Информационная система внутрибаллистической экспертизы стрелкового оружия Второй мировой войны

В настоящее время в РФ существуют отряды, имеющие общее название "Поиск". Целью этих отрядов является восстановление картины боевых действий Великой Отечественной и Второй мировой войны [6]. Задача восстановления боя с помощью информационных технологий, насколько известно автору, никогда не решалась. Настоящая статья посвящена определению видов стрелкового оружия, которое использовалось в годы Великой Отечественной войны в боевых действиях, по неполным характеристикам величины проникания пули в преграду (стену блиндажа, бруствера, дерева).

Общая характеристика программы

Программа "Внутрибаллистическая экспертиза оружия времен Второй мировой войны" является разработкой исследовательского назначения и может быть использована для определения вида оружия и нахождения расстояния, с которого был произведен выстрел по заданным параметрам: калибру оружия, массе пули, величине проникания ее в преграду. Программа может быть применена в деятельности поисковых групп, целью которых является восстановление хода боев во время Второй мировой войны.

Разрабатываемый исследовательский программный продукт имеет целью управление базой данных, выполненной предварительно в СУБД Microsoft SQL Server, и взаимодействие с ней при проведении внутрибал-листической экспертизы по определению типа оружия и нахождению расстояния, с которого производился выстрел. Предусматриваются такие виды работы с базой данной, как просмотр, пополнение, редактирование и удаление данных из таблиц. С помощью програм- мы предоставляется возможность при заданных значениях величины проникания пули в преграду, калибра оружия и массы пули опре- делить начальную скорость выстрела.

Вычисление расстояния и указание типа оружия могут быть выполнены в четырех ре- жимах:

- если известны калибр оружия, масса пули и величина проникания ее в преграду;

- если известны масса пули и величина проникания ее в преграду;

- если известны калибр оружия и вели- чина проникания пули в преграду;

- при известной величине проникания пули в преграду.

При описании соответствующих процессов "применяют эмпирические формулы, т.е. экспериментально полученные соотношения, которые связывают характеристики боеприпаса (масса m и калибр d), скорость встречи vc с преградой и ее физико-механические свойства" [3, с. 233]. Определение первоначальной скорости полета пули использует следующую математическую модель. Скорость соударения пули с преградой описыва- ется уравнением h  d2

^v ° =¥---^,

^K n ^m

где v _° - скорость снаряда при попадании в преграду, h - величина проникания его в преграду, K n - коэффициент податливости преграды, d - калибр, m - масса пули.

Алгоритм действия программы основан на следующем:

• 1.    Определяется скорость соударения пули с преградой по величине ее проникания в преграду.

• 2.    На основе начальной скорости согласно базе данных по соответствию известных дульных скоростей стрелкового оружия и скорости соударения пули с преградой по программе определяется тип оружия времен Второй мировой войны, из которого был возможен выстрел.

• 3.    Если оружия, соответствующего известным характеристикам, в сформированной базе данных нет, и все дульные скорости помещенного в нее стрелкового оружия больше скорости соударения пули с преградой, про-

• грамма обращается к системе дифференциальных уравнений (2), описывающей движение пули в воздухе после вылета из канала ствола, и приближенно вычисляются искомые параметры:

dv п ч

,п- = - F ⁽ v )

dl

— = v

I dt с начальными условиями

'( (0) = 0

.v(0) = v°,

где v - скорость полета пули, F(v) - сила сопротивления воздуха движению пули, m -масса пули, ( - расстояние полета пули, t -время. Выражение "для силы сопротивления воздуха получают с помощью теории подобия и размерностей, лежащей в основе методов физического моделирования

F ( v ) = R = ^Pv- • S • C x ( M ), (3)

где p - плотность воздуха; S = n d ²/4 -площадь миделевого сечения снаряда ( d -калибр); p v ²/2 - скоростной напор; C ( M ) - коэффициент лобового сопротивления;

v

M = — - число Маха; a - скорость звука в a данной точке траектории... Cx (M )эи определяют опытным путем для снарядов типовой ("эталонной") формы" [4, с. 271].

В предположении, что из стрелкового оружия производится прямой выстрел в преграду, и без учета силы тяжести, действующей на пулю, решается задача Коши (2) с применением численного метода Эйлера [2]. Пошаговое численное решение задачи Коши производится до тех пор, пока скорость полета пули при прямой наводке не станет с заданной точностью равной скорости соударения пули с преградой.

Это позволяет при обновленной информации повторно обратиться к базе данных для определения вида стрелкового оружия, из которого выпущена пуля.

Проектирование базы данных

При проектировании модели будут проанализированы потоки данных, использующиеся в информационной системе (ИС). Проектирование будет осуществляться методом "сверху вниз" с использованием системного проектируемой ИС

Прежде всего, сконструируем первичную контекстную диаграмму . Для этого вы делим основные сущности и определим глобальные потоки данных (рис. 1).

подхода.

