Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния вопроса и определение направления исследований 11
1.1. Анализ подходов по практическому применению инженерной геометрии и компьютерной графики в области решения топогеодезиче-ских и навигационных задач 11
1.2. Анализ существующих систем моделирования и визуализации поверхностей для определения геометрических характеристик участков местности 16
Выводы по первой главе 31
Глава 2. Метод сглаженных коэффициентов для конструирования поверхности участка местности по дискретным данным 33
2.1. Анализ существующих методов конструирования поверхностей 33
2.2. Разработка метода сглаженных коэффициентов для конструирования поверхности участка местности по частично неопределенным исходным данным цифровой модели местности 37
2.2.1. Аппроксимация дискретных обводов полиномами высоких степеней 38
2.2.2. Анализ способов интерполирования дискретного обвода 43
2.2.3. Разработка алгоритма метода конструирования поверхности участка местности по частично неопределенным исходным данным цифровой модели местности 47
2.3. Разработка методики оценки степени адекватности модели исходному участку местности 52
Выводы по второй главе 60
Глава 3. Определение локальных дифференциальных характеристик моделей топографических поверхностей 62
3.1. Построение индикатрисы Дюпена и определение типа точки на модели топографической поверхности 62
3.2. Выбор способа определения локальных дифференциальных характеристик поверхностей участков местности 72
Выводы по третьей главе 80
Глава 4. Решение задач наземной навигации на основе геометрического моделирования топографических поверхностей методом сглаженных коэффициентов 82
4.1. Определение основных параметров проходимости многоосных транспортных средств специального назначения 82
4.2. Методика оперативного определения профильной проходимости произвольных маршрутов движения МТССН по неразведанной местности 90
4.3. Методика определения зон видимости для решения тактических задач в условиях горной местности 97
Выводы по четвертой главе 108
Заключение 109
Список литературы 114
Приложения 124
- Анализ существующих систем моделирования и визуализации поверхностей для определения геометрических характеристик участков местности
- Разработка метода сглаженных коэффициентов для конструирования поверхности участка местности по частично неопределенным исходным данным цифровой модели местности
- Выбор способа определения локальных дифференциальных характеристик поверхностей участков местности
- Методика оперативного определения профильной проходимости произвольных маршрутов движения МТССН по неразведанной местности
Введение к работе
Конструирование поверхностей и их описание с помощью средств прикладной геометрии играют важную роль во многих отраслях науки и техники. Очевидными примерами этого являются разработка иs производство автомобильных кузовов, корабельных корпусов, авиационных фюзеляжей и крыльев и т.п. В этом случае сущность конструирования либо по функциональным, либо по эстетическим причинам составляет форма или геометрия поверхности. Не меньшее значение имеет использование прикладной геометрии в военнойсфе-ре. Новое и перспективное вооружение, возрастающие боевые возможности войск и сил потенциальных противников значительно усложняют выполнение задач по применению и обеспечению войск. Концепция противника на проведение первых наземно-воздушных операций, предполагающих расчленение войск, срыв перегруппировки и подвоза материальных средств, предъявляет новые требования.к обеспечению маневра силами и средствами в динамично меняющихся условиях окружающей обстановки.
История войн и опыт, полученный в ходе проведения войсковых учений, свидетельствуют [4, 16, 37, 51], что умелое использование особенностей рельефа, местности способствует успеху в выполнении боевых задач, более эффективному применению оружия и боевой техники.
В бою войска передвигаются там, где это необходимо по условиям обстановки и где позволяют условия местности. Поэтому определение возможности передвижения транспортных средств специального назначения (ТССН) вне дорог имеет особо важное значение. На проходимость местности вне дорог большое влияние оказывает характер рельефа; почвогрунтови растительности, наличие естественных и искусственных препятствий (болот, рек, озер и др.). Рассмотрение вопросов передислокации подразделений транспортных средств специального назначения (ТССН) в условиях огневого воздействия противника выявляет противоречие между необходимостью обеспечения увеличения средней скорости движения этих транспортных средств по неразведанной местно --сти вне существующей дорожной сети и отсутствием методов оперативного определения геометрических характеристик поверхностей участков местности в полосе предполагаемого маршрута движения. Это противоречие порождает научную проблему оперативного автоматизированного определения характеристик внутренней и внешней геометрии поверхности участков местности в условиях недостатка геодезической информации для моделирования земной поверхности с точностью, достаточной для определения параметров проходимости ТССН [17,.40, 98]. В плане решения указанной научной проблемы можно сформулировать ряд научных задач, обеспечивающих создание научно-методического аппарата оперативного определения геометрических характеристик маршрута движения ТССН в условиях недостаточности и частичной неопределенности геодезической информации с учетом существующих средств и обоснование с его помощью рекомендаций по прокладке маршрутов движения мобильных средств специального назначения по неразведанной местности. Решение этих задач в данной работе подтверждает актуальность проводимых нами исследований.
