Библиотечный каталог авторефератов Украины

Рис. 4. Нейросіткова модель оцінки ефективності потенційних альтернатив завершення польоту:

а – потенційна альтернатива завершення польоту – аеродром;

б – потенційна альтернатива завершення польоту – майданчик

Вхідними параметрами моделі є чинники, що характеризують потенційну альтернативу завершення польоту.

Так як для різних типів потенційних місць посадки чинники, що обумовлюють кінцевий результат вибору, відрізняються, то у випадку, коли потенційною альтернативою завершення польоту є аеродром, входи нейронної сітки наступні:

• компонент – технічна придатність аеродромів (b1 – відповідність довжини ЗПС на аеродромі потрібній для виконання посадки даного типу ПС; b2 – придатність поверхні ЗПС; b3 – працездатність РТЗ посадки), ={bі}, ;

• компонент – придатність аеродрому за метеорологічними умовами (с1 – наявність небезпечних метеорологічних явищ; с2 – відповідність метеорологічних умов на аеродромі установленим мінімумам для посадки; с3 – відповідність складових вітру встановленим гранично допустимим), ={сj}, .

У випадку, коли потенційна альтернатива завершення польоту – майданчик, входами ШНС є:

• компонент – тип майданчика (d1 – попередньо визначений або підібраний з повітря майданчик), ={dk}, ;
• компонент – вид підстилаючої поверхні (e1 – рівнинна; e2 – лісна; e3 – горна; e4 – водна; e5 – пустельна), ={el}, ;
• компонент – придатність майданчика за метеорологічними умовами (f1 – наявність небезпечних метеорологічних явищ; f2 – відповідність метеорологічних умов майданчика встановленим мінімумам для посадки; f3 – відповідність складових вітру встановленим гранично допустимим), ={fm}, .

У відповідність кожному вхідному параметру ставиться бінарний вектор, який відображає наявність (1) або відсутність (0) певного чинника.

Вихідним параметром моделі є величина потенційного збитку, що відповідає вибору певної альтернативи завершення польоту : g1 – дуже малий збиток; g2 – малий збиток; g3 – середній збиток; g4 – великий збиток; g5 – дуже великий збиток, ={gr}, .

За критерій ефективності потенційних альтернатив завершення польоту YG прийнятий потенційний збиток внаслідок вибору певної альтернативи при обмеженому часі польоту tпол ≤ tкрит:

YGаер = ;                                                                (3)

YGмайд = ,                                                        (4)

де fG – активаційна функція, яка застосовується поелементно до компонентів вектор-рядка, що розміщений у дужках.

Ефективність залежатиме від того, які саме чинники характеризують певне місце посадки. Оптимальний варіант завершення польоту з мінімальним ризиком обирається на основі мінімізації потенційного збитку:

YGopt = min fG().                                                                                (5)

Вхідні компоненти , , , , і відповідний їм вихід задаються з попередніх статистичних даних. Тестування сіток показало точність визначення збитку в межах 10% від діапазону зміни його значень, що цілком задовольняє постановці задачі й підтверджує достовірність запропонованої моделі.

В результаті композиції визначених задач вимірювання отримано інформаційну модель СППР авіадиспетчера в позаштатних польотних ситуаціях (рис. 5).

Четвертий розділ містить опис програмного комплексу “Підказка”, реалізованого за запропонованою автором моделлю. СППР авіадиспетчера розроблювалась за об’єктно-орієнтованою технологією з використанням візуальної системи програмування Delphi 5, яка підтримує абстрагування, інкапсуляцію, класи, спадкування та поліморфізм. Особливістю реалізації програмного забезпечення СППР авіадиспетчера в позаштатних польотних ситуаціях є використання технології BDE (Borland Database Engine) – інтегрованого в Delphi ядра процесора баз даних Borland, що не потребує багато ресурсів, зручного у використанні та який має прямий доступ до локальних баз даних. Тестування та супроводження програми “Підказка” на тренажерній системі показало, що достатнім системним мінімумом для серверу бази даних є Intel Pentium 4 та 512 Мб оперативної пам’яті; для автоматизованих робочих місць операторів – Intel Pentium 2 та 128 Мб оперативної пам’яті. Програмою “Підказка” реалізовано підсистеми формування стратегії дій, прогнозування розвитку ситуації, визначення характеристик альтернативних варіантів завершення польоту, оцінки ефективності потенційних альтернатив і формування оптимального рішення.