Логическая структура модели

Рис. 1. Первичная контекстная диаграмма

Прямоугольниками обозначены основ- ных, получим диаграммы структур данных ные сущности будущей системы, сама же сис- (рис. 2). Проведем детализацию первичной тема представлена овалом. Далее представим контекстной диаграммы, для этого выделим таблицу расшифровки основных потоков пер- основные подсистемы, а также уточним пото-вичной контекстной диаграммы для будущей ки данных будущей системы. В итоге, полусистемы (табл. 1). Детализируя потоки дан- чим контекстную диаграмму (рис. 3).

Таблица 1. Расшифровка основных потоков первичной контекстной диаграммы

Потоки на диаграмме верхнего уровня	Потоки на диаграмме нулевого уровня
Информация от суперадминистратора	Логин и пароли (входа, добавления, редактирования, удаления), данные об оружии (название, калибр пули, масса пули, начальная скорость пули, производитель, тип оружия, изображение), коэффициенты податливости преграды (название преграды, коэффициент), логин и пароли (входа, добавления, редактирования, удаления) для создаваемого пользователя
Информация для суперадминистратора	Данные об оружии (название, калибр пули, масса пули, начальная скорость пули, производитель, тип оружия, изображение), коэффициенты податливости преграды (название преграды, коэффициент)
Информация от администратора	Логин и пароли (входа, добавления, редактирования, удаления), данные об оружии (название, калибр пули, масса пули, начальная скорость пули, производитель, тип оружия, изображение), коэффициенты податливости преграды (название преграды, коэффициент)
Информация для администратора	Данные об оружии (название, калибр пули, масса пули, начальная скорость пули, производитель, тип оружия, изображение), коэффициенты податливости преграды (название преграды, коэффициент)

Потоки на диаграмме верхнего уровня	Потоки на диаграмме нулевого уровня
Информация от суперпользователя	Логин и пароли (входа, добавления), данные об оружии (название, калибр пули, масса пули, начальная скорость пули, производитель, тип оружия, изображение), коэффициенты податливости преграды (название преграды, коэффициент)
Информация для суперпользователя	Данные об оружии (название, калибр пули, масса пули, начальная скорость пули, производитель, тип оружия, изображение), коэффициенты податливости преграды (название преграды, коэффициент)
Информация от пользователя	Логин и пароль для входа в систему
Информация для пользователя	Данные об оружии (название, калибр пули, масса пули, начальная скорость пули, производитель, тип оружия, изображение), коэффициенты податливости преграды (название преграды, коэффициент)
Информация от гостя	Логин и пароль (входа) для регистрации в системе

В заключение разработки модели построим ER-диаграмму (рис. 4), в которой отображены будущие таблицы и связи между ними в проектируемой системе. В завершение всего процесса построения модели ИС выполним расшифровку ER-диаграммы:

Данные оружия: калибр пули, масса пули, начальная скорость пули, производитель, тип оружия и для наглядности будущей программы – изображение оружия.

Таким образом, логическая структура модели проектируемой ИС оказывается построенной.

Физическая модель данных

При проектировании физической модели, опираясь на ранее построенную логическую структуру модели, необходимо определить систему управления базами данных (СУБД), в которой будет создаваться данная ИС.

На сегодняшний день существует множество различных систем управления базами данных, предназначенных для решения задач различного характера. Так как система будет представлена в виде windows-приложения, необходимо выбрать подходящую СУБД. Наиболее популярные для такого рода задач СУБД – это Microsoft SQL Server, Oracle, MySQL. Самой доступной СУБД из этого списка является Microsoft SQL Server, поэтому дальнейшее проектирование нашей ИС будем вести с опорой на нее.

Физическая модель данных представляет собой описание ER-диаграммы в терминах выбранной СУБД (Microsoft SQL Server). В ней приводятся имена полей, их типы, ключевые поля, индексы и другие атрибуты, присущие данной СУБД (табл. 2–7).

Таблица Данные оружия (табл. 2) связана с таблицей Производители (табл. 3) по полю "Производители" и с таблицей Типы оружия (табл. 4) по полю «Тип оружия».

Таблица Производители (табл. 3) связана отношением "Один ко многим" с таблицей Данные оружия (табл. 2) по полю "Идентификатор".

Таблица Типы оружия (табл. 4) связана отношением "Один ко многим" с таблицей Данные оружия (табл. 2) по полю "Идентификатор".

Таблица Пользователи (табл. 6) связана с таблицей Типы пользователей (табл. 7) по полю "Вид доступа".

Таблица Типы оружия (табл. 4) связана отношением "Один ко многим" с таблицей Данные оружия (табл. 2) по полю "Идентификатор".

Таблица Пользователи (табл. 6) связана с таблицей Типы пользователей (табл. 7) по полю "Вид доступа".

Таблица Типы пользователей (табл. 7) связана отношением "Один ко многим" с таблицей Пользователи (табл. 6) по полю "Идентификатор".

В сформированной базе данных информационной системы внутрибаллистической экспертизы стрелкового оружия приведены данные 94 видов стрелкового оружия времен Второй мировой войны [1, 5] и имеется возможность дополнения и редактирования записей базы.

