К вопросу о стереологическом анализе операционного направления при управлении войсками

ВОЕННАЯ МЫСЛЬ № 4/2001, стр. 24-30

К вопросу о стереологическом анализе операционного направления при управлении войсками

Генерал-майор С.А. ЗОТКИН,

кандидат военных наук

Подполковник Е.М. ЗАЙЧИК,

кандидат технических наук

Подполковник И.А. КУБАСОВ,

кандидат военных наук

В СОВРЕМЕННЫХ операциях значительно повышаются требования к качеству управления войсками (силами) и оружием. Это обусловлено прежде всего тем, что успешность ведения военных действий все в большей степени зависит от управления войсками, а также тем, что идет дальнейшее наращивание всех видов воздействий противоборствующих сторон на информационно-интеллектуальную сферу как военного, так и государственного управления в целях их дестабилизации. Информация, которая поступает в органы управления войсками, характеризуется большим объемом и многоаспектностью. Прежде чем принять решение, необходимо осуществить структурирование и ранжирование информации. Данная задача (при подготовке и проведении операции) должна решаться на единой методологической основе моделирования операции, что позволяет выбирать различные уровни детализации и обобщения информации. В связи с этим нужны новые подходы к моделированию большого количества динамических характеристик, описывающих условия ведения операций и методы их применения в практике войск.

Если в древности система управления войсками, как правило, включала один орган управления, это был военачальник, то с течением времени она приобрела иерархический и коллегиальный характер. Увеличение размаха вооруженной борьбы и усложнение задач управления войсками способствовали появлению других органов управления, подчиненных вышестоящему органу управления. В средние века визуальное поле наблюдения органа управления зачастую совпадало с полем боя. Поэтому для эффективного управления войсками было достаточно иметь визуальную информацию о территории, на которой велось сражение. Постепенно поле боя, постоянно увеличиваясь, вышло за пределы обзора органа управления. К этому времени появились и другие органы управления, обеспечивавшие реализацию целей операции на отдельных участках.

Современная вооруженная борьба характеризуется пространственной глобальностью (от космического до подводного пространства) и динамичностью (цикл разведка-поражение составляет минуты и даже секунды). В данных условиях для более полной реализации боевого потенциала войск на каждом этапе боевых действий органы управления должны обрабатывать большое количество разнообразной информации и принимать эффективные решения. Военная история содержит массу примеров, когда неполнота информированности органов управления не позволяла принимать правильные решения. Иными словами, к увеличению пространственных показателей ведения вооруженной борьбы добавляется все - возрастающее значение информационного континуума подготовки и ведения операции. Современные средства сбора, отображения, обработки и хранения информации представляют собой сложные радиоэлектронные устройства, работающие практически во всех диапазонах частот и излучений. Сейчас для органов управления неотъемлемым аспектом оценки обстановки является особый вид материи электромагнитное поле. Следовательно, имеется необходимость подробного пространственного анализа электромагнитной обстановки на операционном направлении в целях оптимизации топологии и повышения эффективности функционирования системы управления войсками.

В настоящее время в США реализуется специальная программа по оснащению войск (сил) современными интеллектуальными системами управления боем. Они позволяют получать, передавать и обрабатывать информацию о состоянии войск, их местоположении, целеуказании и навигации в режиме реального времени в сложной боевой обстановке.

Эффективность управления войсками целесообразно оценивать по степени достижения целей операции. С учетом системного подхода можно предположить, что степень достижения целей операции зависит от величины неорганизованности процесса управления N (в некоторых случаях N имеет смысл энтропии процесса управления). Таким образом, информация как атрибут процесса управления войсками имеет двойственный характер. С одной стороны пассивный, который присущ исходной информации, отражающей состояние организованности (дезорганизованности) управляемых объектов. С другой активный, которым обладает управляющая информация как средство организации (дезорганизации) систем. Учитывая это, ценностьj-й информации в отношении i-й цели Kij можно определить как отношение приращений

Kij = ΔNij / ΔIj

где ΔIj - количество j-й информации;

ΔNij - величина снятой неорганизованности системы в направлении i-й цели после поступления информации ΔIj .

В случае если Kij имеет отрицательное значение, это показывает вредность j-й информации в отношении i-й цели операции.

