Стандарт GeoPDF был создан для пользователей не являющихся специалистами GIS; он становится все более важным инструментом взаимодействия для бойцов, планировщиков и разведывательного персонала, которые используют его наряду с другими приложениями.

Одним из таких приложений является программа по сбору геопространственной информации TerraGo Mobile от TerraGo Technologies, новейшая версия которой была выпущена в сентябре 2010 года и отличается улучшенными возможностями разметки. По заявлениям компании, приложение позволяет мобильным пользователям создавать точки, линии и полигоны привязки к местности на GeoPDF наряду с привязанными метками, видео- и аудиоданными. Пользователи могут также выбирать различные системы координат, измерять длину и площадь; видеть свою позицию через встроенную GPS и т.д. Пользователи TerraGo Mobile могут поделиться собранной информацией с пользователями, использующими другие приложения, например ArcGIS и Google Earth.

«Мы продолжаем улучшать мобильные элементы TerraGo в сотрудничестве с нашими потребителями с целью получения возможностей «бесшовного» взаимодействия в мобильном приложении, а также совершенствуем Terra go Toolbar для настольных и серверных приложений», – говорит вице-президент по маркетингу Крис Вотсон.

Карты и изображения GeoPDF в настоящее время широко используются многими организациями, включая национальное агентство по сбору геопространственной информации, AGC и службу геологии, геодезии и картографии, которая сообщила о том, что после внедрения стандарта GeoPDF количество скачиваний ее прямоугольных карт увеличилось со средних 4000 в месяц до почти 150000 в месяц.

Возможности GeoPDF также распространяются на сопутствующие программные средства. Одно из последних – это новая версия платформы EyeQ онлайнового доступа к цифровым изображениям от GeoEye, которая станет первым приложением своего рода, помогающим в «оперативном» создании файлов GeoPDF. Такая комбинация (результат сделки между GeoEye и TerraGo Technologies) позволит мобильным пользователям создавать и совместно использовать интерактивные геореференсные (привязанные к местности) изображения, компактные, переносные и надежные, сообщили в обеих компаниях.

Имея опыт в спутниковых изображениях высокого разрешения, компания GeoEye в настоящее время предоставляет ПО, позволяющее пользователям собирать, обрабатывать и анализировать «массивные» объемы геопространственных данных для быстрого просмотра изменений на земле и предвидения грядущих событий.

Учения Region 6 Best Warrior в Кемп Гилберт в июне 2011 года. Рядовой на переднем плане изучает карту, данную ему сержантом

Изображение повышает значение

Встраивание изображений, включая видео в цифровые карты, является ключевой характеристикой современных продуктов GIS и GEOspatial INTelligence (GEOINT), используемых аналитиками для создания карт для военных. В апреле компания BAE Systems объявила о том, что новейшая версия ее ПО SOCET GXP (Geospatial eХploitation Products) может импортировать изображения высокого разрешения со сканированной пленки и бортовых цифровых сенсоров. В компании говорят, что SOCET GXP v3.2 автоматизирует процесс создания изображений, делая постановщиков задач более «реагирующими» в боевом пространстве.

Новая версия имеет пошаговый интерфейс мастер-программы для упрощения и ускорения импорта кадров и обработки изображений. Ключевые задачи, например смена объекта слежения и классификация изображений, выполняются эффективнее посредством продвинутых алгоритмов обработки изображений, которые также помогают операторам идентифицировать отклонения и отследить следы активности за все время наблюдения.

SOCET GXP v3.2 добавляет автоматизированные инструменты для просмотра и редактирования потоков видео в реальном времени и может также конвертировать результаты анализа местности из растрового в векторный формат. BAE Systems также улучшила возможности ПО в обработке гиперспектральных и мультиспектральных изображений, добавив возможности анализа дополнительных объемов графической информации и тем самым, уменьшив зависимость от более специализированного ПО. Эти инструменты позволяет аналитикам лучше идентифицировать элементы на земле за счет проведения различия, например между камуфляжем и деревьями. ПО SOCET GXP v3.2 доступно для операционных систем Windows XP, Vista, 7 от Microsoft и 10 x 86 от Solaris.