Основные скриншоты программы приведены на рис. 5–8, не требующих из-за своей простоты дополнительных пояснений.

Рис. 2. Диаграммы структур данных

Добавление нового коэффициента, Редактирование или удаление существующего

о коэффициент

Да

Добавление нового коэффициента

Данные о коэффициентах

Добавление нового оружия об оружии

Гость

Администратор

Регистрация в системе (логин и пароль)

-Логин и пароли (входа, добавления, удаления, редактирования)-

Авторизация входа

Администрирование коэффициентов

Администрирование данных об оружии

Администрирование пользователей

Логин и пароли (входа, добавления, удаления,редактирования)

Добавление нового коэффициента, Редактирование или удаление существующего ь'Добавление нового оружия, Редактирование или удаление существующего

Добавление нового оружия^, Редактирование или удаление существующего об оружии

Авторизация

-Логин и пароли (входа, добавления)-

Суперпользователь

Пользователь

Логин и пароли создаваемого пользователя

Авторизация

Суперадминистратор

Рис. 3. Контекстная диаграмма

Рис. 4. ER-диаграмма

Таблица 2. Данные оружия

Имя поля	Системный тип	Длина	Вид ключа	Разрешить значение NULL	Комментарий
Название	nvarchar	255	Первичный	–	Название оружия
Калибр	float	–	–	–	Калибр пули
Масса	float	–	–	–	Масса пули
Начальная скорость	int	–	–	–	Начальная скорость пули при вылете из дула
Производитель	int	–	Вторичный	–	Номер производителя из таблицы «Производители»
Тип оружия	int	–	Вторичный	–	Номер типа оружия из таблицы «Типы оружия»
Изображение	nvarchar	100	–	–	Путь к файлу с изображением оружия

Таблица 3. Производители

Имя поля	Системный тип	Длина	Вид ключа	Разрешить значение NULL	Комментарий
Идентификатор	int	Идентификатор	Первичный	–	Уникальный идентификатор
Производитель	nvarchar	50	–	–	Название страны-производителя

Таблица 4. Типы оружия

Имя поля	Системный тип	Длина	Вид ключа	Разрешить значение NULL	Комментарий
Идентификатор	int	Идентификатор	Первичный	–	Уникальный идентификатор
Тип оружия	nvarchar	50	–	–	Название типа оружия

Таблица 5. Коэффициенты

Имя поля	Системный тип	Длина	Вид ключа	Разрешить значение NULL	Комментарий
Идентификатор	int	Идентификатор	Первичный	–	Уникальный идентификатор
Коэффициент	float	–	–	–	Коэффициент податливости преграды

Таблица 6. Пользователи

Имя поля	Системный тип	Длина	Вид ключа	Разрешить значение NULL	Комментарий
Вид доступа	int	–	Вторичный	–	Номер вида доступа из таблицы «Типы пользователей»
Логин	nvarchar	50	Первичный	–	Логин пользователя
Пароль для входа	nvarchar	50	–	–	Пароль, используемый для входа в систему
Пароль для добавления	nvarchar	50	–	–	Пароль, используемый при добавлении новой записи
Пароль для редактирования	nvarchar	50	–	–	Пароль, используемый при редактировании существующей записи
Пароль для удаления	nvarchar	50	–	–	Пароль, используемый при попытке удаления существующей записи

Таблица 7. Типы пользователей

Имя поля	Системный тип	Длина	Вид ключа	Разрешить значение NULL	Комментарий
Идентификатор	int	Идентификатор	Первичный	–	Уникальный идентификатор
Название	nvarchar	50	–	–	Название типа пользователя (суперадминистратор, администратор, суперпользователь, пользователь).

Рис. 5. Окно управления базой данных

Рис. 6. Просмотр таблицы «Оружие»

Программа написана на языке C# (WinForms). Приложение может быть использовано на любом компьютере с установленной базой данных ("Экспертиза") на Microsoft

SQL Server и версией Microsoft .NET Framework 4.5 (и выше). Для использования программы не требуется специальных навыков работы в какой-либо специальной среде.

Рис. 7. Пример карточки оружия

Программа работает под управлением ОС Windows XP/Vista/7/8 и требует 20000 Кб оперативной памяти. Объем exe-модуля программы составляет 228 Кб. Объём изображений и базы данных не превышает 13 Мб. Для устойчивой работы программы достаточно наличия персонального компьютера с двухъя- дерным процессором, размером оперативной памяти более 1 Гб. Программный продукт распространяется посредством сети интернет, на флэш-носителях и CD-DVD дисках. Для работы программы не требуется специальных условий и выполнения особых требований организационного, технического и технологического характера.

Рис. 8. Пример выдачи результата экспертизы

Заключение

Таким образом, в настоящей статье одновременно применены методы математического моделирования и информационного поиска в базе данных стрелкового оружия для восстановления картины боев Великой Отечественной войны. Эта программа может применяться отрядами "Поиск".