Существующие методы прокладки маршрута движения ТССН требуют значительных материальных и временных затрат на разведку местности, по которой предполагается осуществлять движение. Поэтому, с целью сокращения этих затрат, можно использовать математическое описание местности и маршрутов движения, что является необходимым условием для оптимального решения навигационных задач. Построению математических моделей поверхности отдельных участков местности посвящено большое количество научных работ различных авторов [9, 22, 81, 94, 95, 103 и др.], но предлагаемые ими методы и подходы не в полной мере обеспечивают решение задач моделирования и определения геометрических характеристик геоповерхностей по параметрам точности и оперативности.
Разработанный в данной работе метод математического моделирования поверхностей позволит решать ряд задач, связанных с определением геометрических характеристик проходимости участков местности, по которым предпо - лагается прокладывать маршрут движения TGCH. Для получения этих характеристик требуется решить задачи внутренней геометрии поверхности, позволяющие определять единичные векторы некоторого ортогонального базиса произвольной кривой или поверхности в трехмерном пространстве. Решение приведенной выше задачи позволит более точно описать поверхность и опреде- лить участки местности, удовлетворяющие условиям проходимости TCGH. Кроме того, разработанный метод может использоваться для моделирования участков местности с целью определения зон видимости, что обеспечит более эффективное проведение визуальной разведки, целеуказания, решение вопросов обеспечения бесперебойной связи в различных условиях боевой обстановки.
Цель работы. Разработка методов и методик моделирования-поверхности участков местности и определения их специальных геометрических характеристик для решения прикладных задач наземной навигации.
Цель исследования достигается решением следующих основных задач:
- провести анализ существующих систем моделирования и визуализацию поверхностей для определения специальных геометрических характеристик участков местности;
- синтезировать метод конструирования поверхности участка местности по частично неопределенным исходным данным цифровой модели местности;
- разработать методику оценки степени адекватности модели исходному участку местности;
- разработать рекомендации по применению методов определения локальных дифференциальных характеристик сложных топографических поверхностей;
- разработать методику оперативного определения профильной проходимости произвольных маршрутов движения многоосных транспортных средств специального назначения (МТССН) по неразведанной местности;
- разработать методику определения зон видимости для решения тактиче ских задач в условиях горной местности.
Методика-исследований; Поставленные в работе теоретические и прикладные задачи решаются синтетическими методами теории изображений, проективной и алгебраической геометрии с использованием теории алгебраических кривых и поверхностей, специальных разделов вычислительной математики и программирования. Конструируемые поверхности исследуются графоаналитическими методами.
Теоретической основой для разработки способов конструирования алгебраических кривых линий и поверхностей послужили исследования Н.Ф. Четве-рухина, И;И; Котова, С.А. Фролова, A.M..Тевлина, В.Е. Михайленко, В.А. Бусыгина, Н.Н. Рыжова, B.C. Обуховой, В.А. Осипова, Г.С. Иванова, А.В. Павлова, А.Л. Подгорного, К.М. Наджарова, Л.Г. Нартовой; Ю.С. Завьялова, А.Д. Тузова, В.И. Якунина, С. Хелгасона, Д. Роджерса, Дж. Адамса и др.
Научная новизна исследований заключается в следующем:
- синтезирован метод сглаженных, коэффициентов, для конструирования поверхности участка местности по частично неопределенным исходным данным цифровой модели местности;
- разработана методика оценки степени адекватности модели поверхности моделируемому исходному участку местности;
- разработана методика оперативного определения:профильной проходимости произвольных маршрутов движения многоосных транспортных средств специального назначения по неразведанной местности на основе использования метода конструирования поверхности участка местности;
- разработана методика определения зон видимости для решения тактических задач в условиях горной местности.