Военная стандартная графика и символика являются также важными элементами в создании карт полезных и понятных операторам на всех боевых и оперативных эшелонах, а их быстрое добавление важно для быстрой доставки новых карт в соответствии с оперативными потребностями. Польская компания TatukGIS заявила о том, что швейцарская компания gs-soft ag использовала ее программное ядро Tatuk для создания своего ПО MssStick USB, позволяющего формировать слои и структуру подразделений на карте.

MssStick разработано в качестве средства создания слоев военных карт и координатных сеток с символикой и структурой подразделений, имеет дружественный пользовательский интерфейс, поставляется на флэш-карте USB и запускается щелчком мыши без установки. Также поддерживается сенсорное управление на планшетных компьютерах.

MssStick базируется на ПО Military Symbol Service (MSS), устанавленнм в ряде систем от Thales, Tadiran, ELTA, EADS, ELCA, gs-soft, которые используются в швейцарской армии. Вдобавок к швейцарской военной символике, ПО MSS также поддерживает NATO APP-6A и американский стандарт Mil-Std-2525B.

MssStick включает библиотеку из 2000 военных символов и тактических графических знаков. Часто используемые символы организованы в галерею для быстрого и облегченного доступа, тогда как встроенный редактор символов позволяет пользователю добавлять информацию к выбранным символам, например состояние и заполнение цветом. «Булавки» могут использоваться для представления текстовой информации на карте.

Другой особенностью является облегченная расстановка боевых подразделений и ресурсов наряду с возможностью распределения созданных координатных сеток. Поисковые функции обеспечивают быстрый поиск подразделений и точек в пределах сетки.

Функции экспорта программы MssStick позволяют быстро создавать документы в приложениях Microsoft, включая PowerPoint и Word, и экспортировать слои карты прямо в Google Earth. Документы могут быть распечатаны на бумаге или переданы в файлы PDF.

Формат TatukGIS PixelStore (БД SQL) позволяет хранить и обрабатывать растровые карты и координатные слои цифровой модели местности в фалах размером до 4 гигабайт.

Xport – это новое окно в ПО SOCET GXP используемое для тщательного анализа и быстрой визуализации. Множественные алгоритмы обработки изображений применяются к отдельным панелям в реальном времени. Панели Xport связаны друг с другом и с главной панелью Multiport для динамического обновления панелей во время работы в основном средстве просмотра. Целью является упрощение разработки за счет уменьшения времени затрачиваемого на определение и выбор соответствующего метода анализа изображений

GIS для берегового наблюдения

Компания Selex Galileo создала систему воздушного наблюдения за береговой линией Австралии, а фирма Finmeccanica использовала продукты Developer Kernel и Internet Server от TatukGIS для разработки приложения управления боевой задачей в наземных станциях, о чем и было объявлено недавно.

Австралийские таможенники используют систему, которая основывается на системе ATOS (Airborne Tactical Observation and Surveillance – воздушное боевое наблюдение и разведка) от Selex Galileo для планирования, отслеживания и оценки задач наблюдения, выполняемых самолетами и вертолетами. Система использует данные от этих платформ для разработки и поддержания тактической информационной базы данных о целях, слежения за ними и представления текущего изображения прибрежных зон.

Наземная система, собирающая информацию с различных платформ, состоит из сети рабочих станций соединенных с базой данных работающей на центральном сервере. Веб-серверное приложение ASP.NET предоставляет информацию от наземных станций удаленным операторам и реплицирует на рабочих станциях большую часть интерфейса управления картографическими данными. Веб-серверная часть системы использует интернет-сервер TatukGIS и его дополнительные флэш-модули.