К настоящему моменту разработан ряд методов количественной оценки неорганизованности функционирования сложных систем, количественной оценки величины и остроты противоречия целей функционирования, степени антагонизма и напряженности отношений между различными системами и их элементами'. В то же время основная проблема формализации исходных данных для получения адекватного результата остается нерешенной. Формализация исходной информации и целей управления войсками в операции достаточно сложна. Однако, декомпозируя общую задачу формализации на отдельные подзадачи и выбирая разумные ограничения, можно построить эффективный алгоритм получения количественной оценки ценности j-й информации в отношении i-й цели.

При подготовке и в ходе операции важными показателями качества принимаемых решений являются оперативность и обоснованность. Принятие решения является сложным творческим процессом, имеющим характер искусства. Если в древние времена военачальник основную часть информации в ходе сражения получал, ведя личное наблюдение, и ее, как правило, хватало для принятия необходимого решения, то в современных условиях это стало невозможным. Принятие правильного решения требует необходимого количества достоверной информации об операционном пространстве и ее всестороннего анализа. Однако в условиях дефицита времени и вследствие несовершенства применяемых информационных технологий органы управления зачастую не в состоянии выработать эффективное решение. Поэтому в некоторых случаях следует использовать методы принятия решений в условиях априорной неопределенности, основанные на теории нечетких множеств и экспертных оценок. Такие подходы наиболее приемлемы при решении задач стратегического заблаговременного планирования.

При управлении войсками в ходе высокоманевренных боевых действий на конкретном операционном направлении (пространстве) необходимо стремиться как можно полнее учитывать информацию о реальных условиях, вырабатывать оптимальное решение за минимальное время, в течение которого не произошло существенных изменений обстановки. ^Таким образом, основная цель совершенствования процесса управления войсками будет заключаться в сокращении времени принятия эффективного решения. Анализ информационных процессов в органах управления войсками и современных требований, предъявляемых к качеству принимаемых решений при подготовке и ведении современных операций, позволяет сделать вывод о необходимости широкого внедрения новых информационных технологий (НИТ) в сферу военного управления. Это даст возможность в значительной мере ослабить противоречие между уменьшающимся временем на принятие решения (вследствие сокращения цикла управления противной стороны) и все увеличивающимся числом учитываемых факторов и ограничений. К сожалению, пока разработка методологических основ внедрения НИТ в управление войсками находится только в начальной стадии.

В настоящее время показателем эффективности управления войсками считается вероятность своевременного выполнения ими конкретной задачи. В некоторых случаях эффективность управления войсками принято оценивать по уровню ущерба, нанесенного противнику, и уровню предотвращенного ущерба своим войскам. Данные показатели «по умолчанию» предполагают корректность и обоснованность поставленных войскам задач, что само по себе является отдельной проблемой. Иными словами, в данных показателях не просматривается явного требования к обоснованности решения. Поэтому, на наш взгляд,(эффективность управления войсками в целом целесообразно оценивать по степени адекватности выработанного сценария своих действий (решения) действиям противника в складывающейся обстановке, а также по времени выработки решения и стоимости ресурсов, необходимых для выработки решения. Данные характеристики принятого решения непосредственно зависят от применяемой технологии. Тогда задачу определения технологии выработки и принятия решения можно поставить двумя способами: первый определить технологию, позволяющую принять решение с наибольшей адекватностью при заданных ограничениях на время и стоимость выработки и принятия решения; второй определить технологию, позволяющую получить результат за наименьшее время при заданных ограничениях на адекватность и стоимость выработки и принятия решения.

Информационная технология как процесс переработки информации достаточно полно определяется алгоритмом (определенной последовательностью действий) и объектом (исходной информацией) преобразования, т.е. зависит от двух параметров: алгоритма выработки и принятия решения и вектора характеристик исходной информации, которая хранится в базе данных. Любой алгоритм выработки и принятия решения характеризуется точностью получаемого результата (систематической ошибкой), сложностью и объемом вычислений, которые для конкретного случая могут быть преобразованы во время получения .результата, и стоимостью реализации алгоритма. Вектор характеристик исходной информации определяется параметрами используемой базы данных. Основными параметрами, определяющими выбор определенной базы данных, являются точность хранимых данных (трансформированная погрешность), время расчета по данной базе данных, стоимость формирования и получения информации из базы данных.

