МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ Транспортний УНІВЕРСИТЕТ

Чинченко Юрій Володимирович

УДК 658.52.011.56:656.7.022

Моделі і алгоритми автоматизованого

управління рівнем готовності авіадиспетчерів

до дій в кризових ситуаціях

Спеціальність 05.13.06 - Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

КИЇВ - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі обслуговування повітряного руху Державної льотної академії України Міністерства освіти і науки України, м. Кіровоград.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент,

НЕДІЛЬКО Сергій Миколайович,

Державна льотна академія України, проректор з навчальної і наукової роботи, завідувач кафедри обслуговування повітряного руху.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор,

заслужений діяч науки і техніки України,

лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки

БЄЛЯЄВСЬКИЙ Леонід Степанович

Національний транспортний університет, професор кафедри транспортного права, системного аналізу та логістики;

кандидат технічних наук, доцент

ОСАДЧИЙ Сергій Іванович,

Кіровоградський державний технічний університет, завідувач кафедри автоматизації виробничих процесів.

Провідна установа: Інститут проблем математичних машин та систем НАН України, відділ інтелектуальних систем математичного моделювання складних об’єктів та процесів, м. Київ.

Захист відбудеться 19.02.2004 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.059.01 при Національному транспортному університеті за адресою: 01010, Україна, м. Київ, вул. Суворова, 1, ауд. 333.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного транспортного університету за адресою: 01103, Україна, м. Київ, вул. Кіквідзе, 42.

Автореферат розісланий 15.01. 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, О.І. Мельниченко

к.т.н., доцент

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В авіаційній ергатичній системі показники діяльності авіадиспетчерів залежать від професійних знань, навичок і вмінь (ЗНВ) та індивідуальних особливостей їхньої реалізації в реальних умовах. Тому важливою є розробка методик і алгоритмів автоматизованого управління рівнем готовності на всіх етапах трудової діяльності авіадиспетчерів.

Система визначення професійної придатності авіадиспетчерів, що використовується в теперішній час, є малоінформативною, перепідготовка авіадиспетчерів здійснюється в регламентовані терміни, без урахування індивідуальних особливостей формування і руйнування ЗНВ. Це не дозволяє одержати повну характеристику фактичного рівня готовності авіадиспетчерів.

Тому актуальною є задача вдосконалення традиційної схеми професійної підготовки (ПП) авіадиспетчерів і профілактики авіаційних подій (ПАП) шляхом застосування концепції гарантійного підходу до забезпечення надійності авіадиспетчерів і доповнення її інтелектуальними модулями, що використовуються у складі комплексних тренажерних систем (КТС) та забезпечують автоматизоване і централізоване управління ПП.

Зв’язок роботи з науковими програмами, темами. Робота виконана в рамках НДР 36Б41.6 "Розробка електронної бази даних по фахівцях служби руху України і прогноз їхньої потреби до 2005 року" – № ГР 0196U013139; 36Б47.2000 "Розробка державних стандартів освіти в області підготовки фахівців обслуговування повітряного руху (ОПР) і льотної експлуатації (ЛЕ)" – № ГР 0100U004669.

Мета роботи – підвищення ефективності обслуговування повітряного руху (ОПР) у кризових ситуаціях за рахунок вдосконалення моделей і алгоритмів автоматизованого управління рівнем готовності авіадиспетчерів.

Для досягнення поставленої мети були поставлені і вирішені наступні задачі:

1. Визначення і класифікація груп факторів, що впливають на процеси формування і руйнування рівня готовності авіадиспетчерів.

2. Обґрунтування і розробка системи кількісно-якісних критеріїв автоматизованої діагностики рівня готовності авіадиспетчерів.

3. Розробка моделей і алгоритмів автоматизованої діагностики і управління рівнем готовності авіадиспетчерів.

4. Обґрунтування і розробка інтелектуальних модулів КТС: модуля діагностики (МД) і модуля управління і прогнозування (МУП).

Об’єкт досліджень – діяльність авіадиспетчерів в системі обслуговування повітряного руху в кризових ситуаціях.

Предмет досліджень – моделі і алгоритми, що забезпечують автоматизоване управління рівнем готовності авіадиспетчерів до дій у кризових ситуаціях.

Методи досліджень. В дисертаційній роботі використані методи теорії технічної надійності, теорії множин, теорії графів, теорії нечітких множин, математичної логіки (елементи логіки предикатів), математико-статистичний метод експертних оцінок.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в розвитку теоретичних і методологічних основ формування моделей і алгоритмів автоматизованої діагностики і управління рівнем готовності авіадиспетчерів до дій у кризових ситуаціях:

- вдосконалена система кількісно-якісних критеріїв автоматизованої діагностики рівня готовності авіадиспетчерів до дій у кризових ситуаціях, за допомогою розподілу на базові і часткові критерії і їх застосування в стратифікованій ієрархічній системі діагностики;

- отримала подальший розвиток класифікація груп факторів, що зумовлюють процеси формування і руйнування рівня готовності авіадиспетчерів, шляхом розподілу на фактори, що впливають на базовий і прагматичний рівні готовності;

- вдосконалені алгоритми автоматизованої діагностики і управління рівнем готовності авіадиспетчерів, за допомогою розробки автоматизованих процедур реєстрації, розпізнавання і аналізу дій авіадиспетчерів у ході виконання вправ на КТС;

