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 naváděný

puškový granát • 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 Futuristický náhled na bojiště budoucnosti

• 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

Úvod

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

Systémový koncept a jednotlivé přístupy

Integrovaný komplet vojáka

armády USA „Land Warrior“

• 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

Cíl zavádění integrovaných kompletů vojáka 21. století

Cíl zavádění integrovaných kompletů vojáka 21. století

Jádro C4I Modulárního bojového kompletu Vojáka 21. století 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

laserový

značkovač

Denní optický

zaměřovač náhlavní

komunikačn

í jednotka

přístroj nočního

vidění s hlavovým

zobrazovacím LCD

Ochranná přilba s

identifikačními

senzory

osobní

UKV / VKV

stanice

ovládací a

polohovací

jednotka

datový terminál

s modemem

a GPS/PPS

Zbraňový denní a noční

pozorovací a

zaměřovací systém

podvěsný

granátomet nebo

brokovnice

Přijímací

jednotka

GPS/PPS

Osobní zbraň

řídící jednotka

systému

systém

identifikace

vlastní/nepřítel

balistická vesta s

nosným

systémem ochranné brýle,

nákoleníky, rukavice,

chrániče sluchu a další

ochranné pomůcky

osobní dozimetr,

ochranná maska a

ostatní prostředky

PCHOJ

bateriový blok

s dobíjecími

články

tlumok, vak

na vodu,

potraviny,

vystrojovací a

nosné

prostředky

další volitelné a doplňkové

prostředky pro jednotlivé

moduly kompletu, družstvo,

četu nebo rotu zodolněná

klávesnice ruční zobrazovací LCD

rádiová stanice

UKV / VKV se

zesilovačem

vozidlová a

síťová dobíjecí

stanice Zaměřovací a

pozorovací přístroj

čety, pz družstva

(skupiny)

Modular combat system of the Czech Future

Soldier

Automatická puška CZ 805

Základní jádro MBK V21

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 1: 5/3/97: Kasparov wins

Game 2: 5/4/97: Deep Blue wins

Game 3: 5/6/97: Draw

Game 4: 5/7/97: Draw

Game 5: 5/10/97: Draw

Game 6: 5/11/97: Deep Blue wins

Matematický

model Řešení

Kritéria

velitele

(priority)

Kvantifikační

koeficienty

Kvantifikace

podmínek a vztahů

v modelu

Data a informace

o bojišti

• Fx= 1 − 0,002𝑥 0,7𝑒−

𝑥−200

100

2

+1−0,002𝑥

𝑥

1000+20

𝑓𝑂𝑢

=

1 − 0,002𝑛3 0,7𝑒−

𝑛3−200100

2

+1 − 0,002𝑛3

𝑛31000

+ 20

𝑛1 + 1 ×

tan− 𝑛2𝑛3

2

• n1 – vzdálenost od nejbližší vegetace

• 𝑑𝑉 = 𝑥 − 𝑀𝑉𝑥2 + 𝑦 − 𝑀𝑉𝑦

2+ 𝑧 − 𝑀𝑉𝑧

2

• n2 – rozdíl převýšení Vl. El. a Nep. El.

• 𝑑 𝑁𝑉 = 𝑦 − 𝑀𝐶𝑦

• n3 – vzdálenost k cíli

• 𝑑 𝐶 = 𝑥 − 𝑀𝐶𝑥2 + 𝑦 − 𝑀𝐶𝑦

2+ 𝑧 − 𝑀𝐶𝑧

2

Časově velmi

náročné výpočty

Optimal enemy distance position Optimal enemy distance position

Optimal cover conditions Optimal cover conditions

Optimal firing angle Optimal firing angle

Optimal path

search

Optimal path

search

Optimal security element location

optimization

Optimal strike

evaluation

Optimal strike

evaluation . . . N x M

Optimal path

search

Optimal path

search

Optimal strike

evaluation

Optimal strike

evaluation

,

Final integration, evaluation and

solution

Decision priority setting

Quantification criteria

setting

Quantification criteria

setting

Optimalizace prostoru

pro zaujetí léčky

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

Zvlněný terén

Hornatý terén

Rovinatý terén

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

3,80

5,06

6,50

8,12

9,92

11,9

0

14,0

6

16,4

0

18,9

2

21,6

2

24,5

0

27,5

6

30,8

0

34,2

2

Doba

řeše

ní v

[ms]

Plocha řešeného sektoru v [km2]

Metoda plovoucího horizontu

Metoda vyšetření řezu

Lineární (Metoda plovoucíhohorizontu)

Expon. (Metoda vyšetření řezu)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

3,80

5,06

6,50

8,12

9,92

11,9

0

14,0

6

16,4

0

18,9

2

21,6

2

24,5

0

27,5

6

30,8

0

34,2

2

Dob

a ře

šení

v [m

s]

Plocha řešeného sektoru v [km2]

Metoda plovoucího horizontu

Metoda vyšetření řezu

Lineární (Metoda plovoucíhohorizontu)

Expon. (Metoda vyšetření řezu)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

2300

2400

2500

2600

3,80

5,06

6,50

8,12

9,92

11,90

14,06

16,40

18,92

21,62

24,50

27,56

30,80

34,22

Doba

řeše

ní v [

ms]

Plocha řešeného sektoru v [km2]

Metoda plovoucího horizontu

Metoda vyšetření řezu

Lineární (Metoda plovoucíhohorizontu)

Expon. (Metoda vyšetření řezu)

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 ???.

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)

Concept Development

• plně interaktivní taktický virtuální simulátor,

• řadí se do kategorie tzv. „Serious Games“ (doslova „vážných her“),

• zaměřen na přípravu všech příslušníků pěších, výsadkových, mechanizova-

ných a tankových jednotek a jednotek námořní pěchoty od střelce až po velite-

le 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