CC BY
149
международный научный журнал «инновационная наука» УДК 656.6.08
№8/2015
ISSN 2410-6070
С. В. Ермаков,
ст. преподаватель кафедры судовождения, «Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота» ФБГОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет», г. Калининград, Российская Федерация
ДЕТАЛИЗАЦИЯ ПОНЯТИЯ «ПРОМАХ В НАВИГАЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ»
Аннотация
В статье проведен сравнительный анализ содержания используемых в различных отраслях определений понятия «промах» и понятий ему синонимичных, проанализированы источники промахов. Сформулировано уточненное понятие «промах» по отношению к навигационным измерениям, включающее в себя три элемента: измерение как процесс, его результат и оценка точности результата (грубая погрешности). Приведены примеры промахов при измерении пеленга при помощи оптического пеленгатора.
Ключевые слова
Навигационные измерения, точность, промах, определение, примеры.
Основным критерием оптимальности судовождения, как и мореплавания в целом, является безопасность, которая обеспечивается среди прочего точностью различных измерений навигационных параметров, проводимых с целью решения задач судовождения. Крайне негативное влияние на точность измерений оказывают промахи, более того, принятие судоводителем решения на основе результатов измерений, являющихся промахами, может привести к катастрофическим последствиям, вплоть до аварии и гибели людей и судна. Таким образом, промахи несут прямую угрозу безопасности мореплавания, а любые исследования, направленные на элиминацию этой угрозы, являются актуальными.
В целом, предотвратить появление промахов в процессе измерений навигационных параметров можно чёткой организацией измерений, качественной подготовкой наблюдателей, настройкой, проверкой и тестированием технических средств и судовой системы электроснабжения, применением принципов и правил эргономики при разработке технических средств измерений. Однако все эти мероприятия даже в совокупности не дают стопроцентной гарантии отсутствия промахов.
Оптимальным решением в отношении обеспечения точности измерений навигационных параметров является проведение ни одного измерения, как это, к сожалению, принято в практике судовождения, а ряда (серии) измерений с последующей их статистической обработкой и определения вероятнейшего значения навигационного параметра. Увеличение количества измерений при прочих равных условиях ведёт к уменьшению средней квадратической погрешности вероятнейшего значения. Однако этот вывод, как и сам процесс статистической обработки результатов измерений, можно считать ничтожными при наличии в серии измерений даже одного промаха, а в случае неправильной интерпретации полученной информации, судоводитель может подвергнуть судно серьёзной опасности.
В разных отраслях науки, где применяется статистическая обработка результатов наблюдений, исследуемое явление обозначают различными терминами. Так, например, непосредственно в математической статистике оно получило названия «выброс», «выпад», в метрологии используется термин «промах». В экономических, медицинских и иных экспериментах такое явление называют «артефактом». Так же получили признание такие термины, как «аномалия», «аномальное измерение».
Под аномалией (аномальным измерением) в первую очередь в радиотехнике понимаются значения в ряде результатов измерений, которые по амплитуде и своим статистическим свойствам значительно отличаются от других значений ряда. Необходимость в идентификации аномалий может возникнуть в следующих случаях:
— при функционировании приемо-передающих устройствах связи, как наземной дальней, так и
33
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070
космической;
— при оценке в моделирующих системах помехоустойчивости алгоритмов и схем обработки сигналов;
— при измерении атмосферных характеристик и т.д. [1].
Артефакт (от лат. artefactum - искусственно сделанное) - явление, процесс, предмет, свойство предмета или процесса, появление которого в наблюдаемых условиях по естественным причинам невозможно или маловероятно. Появление артефакта, следовательно, является признаком целенаправленного вмешательства в наблюдаемый процесс, либо наличия неких неучтённых факторов, а так же искусственно введённые помехи [2].
Под артефактом принимается экспериментальный результат (или отклонение экспериментального результата, обладающее свойствами стабильности и воспроизводимости) в любом научном эксперименте, причиной появления которого является влияние средств проведения эксперимента на изучаемый процесс, дефекты методики, влияние субъективного фактора (внушение или самовнушение испытуемого или экспериментатора) [2].