- вперше отримані теоретичні і методологічні принципи побудови і роботи інтелектуальних модулів КТС – модуля діагностики і модуля управління і прогнозування, що реалізують автоматизоване інформаційне супроводження діяльності авіадиспетчерів.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені моделі і алгоритми автоматизованої діагностики і управління ПП авіадиспетчерів є основою концептуального проектування і програмної реалізації інтелектуальних модулів КТС: МД – засіб для забезпечення автоматизованої діагностики рівня готовності в ході ПП і професійної діяльності (ПД); МУП – засіб автоматизованого управління ПП, що забезпечує вибір оптимальної індивідуальної стратегії ПП. Основні результати роботи адаптовані і впроваджені в Державній льотній академії України на тренажерному центрі управління повітряним рухом і в Харківському регіональному структурному підрозділі ОПР на тренажерному центрі управління повітряним рухом, що підтверджується актами про впровадження. Запропоновані моделі і алгоритми автоматизованої діагностики і управління можуть бути використані в інших системах для рішення задач автоматизованого управління пізнавальною діяльністю операторів.

Особистий внесок здобувача. Всі основні результати, що виносяться на захист, отримані здобувачем самостійно та опубліковані в 13 наукових працях. При цьому роботи [3,4,5,6,9,10,12,13] опубліковані здобувачем особисто. У роботах, опублікованих у співавторстві, здобувачу належать: в роботі [1] – методологічні принципи модульної побудови диспетчерських процедурних тренажерів; [2] – принципи роботи і структура диспетчерських процедурних тренажерів; [7] –стратегії управління ПП в залежності від результатів навчання; [8] – структура і обґрунтування критеріїв діагностики рівня готовності авіадиспетчера; [11] – принципи взаємодії інструктора з обчислювальним комплексом КТС.

Апробація результатів роботи. Результати роботи доповідались і обговорювались на наступних конференціях: міжнародній науково-технічній конференції "Современные научно-технические проблемы гражданской авиации" (Москва, 1999), Міжнародних науково-технічних конференціях "Авіа-2000", "Авіа-2001", "Авіа-2002", "Авіа-2003" (Київ, 2000-2003), Міжнародній науково-практичній конференції "Штучний інтелект 2002" (Кацивелі (Крим), 2002).

Публікації. Основний зміст дисертації опубліковано в 13 друкованих роботах (6 статтях в збірниках наукових праць, 7 тезах і доповідях конференцій).

Структура та обсяг роботи. Робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та семи додатків. Список використаних джерел вміщує 126 найменувань. Робота містить 228 сторінок тексту, в тому числі 149 сторінок основного тексту, ілюстрованого 50 рисунками і 9 таблицями.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, визначені мета, задачі та методологічна основа досліджень. Визначено наукову новизну та практичне значення роботи. Показано, яким чином здійснювалась апробація та впровадження результатів.

У першому розділі виконано аналіз понять базова і прагматична готовність авіадиспетчера до дій у кризових ситуаціях. Під рівнем готовності авіадиспетчера () будемо розуміти сукупність значень кількісно-якісних показників виконання типових професійних задач (ТПЗ), що характеризують здібності здійснювати покладені на нього обов'язки з ОПР відповідно до встановлених правил і типових технологій роботи в стандартних і кризових ситуаціях:

(1)

де , – кількісні і якісні показники критеріїв діагностики рівня готовності авіадиспетчерів.

Проаналізовано та подано розгорнуту характеристику факторів, що впливають на процеси формування і руйнування рівня готовності, відповідно до таких класів:

1. – сукупність форм і засобів ПП.

2. – усталена сукупність ТПЗ у ході ПД.

3. – індивідуальні характеристики авіадиспетчера.

Проведено аналіз критеріїв і алгоритмів, що використовуються для діагностики показників професійної діяльності людини-оператора і обґрунтовано сукупність базових критеріїв автоматизованої діагностики діяльності авіадиспетчерів у кризових ситуаціях.

Обґрунтовано необхідність доповнення КТС інтелектуальними модулями і сформульовано головну мету гарантійного підходу до забезпечення цільового (стаціонарного) рівня готовності авіадиспетчерів до дій у кризових ситуаціях:

(2)

де – цільовий рівень готовності; – рівень готовності авіадиспетчерів () до дій з ОПР при виникненні -ого типу кризових ситуацій ; – агрегована оцінка виконання сукупності ТПЗ () авіадиспетчерами; – рівень готовності авіадиспетчерів, при якому потрібна ПП для відновлення рівня готовності до ; – оптимальна стратегія управління рівнем готовності з урахуванням часових () і матеріальних ресурсів ().

У другому розділі запропоновано послідовність розробки сукупності базових і часткових критеріїв автоматизованої діагностики:

1. Аналіз діяльності авіадиспетчерів для всіх типів кризових ситуацій (до бази даних (БД) для кожного типу кризових ситуацій заносяться нормативні послідовності виконання ТПЗ авіадиспетчерами).

2. Розробка сукупності базових критеріїв.

