Патент на изобретение №2296421

(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ В ИНТЕРЕСАХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАЩИТЫ ОТ ТЕХНОГЕННЫХ, ПРИРОДНЫХ И ТЕРРОРИСТИЧЕСКИХ УГРОЗ

(57) Реферат:

Изобретение относится к мониторингу и может использоваться в области управления защитой потенциально опасных объектов и населения страны в условиях воздействия техногенных, природных и террористических угроз. Технический результат состоит в повышении эффективности использования систем мониторинга. Для этого разработан информационно-логический базис систем автоматизированного оперативного контроля; унифицированная технология построения систем сбора первичной информации от разнородных объектовых систем мониторинга; унифицированная технология построения иерархических систем автоматизированного оперативного контроля состояния объектов и информационного обмена в рамках их структуры; унифицированная технология информационного обмена систем автоматизированного оперативного контроля состояния потенциально опасных объектов с системами информационного обеспечения органов государственного управления. 7 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к области информационного обеспечения государственного управления защитой потенциально опасных объектов и населения страны в условиях воздействия техногенных, природных и террористических угроз (далее ТПТ-угроз) и может быть использовано как устройство двойного применения.

Техническим результатом, достигаемым при реализации данного устройства, является существенное повышение эффективности известных «Спутниковых систем мониторинга окружающей среды», рассмотренных в монографии авторов В.В.Малышев, М.Н.Красильщиков и др. «Спутниковые системы мониторинга. Анализ, синтез и управление» под редакцией В.В.Малышева. – М.: Изд-во МАИ, 2000, – 568 с.: ил., предназначенных для получения информации о наземной поверхности и атмосфере с целью решения широкого спектра задач научного и прикладного характера. К их числу авторы относят задачи дистанционного зондирования Земли, экологического мониторинга, исследования природных ресурсов океанологии, сельского хозяйства.

Практически не известны системы автоматизированного оперативного контроля (САОК) состояния потенциально опасных объектов Российской Федерации, наиболее подверженных воздействиям широкого спектра ТПТ-угроз. Известны также некоторые отраслевые системы мониторинга (оперативного контроля). Среди последних в большинстве 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, обеспечивающая 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 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, обеспечения уровня автоматизации информационного обмена, соответствующего потребностям органов государственного управления, что может быть достигнуто созданием новой системы автоматизированного оперативного контроля (САОК) состояния потенциально опасных объектов Российской Федерации в интересах обеспечения защиты от ТПТ-угроз.

Целью изобретения является повышение эффективности спутниковых систем мониторинга состояния потенциально опасных объектов Российской Федерации на основе разработки и последующего внедрения комплекса унифицированных технологий создания систем автоматизированного оперативного контроля состояния потенциально опасных объектов Российской Федерации.

Целью разработки комплекса новых унифицированных информационно-космических технологий и их последующего внедрения в существующие спутниковые системы мониторинга окружающей среды является формирование технического облика и обеспечение качественного решения функциональных задач системой автоматизированного оперативного контроля состояния потенциально опасных объектов Российской Федерации в интересах обеспечения защиты от ТПТ-угроз.

При этом должны быть учтены интересы:

– потребителей 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 система комплекса унифицированных технологий, 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, ее прибрежных и морских вод, на которых базируются потенциально опасные объекты как в стационарном, так и в подвижном вариантах размещения, влияющие на выбор орбитальной группировки космических аппаратов (КА) дистанционного зондирования земли (ДЗЗ), связи и навигации;

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

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

– включения в контуры глобального спутникового мониторинга состояния потенциально опасных объектов (ПОО) некоторых отраслевых систем мониторинга, имеющих отношение к ПОО, включая рассмотренные выше РСЧС, 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 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 и соответствующих им аппаратно-программных средств, включая:

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

– технологии и принцип построения унифицированных информационно-аналитических центров для федерального, регионального, территориального и объективного уровней оперативного контроля и управления процессами мониторинга состояния потенциально опасных объектов;

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

Существенное повышение эффективности (как технический результат), получаемое при использовании данного изобретения, заключается в расширении возможностей потребителей мониторинговой информации (руководителей всех уровней государственной власти) получать достоверную оперативную, практически в режиме реального времени, объективную и надежную информацию о состоянии потенциально опасных объектов РФ как в нормальных условиях эксплуатации, так и в условиях противодействия ТПТ-угрозам.

