RU2338233C2 - Многофункциональная космическая система автоматизированного управления и оперативного контроля (мониторинга) критически важных объектов и территорий союзного государства "россия-беларусь" - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к мониторингу с использованием многофункциональных космических систем (МФКС), разрабатываемых с использованием принципов многофункционального конструирования, и может использоваться как устройство двойного применения в области управления защитой критически важных и потенциально опасных объектов, населения и территорий Союзного государства «Россия-Беларусь» в условиях воздействия техногенных и природных угроз, террористических и военных проявлений. Техническим результатом является существенное повышение эффективности существующих систем информационного обеспечения. Для этого разработана усовершенствованная система унифицированных технологий, учитывающая реализацию принципов построения многофункциональных космических систем и методических положений многофункционального конструирования подобных систем, использован информационно-логический базис систем автоматизированного управления и оперативного контроля, унифицированная технология построения систем сбора дополнительной первичной информации от разнородных объектовых систем мониторинга; унифицированная технология построения многоуровневых иерархических систем САУОК и информационного обмена в рамках их структуры; унифицированная технология информационного обмена САУОК с системами информационного обеспечения органов государственного управления Союзного государства «Россия-Беларусь». МФКС как метасистема обладает следующими качествами: непрерывность получения информации; глобальность информационного обеспечения и управления; своевременность получения информации и оперативность управления; доступность информации потребителю любого уровня и ранга. 6 з.п. ф-лы, 16 ил.

Description

Изобретение относится к области информационного обеспечения автоматизированной системы государственного управления и оперативного контроля (мониторинга) критически важных объектов и территорий Союзного государства «Россия-Беларусь» и может быть использовано как устройство двойного применения.

Техническим результатом, достигаемым при реализации данного устройства, является существенное повышение эффективности известных многофункциональных космических систем (МФКС), рассмотренных в монографии авторов изобретения А.И.Киселева, А.А.Медведева, В.А.Меньшикова «Космонавтика на рубеже тысячелетий. Итоги и перспективы» (стр.319,..., 328), 2-ое издание, переработанное и дополненное. М.: «Машиностроение», 2002, 717 с.: ил., предназначенных для решения широкого спектра задач, охватывающих большое количество экономических и оборонных отраслей и научных направлений и пришедших на замену специализированных космических систем, обеспечивающих, как правило, одну или несколько специализированных функций для одного конкретного объекта, расположенного на определенной локальной части территорий.

Существенного повышения эффективности МФКС как технического результата, достигаемого по реализации заявляемого устройства, можно добиться не только за счет многофункциональной интеграции, но и за счет применения в устройстве многофункциональных конструкций, рассмотренных в той же монографии авторов изобретения в разделах 2.1.7., 2.1.8. «Многофункциональные конструкции» и «Перспективные космические материалы», стр.304.,..., 319 с приоритетом от 08.02.2002 г.

Практически неизвестны многофункциональные космические системы автоматизированного управления и оперативного контроля (мониторинга) критически важных объектов и территорий Союзного государства «Россия-Беларусь».

Известны некоторые отраслевые системы мониторинга (оперативного контроля). Среди последних наибольшим информационным потенциалом обладают:

1. «Единая государственная система предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций» (РСЧС), созданная при головной роли МЧС России и основанная на командно-административном принципе сбора информации от оперативных дежурных управлений Гражданской обороны в федеральных округах и субъектах РФ. В настоящее время система ориентирована на фиксацию факта чрезвычайной ситуации и организацию работ по ликвидации их последствий.

2. «Единая система контроля радиационной обстановки (ЕГАСКРО), создаваемая в рамках Федеральной программы «Ядерная безопасность России» при головной роли Росатома. Учитывая циркуляцию в рамках системы о состоянии ядерных объектов России, система носит закрытый характер, организация информационного обмена с другими системами оперативного контроля затруднена и возможна только с использованием защищенных каналов связи.

3. «Единая информационно-аналитическая система природопользования и охраны окружающей среды» (ЕИСП) и «Система Государственного экологического мониторинга» (СГЭМ) МПР России». В рамках данных систем организован сбор данных от станций и постов мониторинга, организовано получение данных от средств МЧС России и Росгидромета.

4. «Национальная система мониторинга рыбопромысловых судов» (НСМРС), созданная во исполнение Постановления Правительства от 26.02.1999 г. №226 при головной роли Росрыболовства. Организует сбор данных от нескольких тысяч рыбопромысловых судов в «автоматическом» (данные позиционирования) и «ручном» режимах (данные позиционирования и состояния) с использованием спутниковой системы связи «Инмарсат-С».

В рамках функционирования системы организовано автоматизированное представление информации в ФСБ России (пограничная служба) и ВМФ России.

5. «Отраслевая система мониторинга морского транспорта» (ОСММТ), созданная при головной роли Минтранса России, обеспечивающая глобальный мониторинг судов морского флота, прибрежный и аварийный мониторинг всех судов.

Построение системы позволяет организовать автоматизированный информационный обмен.

Частично мониторинговые задачи решаются в рамках участия России в международных программах (программа ГСМОС - Глобальная система мониторинга окружающей среды, в английском варианте GEMS), обеспечивающих мониторинг загрязнения окружающей природной среды и вызывающих его факторов.

В современных условиях резко возрастает роль негативных факторов техногенного, природного и террористического характера в формировании реальных угроз стабильному социально-экономическому развитию страны, повышению качества жизни населения, укреплению национальной безопасности и международного престижа Российской Федерации.

Кроме этого, необходимо снизить роль человеческого фактора и корпоративных интересов в формировании объективной информации о состоянии критически важных и потенциально опасных объектов Российской Федерации в интересах объективного информирования органов государственной власти на всех уровнях и принятия эффективных управленческих решений как в повседневной деятельности, так и в условиях чрезвычайных ситуаций.