Розглядаються базові критерії, за якими оцінюється діяльність авіадиспетчерів з ОПР у кризових ситуаціях: , де . Критерії, що використовуються у ході автоматизованої діагностики рівня готовності визначаються таким переліком: безпомилковість (), швидкодія (), своєчасність (), послідовність () і точність ():

(3)

3. Побудова сукупності часткових критеріїв.

Деталізація множини базових критеріїв для діагностики рівня готовності за -ими ТПЗ -их типів кризових ситуацій досягається шляхом побудови сукупності часткових критеріїв . Це дозволяє виконувати діагностику рівня готовності, орієнтовану на типові особливості -их типів кризових ситуацій.

Таким чином, множина показників критеріїв автоматизованої діагностики рівня готовності становить:

(4)

де , – ТПЗ з ОПР у кризових ситуаціях; , – бінарні функції можливості застосування показників базових (часткових) критеріїв для діагностики рівня готовності по -ій ТПЗ; и – матриці кількості ТПЗ в залежності від типів кризових ситуацій (, () і особливостей робочих місць авіадиспетчерів ().

Для рішення задач з управління рівнем готовності в ході ПП і ПД створено сукупність проблемно-орієнтованих моделей декларативного подання знань, що застосовані у складі інтелектуальних модулів КТС (рис. 1):

1. Моделі управляючого поля інструктора:

- компонент моделі інструктора з обробки дій авіадиспетчерів “Правила реєстрації і розпізнавання дій авіадиспетчерів” () (блок МД “Супервізор” – );

- компонент моделі інструктора “Правила аналізу і інтерпретації дій авіадиспетчерів” () (блок МД “Аналізатор” – );

Рис. 1. Схема взаємодії моделей інтелектуальних модулів

- компонент моделі інструктора з вироблення оптимальних дій в динамічній повітряній обстановці (ДПО) “Правила прийняття рішень “еталонного” авіадиспетчера” () (блок МД “Імітатор” – );

- компонент моделі інструктора “Правила вибору оптимальної стратегії управління ПП і прогнозування” () (блок МУП “Оптимізатор” –).

2. Моделі інформаційного поля авіадиспетчера:

- модель авіадиспетчера ();

- модель “еталонного” авіадиспетчера ();

- концептуально-інформаційна модель ОПР ().

3. Модель “Правила формування сценаріїв вправ” () (блок МУП “Компоновник” –).

В інтелектуальних модулях для забезпечення ефективного механізму виявлення і усунення типових помилок і недоліків в роботі розроблено модель аналізу помилок авіадиспетчерів. Індивідуальна модель авіадиспетчера () поновлюється на підставі даних ПП і ПД:

(5)

де – множина ЗНВ авіадиспетчера (рівень розуміння понять предметної області, вивчений матеріал, незасвоєні завдання); – множина типових помилок і недоліків у роботі; – множина індивідуальних стратегій вирішення ТПЗ.

Множина ЗНВ авіадиспетчера представляє собою зареєстровані дані з виконання ТПЗ відповідно до критеріїв діагностики:

(6)

Аналіз фактичного рівня готовності здійснюється на основі диференційної моделі авіадиспетчерів, шляхом використання методу накладення, коли ЗНВ авіадиспетчерів зрівнюються з профільною “еталонною” моделлю знань експерта (). Кінцевою метою є найбільш повне засвоєння “еталонної” моделі (забезпечення максимальної відповідності моделі авіадиспетчера до моделі “еталонного” авіадиспетчера ().

В роботі запропонована модель стратифікованої ієрархічної системи діагностики (ІСД), що дозволяє описати процедури обробки сукупності значень кількісно-якісних показників рівня готовності у вигляді розподіленої структури:

(7)

де – рівень показників часткових критеріїв; – рівень ТПЗ; – рівень кризових ситуацій; –загальний рівень готовності авіадиспетчерів.

Розроблено процедуру, за якою обробляються результати виконання вправ на КТС, для отримання кількісної інформації про готовність авіадиспетчера на всіх рівнях ІСД:

1. Початкові оцінки для 1-го (нижнього) рівня ІСД, що є кількісними значеннями показників часткових критеріїв для -ої ТПЗ, отримують в процесі виконання авіадиспетчерами вправ на КТС.

2. Потім отримані оцінки 1-го рівня обробляються за допомогою трьох етапів агрегування:

1 ЕТАП АГРЕГУВАННЯ. Сукупність кількісних значень показників часткових критеріїв -ої ТПЗ зводиться до кількісної адитивної оцінки рівня готовності по -ій ТПЗ за допомогою наступної нормованої адитивної функції:

(8)

де – сукупність вагових коефіцієнтів “складності” показників часткових критеріїв () -их ТПЗ.

На 1-ому етапі агрегування за допомогою п’ятимісного предикату виконується перевірка дотримання наступної комплексної умови для показників часткових критеріїв () -их ТПЗ:

(9)

де – мінімально допустимі значення кількісних показників часткових критеріїв -их ТПЗ .

Якщо умова (9) не дотримується, тоді при складанні “Звіту про рівень готовності до дій з ОПР у кризових ситуаціях” фіксується виконання -ої ТПЗ по -му показнику часткових критеріїв нижче нормативного рівня.