Трифонов Е.В. [3] артефакт определяет как «ложный, искаженный посторонней причиной результат исследования», результат воздействия, не относящегося к исследованию фактора. Среди артефактов, детерминированных объективными причинами, Трифонов Е.В. приводит для примера артефакты физических измерений из-за погрешностей приборов, внешних помех, неисправностей измерительных приборов.
В метрологии используется понятие промах, которым является ошибка, сделанная вследствие неверной записи показаний прибора, неправильно прочитанного отсчёта, резко выделяющаяся из ряда измерений [4], или, по иной формулировке, погрешность результата отдельного измерения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда [5].
Существуют и другие определения термина «промах».
Так, в [6] под промахом и выбросом понимается элемент совокупности значений, который несовместим с остальными элементами данной совокупности, в [7] погрешности, которые при исправных средствах измерений и корректных действиях экспериментатора (оператора) не должны появляться, а в [8] погрешности, вносимые в измерения человеком.
В судовождении под промахом понимается грубая погрешность, то есть погрешность, численное значение которой больше некоторой предельно допустимой для данного рода измерений или вычислений [9, 10]. При этом если в [9] основной причиной возникновения промаха указаны невнимательность и неопытность наблюдателей и вычислителей, то [10] в число причин включает также сбои применяемой аппаратуры.
Таким образом, термины «промах», «выброс», «выпад» можно считать синонимами. Вместе с тем содержание определения термина «артефакт» позволяет сделать вывод, что этот термин и термины «промах» «выброс», «выпад» являются схожими по своей сути, однако синонимичными их признавать нельзя.
Анализ приведённых определений понятия «промах» оставляет без разрешения две дилеммы. Во-первых, что может являться промахом: измерение, результат измерения или погрешность. Во-вторых, что можно источником (источниками) промаха: только ли человеческий фактор, или все причины в совокупности.
Для решения первой дилеммы обратимся к толковому словарю русского языка [11, 12], где промах определяется как в основном своём значении - выстрел мимо цели (то есть включает событие в комплексе с его оценкой), так и в переносном - ошибочный поступок по недомыслию, оплошность, упущение (в действиях, поступках), погрешность, ошибка (в исполнении, работе). Из этих общепринятых неспециальных определений, на первый взгляд, нельзя точно идентифицировать промах либо как измерение, либо как его результат, либо как погрешность. Однако на основании системного анализа этих определений можно сделать вывод, что под промахом в русском языке понимается само событие в совокупности с его итоговым результатом и негативной оценкой. Даже когда речь идёт о погрешности или ошибке в работе подразумевается ошибочное действие, а не только величина, характеризующая отличие его от безошибочного.
Сама суть статистической обработки данных требует исключения отличного от других измерения из
34
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070
ряда. При этом могут применяться такие формулировки как «исключить промах» (в таком контексте промах - это измерение, или его результат, или грубая погрешность) или исключить измерение, содержащее промах (здесь промах - это погрешность). Однако первая из формулировок видится более удачной, так как опять же включает в себя промах как измерение, результат которого содержит грубую погрешность, то есть является более объёмным и привязанным к конкретному ряду измерений, по отношению к которому оно и признаётся промахом, а погрешность является грубой. Однако общим признаком отнесения измерения к промахам, всё-таки, является величина погрешности этого измерения по сравнению с погрешностью других измерений ряда.
При статистической обработке ряда навигационных измерений необходимость исключения отличного от других измерения существует вне зависимости от причины его возникновения. Поэтому нельзя считать промахами только те измерения, грубые погрешности в которых появились исключительно из-за неправильных действий человека.
Таким образом, под промахом в навигационных измерениях необходимо понимать измерение, результат которого для данных условий резко отличается от остальных результатов измерений этого ряда и с большой долей вероятности не принадлежит этому ряду, а также сам результат такого измерения, содержащий грубую погрешность. Наглядно структуру промаха можно представить так, как это сделано на рис. 1.
Рисунок 1 - Структура промаха
Обозначив множество элементов процесса измерения буквой A , результат измерения буквой B , а грубую погрешность буквой C, можем записать C С B С A . Иными словами множество A среди прочих элементов-подмножеств (условия, средства, методы измерения) включает в себя подмножество B . В свою очередь, подмножество B (результат измерения) кроме, например, истинного значения (или его оценки) содержит подмножество N - грубую погрешность (рис. 1).