Практическая ценность работы заключается • в том, что за счет применения разработанного научно-методического аппарата удалось, в среднем, в 8,4 раза снизить трудоемкость процесса определения параметров маршрутов движения. При этом точность работ по определению профильной проходимости произвольных маршрутов движения и определению зон видимости в горных -условиях была повышена на 42%, а время, затрачиваемое на определение зон видимости, уменьшено в среднем в 17,2 раза.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Метод сглаженных коэффициентов для конструирования поверхности участка местности по частично неопределенным исходным данным цифровой модели местности.
2. Методика оценки степени адекватности модели поверхности реальному исходному участку местности.
31 Методика оперативного определения профильной проходимости произвольных маршрутов движения многоосных транспортных средств специального назначения (МТССН) по неразведанной местности.
4; Методика определения зон видимости для решения тактических задач в условиях горной местности.
Результаты диссертационной работы были апробированы:
- на пяти Межведомственных научно-технических конференциях (Серпуховский военный институт ракетных войск, 1999, 2000, 2001; 2002, 2003 год); - на научном семинаре (Москва, МАИ, кафедра Прикладной геометрии, 2002 год);
- на научном семинаре (Серпуховский военный институт ракетных войск, кафедра Инженерной графики, 2003 год);
- на научном семинаре (Серпуховский военный институт ракетных войск, кафедра Систем прицеливания и наземной навигации, 2003 год).
Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы из 116 наименований. Диссертация объемом 124 страницы включает 27 рисунков и одно приложение.
Во введении к диссертации обоснована актуальность выбранной темы, раскрыты цель и содержание поставленных задач, указаны применяемые методы исследования, показана научная новизна и практическая значимость работы, перечислены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе проведен анализ возможности практического примене ния методов инженерной геометрии и компьютерной графики в области решения топогеодезических и навигационных задач, рассмотрены существующие методы.решения этих задач. Проведен анализ существующих систем моделирования и визуализации поверхностей для определения геометрических характеристик участков местности. В ходе анализа выявлены положительные и отрицательные стороны этих систем для решения теоретических и практических задач, поставленных в данной работе. На основе проведенного анализа сделаны выводы об ограниченной возможности использования существующих систем моделирования сложных произвольных поверхностей и необходимости разработки новых методов моделирования.поверхностей различных участков местности для решения поставленных задач.
Во второй главе на основе анализа существующих методов конструирования поверхностей и применения различных способов аппроксимации и интерполяции обоснован выбор структуры разрабатываемого метода конструирования поверхности участка местности. Проведено исследование точности аппроксимации профилей поверхностей участков местности полиномами различных степеней. Результаты исследования показали, что оптимальным, с точки зрения точности аппроксимации сложной топографической поверхности и вычислительных затрат, является полином 9-й степени. Обосновано использование кубических сплайнов для интерполяции коэффициентов аппроксимирующих полиномов.
Введено понятие коэффициента масштабируемости модели и разработана методика оценки степени адекватности модели моделируемому участку местности. С использованием данной методики проведено исследование степени адекватности ряда моделей местности, полученных при использовании различных методов моделирования, при различных коэффициентах масштабируемости.
В третьей главе на основе анализа существующих подходов к определению локальных геометрических и дифференциальных характеристик сложных --поверхностей обоснована необходимость применения и выбор методов определения:
- касательной плоскости в данной точке исследуемой поверхности;
- коэффициентов первой и второй основных квадратичных форм поверхности;.
- кривизны кривой на поверхности;
- главных кривизн и построения индикатрисы Дюпена в исследуемых тониках.
Разработаны рекомендации по практическому использованию методов определения локальных дифференциальных характеристик сложных топографических поверхностей при решении задач наземной навигации.
В четвертой главе, на основе разработанного метода сглаженных коэффициентов для конструирования поверхности участка местности по частично неопределенным исходным данным цифровой модели местности и рекомендаций по определению локальных геометрических и дифференциальных характеристик сложных поверхностей, разработаны две методики. Первая методика позволяет оперативно и с минимальными затратами ресурсов определять параметры профильной проходимости маршрутов движения МТССН по неразведанной местности и на их основе делать заключение о проходимости предполагаемого варианта маршрута. Вторая методика позволяет строить на карте поверхности земли границы участков местности, видимых из произвольно выбранных точек наблюдения, с целью решения тактических задач в условиях горной местности.