2 ЕТАП АГРЕГУВАННЯ. Сукупність кількісних адитивних оцінок рівня готовності по -им ТПЗ зводиться до сумарної оцінки рівня готовності по -му типу кризових ситуацій за допомогою наступної нормованої адитивної функції:

(10)

де – вагові коефіцієнти “важливості” адитивних оцінок рівня готовності () -их ТПЗ.

На 2-ому етапі агрегування за допомогою -місного предикату виконується перевірка дотримання наступної комплексної умови для -их ТПЗ:

(11)

де – мінімально допустимі значення кількісних адитивних оцінок рівня готовності по -им ТПЗ.

Якщо умова (11) не дотримується, тоді при складанні “ Звіту про рівень готовності до дій з ОПР у кризових ситуаціях” фіксується виконання -ої ТПЗ нижче нормативного рівня.

3 ЕТАП АГРЕГУВАННЯ. Сукупність кількісних значень сумарних оцінок рівня готовності по -им типам кризових ситуацій зводиться до загальної оцінки рівня готовності за допомогою наступної нормованої адитивної функції:

(12)

де – вагові коефіцієнти “складності” сумарних оцінок рівня готовності () по -им типам кризових ситуацій.

На 3-ому етапі агрегування за допомогою -місного предикату виконується перевірка дотримання наступної комплексної умови для -их типів кризових ситуацій:

(13)

де – мінімальні нормативні значення кількісних сумарних оцінок рівня готовності по -им типам кризових ситуацій.

Якщо умова (13) не дотримується, тоді при складанні “ Звіту про рівень готовності до дій з ОПР у кризових ситуаціях” фіксується виконання -го типу кризових ситуацій нижче нормативного рівня.

В роботі розроблено розрахункові номограми для процесів формування і руйнування рівня готовності, які дозволяють оцінити кількісні зміни рівня готовності у часі з урахуванням сукупності потрібних управляючих дій авіадиспетчерів (параметри складності вправ) у ході ПП () і умов діяльності авіадиспетчерів (режимів роботи) у ході ПД ().

Для видачі інформації про рівень готовності в звичній для користувачів формі, на 2-ому, 3-ому і 4-ому рівнях ІСД кількісні значення показників рівня готовності перетворюють в якісні показники. Для отримання якісних показників рівня готовності використано математичний апарат теорії нечітких множин.

Запропоновано наступні локальні лінгвістичні змінні “рівень готовності” на відповідних рівнях ІСД:

- на 2-ому рівні ІСД – лінгвістична змінна “адитивний рівень готовності ТПЗ”;

- на 3-ому рівні ІСД – лінгвістична змінна “сумарний рівень готовності кризової ситуації (КС)”;

- на 4-ому рівні ІСД – лінгвістична змінна “загальний рівень готовності”.

За результатами проведення експертного опитування побудовані згладжені функції належності локальних лінгвістичних змінних (рис. 2-4), що дозволяє забезпечити видачу інформації про рівень готовності авіадиспетчерів у звичній для користувачів формі.

У третьому розділі виконано декомпозицію алгоритму автоматизованої діагностики рівня готовності до дій у кризових ситуаціях:

ПІДГОТОВЧИЙ ЕТАП. Класифікація дій авіадиспетчерів – виконується на початковій стадії розробки алгоритму діагностики і полягає у виборі принципів класифікації, складанні переліку класів і визначенні сукупності ознак, у відповідності до яких множина допустимих одиничних ТПЗ розподіляється за класами узагальнених ТПЗ.

1 ЕТАП. Реєстрація дій авіадиспетчерів – виконується безпосередньо у ході виконання вправ на КТС і полягає у визначенні дій авіадиспетчерів, що виконуються при рішенні ТПЗ ().

2 ЕТАП. Розпізнавання (ідентифікація) дій авіадиспетчерів – виконується безпосередньо в ході виконання вправ на КТС і полягає у віднесенні зафіксованих дій авіадиспетчерів до одного з класів узагальнених ТПЗ ().

3 ЕТАП. Генерація дій авіадиспетчерів – виконується безпосередньо в ході виконання вправ на КТС і полягає у паралельному діяльності авіадиспетчерів виробленню рішень на підставі “еталонної” моделі авіадиспетчера () і даних від концептуально-інформаційної моделі ОПР ().

4 ЕТАП. Аналіз діяльності авіадиспетчерів – виконується після виконання вправ на КТС і полягає у порівнянні індивідуальної моделі авіадиспетчера з “еталонною” моделлю для визначення помилкових дій і недоліків у роботі ().

Реєстрація ТПЗ здійснюється за чотирма каналами інформаційного обміну:

(14)

де – блок правил реєстрації дій авіадиспетчерів з ОПР у конкретній ДПО; – блок правил реєстрації пультових операцій авіадиспетчерів; – блок правил реєстрації радіообміну авіадиспетчерів з екіпажами ПС; – блок правил реєстрації взаємодії авіадиспетчерів зі суміжними диспетчерськими пунктами.

Ці канали утворюють сукупність сегментів інформаційного простору:

(15)

де – сегменти інформаційного простору, що відповідають каналам інформаційного обміну; – адреса сегменту інформаційного простору; – правило доступу до сегменту інформаційного простору.