Фактически к промахам относят либо такие, которые явно не соответствуют ожидаемому результату измерений, либо не столь откровенно выраженные экстремальные значения, принадлежность которых к данному массиву результатов имеет весьма малую вероятность.
Отбрасывание (элиминация) промахов предупреждает возможность значительного искажения оценки результатов измерений. Оно может осуществляться либо интуитивным цензурированием абсурдных значений, либо статистическим критериальным отбраковыванием отдельных экстремальных результатов (подозрительных на наличие грубых погрешностей), которое основано на принципе практической уверенности. Применение этого принципа позволяет отбрасывать те значения, вероятность появления которых в исследуемом массиве данных меньше некоторого заранее выбранного значения.
35
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070
Грубые погрешности нельзя относить к случайным из-за совершенно иного механизма образования и принципиально отличного значения.
Причинами возникновения грубой погрешности могут быть: ошибка оператора (судоводителя) при снятии отсчета или его записи, эргономическое несовершенство средств измерений, несовершенство методики измерения; внезапные или кратковременные изменения условий измерения, сбой в измерительной цепи технического средства.
В свою очередь ошибки судоводителя могут быть обусловлены следующими причинами: низкий профессиональный уровень судоводителя, который оценивает навигационную обстановку, решает навигационные задачи и контролирует правильность результатов их решения; усталость вахтенного помощника капитана и, как следствие, его невнимательность при измерениях и при выполнении графических и вычислительных операций; нарушение уставных положений и правил судовождения, предусмотренных руководящими документами, наставлениями и инструкциями; неоправданно высокая самоуверенность судоводителя, его некритичность при оценке собственных действий, психологический настрой на шаблонные привычные действия, на выполнение необоснованного и неадекватного решения по управлению движением судна.
Причины появления грубых погрешностей резко выпадают из общего ряда аргументов, формирующих случайные погрешности измерений.
Так, пеленг, отображаемый пеленгатором ПГК-2, установленном на репитере гирокомпаса, содержит случайные погрешности, которые обусловлены неточностью наведения, колебаниями вследствие качки, отсутствием стабилизации в вертикальной плоскости и др. При правильном снятии отсчёта наблюдателем отображаемый пеленг будет являться измеренным, содержащим случайные погрешности. Если же наблюдатель снимает и записывает отсчёт пеленга, отличный от отображаемого (то есть в ряду измерений появляется промах), то точность такого измерения никак не может характеризоваться случайными погрешностями, которые к детерминации отличия измеренного пеленга от истинного в данном случае отношения не имеют.
Так же не имеют отношения случайные погрешности и к появлению промаха вследствие скачка напряжения в схеме технического средства измерения. Обосновывается это тем, что техническое средство (например, эхолот) является таковым только в случае, если различные характеристики работы его элементов (в том числе напряжение) находятся в пределах, предусмотренных разработчиками этого технического средства (при этом колебания в таких пределах являются источником случайных погрешностей). В противном случае, при выходе характеристик за указанные пределы (пусть и на короткое время), техническое средство измерений в принципе нельзя считать таковым (то есть нельзя использовать по назначению) до возвращения характеристик в допустимые пределы.
Грубые погрешности в принципе индивидуально непредсказуемы, и, что крайне существенно, их значения в отличие от случайных погрешностей невозможно прогнозировать методами теории вероятности и математической статистики.
Для визуальной интерпретации причин возникновения грубой погрешности на кафедре судовождения БГАРФ был проведён эксперимент, заключающийся в пеленговании объекта пеленгатором ПГК-2, который установлен на репитере гирокомпаса.
В процессе эксперимента путём фотосъёмки через окуляр пеленгатора было зафиксировано три различных отсчёта пеленга, каждый из которых провоцирует появление промаха в измерениях (рис. 2-4). При проведении эксперимента имитировались условия, реально имевшие место на практике.
Так, например, на рис. 2 и 3 изображены шкалы репитера, наблюдавшиеся при измерении пеленга, когда неопытный наблюдатель оставил лист регистрации измерений на репитере и повернул пеленгатор -при этом лист попал под него и частично закрыл изображение.
Полученные результаты эксперимента были представлены для оценки наблюдаемой величины пеленга десяти курсантам 5-6 курса.