Задача определения оптимальной технологии заключается в выборе оптимального алгоритма выработки и принятия решения и вектора характеристик исходной информации, обеспечивающих выполнение заданных ограничений на время и стоимость выработки и принятия решения. При обосновании определенной технологии выработки и принятия решения в конкретных условиях обстановки целесообразно управлять величиной адекватности решения и временем получения результата, используя различные алгоритмы выработки решения и параметры базы данных. В этой связи требуется разработка методики обоснования алгоритма выработки решения, обеспечивающей управление параметрами точности и скорости расчетов, методики обоснования параметров базы данных, обеспечивающей выработку решения требуемого качества.

Рассмотренные задачи целесообразно решать с применением методов системно-информационного анализа. Основной проблемой при этом является трудность формализации исходной информации и представление ее в виде, удобном для обработки на ЭВМ. Следовательно, имеется необходимость разработки общей модели исходной информации, которая наиболее полно и адекватно описывала бы информационное пространство операции.

Проведенные исследования показывают, что имеется противоречие между точностью оценки выбранного показателя качества функционирования сложной системы и размерами пространства, на котором эта оценка осуществляется. Иными словами, чем меньше число точек (альтернатив), на котором осуществляется оценка показателя качества, тем она точнее. Для преодоления указанного противоречия целесообразно осуществить декомпозицию всего пространства оценки показателя качества V на достаточно малые элементы ν. Современные операции ведутся в пространстве, поэтому наряду с понятием «операционное направление» целесообразно использовать понятие «операционное пространство». Следовательно, элемент ν - это элементарный объем (ЭО) операционного пространства. Такой подход позволяет представить непрерывное пространство операции в виде упорядоченной по координатам совокупности ЭО и сформировать пространственную, т.е. стереологическую, модель операционного пространства (информационного пространства операции). Графически данная модель представляется в виде упорядоченной по выбранной системе координат совокупности элементарных объемов νxyz , описывающих конкретные свойства и характеристики ограничиваемого ими пространства. Аналитически стереологическую модель сложной системы можно записать в виде трехмерной матрицы размерностью Х٠ Y٠Z. Принадлежащие элементарному объему νxyz множества свойств {Sj(t)}xyz (описание материальных объектов или явлений в пределах элементарного объема) и их количественные характеристики {Hij{t)}xyz могут меняться во времени и иметь в дополнение к этому уникальное пространственное распределение в пределах ЭО. При этом он содержит всю исходную информацию и результаты ее обработки. Несомненно, стереологическая модель операционного пространства существенно упрощает системно-информационный анализ управления войсками (силами), так как позволяет наряду с вероятностными широко использовать и детерминированные методы математического анализа, например хорошо разработанный математический аппарат операций с матрицами.

Создание стереологической модели для подробной и тщательной оценки обстановки на этапе выработки и обоснования решения даст возможность формализовать информацию о любых материальных объектах в пределах операционного пространства, а также обеспечить ее структурирование и ранжирование в соответствии с уровнем звена управления за счет автоматизации различных функций, к которым относятся анализ распределения в операционном пространстве значений показателя качества управления войсками (силами) или эффективности боевого применения войск; вычисление основных статистических характеристик выбранного показателя (параметра) в элементарном объеме заданной формы и размера, построение гистограмм распределения значений выбранного показателя качества по всем точкам или элементарным объемам, построение распределения выбранного показателя качества; сравнение двух показателей и вычисление величины их сходства с использованием нормированных данных (по всем точкам или по блокам), линейной регрессии, коэффициента корреляции по блокам, вычисление полиномиальной регрессии; анализ нескольких показателей, заданных на одном множестве точек или элементарных объемов, вычисление матриц ковариации и корреляции, вычисление множественной регрессии, дискриминантный, факторный и кластерный анализ.

Рассмотрим представление стереологической модели операционного пространства с использованием геоинформационных технологий. Первые опыты внедрения в управление войсками элементов этих технологий в виде геоинформационных систем (ГИС) и электронных карт местности показали их высокую эффективность и потенциальную незаменимость в решений проблемы формализации и компьютерной обработки разнообразной пространственной информации.