Картографические данные представлены в растровом и векторном формате; растровые слои хранятся в формате базы данных TatukGIS PixelStore SQL с целью получения максимальной производительности при работе с очень большими массивами данных. Selex Galileo использовала ПО TatukGIS Editor для настольных приложений при подготовке картографического проекта.

Военная авиация использовала цифровые карты на протяжении десятилетий, получая преимущества от гораздо лучшего качества ситуационной осведомленности, которое они предоставляют. Компания Harris объявила о том, что она получила около 30 миллионов долларов по предстоящим контрактам от ВМС США по обновлению системы цифрового картографирования TAMMAC (Tactical Airborne Moving Map Capability – мобильные возможности тактического воздушного картографирования), применяемой во многих реактивных самолетах и вертолетах США и их союзников.

Обновленная TAMMAC

Основной компьютер цифровых карт TAMMAC Digital Map Computer (DMC) предоставляет два независимых канала карт, 3,1 Гбайт внутренней массовой памяти, полнорастровую графику и полный набор данных о местности в реальном времени. DMC создан для показа в кабине пилотов важнейших данных в реальном времени, особенно привязанной к местности информации, например угрозы, цели, координаты и запрещенные для полетов районы. Вычисления в реальном времени и показ взаимной видимости угроз обеспечивает пилотов беспрецедентным уровнем ситуационной осведомленности, заявляют в компании.

TAMMAC DMC также модернизируется с целью добавления эффективных алгоритмов воздушной системы предсказания сближения с землей (P-GPWS) американских ВМС.

Как заявляют в компании Harris, карты системы TAMMAC используются в самолетах американских ВМС F/A-18C/D, F/A-18E/F и EA-18G; американской морской пехоты F/A-18A/C/D, AV-8B, AH-1Z и UH-1Y; AW101 Дании и Италии; канадских CF-18 A/B и австралийских F/A-18A/B. Они также используются ВС Швейцарии, Финляндии и Испании.

В соответствии с последующими контрактами компания Harris должна поставить 14 опытных систем, которые будут включать новые встроенные графические платы для создания независимых каналов карт высокого разрешения. Компания также поставила 158 TAMMAC Digital Map Computer (DMC) и 132 TAMMAC Digital Video Map Computer (DVMC), в том числе 17 DVMC для австралийских ВВС.

Новейшие продвинутые возможности компьютеров DMC значительно повышают эффективность задачи и гарантируют, что летный экипаж работает с самым сложным представлением доступного поля боя. Новая версия DVMC обеспечивает высокое разрешение 1024x1280 цифрового мобильного канала картографических изображений.

«Эти контракты представляют собой ключевые этапы этой очень успешной, долгосрочной программы ВМС США и их международных партнеров по TAMMAC», – сказал вице-президент по авионике и электронике в компании Harris Government Communications Systems Пет Симон. – Harris поставила более 1400 комплектов TAMMAC на сегодняшний день и движется к новым этапам графических технологий с целью получения широких возможностей этой системы ситуационной осведомленности, широко используемых в боевой авиации по всему миру».

Традиционно, бумажные и цифровые карты были двухмерными представлениями трехмерного мира и показывали изменения в рельефе с помощью контурных линий и различных цветов. В настоящее время, продвинутые сенсоры, например лидар, радар и другие предоставляют изображения, которые могут быть использованы для выработки очень точных трехмерных цифровых моделей рельефа DEM (Digital Elevation Model).

В компании Harris, создающей DEM для приложений GIS, говорят что качество, разрешение и точность этих продуктов позволяют эффективнее идентифицировать и применять элементы и обеспечивают хорошо проверенную основу для трехмерного моделирования интересующих районов. Модели с высоким разрешением имеют уровень детализации, необходимый для идентификации дорог, рек, зданий и других топографических элементов.