Кроме этого, за счет внедрения в изобретение новых обеспечивающих функций по дистанционному оперативному обучению обслуживающего персонала и улучшения сервиса при эксплуатации новой мониторинговой системы улучшаются ее эксплуатационные свойства при значительной экономии финансовых средств на подготовку и переподготовку специалистов – операторов и эксплуатационников.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве спутникового мониторинга состояния потенциально опасных объектов РФ для обеспечения защиты от ТПТ-угроз, включающем интегрированные спутниковые орбитальные группировки ДЗЗ, широкополосной связи и передачи данных навигации и наблюдения, отраслевые системы мониторинга и датчиковые наземные системы защиты, охраны и наблюдения потенциально опасных объектов РФ, сегменты информационно-технического сопряжения данных систем с сетью информационно-аналитических центров федерального, регионального, территориального и объектового уровней органов управления государственной власти РФ, обеспечивающие системы дистанционного обучения и обслуживания, используются унифицированные технологии формирования технического облика и решения функциональных задач автоматизированного оперативного контроля (мониторинга) состояния потенциально опасных объектов РФ в нормальных и угрожаемых условиях функционирования при стационарном и подвижном вариантах их базирования. Кроме того, используются технологии автоматизированного дистанционного обучения операторов и обслуживания устройства в процессе его эксплуатации.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На Фиг.1 дана общая структурная схема системы автоматизированного оперативного контроля состояния потенциально опасных объектов Российской Федерации в интересах обеспечения защиты от техногенных, природных и террористических угроз.

Система автоматизированного оперативного контроля состояния потенциально опасных объектов Российской Федерации в интересах обеспечения защиты от техногенных, природных и террористических угроз структурно содержит интегрированную по функциональным задачам спутниковую орбитальную группировку 1 с входящими в нее космическими аппаратами дистанционного зондирования Земли 2, широкополосной и быстродействующей связи и передачи данных 3, навигационного обеспечения 4, соединенных каналами связи, управления и приема телеметрии, передачи информации и освещения зондируемой территории Земли со станциями спутниковой связи 5, Центром управления полетами Космических аппаратов 6, наземным комплексом приема и обработки информации и координационно-аналитическим центром 7 и районами зондируемой территории Земли 8. Станции спутниковой связи 5 через Центр управления связью 9 связаны с Центром управления полетами космических аппаратов 6, а отображения районов зондируемой территории Земли по каналам освещения передаются в Центр обработки данных наблюдения ДЗЗ 10.

Центр обработки данных наблюдения ДЗЗ 10 и наземный комплекс приема и обработки информации и координационно-аналитический центр 7 связаны с региональными информационно-аналитическими центрами (РИАЦ) 11 (принадлежность Федеральных округов) и Федеральным информационно-аналитическим Центром (ФИАЦ) 12 (принадлежность правительства РФ), соединенными между собой кабельными, (ВОЛС), радийными и космическим каналами связи (13, 14, 15).

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 РФ), которые, в свою очередь, через сегменты 17 информационно-технически сопряжены с объектовыми системами мониторинга 18-22, 34, 40 (принадлежность городов и муниципальных образований).

Сегменты информационно-технического сопряжения (СИТС) 17 связаны с объектовыми системами физической и информационной защиты потенциально опасных объектов РФ 18, системами берегового наблюдения ВМФ 19, системами охраны и обороны ряда стратегических важных объектов 20, системами охраны государственных границ 21, системами предупредительной сигнализации 22 ПОО РФ и навигационной аппаратурой потребителей (НАП) 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 РФ 29, Президента РФ 30 и Совета Безопасности РФ 31.

Система автоматизированного оперативного контроля состояния потенциально опасных объектов Российской Федерации осуществляет свои функции следующим образом.

В соответствии с целью изобретения и принятой целевой установкой на разработку новых унифицированных информационно-космических технологий и их последующего внедрения в существующие спутниковые системы мониторинга окружающей среды основные функции заявляемое устройство осуществляет в рамках обоснованной “Системы автоматизированного оперативного контроля состояния потенциально опасных объектов Российской Федерации (САОК СПОО РФ), структурная схема которой аналогична структурной схеме (Фиг.1).

Основное назначение САОК СПОО РФ – совершенствование системы информационного обеспечения органов государственной власти, направленной на решение одной из приоритетных задач развития Российской Федерации по повышению защищенности опасных объектов и населения, подверженных воздействию ТПТ-угроз.

