maj. Ing. Jan MAZAL, Ph.D. Katedra vojenského managementu a taktiky Univerzita obrany
Katedra vojenského managementu a taktiky Zaměření na : • Vojenský management • Taktiku a krizové řízení • Systémy velení a řízení (OTS/C4ISR/V21) • Aplikace metod umělé inteligence v systémech taktické podpory rozhodování • Aplikace robotiky v bojových a nebojových operacích Automatické řízení a navigace, obrazové a geografické analýzy Optimalizace algoritmů pro náročné výpočty Optimalizace taktického manévru 3D vizualizační systémy a interoperabilita s operačně taktickými systémy integrovanými do digitalizovaného bojiště
DMRK dálkový monitor radiační kontaminace
• DMRK - v současném stavu
Prvotní experimenty UGV 2006
Automatické rozpoznávání a zaměřování cílů
Experimentální robot pro automatickou navigaci
LAFETA
Elektro-opticky puškový granát • • • •
naváděný
Komponenta systémů V21 Možnosti zásahu cíle bez nutnosti jeho přímé viditelnosti v okamžiku odpálení střely Využitelnost jako optické sondy Duální systém navedení – s plochou dráhou letu, nebo po balistické křivce
Graf průběhu měření jednoho cyklu zážehu pulzní mechaniky
Graf průběhu měření deseti cyklů zážehu pulzní mechaniky
Futuristický náhled na bojiště budoucnosti
Úvod
• Počítačová podpora vojenských aplikací není již nijak výjimečná • První pokusy matematicky modelovat bojové situace sahají do šedesátých let minulého století • Původní modely vycházely z velmi aproximovaných předpokladů
Systémový koncept a jednotlivé přístupy dva přístupy, a to:
Subjektivní, empiricko-intuitivní • Koncept rozvoje systémů C4ISTAR/ISR/V21, • Expertní podpora rozhodovacích aktivit
Objektivní, exaktně-algoritmický • Algoritmicko-matematická – mající dopad na oblast vývoje teoretické stránky algoritmických řešení • Výpočetně-technologická – sledující rozvoj vyspělosti počítačových systémů z výkonově-technologického hlediska
Cíl zavádění integrovaných kompletů vojáka 21. století • snížení počtů vojáků při současném nárůstu jejich výkonu a efektivity • začlenění vojáka a malé jednotky do struktury digitalizovaného bojiště a architektury C4ISTAR
• aplikace nových přístupů k vedení bojové činnosti, organizace a vybavení
Integrovaný komplet vojáka armády USA „Land Warrior“
Jádro C4I Modulárního bojového kompletu Vojáka 21. století
Řešen ve spolupráci s UO Brno Hlavní řešitel VOP-026 Šternberk FEM/UO – řešitel kompletní softwarové vrstvy pro modulární komplety V21 Na výstavě Future Soldier 2008 obdržel tento projekt stříbrnou cenu za výsledné řešení, technologii a inovace
• • • • • • • • •
Integrace do struktury digitalizovaného bojiště Komplexní přehled o situaci na bojišti Digitalizace taktické administrativy (historie, kontrola doručení) Digitální hlasová komunikace Digitální přenos videa v reálném čase Systém včasného varování, poplachů a signálů Úkolování podřízených velitelem, plán úkolů Přehled velitele o stavu a situaci podřízených Podpora procesu rozhodování - taktická optimalizace přesunu, výpočet viditelnosti a další. • Dvě nezávislé datové radiové sítě • Automatická retranslace dat • Využitelnost pro další ozbrojené nebo záchranné složky
Modular combat system of the Czech Future Soldier systém identifikace vlastní/nepřítel Denní optický zaměřovač
Zbraňový denní a noční pozorovací a zaměřovací systém
Osobní zbraň
podvěsný granátomet nebo brokovnice
přístroj nočního vidění s hlavovým zobrazovacím LCD
osobní UKV / VKV stanice
datový terminál s modemem a GPS/PPS
ovládací a polohovací jednotka
balistická vesta s nosným systémem
ochranné brýle, nákoleníky, rukavice, chrániče sluchu a další ochranné pomůcky
osobní dozimetr, ochranná maska a ostatní prostředky PCHOJ
další volitelné a doplňkové prostředky pro jednotlivé moduly kompletu, družstvo, četu nebo rotu
náhlavní komunikačn í jednotka
Přijímací jednotka GPS/PPS
laserový značkovač
tlumok, vak na vodu, potraviny, vystrojovací a nosné prostředky
Ochranná přilba s identifikačními senzory
vozidlová a síťová dobíjecí Zaměřovací a stanice pozorovací přístroj čety, pz družstva (skupiny)
řídící jednotka systému
bateriový blok s dobíjecími články
zodolněná klávesnice
rádiová stanice UKV / VKV se zesilovačem
ruční zobrazovací LCD
Základní jádro MBK V21
Automatická puška CZ 805
Komunikace • Problémy spolehlivého spojení na velké vzdálenosti v reálném čase • Problémy u vysokých frekvencí v taktických podmínkách • Implementace komerčních technologií není vždy ideální řešení • Optimální pásmo 350-450 MHz pro vysokorychlostní přenosy v taktických podmínkách • Velký potenciál retranslace • Vývoj nového vysokorychlostního rádiového modemu (RACOM nabízí - 0.5Mbit v kanálu širokém 200KHz, stále nevyhovující)
In May 1997, IBM's Deep Blue Supercomputer played a fascinating match with the reigning World Chess Champion, Garry Kasparov.