Также необходимо повысить уровень интеграции имеющихся отраслевых (региональных, корпоративных) систем мониторинга в интересах эффективного использования их информационного потенциала для решения задач государственного управления Союзного государства, обеспечения уровня автоматизации информационного обмена, соответствующего потребностям органов государственного управления, что может быть достигнуто созданием новой многофункциональной космической системы автоматизированного управления и оперативного контроля (АУОК) критически важных объектов и территорий Союзного государства «Россия-Беларусь», в том числе в интересах обеспечения защиты от ТПТ-угроз.

Целью изобретения (фиг.1) является повышение эффективности автоматизированного контроля состояния потенциально опасных объектов в интересах обеспечения защиты от техногенных, природных и террористических угроз на основе разработки и последующего внедрения дополнительного комплекса унифицированных технологий, создания многофункциональных космических систем и многофункционального конструирования.

Целью разработки дополнительного комплекса новых унифицированных информационно-космических технологий и их последующего внедрения в многофункциональные космические системы и многофункциональное конструирование системы является формирование технического облика и обеспечение качественного решения функциональных задач заявляемой многофункциональной космической системой автоматизированного управления и оперативного контроля (мониторинга) критически важных объектов и территорий Союзного государства «Россия-Беларусь», в том числе в интересах обеспечения защиты от ТПТ-угроз.

При этом должны быть учтены интересы:

- массовых потребителей в непрерывной, глобальной и своевременной мониторинговой информации в условиях противодействия ТПТ-угрозам;

- экономичности и рациональности комплексирования и интеграции существующих мониторинговых систем;

- качественного и безопасного решения функциональных задач.

В соответствии с данной целевой установкой разработана и внедрена иерархическая усовершенствованная система комплекса унифицированных технологий МФКС (фиг.2), каждому уровню которой (системному, рациональному и конструктивному) соответствует свой набор технологий и аппаратно-программных средств (АПС), существенно расширяющий состав существующих спутниковых мониторинговых систем.

Для системного уровня разработаны технологии и соответствующие им АПС, в том числе технологии:

- комплексного охвата мониторингом всей территории страны и своих союзников - стран СНГ, ее прибрежных и морских вод, на которых базируются потенциально опасные и критически важные объекты как в стационарном, так и в подвижном вариантах размещения, влияющие на выбор орбитальных группировок космических аппаратов (КА) дистанционного зондирования земли (ДЗЗ), связи и навигации;

- унификации классификационных признаков ТПТ-угроз и состава базовых характеристик объектов мониторинга (потенциально опасных и критически важных объектов РФ и стран СНГ) (далее стран СНГ), определяющих аппаратно-программные средства наблюдения, обнаружения, сигнализации и т.д.;

- включения в контуры глобального спутникового мониторинга состояния потенциально опасных и критически важных объектов РФ собственных автоматизированных систем физической защиты (АСФЗ), автоматизированных систем охраны и обороны (АСОО), систем берегового наблюдения (СБН) ВМФ стран СНГ, систем охраны государственных границ (СОГГ) РФ на суше, на воде и под водой, систем предупредительной сигнализации (СПС);

- включения в контуры глобального многофункционального спутникового мониторинга состояния потенциально опасных и критически важных объектов (ПОО, КВО) некоторых отраслевых систем мониторинга, имеющих отношение к ПОО, КВО, включая рассмотренные выше PC ЧС, ЕГАСКРО, ЕИСП, СГЭМ, НСМРС, ОСММТ.

Для рационального уровня иерархии разработаны следующие технологии и соответствующие им АПС, в том числе технологии:

- совместного использования и интеграции космических орбитальных группировок ДЗЗ, связи и навигации в интересах оперативного контроля состояния потенциально опасных объектов РФ и защиты от ТПТ-угроз;

- интеграции отраслевых систем мониторинга и наземных разнородных систем мониторинга потенциально опасных объектов на основе унифицированных сегментов информационно-технического сопряжения (ИТС) данных систем с соответствующим информационно-аналитическим центром (ИАЦ);

- сквозного обеспечения руководителей всех уровней власти (федеральной, региональной, территориальной и объективной) независимой и обобщенной информацией о состоянии потенциально опасных и критически важных объектов с применением разнородных геоинформационных систем (ГИС);

- рациональной буферизации, архивации, хранения и разграничения доступа к данным в соответствии с требованиями по защите информации.

Конструктивный уровень системы иерархий предусматривает разработку и внедрение следующих унифицированных технологий, в том числе технологий многофункционального конструирования и соответствующих им аппаратно-программных средств, включая:

- технологии и принципы построения системы автоматизированного контроля состояния потенциально опасных и критически важных объектов стран СНГ в составе трех основных подсистем: датчиков и обнаружителей, связи и передачи данных, обработки и представления информации;

- технологии и принципы построения унифицированных информационно-аналитических центров для федерального, регионального, территориального и объектового уровней оперативного контроля и управления процессами мониторинга состояния потенциально опасных и критически важных объектов;

- технологии, реализующие интеллектуальные и адаптивные принципы построения и управления распределенной базы данных для каждого органа управления при защите потенциально опасных объектов стационарного и подвижного базирования в условиях противодействия ТПТ-угрозам.

- технологии разработки многофункциональных адаптивных АПК.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 - общая структурная схема многофункциональной космической системы автоматизированного управления и оперативного контроля (мониторинга) критически важных объектов и территорий Союзного государства «Россия-Беларусь».