В сфере управления войсками (силами) целесообразно применять трехмерные (стереологические) цифровые модели. При анализе динамических развивающихся систем необходимо рассматривать и фактор времени. В этом случае цифровая модель является четырехмерной. Анализ современных ГИС показывает, что в настоящее время их возможности по работе с трех- и четырехмерными моделями весьма ограничены, поскольку они требуют очень большого объема машинной памяти и сложного, трудоемкого математического обеспечения. Однако во многих научных центрах мира ведутся работы в этом направлении, и вполне вероятно, что такие ГИС появятся уже в ближайший период. Например, на военно-морской базе Гавайи (США) для информационного обеспечения и повышения эффективности ракетных стрельб используется специальная геоинформационная система, обеспечивающая моделирование траектории полета ракет (целей) и определение точки их падения.

Создание и хранение стереологической модели операционного пространства (информационного пространства операции) в базах данных ГИС оправданно, если в рамках технологии управления войсками имеется специальное программное обеспечение (СПО) обработки и анализа пространственных данных, которое позволяет решать расчетно-аналитические задачи, поставленные различными должностными лицами. В настоящее время такое СПО разрабатывается отдельными пользователями с учетом узкоспециализированных задач. При этом возникает проблема выбора типа ГИС для реализации запросов пространственных данных. Вопросы стандартизации применения ГИС (не только в сфере военного управления) требуют скорейшего анализа и решения.

Стереологическая модель позволяет реализовать метод анализа пространственного распределения показателей качества управления войсками и эффективности боевого применения. Данный метод призван обеспечить формирование требуемой конфигурации элементарных объемов операционного пространства, в которых величина выбранного показателя качества выше заданного минимума. Очевидно, задача анализа взаимного влияния элементарных объемов друг на друга для получения оценки показателя качества функционирования системы управления в вычислительном плане является сверхсложной. Поэтому для обработки всей полезной информации, предоставляемой стерео-логической моделью, необходимо использовать комплексные методики, включающие ряд частных методик, иерархия которых должна соответствовать их сложности (т.е. временным затратам на получение результата) и степени точности результатов.

Для получения нужных свойств частных методик при их разработке следует учитывать: принцип специализации предполагает возможность и целесообразность создания набора моделей для исследования системы в ограниченном диапазоне начальных условий и конечных целей моделирования; принцип соответствия точности и сложности модели предопределяет подход к моделированию как к экстремальной задаче получения модели заданной точности при минимальной сложности (или модели наибольшей точности при минимальной сложности); принцип баланса точности требует соразмерности погрешностей моделирования, вызванных упрощением описания моделируемой системы и неточностями численных параметров исходных данных (модель, в которой осуществлено выравнивание ошибок можно назвать корректной).

При программной реализации стереологической модели необходимо использовать передовые технологии обработки информации. В частности, для удобного (эргономичного) представления стереологической модели требуется создать объектно ориентированные системы компьютерной графики, которые обеспечат наглядное отражение на экране дисплея оперативной обстановки. При этом используется так называемый «когнитивный монитор», когда состояние системы управления войсками отображается не в виде совокупности числовых значений многочисленных показателей качества, а в цветовой индикации ее элементов и общего состояния по принципу «холодно теплее горячо». Иными словами, если на экране монитора наблюдается изменение цветовой палитры, это свидетельствует об изменениях в степени выполнения текущих целей операции в ту или иную сторону.

В заключение необходимо отметить, что стереологический анализ операционного направления обеспечивает единую структурную основу моделирования операции для всех звеньев управления; полноту представления данных о складывающейся обстановке; адекватное описание информационного пространства по всему множеству характеристик с учетом их изменения во времени; эффективное разрешение противоречия между точностью оценки выбранного показателя качества операции и размерами пространства, на котором эта оценка осуществляется. Тем самым применение стереологического анализа операционного направления позволяет в реальном масштабе времени адекватно моделировать условия ведения боя в широчайшем диапазоне: от боевых действий отдельных войсковых подразделений до самой крупной стратегической операции.

Под информационным пространством операции будем понимать структурированную совокупность сведений по всем свойствам, элементам и объектам оперативного пространства, существенным для успешного проведения операции.