Розділ 1 використання навігаційно-управляючих геоінформаційних систем для представлення рухомих об’єктів у навколоземному просторі.

1.1. Аналіз задач що поставлені перед навыгацыйно-управляючими гіс.

Області в яких застосовуються навігаційно-управляючі геоінформаційні системи достатньо широкі – від систем, що забезпечують безпеку руху динамічних об’єктів, тренажерів для різних транспортних засобів (літаки, гелікоптери, космічні кораблі й ін.) до потужних центрів оперативного керування всіх рівнів (регіонального, державного, світового тощо) і призначення (військового, цивільного, авіаційного, морського, космічного і т.д.), які використовуються для відображення на карті швидкоплинних процесів, пов’язаних з візуалізацією поточної (повітряної, наземної, космічної, надводної, підводної) обстановки у вигляді динамічних сцен.

Щоб підвищіти якість представлення і оперативності у вирішенні задач просторового аналізу широко впроваджуються досягнення геоінформатики – геоінформаційні системи та геоінформаційні технології (ГІТ) [1-4, 34]. На початку свого зародження ГІС розроблювались для потреб картографування, земельного кадастру, геомоніторингу природного середовища. Поступово з розвитком ГІТ цифрові картографічні моделі місцевості та ГІС стали незаперечною альтернативою традиційним засобам картографічного моделювання, оскільки у сучасних ГІС застосовується увесь арсенал математичних методів та потужних засобів комп'ютерної обробки, просторово-часового моделювання, накопичення, поширення і візуалізації інформації, в тому числі й з використанням глобальних інформаційних мереж. Формування саме таких електронних геоінформаційних ресурсів та широке використання новітніх технологій відповідає сучасним потребам у вирішенні задач управління складними і динамічними процесами. Ці задачі вимагають вже не просто періодичного одномоментного картографування місцевості, а й постійного та комплексного моніторингу стану об'єктів, природних ресурсів та довкілля на основі баз геопросторових даних . Значну увагу створенню подібних систем протягом останніх 20 років приділяють практично всі високорозвинені країни.

Географічна інформаційна система дозволяє: організовувати геопросторове відображенння видової інформації, створювати «шари», відслідковувати динаміку зміни обстановки, враховувати зібрані дані про обстановку і об’єкти та їх зв’язки. Тому на сьогоднішній день ГІС для навігаційно-управляючих систем виступає складовою, що забезпечує надання картографічної інформації для представлення на її фоні динамічних об'єктів, що рухаються в навколоземному просторі, у реальному часі. Побудова таких сцен дає можливість фахівцям адекватно сприймати навколишнє оточення й оперативно приймати відповідні рішення.

Диспетчерська служба УПР, є типовим прикладом застосування НУ ГІС в авіації, для якої слід відображати місцеположення літаків з геопросторовою прив’язкою, що перебувають далеко, навколо аеропорту та безпосередньо на його території. Це надає змогу підтримувати прийняття нею оперативних рішень при розв’язанні задачі безпечного розведення літаків. Збільшення останнім часом випадків авіакатастроф говорить про нагальну потребу широкого впровадження таких систем для забезпечення безпеки польотів [4,8,24,26]. З огляду на значні швидкості літаків і ракет найбільш складною в таких системах є так звана задача переслідування, оскільки при її поданні й вирішенні в реальному часі від обчислювальної системи вимагається швидкої реакції на зміну швидкоплинних процесів.

Незважаючи на деяке потепління міжнародної обстановки, військовий фактор продовжує відігравати важливу роль у світовій політиці. Всі великі держави світу продовжують удосконалювати свої збройні сили. Перш за все це стосується новітнього озброєння й військової техніки, широкого застосування інформаційних технологій в цій галузі [4,8,32]. Іде постійний активний пошук нових засобів збройної боротьби. Безпека країни насамперед у досконалості програмно-технічних засобів центрів оперативної взаємодії, з'єднаних інформаційними каналами.

Основні вимоги, що висуваються при створенні НУ ГІС з функціонуванням в режимі реального часу – досягнення максимальної швидкодії при забезпеченні динаміки символів рухомих об’єктів на картографічному фоні – обумовлені великими обсягами потоків картографічних даних (сотні мегабайт) і рівнем надійності, необхідним для прийняття адекватних рішень людиною-оператором. Відомо, що для побудови систем вказаного класу використовуються різні підходи, спільний недолік яких – відсутність раціонального узгодження теоретичних моделей і програмно-апаратних засобів для їх реалізації. Із авіаційною навігацією пов’язана така властивість системи як неперервність, яка переважно залежить від фази польоту. Слід відмітити, що в авіаційній навігації розрізняють чотири головні фази: навігація на маршруті (внутрішні та віддалені області), навігація у зоні аеродрому, заходження на посадку і посадка, а також операції на поверхні поза злітною смугою. Виходячи з такого розподілу, представлення рухомих об’єктів в НУ ГІС повинне супроводжуватись формуванням відповідних розмірів символів цих об’єктів та відповідних масштабів карт, що характеризують ділянку місцевості для кожної фази польоту. Практично вся інформація, якою оперують служби аеронавігації, має географічний контекст. Використання ГІТ дозволяє вирішувати цілий ряд задач, які стоять перед аеронавігацією. Заміна задач моделювання повітряних коридорів, що традиційно здійснювалися на паперовій карті, комп'ютерним моделюванням на цифровій карті району планування кардинально змінює характер роботи та ефективність робочого місця оператора. ГІС-рішення можуть застосовуватися до таких різних задач, як аеронавігаційна картографія, моделювання повітряних коридорів різного рівня, просторовий аналіз заборонених зон, автоматизована генерація різних польотних завдань, схем і документів тощо. Ці ГІС-рішення можна інтегрувати в єдиному ГІС-середовищі і, таким чином, створити єдиний технологічний ланцюг, що функціонує як в локальній мережі, так і на окремому робочому місці. В такому разі НУ ГІС сприятимуть підвищенню ефективності оперативного управління та контролю місцеположення ЛА, рівня безпеки повітряного руху та якості обслуговування кожного польоту для задоволення вимог користувачів повітряного простору.

З підвищенням вимог до ГІС, та з появою систем глобального позиціонування (GPS – Global Positioning Systems), останні почали застосовуватися у різних навігаційних системах. Вперше таке поєднання зазначених систем було використано на літаках в якості пілотажно-навігаційних індикаторів [5,100], що містять слідуючий комплекс програмних і апаратних засобів: GPS-приймач з інтерфейсом для підключення до комп'ютера, бортовий комп'ютер, засоби супутникового зв'язку. Програмне забезпечення бортового комп'ютера через GPS-приймач отримує від супутника інформацію про поточне місцеположення об'єкта. ГІС з локальної БД або використовуючи канали супутникового зв'язку виконує звернення для отримання картографічної інформації, яка відповідає поточному місцеположенню. Ця інформація виводиться на монітор бортового комп'ютера. При цьому для користувача відпадає необхідність в наявності великої кількості паперових карт маршруту руху та засобів ручного визначення своїх координат. Поточне положення об'єкта відображується на електронній карті у вигляді елементарного умовного графічного символу, наприклад, кола або хрестика. Додаткова інформація, як правило, подається в текстовій формі.