В заключении изложены основные результаты теоретических исследований. Даны практические рекомендации по использованию этих результатов, рассмотрены перспективы продолжения исследований.
Анализ существующих систем моделирования и визуализации поверхностей для определения геометрических характеристик участков местности
При решении многих задач наземной навигации возникает необходимость построения модели поверхности участков местности. В настоящее время для этих целей используются аппаратные, программные, методические и организационные средства геоинформационных систем. Для построения модели поверхности необходимо иметь ряд исходных данных, описывающих заданный район местности, которые могут быть представлены в виде [50]: - цифровых топографических карт; - различных тематических карт; - картографических баз данных; - классификаторов элементов топографической информации; - стилей и шаблонов условных обозначений; - программного обеспечения для визуализации картографических материалов; - действующих нормативно-технические документов. Кроме этого, существуют несколько основных способов представления данных для хранения информации о рельефе поверхности: - использование регулярной сетки высот (карта высот); - использование иррегулярной сетки вершин и связей, соединяющих эти вершины (простая триангулизированная карта); - хранение карты рельефа местности. В этом случае хранятся не конкретные данные о высотах в тех или иных точках местности, а информация об использованных сегментах, описываемых аналитическими выражениями. При этом создается некоторое количество заранее построенных сегментов участка местности, а на карте указываются толь ко индексы этих сегментов, по которым определяется положение этого сегмента на описываемом участке местности.
В случае использования регулярной сетки высот данные представляются в виде двухмерного массива точек с координатами х,у и соответствующих им координат z. Это позволяет эффективно использовать многие методы аппроксимации и интерполяции для построения профилей поверхности, полученных в результате ее рассечения фронтальными и профильными плоскостями уровня.
Применение иррегулярной сетки вершин и соединяющих их связей в некоторых частных случаях позволяет использовать значительно меньше информации для описания рельефа участка местности. Использования этого способа дает выигрыш в виде увеличения скорости моделирования в случае построения моделей равнинной местности.
Использование третьего способа - посегментиой карты высот дает ряд преимуществ, в виде: возможности представления больших открытых пространств простыми средствами; возможности хранения в описании сегмента информации об объектах, расположенных на местности, им описываемой; возможности создания нескольких вариантов одного и того же сегмента при разной степени детализации; Существенным недостатком, ограничивающим практическое применение этого способа, является трудно разрешимая проблема стыковки разных сегментов между собой.
Анализ перечисленных выше способов представления данных для хранения информации о рельефе местности [100] показал, что для решения ряда задач наземной навигации (определение параметров маршрута движения транспортных средств по неразведанной местности, определение зон видимости и др.) целесообразнее всего использовать первый способ.
Для получения исходных данных для карты высот в настоящее время используют спутниковые методы определения местоположения точек на местно сти. Эти методы являются составной частью GPS-технологии [25], основанной на системе искусственных околоземных спутников Глобальной системы позиционирования - GPS NAVSTAR; станций слежения и контроля, а также специальной аппаратуре, позволяющей получать координаты точек в пространстве с точностью до нескольких сантиметров. Область использования GPS довольно обширна и поэтому так называемые GPS-приемники получили в мире широкое распространение. Спутниковая технология не только имеет ряд преимуществ перед традиционными; методами геодезических измерений, но и дает совершенно новые возможности для решения практических задач. В настоящее время в России и странах бывшего СССР насчитываются сотни комплектов навигационной аппаратуры потребителя (НАП), которые используются в научно-исследовательских и практических целях.
Положение объекта на Земле вычисляется по измеренному расстоянию до космического спутника. Для определения положения объекта нужно иметь результаты не менее трех измерений. Расстояние до спутника определяется путем измерения времени прохождения радиосигнала от спутника до антенны GPS-приемника.
Число областей применения GPS-средств можно систематизировать по содержанию основных задач, решение которых позволяет [69]: - определять текущие координаты объекта; - определять три составляющие скорости объекта; - определять точное время (с точностью не менее 0,1 с); - вычислять истинный путевой угол объекта; - принимать и обрабатывать вспомогательную информацию. Местоположения объектов в реальных условиях эксплуатации определяется с точностью до нескольких метров. Это очень высокая точность для большинства задач навигации. Возможно проведение измерений Земли и ее поверхности (землеустроительные задачи, привязка и координирование строительных объектов, картография,, дистанционное зондирование, геофизика, геология и ДРО Наиболее мощные технические средства геодезического назначения, представляют собой не отдельные приемники, а целые измерительно-вычислительные комплексы. Они снабжены, и линиями радиосвязи, и внешними компьютерами, и программами постпроцессорной обработки. Здесь точность измерений может доходить до долей сантиметра [21, 25].".