Game Game Game Game Game Game
1: 2: 3: 4: 5: 6:
5/3/97: 5/4/97: 5/6/97: 5/7/97: 5/10/97: 5/11/97:
Kasparov wins Deep Blue wins Draw Draw Draw Deep Blue wins
Kvantifikace podmínek a vztahů v modelu Kritéria velitele (priority)
Kvantifikační koeficienty
Matematický model
Data a informace o bojišti
Řešení
• Fx= 1 − 0,002𝑥
0,7𝑒
−
𝑥−200 2 100
+
1−0,002𝑥 𝑥 +20 1000
1 − 0,002𝑛3 𝑓𝑂𝑢
•
=
𝑛3 −200 2 100
𝑛1 + 1
n1 – vzdálenost od nejbližší vegetace • 𝑑𝑉 =
•
0,7𝑒
−
𝑥 − 𝑀𝑉𝑥
2
+ 𝑦 − 𝑀𝑉𝑦
2
+ 𝑧 − 𝑀𝑉𝑧
2
n2 – rozdíl převýšení Vl. El. a Nep. El. • 𝑑 𝑁𝑉 = 𝑦 − 𝑀𝐶𝑦
•
n3 – vzdálenost k cíli •
𝑑𝐶 =
𝑥 − 𝑀𝐶𝑥
2
+ 𝑦 − 𝑀𝐶𝑦
2
+ 𝑧 − 𝑀𝐶𝑧
2
+
1 − 0,002𝑛3 𝑛3 − 𝑛2 tan + 20 𝑛3 1000 × 2
Časově velmi náročné výpočty
Decision priority setting
Optimal firing angle
Optimal cover conditions Optimal enemy distance position
Quantification criteria setting
Optimalizace prostoru pro zaujetí léčky Optimal strike evaluation Optimal path search
Optimal strike evaluation ,
Optimal path search
Optimal security element location optimization
... NxM
Final integration, evaluation and solution
Optimalizace prostoru pro zaujetí léčky
• Klíčová pro reálné aplikace je řešitelnost v reálném čase • Navyšování výkonu HW • Implementace paralelních a distribuovaných výpočtů (CUDA, OPEN CL, DirectX – vertex/pixel shader) • Algoritmicko-matematické optimalizace
1100
1000 900 Metoda plovouc ího horiz ontu
Zvlněný terén
Doba řešení v [ms]
800 700
Metoda vy šetření řezu
600 Lineární (Metoda plov oucího horiz ontu)
500 400
Expon. (Metoda vyšetř ení řezu)
300 200
100
34,22
30,80
27,56
24,50
21,62
18,92
16,40
14,06
11,90
9,92
8,12
6,50
5,06
3,80
0
Plocha řešeného sektoru v [km 2]
1400 1300
1200
Hornatý terén
Doba řešení v [ms]
1100
1000
Metoda plovoucího horizontu
900 Metoda vyšetření řezu
800
700 600
Lineární (Metoda plovoucího horizontu)
500
Expon. (Metoda vyšetření řezu)
400
300 200 100
34,22
30,80
27,56
24,50
21,62
18,92
16,40
14,06
11,90
9,92
8,12
6,50
5,06
3,80
0
26 00 25 00 24 00 23 00 22 00 21 00 20 00 19 00 18 00 17 00 16 00 15 00 14 00 13 00 12 00 11 00 10 00 90 0 80 0 70 0 60 0 50 0 40 0 30 0 20 0 10 0 0
Metoda plovouc ího horiz ont u Metoda vy šet ření řezu Lineární (Metoda plov oucí ho horiz ont u)
Plocha ře še né ho se ktoru v [km2]
34,22
30,80
27,56
24,50
21,62
18,92
16,40
14,06
11,90
9,92
8,12
6,50
5,06
Expon. (Metoda vyšetř ení řezu)
3,80
Rovinatý terén
Doba řešení v [ms]
Plocha ře še ného se ktoru v [km2]
72h X 90ms
SW je možno dále rozpracovat a obohatit o prvky 3D vizualizace
• NATO RTO a CD&E • SAS 097 - Robotics Underpinning Future NATO Operations • Iniciační jednání 25. – 27.4. 2012 (ČVUT) • Vytvoření čtyřech virtual strenghts • Autonomous Robotic Systems Leader: Major Jan Mazal, PhD. University of Defense, Brno, Czech Republic and Ing. Libor Preucil, CSc., ČVUT in Prague, Czech Republic • Human-Robot Collaboration Leaders: Dr. ir. Geert-Jan Kruijff, Deutsches Forschungszentrum für Kunstliche Intelligenz GmbH, Saarbrücken, Germany and Prof. Mark Neerincx, TNO, Soesterberg, The Netherlands. • Multiple Robots Systems Leaders: Dr. Bao Nguyen, DRDC - Centre for OR & Analysis, Canada and Dr. Francesco Fedi, Sistemi Software Integrati, Italy • Robotics Experiments < To be specified> Leader: Mrs. Sonia Weill, Centre Analyse Technico - Operationnel de la Défense, DGA, France