Многофункциональная космическая система автоматизированного управления и оперативного контроля (мониторинга) критически важных объектов и территорий Союзного государства «Россия-Беларусь» структурно содержит космический сегмент МФКС 1 в виде спутниковых орбитальных группировок 2, 3, 4 с входящими в них космическими аппаратами дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) 2, космическими аппаратами связи и передачи данных 3, космическими аппаратами навигационного обеспечения 4. Космические аппараты ДЗЗ соединены каналами освещения объектов и территорий с наземным комплексом сбора и обработки информации 8, с космическими аппаратами связи и передачи данных и подсистемой дистанционного зондирования Земли (35) на базе универсального аппаратно-программного комплекса станции приема специнформации «Уни-Скан», а также соединены каналами связи и управления с Центром управления полетами космических аппаратов 6 и с КА связи и передачи данных. Космические аппараты связи и передачи данных 3 соединены каналами освещения с комплексом приема и обработки информации 5 и далее с Центром обработки данных наблюдения 10, а также каналами связи и управления с Центром управления полетами космических аппаратов. Космические аппараты навигационного обеспечения соединены каналами управления с КА ДЗЗ, связи и передачи данных и Центром управления полетами КА. Наземный сегмент МФКС 44 включает координационно-аналитический центр 7, который получает информацию от Центра обработки данных наблюдения 10, а также данные от наземных и воздушных средств локального дистанционного зондирования. Координационно-аналитический центр информационно связан с Центром управления полетами КА и осуществляет комплексный анализ полученной информации и трансляцию через оператора космической системы 42 в Федеральный информационно-аналитический центр (ФИАЦ), при этом координационно-аналитический центр информационно связан с региональными 11 и территориальными информационно-аналитическими центрами 16, которые, в свою очередь, связаны с территориальными пунктами приема и обработки информации и операторами космической связи ДЗЗ 41. Воздушно-наземные группировки локального дистанционного зондирования (ЛДЗ) связаны через сегменты информационно-технического сопряжения (ИТС) 39 с системой сбора первичной мониторинговой информации 40, выходы которой через сегменты ИТС 17 связаны с входами федерального, региональных и территориальных информационно-аналитических центров (ИАЦ) 12, 11, 16, соединенных между собой кабельными, ВОЛС, радийными и космическим каналами связи 13, 14, 15, выходы которых через сегменты ИТС 23, 24, 25 соединены с Центрами отраслевых систем мониторинга 26, диспетчерскими Центрами ведомственных систем мониторинга 27 и специализированными архивами некоторых Федеральных агентств 28.

РИАЦ 11 такими же каналами связи (13, 14, 15) связаны с территориальными информационно-аналитическими центрами (ТИАЦ) на базе территориальных и муниципальных образований 16 (принадлежность субъектов С Г), которые, в свою очередь, через сегменты 17 информационно-технически сопряжены с объектовыми системами мониторинга 18-22, 34, 40 (принадлежность городов и муниципальных образований СГ).

Сегменты информационно-технического сопряжения (СИТС) 17 связаны с объектовыми системами физической и информационной защиты критически важных и потенциально опасных объектов СГ 18, системами берегового наблюдения ВМФ СГ 19, системами охраны и обороны ряда стратегических важных объектов 20, системами охраны государственных границ территорий СГ 21, системами предупредительной сигнализации 22 ПС СГ и навигационной аппаратурой потребителей (НАП) критически важных и опасных объектов 32, 40, а ФИАЦ 12 через сегменты информационно-технического сопряжения 23, 24, 25 связаны соответственно с Центрами отраслевых систем мониторинга 26, диспетчерскими Центрами ведомственных систем мониторинга 27 и специализированными архивами некоторых Федеральных агентств 28.

Выходы ФИАЦ 12 замыкаются на ситуационные Центры Правительства СГ 29, Президента СГ 30 и Совета Безопасности СГ 31.

Многофункциональная космическая система автоматизированного управления и оперативного контроля (мониторинга) критически важных объектов и территорий Союзного государства «Россия-Беларусь» осуществляет свои функции следующим образом.

В соответствии с целью изобретения и принятой целевой установкой на разработку иерархической усовершенствованной системы комплекса унифицированных новых информационно-космических технологий и их последующего внедрения заявляемое устройство существенно расширяет свои функциональные возможности.

Современный уровень развития информационных и космических технологий и практическая проверка их в ряде Федеральных округов РФ позволяет говорить о возможности эффективного решения задачи формирования ее технического облика, принципов и методов обеспечения качества функционирования и эксплуатации на всех этапах ее жизненного цикла.

Исходя из этого, работу заявляемого устройства (фиг.1) целесообразно рассматривать в тесной связи с теми способами (технологиями), прототипы которых по сути также являются изобретениями в силу присущих им элементов новизны, изобретательности и практической апробации в опытном проекте «Федеральной системы оперативного контроля» (шифр ФС ОК) и новыми способами (технологиями), представленными на фиг.2. Это позволит при описании работы заявляемого устройства (системы) МФКС СГ более полно отразить совокупность методов, способов, приемов и средств накопления, обработки и отображения данных и организации их применения в интересах качественного удовлетворения информационных потребностей пользователей мониторинговой информации Союзного государства «Россия-Беларусь».

В изобретении используются орбитальная группировка дистанционного зондирования Земли 2, с отечественными КА серии «Монитор», «Метеор» и «Ресурс-ДК», а также перспективные МКА Беларуси типа «Белка» и совместно разрабатываемые микроспутники типа «Союз-Сат». Реально для этих целей использовались и используются лишь одиночные спутники типа «Landsat», «Ресурс», «Океан», «Spot» и ряд других. Информация по зондированию районов территории Земли 8, поступающая от одиночных космических аппаратов, в настоящее время не может удовлетворять потребителей мониторинга состояния критически опасных объектов РФ по охвату наблюдаемых территорий, периодичности наблюдения и другим характеристикам, поэтому изобретение в перспективе ориентируется в дальнейшем на созданные в настоящее время спутниковые системы мониторинга окружающей среды, объединенные в орбитальные группировки типа 2.

Следующим классом орбитальных группировок являются так называемые коммуникационные спутниковые системы, используемые в изобретении для обеспечения широкополосной и быстродействующей связи и передачи данных 3, в том числе для ретрансляции телевизионных сигналов, глобальной и региональной связи между стационарными и мобильными абонентами, связи с труднодоступными районами и т.д. Это наиболее развитый класс систем, обусловленный высокой востребованностью и достаточно быстрой окупаемостью. В изобретении в качестве орбитальной группировки 3 используются только отечественные КА спутниковых систем системы «Гонец», «Диалог», «Indium», «Купон», «Ямал» с преобладанием в дальнейшем малых КА типа «Kazsat» и др.

