Konstruktivní simulace a GIS Doc. Ing. Vladimír VRÁB, CSc. pplk. Ing. Ladislav HAVELKA npor. Ing. Martin HUBÁČEK, Ph.D. Národní centrum simulačních a trenažérových technologií Velitelství pro výcvik a tvorbu doktrin 612 00 Brno, Kounicova 44 tel.: + 420 541182862, + 420 541182266. + 420 541183728 fax: + 420 541183131 E-mail:
[email protected],
[email protected],
[email protected] Anotace: Článek popisuje jednu praktickou aplikaci dvou rozdílných (z hlediska určení) programových prostředků, které byly společně využity jako prostředek pro podporu rozhodování nejvyšších představitelů AČR v podmínkách začínajícího přechodu k profesionální armádě. The article describes a possible application both a constructive simulation tool (ModSAF) and GIS tool (ArcView) for providing of rescue service transport calculation. Experiments showed how to use both tools for important practice together. Klíčová slova: konstruktivní simulace, ModSAF, GIS Úvod Národní centrum simulačních a trenažérových technologií plní ve prospěch AČR funkci výcvikovou, vzdělávací a vědecko-výzkumnou. K tomu využívá programové prostředky patřící jak do kategorie prostředků konstruktivní simulace, která je určena především k plnění výcvikových úkolů, tak také programy řazené do kategorie geografických informačních systémů, které slouží zejména k podpoře rozhodování. V uplynulém roce byl zahájen proces transformace AČR s cílem jejího totálního přechodu na armádu profesionální. Velice důležitým prvkem přípravného a přechodného období je stanovit dislokaci transformované armády ale i jiných složek ozbrojených sil. Kritérií podle nichž dochází k obsazování staronových posádek je celá řada. Jedním z kritérií, které mohlo nebo může ukázat oprávněnost daných rozhodnutí, je dostupnost jednotek (posádek) k plnění úkolů na teritoriu ČR. Takový níže popsáný úkol řešilo podle hypotetického scénáře pro MO ČR i NCSTT. Ke splnění zadání byly společně využity nejen prostředky konstruktivní simulace ale i program z kategorie GIS. Konstruktivní simulace v AČR Konstruktivní simulace je chápána jako sofistikované programové dílo sloužící k výcviku velitelů a jejich štábů ve vedení boje, řízení činností spojených s OOTW nebo BOOTW, případně k výcviku štábů krizového managementu. V AČR je pro potřeby výcviku, vzdělávání a plnění vědecko-výzkumných úkolů využíván program ModSAF (v testovacím režimu program OneSAF jako jeho nástupce), kterým jsou vybavena specializovaná pracoviště Velitelství pro výcvik a tvorbu doktrín v Brně a ve Vyškově. Simulace bojové činnosti probíhá s vysokým rozlišením, což znamená, že
1
je simulována činnost každé existující nebo vznikající entity. Pracoviště v Brně má pro svou činnost k dispozici několik databází terénu vybraných oblastí území ČR. Tyto databáze mají společný datový základ v DMÚ 25, který je v současné době jedním ze základních datových modelů využívaných v AČR pro podporu rozhodovacího procesu. Jak již bylo uvedeno, program ModSAF je prioritně určen pro výcvik velitelů a jejich štábů na stupni prapor a brigáda. Současně jej lze využít také k řešení vědeckých úkolů spojených se sledováním změn taktiky vyvolaných různými strukturálními, technickými nebo jinými činiteli bojové činnosti nebo k akviziční činnosti. V současnosti se hledají možnosti využití tohoto programu i pro podporu rozhodování velitelů. GIS v AČR Pojem geografický informační systém (GIS) je používán pro označení geograficky orientovaných počítačových technologií. V praxi je využívána celá řada těchto systémů, ale k úkolu popsaném tímto příspěvkem, byl využit program ArcView GIS s nástavbou Network Analyst. ArcView je geografický informační systém patřící do třídy tzv. desktop GIS pro koncové uživatele, umožňuje snadnou práci s informacemi, které mají vztah k mapě. ArcView : má intuitivní grafické uživatelské prostředí; umožňuje vytváření map pomocí symbolů, volbu barevnosti; podpore jednoduché i složité dotazy na prostorová a tabulková data; umožňuje vykreslování různých druhů grafů; podporuje komunikaci mezi aplikacemi (IAC); je objektově orientovaný systém; má nástroje pro vývoj aplikací a úpravu systému; pracuje v českém prostředí, podporuje různé kódové stránky. Rozšíření Network Analyst umožňuje uživatelům řešit řadu problémů založených na síťových úlohách. Takovýmito úlohami jsou např. nalezení „nejefektivnější“ cesty, vygenerování itineráře, vyhledání nejbližšího zařízení k události (např. nehodě), nebo úloh obchodního cestujícího. Nástavba ArcView Network Analyst tedy umožňuje především nacházet optimální cesty mezi skupinou bodů, nacházet nejbližší zařízení od události a provádět analýzy cestovního času. Popis modelových situací- zadání Zadáním bylo požadováno navrhnout optimální trasy záchranných zborů nebo jejich části k poskytnutí pomoci při dvou katastrofách: 1. havárie dopravního letadla v prostoru města Kraslice (v Krušných horách), 2. havárie (výbuch) ve skladu škodlivého materiálu v prostoru Konice (západně od Olomouce). Úkolem bylo zjistit optimální trasu a vypočítat teoretickou dobu potřebnou k přesunu níže uvedené skupiny do místa neštěstí. Dále stanovit pravděpodobnou dobu potřebnou k přesunu záchranné skupiny do místa neštěstí s využitím počítačové simulace a na základě výsledků definovat hranice dopravní obslužnosti jednotlivých posádek záchranných sborů ČR.