У блоці МД “Супервізор” використовуються дві стратегії реєстрації дій авіадиспетчерів, що зумовлюють генерацію зустрічних потоків інформації:

1. “RESPONSE” – інформаційні повідомлення про виконання авіадиспетчерами технологічних операцій (ТО):

(16)

де – функція для -го інформаційного повідомлення “RESPONSE”; – зміст інформаційного повідомлення “RESPONSE”; – дескриптор інформаційного повідомлення, що однозначно пов’язує ТО з певним класом узагальнених ТПЗ; – момент відправки інформаційного повідомлення.

2. “REQUEST” – інформаційні повідомлення (запити) двох видів:

- логічні перевірки виконання ТПЗ до заданого моменту часу (формуються за заданим апріорно розкладом – ):

(17)

де – функція для -го інформаційного повідомлення “REQUEST”; – зміст інформаційного повідомлення “ REQUEST”, відповідність якому буде відстежуватися у системі; – дескриптор інформаційного повідомлення “ REQUEST”; – момент відправки інформаційного повідомлення; – момент знаходження відповідності у множині інформаційних описів діяльності авіадиспетчерів даному інформаційному запиту; – логічний оператор, що приймає два значення: при виконанні умов запиту і у протилежному випадку.

- постійний моніторинг виконання дій авіадиспетчерів з високим пріоритетом () (повідомлення “ REQUEST” формуються з заданою періодичністю – ):

(18)

Така дублююча процедура формує потік інформаційних повідомлень, за допомогою яких компонент моделі інструктора “Правила реєстрації і розпізнавання дій авіадиспетчерів ” () (блок МД “Супервізор” – ) виконує “перехват” (реєстрацію) дій авіадиспетчерів ().

Узагальненим правилом, на підставі якого одинична ТПЗ відноситься до певного класу узагальнених ТПЗ, є аналіз ідентичності ТО, що входять в їх склад. При цьому робиться висновок про повну подібність (ідентичність) одиничної і узагальненої ТПЗ якщо -місний предикат (23) приймає значення :

(19)

Сукупність дій авіадиспетчерів, зареєстрованих і віднесених до певних класів ТПЗ (), поступає у компонент моделі інструктора “Правила аналізу і інтерпретації дій авіадиспетчерів () (блок МД “Аналізатор” – ). Правила аналізу дій авіадиспетчерів занесені до бази знань (БЗ) у вигляді “матриці знань” (таблиця 1).

Таблиця 1“

Матриця знань” БЗ аналізу дій

Номер вхідної комбінації значень | Вхідні дані | Вихідна змінна

x1 | x1 | xi | xn

11 | … | …

12 | … | …

… | … | … | … | … | …

1k1 | … | …

… | … | … | … | … | … | … | …

m1 | … | …

m2 | … | …

… | … | … | … | … | … | …

mkm | … | …

В “матриці знань” множина вхідних змінних (сукупність ознак ситуації) складає , а множина рішень–. За допомогою “матриці знань” реалізується система логічних висловлювань типу: “

IF {умова} THEN {рішення №1} ELSE {рішення №2}” (20)

Вказана система логічних висловлювань (20) дозволяє зв’язати сукупність ознак ситуацій в ДПО () з одним із можливих варіантів рішення ():

IF (x1=) AND (x2=) … AND (xi=) … AND (xn=) OR

(x1=) AND (x2=) … AND (xi=) … AND (xn=) OR …

(x1=) AND (x2=) … AND (xi=) … AND (xn=)

THEN ELSE … (21)

IF (x1=) AND (x2=) … AND (xi=) … AND (xn=) OR

(x1=) AND (x2=) … AND (xi=) … AND (xn=) OR …

(x1=) AND (x2=) … AND (xi=) … AND (xn=)

THEN

У БЗ аналізу дій авіадиспетчерів для виявлення розходжень з “еталонною” моделлю авіадиспетчера застосовується 1 КЛАС ПРАВИЛ – “Rules1” – аналіз одиночних ТПЗ (перевірка відповідності дій авіадиспетчерів нормативним значенням показників критеріїв діагностики).

Для поглибленого аналізу і визначення причин помилкових дій і недоліків у роботі застосовуються:

2 КЛАС ПРАВИЛ – “Rules2” – аналіз серій ТПЗ (використовується для аналізу регламентованих послідовностей дій авіадиспетчерів).

3 КЛАС ПРАВИЛ – “Rules3” – аналіз (порівняння) ТПЗ, що неодноразово повторюються у ході тренувальної вправи на КТС.

Для забезпечення управління рівнем готовності запропоновано наступний алгоритм прогнозування рівня готовності:

1. За результатами -го етапу ПП за допомогою автоматизованої діагностики формується сукупність показників, що характеризують рівень готовності по -им ТПЗ:

(22)

2. По мірі проходження -их етапів ПП значення змінюються і утворюють часовий ряд:

(23)

3. Зміна по мірі проходження -их етапів ПП подамо у вигляді:

(24)

де – детермінована невипадкова компонента (тренд) рівня готовності по -ій ТПЗ, що характеризує динаміку зміни рівня готовності; – стохастична компонента, що відображає вплив факторів ПД на базовий рівень готовності авіадиспетчерів.