В перспективе по мере развертывания предполагается использовать системы «Сигнал» и «Teledasik». Орбитальная группировка 3 по каналу связи обеспечивает функционирование станций спутниковой связи 5, которые передают информацию в Центр управления связью 9, обеспечивающий через Центр управления полетами космических аппаратов 6 управление и прием телеметрии с орбитальных группировок 2, 3, 4, в том числе управления орбитальной группировкой 3.

Орбитальные группировки навигационного обеспечения 4 служат для определения местонахождения (скорости) критически важных и потенциально опасных объектов в пространстве и через «каналы навигации» обеспечивают функционирование навигационной аппаратуры потребителей (НАП) 32, устанавливаемой на мобильных и стационарных потенциально опасных объектах 33, 34, 18, 19, 20, 21, 22 и других транспортных средствах, используемых в том числе для управления процессами противодействия ТПТ-угрозам. Функционирующими в настоящее время и используемыми в изобретении орбитальными группировками навигационного обеспечения 4 являются наращиваемая российская система ГЛОНАСС и американская система GPS.

Координационно-аналитическую работу по приему и обработке информации от космического сегмента спутниковой орбитальной группировки 1 осуществляет наземный сегмент МФКС 5 в виде комплекса приема и обработки информации и координационно-аналитический центр 7, который получает информацию от Центра управления полетами КА 6 и Центра обработки данных наблюдения 10. Кроме этого, наземный комплекс 7 обеспечивает через свои каналы передачи информации получение данных от орбитальных группировок 2, 3, 4 космического сегмента 1 обработку и трансляцию их через оператора космической системы ДЗЗ 42 в Федеральный информационно-аналитический Центр (ФИАЦ) 12, а через Центр обработки данных наблюдения ДЗЗ 10 и территориальные пункты приема и обработки космической информации 41 в Региональные и территориальные информационно-аналитические центры РИАЦ 11, 16 для последующей обработки, архивации и представления органам государственного управления в соответствии с предложенными в изобретении усовершенствованными технологиями (фиг.2). В соответствии с фиг.2 в основу создания МФКС положен основной комплекс из усовершенствованной системы МФКС СГ унифицированных технологий, в том числе технологии:

1) разработки информационно-логического базиса системы автоматизированного оперативного контроля (11, 12, 16, 17), сформированного на основе адекватного моделирования предметной области оперативного контроля критически важных и потенциально опасных объектов;

2) построения систем сбора первичной информации от разнородных объектовых систем мониторинга (18, 19, 20, 21, 22, 40, 26, 27, 28, 32, 33, 34) путем проектирования и внедрения аппаратно-программных средств в 11, 12, 16, 17, 23, 24, 25 в интересах формирования первичных потоков актуальной информации оперативного контроля состояния объектов;

3) построения иерархических систем автоматизированного оперативного контроля состояния объектов и информационного обмена в рамках структуры (11, 12, 16, 17) с учетом сформированных информационных потоков на различных уровнях иерархической структуры МФКС СГ и адаптивных алгоритмов управления ими, а также с учетом использования кабельных (ВОЛС), радийных и космических каналов связи (13, 14, 15) между уровнями структуры МФКС СГ (фиг.1);

4) генерализации и организации информационного обмена МФКС СГ с внешними системами информационного обеспечения органов государственного управления (26, 27, 28, 29, 30, 31) в интересах обеспечения защиты от техногенных, природных и террористических угроз.

В результате моделирования предметной области оперативного контроля с использованием специализированного языка моделирования (в настоящем изобретении в качестве базового языка описания предметной области был выбран универсальный объектно-ориентированный язык UML - Unilied Modeling Language) в соответствии с общей схемой унифицированной технологии разработки информационно-логического базиса САОК (фиг.3) сформирован технический облик МФКС СГ, в том числе: «Система информационно-аналитических центров (СИАЦ) (11, 12, 16, 17), базовым элементом которой является распределенная база данных с реализованными механизмами ее актуализации на основе использования расширенного языка разметки XML (Extensible Markup Language) и созданных с его помощью надстроек, описывающих структуру данных (XML-надстройки), характеризуемых групповыми иерархическими диаграммами классов объектов контроля (критически важных и потенциально опасных объектов) - фиг. 4 и конкретизацией диаграммы для каждого класса, например для класса «Автомобильный транспорт» (фиг.5).

Данные диаграммы классов и их конкретизация представляют собой логическую модель МФКС СТ в статическом представлении, поскольку на них изображаются только взаимосвязи структурного характера, не зависящие от времени или реакции системы на внешние события. Для МФКС СГ состояния критически важных и потенциально опасных объектов в статических представлениях недостаточно для моделирования процессов функционирования. Поэтому на основе разработанных статических моделей для изобретения разработаны их динамические дополнения - диаграммы поведения (состояния, функционирования, взаимодействия), которые также являются разновидностями информационно-логического базиса (модели), но уже отражают динамические системы функционирования системы.

На фиг.6, 7, 8 представлены соответствующие диаграммы состояний функционирования применительно к функции «Изменение состава контролируемых объектов и функции «Запрос о состоянии и местоположении подвижного объекта контроля» соответственно.

На фиг.9 показана реализация рассмотренной технологии применительно к слабосвязанным структурам данных на основе применения адаптивных структур базиса МФКС СГ для функционирования их в условиях нормативного изменения предметной области оперативного контроля.

Такое решение оказалось возможным благодаря применению динамической схемы построения структур данных, которые не задаются явным образом, а входят в состав самих данных и строятся по предписывающей схеме. Одновременно это решение позволило перейти к качественно новой схеме обмена и актуализации данных оперативного контроля, поддерживающей механизмы обмена неполными данными и данными с изменяющейся структурой с использованием стандарта XML. Таким образом, разработанная в изобретении технологическая схема реализует основные черты систем слабосвязанных данных: возможность изменения структуры данных и глубокую вложенность данных, что, в свою очередь, определило использование в качестве основы для разработанной технологической схемы методов генерации массивов слабосвязанных данных на базе реляционных систем управления базами данных.