В компании Harris применяются патентованные инструменты для регистрации, монтажа и слияния данных о местности в большие, бесшовные модели. Сложные алгоритмы обеспечивают контроль качества и могут интерполировать и заполнять пустоты, вызванные отсутствием данных или помехами между сенсорами и землей. Современные технологии заполнения геопространственных пустот создают точные закладки, которые также визуально привлекательны. Автоматизированный процесс получения DEM создает цифровые модели поверхности DSM (Digital Surface Model) и цифровые модели рельефа DTM (Digital Terrain Model). DSM – это модель высот, которая точная описывает поверхность земли, включая растительность, здания и искусственные объекты. DTM – модель рельефа только земной поверхности, которая иногда называется моделью «голой» земли. С целью формирования текстуры в изображение могут закладываться складки местности по любому их этих типов моделей.

Военнослужащие афганской армии изучают картографические данные во время операции в восточном Афганистане. Американское командование силами специального назначения наблюдает за операцией, которая требует от командира выполнения разведывательных и штурмовых маневров

Приход геовизуализации

С приходом точных трехмерных цифровых карт и производительных дисплеев появилась возможность получать своего рода изображение виртуальной реальности, которое может быть использовано для достижения более глубокого понимания окружающей обстановки и даже для репетиции задач в сложном пространстве городского боя. Такую тактическую «геовизуализацию» в реальном времени предлагает компания Elbit Systems, например, в виде своего комплекта программ для разработчика MAPCORE Software Development Kit (SDK).

MAPCОRE, как утверждают в компании, предназначен для нужд полевых командиров для быстрого доступа к «высококачественной, релевантной визуальной информации базирующейся на геопространственных данных, изображениях и видео из удаленных хранилищ или от наземных или воздушных сенсоров реального времени». MAPCORE обеспечивает быстрые бесшовные средства для разработчиков ПО, создающие и интегрирующие геопространственные возможности визуализации в существующие и новые приложения, которые по сообщениям компании были развернуты в «десятках» приложений по всему миру.

В компании Elbit Systems говорят, что приложения на базе MAPCORE быстро внедряются в установленную клиентскую часть, в установленный «тонкий» клиент или в веб-сервис без ухудшения характеристик или визуального качества. MAPCORE может работать напрямую с большинством общих форматов GIS данных или автоматически конвертировать данные в свой собственный оптимизированный формат.

MAPCORE используется для создания мобильных карт для систем навигации, а также при планировании задач, в создании отчетов и приложениях анализа местности. Он также используется в приложениях C4ISR и воздушных системах управления, а также тренажерах и других обучающих устройствах.

Карты в форме продвинутой системы GIS могли бы также стать важным фактором мультиорганизационных подходов к комплексным операциям, например задачам по нейтрализации самодельных взрывных устройств. В январе на конференции Defence Geospatial Intelligence 2011 в Лондоне, возглавляемая ESRI команда, организовала демонстрацию возможности взаимодействия при борьбе с СВУ, в которой система ArcGIS свела вместе множественные информационные потоки. Это позволило провести различными участниками всесторонний анализ, а результаты, наложенные на карты, и изображения затем распределялись на разных эшелонах.

Геопространственная информационная система ArcGIS от ESRI свела вместе различные приложения, включая SOCET GXP от BAE Systems, обработку изображений от ITT Envi, платформу объединения информационных данных CLARITY от i2, коммуникационные приложения от Cobham MMI, приложение командования и управления от Systematic и спутниковые изображения от компании Digitalglobe. Демонстрация предусматривала принятие решений на всех этапах операции, от ориентирования и анализа до планирования, действия и оперативного разбора. Проверялись такие задачи как сбор информации, оценка угроз, планирование и повторение задачи, оперативное распределение задач и оценка повреждений сети после выполнения.

Как военный инструмент простая карта прошла большой путь, и ее путешествие еще далеко не закончилось.

3D картографирование

3D проекция – это любой метод отображения 3D координат на двухмерной плоскости. Поскольку большинство нынешних методов показа графических данных базируется на плоском 2D носителе, применение этого типа проекции широко распространено, особенно в компьютерной графике, проектировании и отрисовке карт.