4. При виборі виду екстраполюючої функції тренда , що характеризує процеси формування і руйнування рівня готовності по -ій ТПЗ використаємо експоненційні функції виду:–

для процесів формування рівня готовності по -ій ТПЗ:

(25)–

для процесу руйнування рівня готовності по -ій ТПЗ:

(26)

де – базовий рівень готовності по -ій ТПЗ; – базовий рівень готовності по -ій ТПЗ при зниженні до якого необхідно проведення ПП; – цільовий (стаціонарний) рівень готовності по -ій ТПЗ; – максимальне, теоретично досяжне значення рівня готовності (); , – коефіцієнти, що відображають індивідуальні характеристики авіадиспетчерів з формування і руйнування рівня готовності; – функція зміни сукупності необхідних управляючих дій авіадиспетчерів у ході ПП (параметри складності вправи); – функція зміни умов діяльності (режимів роботи) авіадиспетчерів у ході ПД; – час.

5. Процеси формування (руйнування) рівня готовності авіадиспетчерів до дій у кризових ситуаціях визначаються матрицею виду:

(27)

У четвертому розділі обґрунтовано структурну побудову підсистеми професійної підготовки інтегрованої системи професійної підготовки авіадиспетчерів і профілактики авіаційних подій (ІС ППА і ПАП), у якій виконується практична реалізація інтелектуальних модулів КТС.

В формалізованій формі узагальнену модель підсистеми професійної підготовки ІС ППА і ПАП () представимо в наступному виді:

(28)

де – сукупність з узагальнених моделей кризових ситуацій ; – сукупність з моделей авіадиспетчерів ; – модель діяльності (алгоритм і критерії діагностики) інструктора; – індивідуальні -ті стратегії ПП (); – база даних професійної надійності при ОПР.

Підсистема професійної підготовки ІС ППА і ПАП включає наступні модулі:

1. Модуль діагностики призначений для контролю рівня готовності авіадиспетчерів і забезпечує автоматизовану діагностику рівня готовності на етапах первинної обробки результатів ПП і їх поглибленого аналізу і інтерпретації (рис. 5).

Рис. 5. Узагальнена схема модуля діагностики

2. Модуль управління і прогнозування призначений для організації ПП авіадиспетчерів методами оперативного і стратегічного управління, вибору оптимальної форми ПП і управляючих дій. В залежності від цілей ПП і етапу діяльності авіадиспетчерів (ПП або ПД) в МУП здійснюється розробка стратегії ПП і виконується прогнозування динаміки зміни рівня готовності (рис. 6).

Рис. 6. Узагальнена схема модуля управління і прогнозування

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ТА ВИСНОВКИ

У роботі виконано науково-практичне обґрунтування і дослідження важливої задачі удосконалення традиційної схеми ПП авіадиспетчерів шляхом застосування сучасних інформаційних технологій і внесення в традиційну схему ПП і ПАП нової ланки – інтелектуальних модулів у складі КТС, за допомогою яких забезпечується комплексне рішення задач автоматизації управління ПП авіадиспетчерів.

З цією метою в ході рішення поставлених задач розроблені і реалізовані моделі і алгоритми автоматизованого управління рівнем готовності авіадиспетчерів до дій з ОПР у кризових ситуаціях. При цьому отримані наступні основні результати, що мають наукову і практичну цінність:

1. Обґрунтовано необхідність доповнення організаційної схеми ПП авіадиспетчерів додатковими компонентами – інтелектуальними модулями КТС, що виконують функції автоматизованого управління процесом ПП авіадиспетчерів.

2. Для реалізації в інтелектуальних модулях функцій управління рівнем готовності авіадиспетчерів розроблена сукупність проблемно-орієнтованих моделей декларативного подання знань – моделі управляючого поля інструктора і моделі інформаційного поля авіадиспетчера.

3. Розроблено алгоритм автоматизованої діагностики рівня готовності авіадиспетчерів до дій з ОПР у кризових ситуаціях:

- сформована сукупність кількісно-якісних критеріїв діагностики рівня готовності, заснована на трьохрівневій структурі діяльності авіадиспетчерів у кризових ситуаціях;

- розроблені автоматизовані процедури реєстрації, розпізнавання, аналізу і інтерпретації дій авіадиспетчерів, здійснюваних у ході виконання вправ на КТС;

- розроблені процедури агрегування результатів автоматизованої діагностики рівня готовності на підставі моделі подання стратифікованої ієрархічної системи діагностики;

- розроблена процедура переходу від кількісних значень показників рівня готовності до якісної форми подання (для забезпечення можливості надання інформації про рівень готовності в звичній для користувачів формі).

4. Розроблено алгоритм автоматизованого управління рівнем готовності авіадиспетчерів до дій з ОПР у кризових ситуаціях:

- побудовані розрахункові номограми для процесів формування і руйнування рівня готовності, призначені для кількісної оцінки зміни рівня готовності з урахуванням параметрів складності вправ і умов діяльності авіадиспетчерів (режимів роботи);

- розроблений алгоритм прогнозування рівня готовності на необхідний проміжок часу, реалізований шляхом побудови моделей формування (руйнування) рівня готовності з урахуванням забезпечення оптимального співвідношення змісту і періодичності ПП авіадиспетчерів;

- розроблений алгоритм реалізації гарантованого інтервалу тренувань, дотримання якого дозволяє забезпечити знаходження рівня готовності в нормативному діапазоні до настання терміну проходження чергової ПП;

- розроблена процедура співставлення впливу якісної характеристики складності вправи на кількісні значення зміни рівня готовності авіадиспетчерів до дій у кризових ситуаціях.