С этой целью производится формирование двух групп реляционных таблиц данных. Первая группа таких таблиц представляет собой собственно хранилище данных, упорядоченных по типам, а вторая реализует объектно-ориентированную надстройку над хранилищем данных. Такая надстройка также представляет собой совокупность реляционных таблиц, в которых в качестве данных содержится перечень атрибутов объектов оперативного контроля с предписанием по их извлечению из хранилищ данных.

Дополнительным эффектом от применения такой технологической схемы является то, что исключается необходимость изменения структур данных для каждого из разноуровневых элементов МФКС СГ, построенной по иерархическому принципу. Апробация такой схемы при разработке «ФС ОК» в рамках п.21 мероприятий ФЦП «Электронная Россия» (2002-2010 годы) подтвердили ее высокую эффективность при построении распределенных иерархических автоматизированных оперативного контроля.

Особенностью и отличительным признаком предлагаемой системы автоматизированного оперативного контроля является интеграция потоков первичной информации от разнородных систем оперативного контроля состояния критически важных и потенциально опасных объектов, включая и наземные аналоги, о которых говорилось выше.

В зависимости от методов получения первичной информации в предложении выделены три базовых типа систем мониторинга, обеспечивающие поставку первичной информации в систему автоматизированного управления и оперативного контроля (САУ ОК), базовая часть которой на фиг.1 представлена блоками 11, 12, 16 и 17, в том числе:

1. Непосредственные системы управления и мониторинга объектов, осуществляющие контроль объектов путем расположения источников (датчиков) получения информации о контролируемых параметрах непосредственно на самом объекте правления и контроля; в предложении представлены блоком 18 (Автоматизированные системы физической и информационной защиты потенциально опасных объектов типа атомных электростанций, стартовых позиций ракетных комплексов стратегического назначения, арсеналов вооружения и т.п.).

2. Локальные дистанционные системы контроля, обеспечивающие дистанционный контроль объектов путем расположения источников (датчиков) получения информации о контролируемых параметрах в районе местоположения объекта контроля; представлены блоками: 19 (системы берегового наблюдения ВМФ); 20 (система охраны позиционных районов базирования стратегических объектов, пожароопасных, взрыво- и селелавиноопасных районов, населенных людьми, и т.п.); 21 (системы охраны протяженных и труднодоступных участков государственной границы на суше, море и под водой и т.п.); 22 (системы предупредительной сигнализации о проникновении нарушителей, террористов к объектам с большим скоплением людей и т.п.).

3. Глобальные дистанционные спутниковые системы контроля, обеспечивающие глобальный контроль потенциально опасных объектов путем дистанционного их зондирования независимо от их местоположения на территории Земли в любое время суток и года в стационарных и подвижных вариантах применения, представлены блоками 8, 10 и 32 (районы зондируемой территории 8, Центр обработки данных наблюдения 10 и навигационная аппаратура потребителей - НАП для подвижных объектов 32 и т.п.).

Кроме этого, в предложении выделены три базовых информационных центра высших органов государственного управления СГ с существующими отраслевыми и ведомственными системами мониторинга, в интересах которых осуществляется информационное обеспечение со стороны САУОК.

Такими информационными центрами, сопрягаемыми с САУОК, являются:

1) Центры отраслевых систем мониторинга 26, сопрягаемые с ФИАЦ 12 через разработанные для предложения так называемые сегменты информационно технического сопряжения (СИТС) 23.

2) Диспетчерские Центры ведомственных систем мониторинга 27, сопрягаемые СИТС 24 с ФИАЦ 12.

3) Центральные специализированные архивы мониторинговой информации некоторых Федеральных агентств 28, сопряжение с ФИАЦ 12 через СИТС 25.

Кроме центров 26, 27, 28, САУОК обеспечивает необходимой мониторинговой информацией Ситуационные центры Правительства СГ 29, Президентов СГ 30 и Советов Безопасности СГ 31.

Таким образом, вторая из комплекса унифицированных технологий - технология построения систем сбора первичной информации от разнородных объектовых систем реализованная в виде технологических схем синтеза, предназначена для разработки технических средств получения, преобразования, передачи интерпретации и ввода данных первичной информации в систему автоматизированного управления и оперативного контроля состояния критически важных и потенциально опасных объектов РФ. Первая процедура синтеза перечисленных технических средств направлена на построение диаграммы развертывания типовой объектовой системы мониторинга с выходом на ее взаимодействие с системой автоматизированного оперативного контроля 11, 12, 16, 17, представлена на фиг.10.

Данная диаграмма развертывания моделирует технический облик (архитектуру) объектовой системы мониторинга с точки зрения ее применения и является унифицированной для любой системы мониторинга, являющейся поставщиком первичной информации в САУОК. Она позволяет выявить организационную структуру формирования первичной информации для САУОК и сформировать ее алгоритмы функционирования для работы с разнородными объектовыми системами мониторинга типа 18, 19, 20, 21, 22, 32, 34, 40.

Вторая процедура структурного синтеза технических средств направлена на построение диаграммы деятельности, при этом рассматриваются (моделируются) только аспекты объектовой системы мониторинга, связанные с доставкой информации в САОК 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17. Пример такой диаграммы деятельности, отражающей основные потоки получения и обработки первичной информации объектовой системы мониторинга, реализующей непосредственный контроль (первая базовая модель системы разнородных объектовых систем мониторинга), приведен на фиг.11.

На этом же этапе применения второй процедуры структурного синтеза могут возникнуть задачи по включению новой системы мониторинга в качестве нового источника первичной информации. При этом процесс функционирования новой системы может быть основан на новых технологических решениях, при которых могут быть неизвестны не только детали реализации отдельных деятельностей, но и само содержание этих деятельностей становится предметом разработки. В этом случае доминирующей является технологическая схема, базирующаяся на нисходящем процессе разработки от более общих схем к уточняющим их диаграммам с одновременным решением задачи определения оптимальных параметров. Для этого случая в предложении, на базе применения адаптивных методов многокритериальной оптимизации, реализуется двухэтапная схема выбора рациональной архитектуры системы, когда на первом этапе осуществляется выбор альтернативных вариантов архитектур, удовлетворяющих требованиям и не сравнимых по совокупности выбранных критериев, а на втором реализуется многошаговый итерационный процесс выбора рациональной структуры путем варьирования коэффициентов предпочтения отдельных критериев.