Разработка метода сглаженных коэффициентов для конструирования поверхности участка местности по частично неопределенным исходным данным цифровой модели местности
Единственным способом получения информации о пространственном положении точек на поверхности различных участков местности, приемлемым по технико-экономическим параметрам, является способ определения цифровых значений координат точек в.трехмерной системе координат [69]. Для этого требуется проведение геодезической съемки, определение параметров с помощью спутниковых систем навигации и т.п. В настоящее время накоплено достаточное количество подобной информации для большей части территории нашей страны. Но для решения некоторых частных задач наземной навигации необходимо наличие электронных карт очень большого масштаба, по которым можно было бы определять параметры маршрутов движения различных технических средств. Для решения таких задач требуется создание электронных карт с очень, малым расстоянием между узлами опорной сетки (1-т-З метра). Геодезическая съемка поверхности участков местности для решения подобных задач сопряжена с рядом проблем. Использование для этого спутниковых систем навигации требует, кроме всего прочего, больших временных затрат.
Поэтому, наиболее приемлемым подходом при решении задач определения параметров произвольных маршрутов движения по неразведанной местности в условиях ограничений по времени является решение задачи методами интерполяции и аппроксимации дискретных исходных данных.
Построение математических моделей поверхности отдельных участков местности по дискретным исходным данным может быть осуществлено многими известными способами, являющимися, по сути, способами автоматизированного конструирования поверхности. Наиболее часто используются методы линейной интерполяции. Но получаемая при этом точность не удовлетворяет требованиям решения ряда специальных задач.
Исходя из сказанного выше, основной задачей наших исследований является: - разработка метода конструирования поверхности участка местности по сетке частично неопределенных исходных данных, получаемых из электронных карт; - разработка методики проверки степени адекватности моделей, построенной по разработанному методу, исходным участкам местности. Для решения этой задачи разработан метод формирования модели участка местности, который заключается в аппроксимации исходных данных полиномами высоких степеней и интерполяции их коэффициентов для получения значений в любой точке моделируемой поверхности.
При решении задачи аппроксимации заданную точечную кривую необходимо приблизить полиномом так, чтобы отклонение от данной кривой было наименьшим. При этом большую роль играет теорема Вейерштрасса: «Любую функцию на отрезке [а9 b] можно приблизить сколь угодно точно полиномом достаточно высокой степени» [64]. Аналогичные теоремы справедливы для функций двух и большего числа переменных. Таким образом, можно аппроксимировать достаточно точно практически любую дискретную кривую [105]. Рассмотрим кривую, которая в декартовых координатах имеет уравнение вида у = а0 + а, , + а2х +... + атХу .
Так как каждое yi содержит ошибку измерения, то необходимо стремиться к тому, чтобы число замеренных величин превышало количество парамет -39-ров. Наиболее часто употребляемым способом аппроксимации данных является метод наименьших квадратов (МНК) [64], обеспечивающий необходимую точность. При проведении численного эксперимента, показывающего применимость метода при решении поставленных задач, для получения коэффициентов аппроксимации использовались исходные данные цифровой модели реального участка местности, значения которых приведены в Приложении 1. Расчеты проводились полиномами различных степеней (от второй до двадцатой).В качестве иллюстрации на рис. 2.1 показаны результаты вычислений аппроксимирующего полинома различных степеней для одного из сечений исследуемой поверхности. Полученные данные позволили провести оценку точности аппроксимации. Для этих целей использовались методы математической статистики.
Анализ полученных результатов позволяет сделать ряд выводов. Во-первых, с увеличением степени полинома точность аппроксимации увеличивается нелинейно. Во-вторых, при больших степенях полинома в крайних точках кривой появляются нежелательные осцилляции, сводящие на нет положительный эффект от увеличения степени полинома. Это хорошо видно из рис. 2.1. для полиномов 15-й и 19-й степени.
Для определения степени полинома, дающей оптимальную точность аппроксимации, были выполнены вычисления ее погрешности. На рис. 2.2 показан график изменения-суммарной ошибки аппроксимации в зависимости от степени аппроксимирующего полинома.