5. Розроблено інтелектуальні модулі КТС – модуль діагностики і модуль управління і прогнозування, описані алгоритми їхньої роботи і функціональні взаємозв'язки.

Практична реалізація результатів роботи знайшла втілення в експериментальному прототипі МД і МУП, інтегрованих до складу КТС.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1) Чинченко Ю.В., Буланов И.Е., Гришманов Е.А. Методы интенсификации процессов формирования навыков распознавания и устранения потенциально-конфликтных ситуаций персоналом ОВД // Наукові праці академії, вип. 3, частина 2. – Кіровоград: Вид-во ДЛАУ. – 1998. – С. .

2) Чинченко Ю.В., Неделько С.Н., Буланов И.Е. Принципы построения процедурных тренажеров по отработке навыков УВД в экстремальных и аварийных ситуациях // Наукові праці академії, вип. 5, частина 1. – Кіровоград: Вид-во ДЛАУ. – 2000. – С. .

3) Чинченко Ю.В. Концептуальная модель автоматизированной системы профилактики авиационных происшествий // Наукові праці академії, вип. 5, частина 1. – Кіровоград: Вид-во ДЛАУ. – 2000. – С. .

4) Чинченко Ю.В. Принципы построения базы данных профессиональной надежности при обслуживании воздушного движения // Наукові праці академії, вип. 6, частина 1. – Кіровоград: Вид-во ДЛАУ. – 2002. – С. .

5) Чинченко Ю.В. Автоматизированное прогнозирование уровня готовности авиадиспетчеров к действиям в кризисных ситуациях // Наукові праці академії, вип. 6, частина 1. – Кіровоград: Вид-во ДЛАУ. – 2002. – С. .

6) Чинченко Ю.В. Реализация модульного принципа построения автоматизированной системы профилактики авиационных происшествий // Искусственный интеллект. – 2002. – №3. – С. .

7) Буланов И.Е., Чинченко Ю.В. Формирование упражнений для процедурных тренажеров с помощью байесового подхода к распознаванию образов // Тезисы докладов Междунар. науч.-техн. конф. “Современные научно-технические проблемы гражданской авиации”. – М.: МГТУ ГА. – 1999. – С. .

8) Неделько С.Н., Москвичев В.В., Чинченко Ю.В. Методы автоматизации оценки и прогнозирования уровня профессиональной подготовленности авиадиспетчера // Материалы II Междунар. науч.-техн. конф. “АВИА-2000”. – К.: НАУ. – 2000. – CD.

9) Чинченко Ю.В. Принципы построения автоматизированной системы диагностики и прогнозирования готовности авиадиспетчера к ОВД при возникновении особых случаев в полете // Материалы III Междунар. науч.-техн. конф. “АВИА-2001”. – К.: НАУ. – 2001. – С. .51-7.55.

10) Чинченко Ю.В. Структура и алгоритмы работы модуля автоматической диагностики автоматизированной системы профилактики авиационных происшествий // Матеріали IV Міжнар. науково-техн. конф. “АВІА-2002”. – Том 2. – К.: НАУ. – 2002. – С. .33-21.36.

11) Завтонова О.А., Чинченко Ю.В. Подходы к оптимизации взаимодействия инструктора и вычислительного комплекса тренажерных систем ОВД // Матеріали IV Міжнар. науково-техн. конф. “АВІА-2002”. – Том 2. – К.: НАУ. – 2002. – С. 21.25-21.28.

12) Чинченко Ю.В. Разработка комплекса программно-технических средств для управления профессиональной подготовкой авиадиспетчеров // Материалы Междунар. науч.-техн. конф. “Искусственный интеллект 2002”. – Том 1. – Таганрог: Изд-во ТРТУ. – 2002. – С. 45.

13) Чинченко Ю.В. Принципы построения базовых моделей контроля и управления уровнем готовности авиадиспетчеров // Матеріали V Міжнар. науково-техн. конф. “АВІА-2003”. – Том 2. – К.: НАУ. – 2003. – С. .60-21.63.

АНОТАЦІЯ

Чинченко Ю.В. Моделі і алгоритми автоматизованого управління рівнем готовності авіадиспетчерів до дій в кризових ситуаціях. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 – Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. – Національний транспортний університет, Київ, 2004.

В роботі виконано науково-практичне обґрунтування і дослідження важливої задачі вдосконалення системи професійної підготовки авіадиспетчерів шляхом внесення у традиційну схему професійної підготовки і профілактики авіаційних пригод нової ланки – інтелектуальних модулів комплексних тренажерних систем, за допомогою яких забезпечується комплексне рішення задач автоматизації управління професійною підготовкою авіадиспетчерів.

Визначено та класифіковано групи факторів, що впливають на процеси формування та руйнування рівня готовності авіадиспетчерів до дій у кризових ситуаціях. На основі трьохрівневої структури діяльності авіадиспетчерів у кризових ситуаціях сформована сукупність базових і часткових критеріїв автоматизованої діагностики рівня готовності. Розроблено сукупність проблемно-орієнтованих моделей декларативного подання знань – моделі управляючого поля інструктора і моделі інформаційного поля авіадиспетчера. Розроблено модель подання стратифікованої ієрархічної системи діагностики рівня готовності, що дозволяє описати процедури обробки сукупності значень кількісно-якісних показників рівня готовності.