Основными проблемным вопросом сопряжения разнородных систем мониторинга является различие в способах получения и представления первичной информации в данных системах.

В связи с этим необходимо выделить существенные признаки, являющееся одинаковыми для всех систем, и на их основе построить унифицированную схему взаимодействия.

В качестве основополагающего принципа рассматриваемой унифицированной технологии выбран событийный подход к получению информации от объектовых систем, заключающийся в инициализации той или иной деятельности по передаче информации блоков сопряжения объектовых систем 18, 19, 20, 21, 22, 34 и 40 в зависимости от наступления того или иного события в объектовой системе.

Для сопряжения выделены три базовых события:

А. Регистрация нового объекта управления и контроля.

Б. Изменение состояния объекта управления и контроля, заключающееся в получении информации об изменении контролируемых параметров объекта контроля.

С. Снятие с контроля объекта.

Диаграмма деятельности по сопряжению в терминах UML при возникновении приведенных выше событий приведена на фиг.12 и является основой для создания унифицированных программно-аппаратных комплексов, обеспечивающих сопряжение разнородных систем мониторинга с системой автоматизированного управления и оперативного контроля (САУОК).

В данном предложении в качестве примеров, подтверждающих полезность и эффективность примененной унифицированной технологии построения систем сбора первичной информации от разнородных объектовых систем мониторинга, рассматриваются:

1. Система мониторинга, реализующая непосредственный контроль критически важных и потенциально опасных подвижных объектов, известная как «Региональная информационная система управления транспортом» (РИСУТ), представленная на фиг.1 блоками 32, 33, 34.

2. Система глобального и локального дистанционного оперативного контроля потенциально опасных объектов, развернутая на базе Белгородского государственного университета в интересах информационного обеспечения Администрации Белгородской области (блоки 35, 36, 37, 38, 39, 40).

Первая система строилась как территориально-распределенная система управления и мониторинга подвижных объектов.

Принципиальными особенностями, отличающими систему (МФКС СГ) от российских и зарубежных аналогов, являются следующие:

- совместное использование различных видов радиосвязи (спутниковой, сотовой и УКВ), а также навигационной аппаратуры потребителей (НАП) космических навигационных систем ГЛОНАСС (Россия) и/или GPS (США), что позволяет сочетать достоинства каждой из них для управления и контроля транспортных средств, включая и потенциально опасные;

- применение современных телекоммуникационных технологий позволяет создавать сети пунктов управления с распределенными базами данных о состоянии подвижных объектов, что дает возможность неограниченного наращивания системы и обеспечивает селективный доступ к информации из любого места, в том числе с мобильных терминалов.

Принятые технические решения по построению системы позволяют обеспечивать:

- глобальную зону покрытия действия системы;

- модульность построения;

- неограниченную пропускную способность по количеству обслуживаемых абонентов за счет возможности последовательного наращивания модулей системы;

- высокую надежность и оптимизацию стоимости передачи информации за счет использования разнородных каналов связи и территориальной распределенности пунктов управления.

В рамках системы разрабатываются ключевые элементы, являющиеся основой для создания систем мониторинга и управления наземными подвижными объектами народнохозяйственного, государственного и военного назначения. Такими элементами, представленными на фиг.1, являются:

32 - бортовые телематические модули на основе НАП, способные решать задачи от простого сбора навигационной и телеметрической информации до передачи ее в пункт управления 33 с программно-аппаратным комплексом (ПКУ) и входящим в него многофункциональным абонентским комплектом 34, через который, в том числе, обеспечивается сопряжение с САУОК.

Ключевые элементы системы прошли опытную эксплуатацию в рамках интегрированной навигационной диспетчерской системы, разработанной для обеспечения транспортных коридоров Беларусь-Россия, и получили одобрение ряда всероссийских и международных выставок и конференций.

Вторая система состоит из подсистем, представленных в виде следующих блоков структурной схемы фиг.1:

35, 36 - подсистема дистанционного зондирования Земли (35) на базе универсального аппаратно-программного комплекса станции приема специнформации «Уни-Скан» (36).

37 - подсистема локального дистанционного зондирования на базе ультрафиолетового трассового газоанализатора ДОАС-4Р предназначена для контроля и измерения малых концентраций загрязняющих газов (диоксида азота, диоксида серы, озона, окиси азота, формальдегида, аммиака, толуола, бензола и ряда других) на открытых двухпроводных трассах в атмосферном воздухе на расстоянии до 1 км.

38 - подсистема локального дистанционного зондирования на базе многоволнового лидара МВЛ-60 предназначена для определения с высокой точностью содержания опасных аэрозольных загрязняющих частиц в атмосфере, их размеры и форму на расстояниях по горизонтали до 14 км и вертикали до высот 26 км.

39 - подсистема баз данных (БД) адаптивной структуры.

40 - модуль унифицированного аппаратно-программного комплекса сопряжения с САУОК обменных баз данных, на базе которого функционирует АРМ телекоммуникационного сопряжения.

Структурная схема модуля унифицированного сопряжения обменных БД приведена на фиг 13. Информационное взаимодействие указанных компонент в процессе функционирования системы обеспечивает автоматический сбор разнородной первичной информации (от космических снимков до изменения концентрации вредных примесей в атмосфере) на единых принципах по унифицированным алгоритмам с требуемой оперативностью.

Следующим шагом в описании работы заявляемого предложения является обращение к унифицированной технологии построения иерархических систем автоматизированного управления и оперативного контроля состояния критически важных и опасных объектов и организации информационного обмена в рамках их структуры 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17.

