Моделирование комплексной системы аэрокосмического мониторинга

Аэрокосмический мониторинг предполагает привлечение данных космической и авиационной съемки, а также результатов тестовых наземных измерений при решении ряда практических задач, таких как инвентаризация объектов инфраструктуры, определение видов использования и состояния земельных участков, оценка состояния элементов ландшафта на контролируемой территории.
При наличии принципиальных отличий в планировании и выполнении операций авиационной и космической съемки существуют общие положения, которые могут служить основой для построения комплексной системы аэрокосмического мониторинга/1/.
Актуальной является задача организации оптимального взаимодействия составных частей системы, объединяющей информационные возможности средств различного базирования при сборе данных об объекте обслуживания – контролируемой территории.
Управление структурной динамикой комплексной системы мониторинга предполагает, в конечном счете, синтез оптимальных программ управления для достижения основной цели функционирования системы. Такой синтез основывается на построении модели системы и решении следующих классов задач/2/:
полимодельное описание процессов управления структурной динамикой системы;
анализ структурной динамики и оценивание структурных состояний системы;
синтез оптимальных программ управления, обеспечивающих требуемые значения качественных показателей, в различных условиях эксплуатации.
В основу модели положены следующие главные концепты (понятия): процесс, операция. Выделены следующие процессы: планирование эксплуатации системы; обработка материалов съемки; доведение (представление) результатов мониторинга; анализ текущего состояния объекта обслуживания и прогнозирование его изменений; оценивание функционирования системы мониторинга.
Каждый процесс предполагает реализацию операций – действий, направленных на достижение желаемого результата. Выполнение операций связано, во-первых, с информационным (вещественным и энергетическим) обменом с внешней средой, и, во-вторых, с расходом ресурсов. Содержание каждой операции характеризуется описанием набора параметров: результаты выполнения операции (объем, качество), время выполнения операций, расход ресурсов, информационные, энергетические и материальные потоки.
Также используются следующие основные концепты, обеспечивающие формализованное описание состава, структуры, вариантов функционирования системы: команда, данные, информация, задача, организационная структура и др.
В качестве основной технологии моделирования используется CASE-технология (Computer Aided Software Engineering). Процесс, как система операций, является основным предметом моделирования на Унифицированном языке моделирования UML (Unified Modeling Language).
Моделирование предусматривает разработку следующего набора диаграмм:
варианты использования – для представления моделирования процесса (системы операций);
диаграммы классов – для моделирования статической структуры, устойчивых связей, способов взаимодействия с учетом основных видов структур (таких как организационная структура, структура целей (процессов), структура функций, задач (операций), структура информационного и программно-методического обеспечения и др.);
диаграммы взаимодействия или диаграммы поведения системы;
диаграммы последовательности для моделирования процесса обмена сообщениями между составными частями системы;
диаграммы связей для описания основных видов связей внутри системы;
диаграммы состояний, поведения объектов системы при переходе из одного состояния в другое;
диаграммы деятельности системы в условиях различных вариантов использования;
диаграммы иерархии разработки и физического размещения элементов системы.
Главной особенностью используемого метода моделирования является возможность оперативной адаптации модели, учитывающей воздействие внешних и внутренних факторов. Предложенная технология моделирования обеспечивает синтез оптимальных программ управления системой комплексного аэрокосмического мониторинга при решении практических задач. Модель прошла апробацию в ходе осуществления аэрокосмического экологического мониторинга космодрома «Восточный» в 2013-1014 годах.
1. Жуков Д.В., Матьяш В.А., Мочалов В.Ф., Труфанов А.В. Системный анализ актуальных прикладных задач наземно-аэрокосмического мониторинга эколого-технологических объектов, исследуемых в проекте ELRI-184/ Труды СПИИРАН / выпуск 5(28), 2013 г.
2. Boris V. Sokolov, Vjasheslav A. Zelentsov, Victor F. Mochalov, Semyon A. Potryasaev, Olga V. Brovkina Complex Objects Remote Sensing Monitoring and Modeling: Methodology, Technology and Practice. EUROSIM 2013 Cardiff, Wales 10-13 September 2013.