У розділі надано інформацію про результати впровадження, використання розроблених алгоритмів і програм управління та ефективність застосування СППР авіадиспетчера в позаштатних польотних ситуаціях, що потребують вимушеної посадки ПС. Порівняльний аналіз отриманих в тренажерному центрі УПР результатів дослідження прийняття рішень авіадиспетчером щодо вибору оптимальної альтернативи завершення польоту наводиться в табл. 7.

Таблиця 7

Порівняльний аналіз збитку і часу прийняття рішення авіадиспетчером при застосуванні СППР та без застосування системи

Згідно з даними табл. 7 в результаті використання СППР кількість позаштатних ситуацій, в яких авіадиспетчером обирається оптимальна альтернатива завершення польоту з мінімальним рівнем потенційного збитку, збільшується на 20%, а час прийняття рішення зменшується на 5 с.

ВИСНОВКИ

1. Досліджено з системних позицій процес прийняття рішень авіаційним оператором в позаштатних польотних ситуаціях, що потребують вимушеної посадки ПС; відокремлені групи чинників, які впливають на вибір оптимального варіанта завершення польоту.
2. Представлена концепція адаптивної СППР авіадиспетчера в позаштатних польотних ситуаціях, що потребують вимушеної посадки ПС, яка дозволяє враховувати при прийнятті оперативних рішень динаміку зміни стану об’єкта управління (ПС) й зовнішнього середовища (зони УПР).
3. Запропоновано підхід до оцінки ефективності потенційних альтернатив завершення польоту в позаштатних ситуаціях, що потребують вимушеної посадки ПС, на основі формалізації ризику виникнення небажаних наслідків в результаті реалізації оператором певного рішення.
4. Здійснено декомпозицію задачі вибору оптимальної альтернативи завершення польоту в позаштатних ситуаціях, що потребують вимушеної посадки ПС, та розроблено її структурну модель.
5. Визначено в якості критерію ефективності потенційних альтернатив завершення польоту потенційний збиток внаслідок вибору певної альтернативи при обмеженому часі польоту ПС; за допомогою застосування функцій належності в умовах нечіткої інформації формалізовано якісні характеристики потенційного збитку.
6. Сформульовано принципи побудови СППР авіадиспетчера в позаштатних польотних ситуаціях, що потребують вимушеної посадки ПС, подана її структура з відокремленням підсистем, що відповідають за вирішення певних задач вимірювання, та баз даних, які забезпечують систему необхідною інформацією.
7. Визначено методи та розроблено моделі й алгоритми формування рішень в СППР авіадиспетчера в позаштатних польотних ситуаціях. Запропоновано інформаційну модель СППР, в якій систематизовані структурні складові системи інформаційної підтримки та взаємозв’язки між ними, що дозволяє комплексно реалізувати задачі вимірювання при виборі оптимальної альтернативи завершення польоту в позаштатних ситуаціях, які потребують вимушеної посадки ПС.
8. Розроблено програмне забезпечення СППР авіадиспетчера в позаштатних польотних ситуаціях на основі візуальної системи програмування Delphi 5 з використанням технології BDE (Borland Database Engine). Доведено, що застосування розроблених алгоритмів та програм оперативного управління вибором оптимальної альтернативи завершення польоту дозволяє:

• видавати рекомендації щодо можливості подальшого продовження польоту або необхідності виконання вимушеної посадки ПС за допомогою зручного для користувача інтерфейсу;
• визначати область досяжності ПС у випадку необхідності виконання вимушеної посадки;
• формувати оцінку потенційних альтернатив завершення польоту й визначати оптимальний варіант за критерієм мінімізації потенційного збитку.