Эффективность решения задач государственного управления во многом определяется возможностью непрерывного обеспечения органов власти ситуационной многосистемной информацией о состоянии регионов СГ. Наиболее важное место в составе такой информации занимает информация о состоянии особо важных (опасных) объектов. Эта информация на разные уровни управления поставляется многоуровневыми иерархическими системами автоматизированного управления и оперативного контроля состояния объектов (САУОК).

Целью функционирования САУОК (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) является обеспечение органов управления необходимой текущей и прогнозной информацией о состоянии критически важных и (или) опасных объектов и грузов на основе комплексирования информации, поступающей от ситуационных центров министерств (служб, агентств) РФ, объектовых автоматических систем датчикового контроля, систем дистанционного наблюдения и контроля. Исходя из целей, САУОК является территориально-распределенной автоматизированной системой, построенной по иерархическому многоуровневому принципу. Основными составными частями системы являются функциональные узлы сбора, хранения, обработки и передачи оперативной информации о состоянии объектов контроля:

- федеральный информационно-аналитический центр ФИАЦ (12);

- региональные информационно-аналитические центры РИАЦ (11);

- территориальные информационно-аналитический центры ТИАЦ на базе территориальных и муниципальных образований 16;

- сегменты информационно-технического сопряжения с объектовыми системами мониторинга (17), связанные между собой кабельными (ВОЛС) 13, радийными 14 и космическими каналами связи 15.

Диаграмма развертывания многоуровневой САУОК МФКС СГ представлена на фиг.14.

Федеральный ИАЦ 12 осуществляет свои функции в интересах высших органов власти СГ (Президенты СГ, Правительства СГ), поэтому он является вневедомственным.

Для реализации целей САУОК ее структура в предложении рассматривается с позиций максимального соответствия существующей структуре PC ЧС, функциональные задачи которой соответствуют по многим параметрам функциям САУОК, однако степень автоматизации функций управления и оперативного контроля у САУОК значительно выше, чем у PC ЧС.

Окончательно это выглядит таким образом: структура САОК должна иметь четырехуровневую структуру (фиг.14) и включает в себя:

- федеральный информационно-аналитический центр на фиг.1, блок 12;

- региональные информационно-аналитические центры (по количеству федеральных округов), блок 11;

- территориальные информационно-аналитические центры (на базе территориальных и муниципальных образований), ТИАЦ 16;

- сегменты информационно-технического сопряжения с объектовыми системами мониторинга, блок 17;

- сегменты информационно-технического сопряжения САУОК с PC ЧС (блок 43).

При такой структуре, в отличие от существующей схемы управления ФИАЦ 12, обеспечивает высшие органы государственной власти Российской Федерации интегрированной мониторинговой информацией, которая не может быть получена от отдельных отраслевых или региональных систем. Это первое отличие, а второе - в интересах обеспечения с высокой надежностью высших органов государственной власти мониторинговой информацией при необходимости ФИАЦ САУОК может дублировать информацию ведомств и регионов.

Предлагаемая структура САУОК является 4-уровневой структурой информационного обеспечения органов государственной власти.

Ее взаимодействие с органами осуществляется на двух уровнях - федеральном и региональном.

На федеральном уровне взаимодействие организуется заинтересованным высшим органом государственной власти СГ и осуществляется ФИАЦ 12:

- с центрами отраслевых систем мониторинга 26 - по вопросам сбора информации федеральной значимости;

- с заинтересованными министерствами и ведомственными системами мониторинга 27 - по вопросам межотраслевого обмена мониторинговой информацией.

На региональном уровне взаимодействие с региональными администрациями (органами управления) также организуется ФИАЦ, а осуществляется региональными ИАЦ САУОК (РИАЦ) 11.

Кроме этого, ФИАЦ 12 на федеральном уровне взаимодействует с центральными специализированными архивами мониторинговой информации некоторых федеральных агентств 28.

Типовая диаграмма развертывания ФИАЦ приведена на фиг.15.

Основными задачами ФИАЦ 12 САУОК являются задачи информационного обеспечения, в том числе:

- сбор и отображение обобщенной пространственно-временной информации о состоянии промышленных объектов, природных ресурсов и окружающей среды, в том числе с использованием и интегрированием данных ведомственных и коммерческих информационных систем с применением больших цифровых экранов геоинформационных технологий;

- непосредственное взаимодействие с государственными системами мониторинга и банками данных цифровой экологической информации и информации о недропользовании других министерств и ведомств;

- информационное обеспечение государственного руководства данными мониторинга по вопросам обеспечения безопасности особо опасных объектов народного хозяйства, состояния природных ресурсов, в том числе осуществление независимого оперативного контроля хода различных опасных производственных процессов в промышленности, а также в водном и лесном хозяйстве, при проведении геологоразведочных работ и добычи полезных ископаемых;

- осуществление оперативного контроля режимов накопления и расходования водохранилищ, а также пропуска паводков на водных объектах, находящихся в федеральной собственности;

- информационное обеспечение деятельности Советов Безопасности в условиях возникновения и развития чрезвычайных ситуаций;

- осуществление информационного взаимодействия с высшими органами государственной власти (компьютерными сетями информационных центров Аппаратов Президентов РФ, Советов Безопасности, Государственной Думы, Парламента, а также министерств и ведомств);

- информационное обеспечение проведения крупных совещаний и конференций, в том числе и с участием удаленных представителей, за счет использования специальных средств видеоконференции связи;

- информационное обеспечение проведения встреч с представителями общественности и прессы.

Для того, чтобы реализовать данные функциональные задачи ФИАЦ 12, в предложении обоснован его технический облик (диаграмма развертывания ФИАЦ), представленный на фиг.15.