Детальное знание географической информации является основным фактором при планировании и успешном выполнении задачи. Решение Rapid 3D Mapping от Saab обеспечивает тактические преимущества, позволяя быстро создавать высокодетализированные 3D карты фактической местности. Система захватывает изображения рельефа с пилотируемых воздушных судов и/или БПЛА. В течение нескольких часов программа Rapid 3D Mapping генерирует подробные трехмерные карты любой местности.

При помощи программы Saab Rapid 3D Mapping во время полета за несколько часов системой автоматически создается трехмерная карта пролетаемой территории. Возможно создание 3D-карт над обширными районами, поскольку этот процесс быстрый и полностью автоматизирован. Регистрация данных достигается либо за счет использования специализированного регистрационного оборудования, либо имеющихся сенсоров на борту самолета, вертолета и/или БПЛА, например SKELDAB или SKYLARK.

Точность результатов зависит от наличных сенсоров. Для самолета типичное покрытие составляет 100 км2 в час с разрешением 0,1 метра на уровне земли. В полностью автоматизированном режиме время обработки 3D-карты в пять раз больше времени полета. В зависимости от потребного разрешения, а также размера охватываемой зоны 3D-карта будет готова от нескольких минут до нескольких часов. При необходимости 3D модель может быть создана и на поле боя.

Исследователи компании Boeing добавили еще одно измерение к картам, которое можно получить с помощью «обстрела» с воздуха местности лазерными лучами. Система формирования изображений первоначально весила 80 фунтов, а сейчас при массе не более 20 фунтов имеет размеры ранца. Подразделение по системам направленной энергии компании Boeing недавно испытало эту 3D камеру на борту воздушного шара в Нью-Мексико, где был отсканирован ландшафт и созданы карты реки Рио-Гранде. В октябре 2010 года инженеры установили ее в вертолет для выяснения возможности видеть сквозь препятствия подобные листве и деревьям. Это картографическое устройство смогло найти человека с муляжом ручного гранатомета на дереве. Данные могут быть также переделаны в голограмму с целью помочь наблюдателям определить, когда что-то или кто-то пришел в определенное место, а затем ушел. Система очень чувствительна и может определять даже отдельные фотоны. Она может использоваться для обнаружения пещер и туннелей, а также отображения рельефа. Boeing в настоящее время работает над трансляцией в реальном времени так, чтобы изображения могли передаваться с летательного аппарата на экран компьютера на земле.

Компания 3D Mapping Solutions из Германии является одним из ведущих экспертов в кинематической съемке дорожных и железнодорожных сетей. Компания предлагает сервисы, аппаратные и программные средства, также как консультационные услуги в области кинематической съемки. С помощью многосенсорной системы, состоящей из инерциального измерительного блока, дифференциальной глобальной системы (радио)определения местоположения (DGPS) и линейного одометра, по всей траектории модуля определяется его 3D-позиция и ориентация.

Британская компания 3D Laser Mapping является мировым лидером по разработке решений в лазерном сканировании для картографирования, шахтных работ и промышленности. Компания специализируется на интеграции оборудования лазерного сканирования с собственным ПО и периферийными устройствами с целью создания современных решений, включая одну из самых точных мобильных картографических систем STREETMAPPER и одну из ведущих мониторинговых систем SITEMONITOR.

Компания KVH недавно опубликовала пример практического применения компаниями Paravion and Churchill Navigation своей навигационной системы непрерывного действия KVH CNS-5000 для динамического картографирования в усложненной расширенной реалистичной среде. Как описано в примере, технология картографирования применяется правоохранительными органами, которые координируют личный состав в воздухе и на земле, отслеживая и задерживая подозрительных лиц. Это идеальный пример требуемых стандартов (и почти бесконечных возможностей) технологии картографирования следующего поколения.

Объединенный штаб ВВС. На заднем плане экраны с картографической информацией.