Розроблено алгоритми автоматизованої діагностики і управління професійною підготовкою авіадиспетчерів. Розроблено інтелектуальні модулі комплексних тренажерних систем – модуль діагностики і модуль управління і прогнозування, що дає можливість реалізувати автоматизоване супроводження професійної підготовки авіадиспетчерів.

Ключові слова: обслуговування повітряного руху, рівень готовності авіадиспетчера, комплексна тренажерна система, критерії діагностики, кризова ситуація.

АННОТАЦИЯ

Чинченко Ю.В. Модели и алгоритмы автоматизированного управления уровнем готовности авиадиспетчеров к действиям в кризисных ситуациях. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 – Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. – Национальный транспортный университет, Киев, 2004.

В работе выполнено научно-практическое обоснование и исследование важной задачи совершенствования системы профессиональной подготовки авиадиспетчеров путем внесения в традиционную систему профессиональной подготовки и профилактики авиационных происшествий нового звена - интеллектуальных модулей комплексных тренажерных систем, с помощью которых обеспечивается комплексное решение задач автоматизации управления профессиональной подготовкой авиадиспетчеров.

Выявлены и классифицированы группы факторов, которые оказывают влияние на процессы формирования и разрушения уровня готовности авиадиспетчеров к действиям в кризисных ситуациях.

На основании трехуровневой структуры деятельности авиадиспетчеров в кризисных ситуациях сформирована совокупность базовых критериев автоматизированной диагностики уровня готовности: безошибочность, своевременность, быстродействие, точность и последовательность. На основании базовых критериев для каждой обобщенной типовой профессиональной задачи разрабатываются частные критерии диагностики.

Разработана совокупность проблемно-ориентированных моделей декларативного представления знаний, используемых в интеллектуальных модулях для обеспечения диагностики и управления уровнем готовности. К базовым моделям относятся модели управляющего поля инструктора и модели информационного поля авиадиспетчера.

Разработана модель представления стратифицированной иерархической системы диагностики уровня готовности, позволяющая описать процедуры обработки совокупности значений количественно-качественных показателей уровня готовности (получение первоначальных оценок и три этапа агрегирования).

Разработан алгоритм автоматизированной диагностики уровня готовности авиадиспетчеров к действиям в кризисных ситуациях в виде совокупности взаимосвязанных этапов, выполняемых в строгой последовательности:

- предложена структура каналов информационного обмена, по которым, с помощью соответствующих блоков правил, осуществляется регистрация параметров деятельности авиадиспетчеров в ходе выполнения упражнений на комплексных тренажерных системах;

- предложены три класса оценочных правил, с помощью которых осуществляется анализ и интерпретация действий авиадиспетчеров, осуществленных в ходе выполнения упражнений на комплексных тренажерных системах.

Разработан алгоритм автоматизированного управления уровнем готовности авиадиспетчеров к действиям в кризисных ситуациях, заключающийся в выборе оптимального соотношения содержания и периодичности профессиональной подготовки авиадиспетчеров.

Разработаны интеллектуальные модули, интегрируемые в состав комплексных тренажерных систем – модуль диагностики и модуль управления и прогнозирования, обеспечивающие реализацию автоматизированного сопровождения профессиональной подготовки авиадиспетчеров.

Ключевые слова: обслуживание воздушного движения, уровень готовности авиадиспетчера, комплексная тренажерная система, критерии диагностики, кризисная ситуация.

ABSTRACT

Chynchenko Y.V. Models and algorithms of automated control of readiness level of controllers operation in emergency situations. – Manuscript.

Thesis submitted for obtaining the PhD in technical sciences on speciality 05.13.06 – Automated control systems and progressive information technologies. – National Transport University, Kyiv, 2004.

In this work the scientific-practical validation and research of important task of improvement of controllers’ professional training system is carried out by addition the traditional scheme of professional training and air accidents prevention with new components – the intelligent modules of complex simulators in order to provide complex solving of controllers’ professional training automated control.

Groups of factors, which affect to formation and destruction of controllers’ readiness level in emergency situations are revealed and classified. Global and local automated diagnosis criteria set of readiness level, which is based on three-level structure of emergency situations controllers’ operation is elaborated. The problem-oriented models set of declarative knowledge presentation (the instructor control field models and the controller’s information field models) are elaborated. The presentation model of stratified hierarchical readiness level diagnosis system is elaborated in order to describe processing procedures of readiness level qualitative-quantitative marks set.

Controllers’ professional training automated diagnosis and control algorithms are elaborated. Complex simulators intelligent modules (the diagnosis module and the control and prediction module) are elaborated in order to enable automated background of controllers’ professional training.

Key words: Air Traffic Service, readiness level of controller, complex simulator, diagnosis criteria, emergency situation.

Здано до друку 5.01.2004. Підписано до друку 8.01.2004.

Формат 60х84/16. Папір офсет.

Ум. друк. арк. 1,00. Обл.- вид. арк. 1,10.

Накл. 100 прим. Зам. 0037/2004.

Видавництво ДЛАУ, м. Кіровоград, вул. Добровольського, 1.

Тел. (38-0522) 294-437.