В соответствии с диаграммой в состав ФИАЦ входят:

- комплекс автоматизированных рабочих мест телекоммуникационного сопряжения, обеспечивающих информационный обмен с региональными центрами САОК 11 с использованием каналов (13, 14, 15), внешними потребителями (26, 27, 28, 29, 30, 31) и космическими системами ДЗЗ 42, а также решение задач защиты от несанкционированного доступа с использованием технологий генерализации и организации информационного обмена САУОК с внешними системами информационного обеспечения органов государственного управления (26, 27, 28, 29, 30, 31) в интересах обеспечения защиты от техногенных, природных и террористических угроз;

- автоматизированное рабочее место документирования и архивации информации, обеспечивающее хранение и резервирование информации оперативного контроля, оформление документов требуемой формы;

- автоматизированные рабочие места тематической обработки информации, поступающей от космической системы ДЗЗ (2, 8, 10, 7) и оператора ДЗЗ 42;

- автоматизированные рабочие места отображения информации и представления ее потребителям в требуемой для них форме.

Технические облики РИАЦ 11 и ТИАЦ 16, обоснованные в изобретении, представлены на диаграмме развертывания типового регионального (территориального) информационно-аналитического центра (фиг.16).

Claims (7)

1. Многофункциональная космическая система (МФКС) автоматизированного управления и оперативного контроля объектов и территорий, содержащая космический сегмент МФКС, соединенный по каналам освещения, каналам связи и каналам управления с наземным сегментом МФКС, при этом космический сегмент МФКС выполнен в виде спутниковых орбитальных группировок с входящими в них космическими аппаратами дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), космическими аппаратами связи и передачи данных, космическими аппаратами навигационного обеспечения, при этом космические аппараты ДЗЗ соединены каналами освещения с центром обработки данных наблюдения земного сегмента и с космическими аппаратами связи и передачи данных, а также каналами связи и управления с центром управления полетами космических аппаратов и с космическими аппаратами связи и передачи данных, космические аппараты связи и передачи данных соединены каналами освещения с центром обоработки данных наблюдения, а также каналами связи и управления с центром управления полетами космических аппаратов, космические аппараты навигационного обеспечения соединены каналами управления с космическими аппаратами ДЗЗ, связи и передачи данных, наземный сегмент МФКС включает координационно-аналитический центр, который получает информацию от центра обработки данных наблюдения, а также данные от наземных и воздушных средств локального дистанционного зондирования, осуществляющих сбор первичной мониторинговой информации, и информационно связан с центром управления полетами космических аппаратов, осуществляет комплексный анализ полученной информации и трансляцию через оператора космической системы в федеральный информационно-аналитический центр (ФИАЦ), при этом координационно-аналитический центр информационно связан с региональными информационно-аналитическими центрами, которые в свою очередь связаны с территориальными пунктами приема и обработки информации для осуществления трансляции полученной информации в региональные и территориальные информационно-аналитические центры (ИАЦ).

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что космические аппараты ДЗЗ, космические аппараты связи и передачи данных, космические аппараты навигационного обеспечения объединены в виде спутниковых орбитальных группировок зондирования, связи и с возможностью глобально и оперативно осуществлять многообразные функции космического мониторинга по наблюдению земной поверхности и околоземного пространства, используя перспективные методы контроля и прогноза опасных природных явлений, биоэнергоинформационного состояния районов, городов, сельскохозяйственных угодий, пастбищ, геологического изучения территорий на предмет поиска полезных ископаемых и уточнения геологического строения Земли.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что орбитальные группировки космического сегмента МФКС включают в свой состав микроспутники, созданные на основе унифицированной микроспутниковой платформы в модульном негерметичном исполнении, с возможностью многофункционального конструирования и интеграции каждой составляющей космического сегмента: космических аппаратов ДЗЗ, связи и передачи данных, космических аппаратов навигационного обеспечения, и выполнены с применением суперлегких модульных конструкций, микросхемных модулей, радиационно стойких процессоров и встраиваемых электронных средств, соединенных между собой соединяющими элементами высокой и сверхвысокой плотности.

4. Система по п.2, отличающаяся тем, что спутниковые орбитальные группировки ДЗЗ, связи и навигации используют в своем составе семейство микроспутников массой до 120 кг, построенных с применением современной оптико-электронной бортовой аппаратуры и унифицированной микроспутниковой платформы, при этом спутниковые орбитальные группировки ДЗЗ обеспечивают съемку поверхности Земли с разрешением до 3-10 м в различных диапазонах спектра электромагнитных излучений в зависимости от состава бортовой аппаратуры.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что в наземном сегменте МФКС координационно-аналитический центр, центр управления полетами космических аппаратов, федеральный, региональный и территориальный информационно-аналитические центры и центр обработки данных наблюдения выполнены с использованием аппаратуры информационно-логического автоматизированного оперативного контроля критически важных и потенциально опасных объектов и территорий, аппаратуры комплексной обработки и интерпретации первичной информации от разнородных космических, воздушных и наземных объектовых систем мониторинга и аппаратуры автоматизированного оперативного контроля состояния объектов, аппаратуры организации информационного обмена МФКС с внешними системами информационного обеспечения органов государственного управления, каналы связи и передачи информации выполнены с использованием космических, радиорелейных, кабельных, волоконно-оптических линий связи, а также с использованием информационных потоков на различных уровнях иерархической структуры МФКС с адаптивным управлением потоками.

6. Система по п.2, отличающаяся тем, что в спутниковой орбитальной группировке МКА ДЗЗ используются Российские КА серии «Монитор», «Метеор» и «Ресурс-ДК»; перспективные МКА Беларуси типа «Белка»; совместно разрабатываемые микроспутники типа «Союз-Сат», а также зарубежные КА NJAA, Terra, Agua, Irs; в спутниковой орбитальной группировке МКА навигационного обеспечения используются Российские КА навигационной системы ГЛОНАСС и совместно разрабатываемые союзным государством микроспутники «Союз-Сат-Р»; США КА навигационной системы GPS; ЕКА КА навигационной системы Galileo; в спутниковой орбитальной группировке МКА системы связи и ретрансляции используются МКА отечественного производства.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что в наземном сегменте МФКС используются ракетно-космические комплексы, обеспечивающие вывод КА орбитальных группировок и формирование космического сегмента на низких, средних и геостационарных космических орбитах для решения широкого спектра задач, возложенных на МФКС.

Images