Отсчёт шкалы репитера, изображённый на рис. 2 только двумя испытуемыми был принят за 30°, ещё два затруднились с ответом, а шестеро назвали правильный отсчёт. При оценке отсчёта по рис. 3 три человека дали неправильный ответ (357,5°), остальные же сделали обратный вывод (не 357,5°), но правильный ответ
36
международный научный журнал «инновационная наука»
№8/2015
ISSN 2410-6070
дать не могли. Всего один человек сомневался, а девять сделали промах (25°) при снятии отсчёта,
изображённого на рис. 4.
Рисунок 2 - Потенциальный промах (на шкале картушки 80°)
Рисунок 3 - Потенциальный промах (на шкале картушки репитера 7,5°)
37
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070
Причинами появления грубых погрешностей и промахов при снятии отсчётов пеленга, изображённых на рис. 2 и 3, является человеческий фактор и эргономическое несовершенство репитера гирокомпаса.
Таким образом, настоящая статья содержит теоретическое обоснование понятия «промах в навигационных измерениях», включающее его определение, механизм и причины появления промахов, и доказана необходимость учёта промахов (возможного их присутствия) при проведении и обработки результатов навигационных измерений.
Список использованной литературы
1. Шерстобитов А. И., Марчук В. И., Воронин В. В., Токарева С. В. Способ обнаружения аномальных измерений без оценки функции тренда и устройство, его реализующее: пат. 2302655 Российская Федерация.
2. Артефакты [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://nauki-online.ru/artefakty
3. Трифонов Е.В. Пневмапсихосоматология человека. Русско-англо-русская энциклопедия, 16-е изд., 2013 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http:// www.tryphonov.ru/tryphonov6/terms6/artefc.htm
4. Зайдель А. Н. Элементарные оценки ошибок измерений. - Л.: Наука, 1968 - 99 с.
5. Погрешности измерений [Электронный ресурс]. Режим доступа http:// vniims.ru/inst/termin/pogreshnost.html
6. Характеристика погрешности. Случайная составляющая погрешности [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://ib.komisc.ru/seminars/report? download=237:random
7. Ким К.К. Метрология, стандартизация, сертификация и измерительная техника: учебник для вузов / К.К. Ким, Г.Н. Анисимов, В.Ю. Барабарович, Б.Я. Литвинов. - СПб.: Питер, 2010. - 368 с.
8. Дрокин С.Н. Введение в лабораторный практикум по физике: «Измерение физических величин и оценка погрешностей». Методические указания для студентов дневной и заочной форм обучения специальностей ЭПТ и ТПОП / Дрокин С.Н., Перевозников Е.Н., Горшков А.С. - СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского торгово-экономического института, 2005. - 57 с.
9. Кожухов В.П., Григорьев В.В., Лукин С.М. Математические основы судовождения: учебник. - М.: Транспорт, 1987. - 208 с.
10. Математические основы судовождения: учебник / В.П. Кожухов, А.М. Жухлин, В.Т. Кондрашихин, В.А. Логиновский, А.Н. Лукин. - М.: Транспорт, 1993. - 200 с.
11. Ефремова Т.Ф. Новый словарь русского языка: Толково-словообразовательный: Св. 136000 слов. ст., ок. 250000 семант. ед.: В 2 т. - М.: Русский язык, 2000. - Т. 1: А-О. - 1213 с.
12. Ожегов С. И., Шведова Н. Ю. Толковый словарь русского языка: 80 000 слов и фразеологических выражений / Российская академия наук. Институт русского языка им. В. В. Виноградова. - 4-е изд., дополненное. - М.: Азбуковник, 1999. - 944 с.
© Ермаков С.В., 2015
УДК 621.31:535.215
Д.А. Козюков
аспирант Б.К. Цыганков
к.т.н., профессор Кафедра электротехники, теплотехники и ВИЭ Кубанский государственный аграрный университет г. Краснодар, Российская Федерация
АНАЛИЗ ТЕМПОВ И ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ СОЛНЕЧНОЙ ФОТОЭНЕРГЕТИКИ
Аннотация
Выполнен аналитический обзор темпов развития фотоэнергетики в мире за десятилетний период (2004-
38