2
V prvním zadání bylo rozehráváno letecké neštěstí v prostoru města Kraslice (v Krušných horách), 24 km SZ Karlovy Vary. Úkolem bylo stanovit dostupnost vojenských posádek v časovém rozpětí do 2 hodin, do 4 hodin a do 6 hodin od vydání rozkazu k přesunu. Kalkulace a simulace byla provedena pro vojenskou kolovou techniku přepravující osoby a těžkou speciální techniku. Pro přesun z posádek byla kalkulována nejrychlejší trasa definující osu přesunu potřebnou pro simulaci problému. Počítačovou simulací byly zpřesněny podmínky přesunu (časové, povětrnostní, terénní). Ve druhém zadání byla simulována ekologická havárie ve městě Konice, 25 km Z Olomouce. Ostatní podmínky zadání byly identické jako v prvním zadání. Tento úkol nebyl v konečném důsledku „dokončen“. Zadavatel rozhodl, že pro demonstraci možností využití schopnosti NCSTT pro mírový život, resp. pro zabezpečení některých podkladů pro rozhodování pracovníků nebo štábů krizových center bude postačující demonstrace výsledků prvního zadání. Popis modelových situací - podmínky výpočtu Pro výpočet byly stanoveny následující výchozí podmínky: osy přesunu musí splňovat kritérium pro nejrychlejší trasu; do doby přesunu nebyly započítány časy zahrnující pronikání signálu k vykonavatelům, přípravu jednotek, přestávky v průběhu přesunu a vliv hustoty silničního provozu na komunikacích; kalkulace byly provedeny bez uvažování vlivu vycvičenosti řidičů na kvalitu přesunu, a nebyly uvažovány provozní poruchy techniky; pro kalkulaci bylo vzato do úvahy, že přesun se uskutečňuje vozidly T-815 (6x6) s 40 osobami na korbě (celková uvažovaná hmotnost vozidla – 20,6 t) a těžkými tahači s podvalníkem naloženým těžkou ženijní technikou (celková hmotnost soupravy – 47,5 t); povolené maximální teoretické rychlosti vybrané techniky pro kalkulace jsou uvedeny v Tabulce 1. Tabulka 1 Technika rychlost [km/h]
dálnice
silnice I. tř
silnice II.tř
průjezd městem
průjezd obcí
ostatní silnice
T - 815
70
60
60
60
50
40
Tahač
70
60
50
50
40
40
K experimentům tj. simulacím a kalkulacím byl využíván stejný prostor. Program ArcView byl využit ke kalkulaci dopravní obslužnosti (dostupnosti) zájmového prostoru a k výpočtu nejkratší trasy k dosažení daného místa. Vypočítané nejkratší trasy (zohledňující nosnost mostů a propustnost silnic) se staly podkladem pro naplánování trasy simulovaného přesunu vybrané techniky ze stanovených bodů do cíle.
3
Popis modelových situací - podmínky počítačové simulace Počítačová simulace přesunu běžela za následujících podmínek: den; povětrnostní vlivy a počasí - počátek listopadu; charakter terénu (daný trasou z A do B); kolonu tvořila nákladní vozidla se 40 osobami (T-815) a tahače s naloženým podvalníkem, které byly identické s vozidly uvažovanými ve výpočtu doby přesunu; pro každou trasu bylo provedeno pět simulací; rychlost simulace 1:1 (reálný čas/simulační čas); ukázky přesunu běžely v poměru 10:1. Vnitřním úkolem bylo stanovit hrubý rozdíl mezi vypočítanou a simulovanou dopravní obslužností, tj. zjistit nakolik se teoretický výpočet (kdy je výpočet prováděn v ideálních časových, povětrnostních i terénních podmínkách) liší od simulované situace. Výsledky kalkulací a experimentů Kalkulace a simulační experimenty byly provedeny podle zadání. Možná varianta výpočtu nejkratší trasy pro vybrané posádky v prvním úkolu je uvedena na Obr.1.