9. Здійснена оцінка ефективності застосування СППР авіадиспетчера в позаштатних польотних ситуаціях, яка доводить збільшення кількості позаштатних ситуацій, в яких обирається оптимальна альтернатива завершення польоту з мінімальним рівнем потенційного збитку, на 20%, та зменшення часу прийняття рішення на 5 с.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Шмельова Т.Ф., Сікірда Ю.В. Оптимізація інформаційної підготовки прийняття рішень в авіаційній ергатичній системі // Искусственный интеллект. – 2002. – №3. – С. 458–465.
2. Шмельова Т.Ф., Сікірда Ю.В. Динамічна оцінка якості тренувань оператора авіаційної ергатичної системи за допомогою формалізації ризику // Наукові праці академії: Зб. наук. пр. – Кіровоград: ДЛАУ, 2002.– Вип. VI. – Част. I.– С. 209–215.
3. Бєляєв Ю.Б., Шмельова Т.Ф., Сікірда Ю.В. Науково-методологічні основи оцінювання помилкових дій оператора авіаційної ергатичної системи в особливих випадках польоту // Автоматизація виробничих процесів. – 2002. – №2 (15). – С. 60–65.
4. Шмельова Т.Ф., Бутінець В.В., Сікірда Ю.В. Оптимізація процесу прийняття рішень в авіаційній ергатичній системі за допомогою нейронних сіток // Наукові праці академії: Зб. наук. пр. – Кіровоград: ДЛАУ, 2002. – Вип. VI. – Част. I. –С. 231–237.
5. Сикирда Ю.В., Шмелева Т.Ф. Интегрированная адаптивная система управления воздушным движением во внештатных полетных ситуациях // Искусственный интеллект. – 2003. – №4. – С. 365–372.
6. Бєляєв Ю.Б., Шмельова Т.Ф., Сікірда Ю.В. Моделювання процесу прийняття рішень оператором авіаційної ергатичної системи в особливих випадках польоту // Автоматизація виробничих процесів. – 2003. – №2 (17). – С. 17–23.
7. Сікірда Ю.В. Автоматизація інформаційної підтримки оператора авіаційної ергатичної системи в екстремальних польотних ситуаціях // Автоматизація виробничих процесів. – 2003. – №2 (17). – С. 47–51.
8. Шмельова Т.Ф., Сікірда Ю.В. Оптимізація інформаційної підготовки прийняття рішень в авіаційній ергатичній системі // Искусственный интеллект: Материалы междунар. науч.-техн. конф. – 16-20 сентября 2002 г., п. Кацивели, Крым, Украина. – Таганрог-Донецк: Таганрогский государственный радиотехнический университет, 2002. – С. 273–277.
9. Шмельова Т.Ф., Сікірда Ю.В. Методи оцінювання помилкових дій оператора авіаційної ергатичної системи за допомогою формалізації ризику // Аерокосмічні системи моніторингу та керування: Матеріали IV міжнар. наук.-техн. конф. “АВІА-2002”. – Київ, 23-25 квітня 2002 р. – К.: НАУ, 2002. – Т.2. – С.21.21–21.24.
10. Сікірда Ю.В., Шмельова Т.Ф. Нейронно–експертна система діагностики помилкових дій оператора авіаційної ергатичної системи // Аерокосмічні системи моніторингу та керування: Матеріали V міжнар. наук.-техн. конф. “АВІА–2003”. –Київ, 23-25 квітня 2003 р. – К.: НАУ, 2003. – Т.2. – С.21.56–21.59.
11. Сікірда Ю.В. Оптимізація оцінювання дій оператора авіаційної ергатичної системи в особливих випадках польоту на базі нейронних сіток // Матеріали міжнар. наук.-практ. конф. студентів, аспірантів та молодих вчених “Комп’ютери. Програми. Інтернет. 2003”.– Київ, 21-23 квітня 2003 р. – К.: “Політехніка”, 2003. – С. 60.
12. Сікірда Ю.В. Нейросіткова модель інформаційної підтримки оператора авіаційної ергатичної системи в особливих випадках польоту // Матеріали 10–ї міжнар. конф. “Автоматика–2003”. – Севастополь, 15-20 вересня 2003 р. – Севастополь: СевНТУ, 2003. – С. 109.
13. Сікірда Ю.В., Шмельова Т.Ф. Оцінка ефективності потенційних альтернатив завершення польоту в позаштатних ситуаціях, що потребують вимушеної посадки повітряного судна // Аерокосмічні системи моніторингу та керування: Матеріали VІ міжнар. наук.-техн. конф. “АВІА–2004”. – Київ, 26-28 квітня 2004 р. – К.: НАУ, 2004. – Т.2. – С. 21.101–21.104.
14. Сикирда Ю.В., Шмелева Т.Ф. Синтез адаптивной системы управления воздушным движением во внештатных полетных ситуациях // Искусственный интеллект: Материалы междунар. науч.-техн. конф. – 16-20 сентября 2003 г., п. Кацивели, Крым, Украина. – Таганрог-Донецк: Таганрогский государственный радиотехнический университет, 2003. – С. 127–129.
15. Сікірда Ю.В., Герасименко О.В. Синтез системи інформаційної підтримки авіадиспетчера в позаштатних ситуаціях, що потребують вимушеної посадки повітряного судна // Материалы междунар. науч.-практ. конф. „Современные информационные технологии в управлении и профессиональной подготовке операторов сложных систем”. – Кировоград, 17-18 декабря 2003 г. – Кировоград: ГЛАУ, 2003. – С. 26–27.