Выбор способа определения локальных дифференциальных характеристик поверхностей участков местности
Проведенный выше анализ показывает, что рассмотренный аналитический аппарат позволяет определять локальные геометрические и дифференциальные характеристики простых поверхностей, заданных как график функции z = f(x,y), В этом случае коэффициенты первой и второй квадратичных форм можно определить достаточно просто. В рассматриваемых задачах будем считать, что две из декартовых координат xty играют роль криволинейных координат u,v на поверхности, а третья декартова координата z выражена как функция х,у. В этом случае в данной точке строится соприкасающаяся поверхность вида [95] Ax2 + By2+Cz2 + Dxy + Eyz + Fzx + Gx + Hy + Ix + K = 0. (3.38) Эта поверхность будет аппроксимировать исследуемую поверхность в заданной точке с точностью до второй производной [92, 93, 95]. Определитель такой поверхности будет состоять из девяти параметров, а геометрически это означает, что поверхность второго порядка может быть определена девятью независимыми параметрами, например, девятью точками. В результате упрощений и преобразований, используя математический аппарат аналитической геометрии, уравнение поверхности второго порядка (3.38) можно привести к одному из канонических видов.
Определяя геометрические характеристики аппроксимирующей поверхности, можно также определить и характеристики исследуемой исходной поверхности, так как обе они будут иметь ту же самую индикатрису Дюпена, и их нормальные кривизны будут совпадать в любом направлении [9, 24, 44, 74].
Вычислив значения коэффициентов первой квадратичной формы можно определить и коэффициенты второй квадратичной формы поверхности.Используя полученные выше зависимости можно определять геометрические и дифференциальные характеристики в заданных точках для поверхностей, заданных неаналитическими способами. В частности при моделировании поверхностей участков местности разработанным во второй главе методом сглаженных коэффициентов.
Это дает возможность решать задачи: - по определению параметров проходимости маршрутов движения многоосных транспортных средств специального назначения по неразведанным участкам местности; - по определению зон видимости на различных участках местности и разных расстояниях от наблюдателя; - по определению зон затопления и т.п.
Анализ особенностей топографических поверхностей показал, что их моделирование с приемлемой для решения практических задач точностью на основе аналитического способа задания, а именно, в виде F(x, у, z)=0, затруднено. Следовательно, использование известных методов определения кривизн и углов наклона касательных непосредственно в произвольных точках этих поверхностей невозможно.
Для решения этих задач целесообразно использовать соприкасающиеся поверхности, которые позволяют известными методами определять геометрические характеристики исследуемых топографических поверхностей в точках соприкосновения. Так как по определению соприкасающихся поверхностей они имеют общие с исследуемой топографической поверхностью касательные плоскости и кривизны.
Для определения геометрических характеристик топографических поверхностей, построенных на основе разработанного во второй главе метода сглаженных коэффициентов, был выбран соприкасающийся эллипсоид. Этот выбор обоснован тем, что эллипсоид является центральной поверхностью вто -81-рого порядка и позволяет, в зависимости от решаемых практических задач, определять кривизну в точке соприкосновения различными методами.
Построение соприкасающегося эллипсоида в исследуемой точке топографической поверхности позволяет определить кривизну поверхности в этой точке в любом направлении (при рассечении поверхности горизонтально проецирующими плоскостями). Однако, при решении задач по определению радиусов закругления для проверки проходимости маршрутов движения многоосных транспортных средств специального назначения, во многих случаях достаточно выбрать горизонтально проецирующие плоскости, проходящие через оси эллипсоида. Это позволяет значительно упростить вычисление исследуемых параметров.
В соответствии с общей научной задачей, решаемой в диссертационной работе, разработаны рекомендации по выбору конкретного способа определения локальных дифференциальных характеристик поверхностей в зависимости от особенностей решаемой практической задачи (проверки проходимости маршрутов движения транспортных средств специального назначения, определения зон видимости и т.п.) и характера участков местности.