Современный уровень развития информационных и космических технологий позволяет говорить о возможности эффективного решения этой задачи на основе предложенного комплекса унифицированных технологий, положенных в основу принципов построения САОК СПОО РФ, формирования ее технического облика (Фиг.1), принципов и методов обеспечения качества функционирования и эксплуатации на всех жизненных ее циклах.

Исходя из этого работу заявляемого устройства (Фиг.1) целесообразно рассматривать в тесной связи с теми способами (технологиями), которые по сути также являются изобретениями в силу присущих им элементам новизны, изобретательности и практической апробации в опытном проекте «Федеральной системы оперативного контроля» (шифр ФС OK). Это позволит при описании работы заявляемого устройства (системы) 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.

В изобретении используется спутниковая система дистанционного зондирования Земли 2, хотя 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 опасных объектов РФ по охвату наблюдаемых территорий, периодичности наблюдения и другим характеристикам, поэтому изобретение в перспективе ориентируется на создаваемые в настоящее время спутниковые системы мониторинга окружающей среды типа 2.

Следующий класс спутниковых систем – так называемые коммуникационные спутниковые системы, и 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 блока 3 используются системы «Гонец», «Диалог», «Iridium», «Купон», «Ямал».

В перспективе по мере развертывания предполагается использовать системы «Сигнал» и «Teledasik». Система 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 систем 2, 3, 4, в том числе управления системой связи 3.

Спутниковые системы навигационного обеспечения 4 служат для определения местонахождения и скорости потенциально опасных объектов в пространстве и через «каналы навигации» обеспечивают функционирование навигационной аппаратуры потребителей (НАП) 32, устанавливаемой на мобильных и стационарных потенциально опасных объектах 18, 19, 20, 21, 22 и других транспортных средствах, используемых в процессе противодействия ТПТ-угрозам. Функционирующими в настоящее время и используемыми в изобретении системами навигационного обеспечения 4 являются российская система ГЛОНАСС и американская система GPS.

Координационно-аналитическую работу по приему и обработке информации от спутниковой орбитальной группировки 1 осуществляет наземный комплекс 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 спутниковых систем 2, 3, 4 орбитальной группировки 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 информационно-аналитические центры РИАЦ 11 для последующей обработки, архивации и представления органам государственного управления в соответствии с предложенными в изобретении технологическими схемами (Фиг.2) и алгоритмами функционирования разработанной «Системы автоматизированного оперативного контроля состояния потенциально опасных объектов РФ» (САОК СПОО РФ).

В соответствии с Фиг.2 в основу создания САОК СПОО РФ положен комплекс унифицированных технологий:

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

2) построения систем сбора первичной информации от разнородных объектовых систем мониторинга (18, 19, 20, 21, 22, 26, 27, 28, 32, 34, 40) 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 САОК и адаптивных алгоритмов управления ими, а также с учетом использования кабельных (ВОЛС), радийных и космических каналов связи (13, 14, 15) между уровнями структуры САОК;

4) генерализации и организации информационного обмена «Системы автоматизированного оперативного контроля состояния потенциально опасных объектов РФ» 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.

САОК (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 (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 САОК в статическом представлении, поскольку на них изображаются только взаимосвязи структурного характера, не зависящие от времени или реакции системы на внешние события. Для САОК состояния потенциально опасных объектов статических представлений 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 САОК 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.

Особенностью и отличительным признаком предлагаемой системы автоматизированного оперативного контроля является интеграция потоков первичной информации от разнородных систем оперативного контроля состояния 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, обеспечивающих поставку первичной информации в систему автоматизированного оперативного контроля (САОК), базовая часть которой на Фиг.1 представлена блоками 11, 12, 16 и 17, в том числе:

1. Непосредственные системы мониторинга объектов, осуществляющие контроль объектов путем расположения источников получения информации о контролируемых параметрах непосредственно на самом объекте 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 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, и взрыво- и селе-лавиноопасных 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 существующими отраслевыми и ведомственными системами мониторинга, в интересах которых осуществляется информационное обеспечение со стороны САОК.

Такими информационными центрами, сопрягаемыми с САОК, 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, САОК обеспечивает необходимой мониторинговой информацией Ситуационные центры Правительства РФ 29, Президента РФ 30 и Совета Безопасности РФ 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 оперативного контроля состояния 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, 13, 14, 15, 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 САОК. Она позволяет выявить организационную структуру формирования первичной информации для САОК 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, 18. 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 несравнимых по совокупности выбранных критериев, а на втором реализуется многошаговый итерационный процесс выбора рациональной структуры путем варьирования коэффициентов предпочтения отдельных критериев.