АНОТАЦІЇ

Сікірда Ю.В. Моделювання системи підтримки прийняття рішень авіадиспетчера в позаштатних польотних ситуаціях. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 – автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. – Науково-виробнича корпорація "Київський інститут автоматики", Київ, 2004.

Дисертацію присвячено питанням розроблення системи підтримки прийняття рішень авіадиспетчера стосовно оптимізації вибору альтернативного варіанта завершення польоту в позаштатних ситуаціях, що потребують вимушеної посадки ПС. В якості критерію ефективності потенційних альтернатив завершення польоту визначений потенційний збиток у випадку вибору певної альтернативи при обмеженому часі польоту ПС до місця посадки, що не перевищує критичний час; формалізовані якісні характеристики потенційного збитку. Розроблено структуру СППР авіадиспетчера, визначено достатній мінімум інформації для ефективного функціонування системи. Запропоновано моделі та алгоритми, що забезпечують ефективне й надійне функціонування кожної із підсистем СППР. Розроблено інформаційну модель та програмне забезпечення СППР з використанням сучасних технологічних методів та засобів. Подано інформацію про отримані нові наукові результати, практичну реалізацію та ефективність розробленої СППР авіадиспетчера в позаштатних польотних ситуаціях.

Ключові слова: система підтримки прийняття рішень, позаштатні польотні ситуації, вимушена посадка, потенційні альтернативи завершення польоту, формалізація потенційного збитку, математична модель, алгоритм, інформаційна модель, програмне забезпечення.

Сикирда Ю.В. Моделирование системы поддержки принятия решений авиадиспетчера во внештатных полетных ситуациях. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 – автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. – Научно-производственная корпорация "Киевский институт автоматики", Киев, 2004.

Диссертация посвящена вопросам разработки системы поддержки принятия решений авиадиспетчера по оптимизации выбора альтернативного варианта завершения полета во внештатных ситуациях, требующих вынужденной посадки воздушного судна.