• Rozpracován CONOPS řešící cíle, problematiku, úkoly, směřování, koordinaci a aplikaci výsledků - úzká návaznost na koncepce a experimenty v CD&E • Tematika zaujala US ARMY - Maneuver Center of Excellence (MCoE) at Ft. Benning a RDCOM - TARDEC • Jednání NATO/LCG/UGV – podzim Praha 2012 • Realizace společné laboratoře UO, ČVUT, VUT, VŠB – Center of Advanced Robotic Systems • Vstup VOP CZ a VTUL - prototypy – naplnění koncepce VaV a návaznost na akvizice • Hledání finančních zdrojů - program 907040 ???.
Concept Development
Cíl: • najít způsob plné/částečné automatizace klíčových procesů řízení vojenských operací vedoucí k navýšení efektivity jejich provedení Kde jsme: • Vyvinuty varianty pokročilých algoritmů dílčích procesů související s vedením taktických činností (taktický manévr, optimalizace úderných aktivit, teorie pronásledování, sledování, vizualizace, taktické komunikace, apod. ) • Vývoj systému V21/2 • Rozvíjená spolupráce s vojsky – hledání výchozích scénářů
Concept Development
Kam směřujeme: • Vývoj operačně –velitelského stanoviště (kontejner) • Integrace současného dostupného řešení do systému V21 nové generace PASVŘ– přírůstkovým způsobem • Sestavení experimentálních sil – 4.BRN • Navýšení robustnosti datově-komunikační základny (UAV - retranslátor)
• plně interaktivní taktický virtuální simulátor, • řadí se do kategorie tzv. „Serious Games“ (doslova „vážných her“),
• zaměřen na přípravu všech příslušníků pěších, výsadkových, mechanizovaných a tankových jednotek a jednotek námořní pěchoty od střelce až po velitele roty (praporu) pro plnění úkolů v soudobých operacích (cca 100 rolí), • umožňuje velmi realisticky simulovat všechny druhy boje, přesuny, jiné taktické činností včetně činností realizovaných při plnění operačních úkolů v operacích NATO na podporu míru resp. mírových operací v souladu s kapitolou VI. a VII. Charty OSN, • specifikou simulátoru je orientace na co nejreálnější simulací operačního prostředí soudobých operací s prvky asymetrického boje probíhajících v Iráku a v Afghánistánu, • otevřená architektura umožňuje přidávat další obsah různého druhu (prostředí, vozidla a jednotky, zbraně, chování entit, skriptované funkce) a modularizaci podle charakteru výcviku (modul CFF, modul CAS),
Základní moduly simulátoru VBS2
As Samawah Green Zone
Obyvatelstvo, pracující a bojovníci v Afghánistánu a Iráku
IED
• Skrze rozhraní HLA (High Level Architecture) nebo DIS (Distributed Interactive Simulation)
• Účelem je ověření efektivity a kvantifikace klíčových koeficientů • Nemůže nahradit reálné podmínky/cvičení
Joint Center for Robotics Focus Areas
ODIS