ŽATE C
Y #
PO DB O ŘAN Y
Y #
Y # R A K O V N ÍK
Z B IR O H
Y #
J IN C E
Y #
Obr. 1 – Zobrazení vypočítaných tras přesunu pro 1. zadání
Jeden z příkladu vypočítaných zón dostupnosti (dopravní obslužnosti) je uveden na Obr. 2 Výsledky kalkulací a počítačové simulace jsou uvedeny v Tabulce 2.
4
Tabulka 2 Doba přesunu [min] Posádka
Délka trasy [km] přes celkem sídla
ArcView
øS
S1
S2
S3
S4
S5
Žatec
99
145
126
142
166
158
133
21
92
Podbořany
88
139
139
130
163
129
134
16
85
Zbiroh
143
195
175
184
212
207
197
24
135
Rakovník
110
176
148
197
184
171
180
18
105
Jince
165
212
198
231
203
220
208
29
154
Obr. 2 – Zóny dostupnosti pro krizovou situaci prvního zadání
Závěr Tento zajímavý úkol ukázal, že lze za určitých podmínek využít různé počítačové programy k vyřešení jednoho problému. V dané situaci to bylo možné z toho důvodu, že oba programy využívají stejný základ terénní databáze. Jak lze vidět z Tabulky 2, jsou výsledky kalkulací optimističtější (asi 1,5 krát) oproti experimentům pomocí počítačové simulace. Rozdíly vyplývají zejména z toho, že při počítačové simulaci jsou brány v úvahu povětrnostní a terénní podmínky ve kterých se přesuny „organizovaly“. Pro ilustraci jsou na Obr. 3 zobrazeny profily vypočítaných tras přesunu, které nemohly výpočty v ArcView zohlednit. Dílčí rozdíly ve výsledcích mezi jednotlivými simulacemi jsou důsledkem konstrukce stochastického modelu jevů 5
6 1 0 .2
7 1 0 .8
a procesů v programu ModSAF. Pro rychlou orientaci v datech i pro možnost rychlého srovnání kalkulovaných výsledků a výsledků simulací jsou ve třetím sloupci tabulky uvedeny průměrné hodnoty časů simulovaných přesunů jednotlivých tras. I přesto, že mezi kalkulovanými a simulovanými výsledky jsou určité rozdíly, lze na základě objektivního posouzení situace (vliv počasí, převýšení a dalších faktorů) říci, že výsledky simulací přesunu, tj. doba přesunů, odpovídají více realitě. Tento závěr potvrzují i zkušenosti odborníků.
2 1 0 .2
3 1 0 .2
4 10 .2
5 1 0 .2
ŽATEC
100 00
200 00
300 00
400 00
500 00
600 00
700 00
800 00
934 16
6 2 8 . 6 6 9 4 .5
0
3 2 8 .6
4 2 8 .6
5 2 8 .6
PODBOŘANY
10 0 0 0
20 0 0 0
30 0 0 0
40 0 0 0
50 0 0 0
60 0 0 0
70 0 0 0
80 0 0 0
85 0 2 8
100 00
200 00
300 00
400 00
500 00
600 00
700 00
800 00
900 00
100 00 0
110 00 0
120 00 0
130 00 0
135 98 9
5 1 6 .0
0
6 1 6 .0 6 9 4 .5
3 5 7 .4 2 5 7 .4
ZBIROH
4 57 .4
5 5 7 .4
6 9 4 .5
0
3 1 6 .0
4 16 .0
RAKOVNÍK
100 00
200 00
300 00
400 00
500 00
600 00
700 00
800 00
900 00
100 00 0
106 85 8
2 8 0 .4
JINCE
3 80 .4
4 8 0 .4
5 80 .4
6 9 4 .5
0
0
100 00
200 00
300 00
400 00
500 00
600 00
700 00
800 00
900 00
100 00 0
110 00 0
120 00 0
130 00 0
140 00 0
150 00 0
155 75 7
Obr. 3 – Profily terénu pro přesun v prvním zadání Použité zkratky GIS ModSAF OOTW BOOTW
Geografický informační systém Modificated SemiAutomatic Forces (modifikované poloautomatické síly) Operation Other Then War (operace jiné než válka) Battle Operation Other Then War (bojové operace jiné než válka)
6