Методика оперативного определения профильной проходимости произвольных маршрутов движения МТССН по неразведанной местности
В ходе выбора возможного маршрута движения МТССН система поддержки принятия решений на основе информации о несущей способности грунтов, наличии лесных массивов, водоемов и т.п. в районе предполагаемого движения формирует некоторое множество маршрутов движения Ат. Задачу, решаемую при определения профильной проходимости каждого из этих маршрутов, можно сформулировать следующим-образом; Необходимо в любой точке маршрута движения определить углы продольного и поперечного уклона и радиусы продольного и поперечного закругления, сравнить их с заданными предельными значениями этих параметров и на основе полученной информации выдать заключение о проходимости данного маршрута для движения МТССН.
Исходными данными для решения этой задачи являются: электронная карта местности тар ; значения параметров с зад»Рзад иад 2зад профильной проходимости транспортных средств для которых формируется маршрут движения; требуемый шаг сетки а для определения этих параметров и координаты множества точек предполагаемых маршрутов движения Ат = [хя,.уя].
Критерий оценки возможности перемещения МТССН по тому или иному маршруту движения можно сформулировать следующим образом: на предполагаемом маршруте движения величины углов наклона участка местности в продольном и поперечном направлении-должны быть не более, а радиусы продольного и поперечного закругления поверхности не менее допустимых для двигающегося по этому маршруту МТССН;
Исходя из поставленной задачи и определенных критериев оценки в результате проведенных исследований была разработана методика оперативного определения профильной проходимости произвольных маршрутов движения многоосных транспортных средств специального назначения по неразведанной местности. Структурная схема алгоритма этой методики представлена на рис. 4.3. Рассмотрим ее составные части.
Для решения данной задачи в первую очередь необходимо ввести исходные данные, которыми1, являются параметры профильной проходимости МТССН и электронная карта участка местности по которому планируется перемещение МТССН. В! первом блоке структурной схемы алгоритма методики вводятся предельные значения продольного ссзад и поперечного Рзад углов наклона, продольного и поперечного радиусов закругления ЯЪад и Я2зад соответственно. Участок местности, по которому предполагается движение транспортных средств, вводитсяв виде матрицы координат высот точек над уровнем моря с определенным шагом сетки. Далее, на основе этой матрицы конструируется модель поверхности;
Результаты работы по разработанной методике приведены на рис. 4.5, где показаны два предполагаемых маршрута движения..Первый маршрут, начиная с точки А, признан непроходимым. Второй маршрут на исследуемом участке местности является проходимым для МТССН с заданными параметрами профильной проходимости.
Критерием качества данной методики является оперативность - определения проходимости различных маршрутов движения. Для проверки по этому критерию качества разработанной методики была проведена оценка времени, необходимого для определения проходимости 14 маршрутов движения по различным участкам местности. При этом сравнивалась оценка, полученная в результате работы по данной методике, и усредненная,оценка, полученная в результате независимой работы по существующей методике [71] семи экспертов. В результате установлено, что при определении проходимости маршрутов движения по разработанной методике среднее время, необходимое для выполнения этих работ, уменьшилось в 8,4 раза.
Используя математическую модель поверхности, метод конструирования которой был разработан во второй главе, можно решать задачи по определению на этой поверхности полей невидимости и положение их границ. Полями невидимости будем считать участки местности не просматриваемые из заданной точки, находящейся на поверхности земли или на заданной высоте над ее поверхностью. Положение их границ на карте определяется построением профилей местности, что обеспечивает наглядное изображение общего характера неровностей, относительно крутизны их скатов. Полученные данные используются для осуществления разведки, которая является важнейшим видом боевого обеспечения [2, 4] и ведется в любых условиях обстановки в целях добывайия сведений о противнике. Одним из способов войсковой разведки является наблюдение, которое организуется во всех видах боя и ведется так, чтобы обеспечить наилучший просмотр противника и местности перед фронтом и на флангах.
В настоящее время при организации боя условия наблюдения по существующим методикам [16, 37, 71] изучают, прежде всего, по топографической карте, по которой определяют высоты, позволяющие хорошо просматривать местность, занятую противником, поля невидимости в его расположении, видимость объектов и отдельных участков на направлении предстоящих боевых действий. При определении условий наблюдения по топографической карте рассчитывают дальность видимости горизонта и объектов на местности, наносят на карту поля невидимости и определяют взаимную видимость точек. Положение границ полей невидимости на топографической карте определяется путем построения профилей местности, представляющих собой чертежи следов сечения поверхности Земли горизонтально проецирующими плоскостями. Профили строят на листе бумаги, разграфленном параллельными горизонтальными линиями.