Основным 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, являющиеся 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 контроля;

Б) Изменение состояния объекта 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 оперативного контроля.

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 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 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 опасных;

– 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 и 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 САОК.

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 САОК 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 космоснимков 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 оперативного контроля состояния 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 Российской Федерации. 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 оперативного контроля состояния объектов (САОК).

Целью функционирования САОК (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, САОК 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-аналитический центры РИАЦ (11);

– территориальные информационно-аналитические 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 САОК состояния потенциально опасных объектов представлена на Фиг.14.

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

Для реализации целей САОК ее структура в предложении рассматривается с позиций максимального соответствия существующей структуре PC ЧС, функциональные задачи которой соответствуют по многим параметрам функциям САОК состояния потенциально опасных объектов.

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 САОК 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 САОК может дублировать информацию ведомств и регионов.

Предлагаемая структура САОК 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 РФ 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 САОК (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 САОК 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 Совета Безопасности в условиях возникновения и развития чрезвычайных ситуаций;

– осуществление информационного взаимодействия с высшими органами государственной власти (компьютерными сетями информационных центров Аппарата Президента РФ, Совета Безопасности, Государственной Думы, 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 САОК 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).

Формула изобретения

1. Система автоматизированного оперативного контроля состояния потенциально опасных объектов, содержащая спутниковую орбитальную группировку с входящими в нее космическим аппаратом дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), соединенным каналом освещения с воздушно-наземной группировкой локального дистанционного зондирования (ЛДЗ), космическим аппаратом связи и передачи данных, соединенным каналом связи с комплексом приема и обработки информации, и космическим аппаратом навигационного обеспечения, соединенным каналом управления с наземными станциями спутниковой связи, включающими координационно-аналитический центр, центр управления полетами космических аппаратов, причем координационно-аналитический центр соединен с региональными информационно-аналитическими центрами, которые, в свою очередь, связаны с территориальными пунктами приема и обработки информации, и операторами космической связи ДЗЗ, причем воздушно-наземная группировка локального дистанционного зондирования (ЛДЗ) связана через сегменты информационного технического сопряжения (ИТС) с системой сбора первичной мониторинговой информации, выходы которой через сегменты ИТС связаны с входами федерального, региональных и территориальных информационно-аналитических центров (ИАЦ), выходы которых через сегменты ИТС соединены со средствами приема информации.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что система сбора первичной мониторинговой информации выполнена с возможностью оперативного контроля потенциально опасных объектов (ПОО), систем берегового наблюдения, систем охраны и обороны стратегически важных объектов, систем охраны государственных границ, систем предупредительной сигнализации ПОО, навигационной аппаратуры потребителей.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что спутниковая орбитальная группировка и воздушно-наземная группировка ЛДЗ выполнены с использованием унифицированной технологии информационного обмена между системами оперативного контроля объектов сбора первичной мониторинговой информации.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что космический аппарат связи и передачи данных и комплекс приема и обработки информации выполнены с возможностью совместного использования спутниковой, сотовой и ультракоротковолновой (УКВ) радиосвязи, обеспечивающей широкополосную и быстродействующую связь и передачу данных для глобальной и региональной связи между стационарными и мобильными абонентами и связи с труднодоступными районами.

5. Система по п.4, отличающаяся тем, что космический аппарат связи и передачи данных и комплекс приема и обработки информации используют систему «Сигнал» или «Teledasik».

6. Система по п.2, отличающаяся тем, что навигационная аппаратура потребителей устанавливается на мобильных и стационарных потенциально опасных объектах и других транспортных средствах, используемых для противодействия техногенным, природным и террористическим угрозам.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что координационно-аналитический центр, федеральные, региональные и территориальные информационно-аналитические центры выполнены на принципах многоуровневой иерархической системы управления, функционирующей в автоматическом и автоматизированном режимах работы обработки, архивации и представления органам государственного управления результатов оперативного контроля состояния потенциально опасных объектов.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что сегменты информационного технического сопряжения (ИТС) выполнены в виде унифицированных программно-аппаратных комплексов, обеспечивающих сопряжение разнородных систем мониторинга с системой автоматизированного оперативного контроля.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 23.06.2009

Извещение опубликовано: 27.05.2010 БИ: 15/2010

NF4A – Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.05.2010

Извещение опубликовано: 27.05.2010 БИ: 15/2010