Проведен анализ процесса принятия решений авиационным оператором во внештатных полетных ситуациях, требующих вынужденной посадки воздушного судна, с точки зрения его автоматизации. Как результат, установлены необходимость и возможность корректного своевременного формирования решений по выбору оптимальной альтернативы завершения полета для информационной поддержки в условиях жесткого лимита времени, психологической напряженности оператора, а также неполноты, неопределенности и большого объема разноплановой информации, необходимой для принятия решения. Выделены группы факторов, влияющих на выбор оптимального варианта завершения полета, разработан алгоритм принятия решений оператором в ситуациях, требующих экстренного завершения полета.

Определен достаточный минимум информации, идентифицирующий состояние объекта управления (воздушного судна) и внешней среды (зоны управления воздушным движением), и необходимый для формирования решений об оптимальном варианте завершения полета; разработана концепция СППР, адаптивной к динамике изменения их состояний.

Разработана структурная модель задачи выбора оптимального варианта завершения полета в виде дерева решений. В качестве критерия эффективности потенциальных альтернатив завершения полета определен потенциальный ущерб в случае выбора определенной альтернативы при ограниченном времени полета воздушного судна до места посадки, не превышающем критическое время; формализованы качественные характеристики потенциального ущерба.

Разработана структура СППР авиадиспетчера во внештатных полетных ситуациях, требующих выполнения вынужденной посадки воздушного судна. Определены задачи измерения при выборе оптимальной альтернативы завершения полета, проведена их декомпозиция; разработаны математические модели, адаптированные к дальнейшей программной реализации, определены методы их решения. Построена нейросетевая модель для оценки потенциального ущерба в результате выбора определенной альтернативы завершения полета. Разработана информационная модель СППР, в которой систематизированы структурные составляющие системы информационной поддержки и взаимосвязи между ними, что позволяет комплексно осуществлять выбор оптимальной стратегии действий.

Исследована и установлена возможность представления рекомендаций оператору в форме количественной оценки потенциального ущерба при выборе определенной альтернативы завершения полета.

Разработано программное обеспечение СППР с использованием современных технологических методов и средств, обеспечивающих качество и надежность на каждом из этапов разработки. Приведена информация о получении новых научных результатов, практической реализации и эффективности разработанной СППР авиадиспетчера во внештатных полетных ситуациях.

Ключевые слова: система поддержки принятия решений, внештатные полетные ситуации, вынужденная посадка, потенциальные альтернативы завершения полета, формализация потенциального ущерба, математическая модель, алгоритм, информационная модель, программное обеспечение.

Sikirda Y.V. Modelling of decision support system for an air traffic controller in flight emergency situations. – The manuscript.

The thesis is presented for obtaining the candidate in technical sciences on speciality 05.13.06 – automated control systems and progressive information technologies. – Scientific and productive corporation "Kyiv institute of automatics", Kyiv, 2004.

The dissertation is devoted to questions of development of decision support system (DSS) for an air traffic controller on optimization of a choice of optimum alternative of the end of flight in flight emergency situations, in which the compelled landing of airplane is required. The potential damage in case of a choice of the certain alternative at limited time of flight of an airplane to landing place, which isn’t exceeding critical time, is determined as criterion of efficiency of potential alternatives of the end of flight; qualitative characteristics of potential damage are formalized. The structure of DSS for an air traffic controller is submitted, the sufficient minimum of the information for effective performance of a system is defined. Models and algorithms, which provide reliable and effective functioning of each subsystem of DSS, are offered. Information model of DSS and its software with use of modern technological methods and means are developed. The information of obtained new scientific results, practical realization and efficiency of developed DSS for an air traffic controller in flight emergency situations is submitted.

Keywords: decision support system, flight emergency situations, compelled landing, potential alternatives of the end of flight, formalization of potential damage, mathematical model, algorithm, information model, software.

Здано до друку 26.04.2004. Підписано до друку 28.04.2004.

Формат 60х84 1/16. Папір газетний. Друк офсетний.

Ум. друк. арк. 1.1.

Зам. №  313/2004. Тираж 100 прим.

Видавництво ДЛАУ. м. Кіровоград,

вул. Добровольського, 1,

тел. 294-437.