CC BY
68
И.М. Исмаилов
Азербайджан, г. Баку, Национальная академия авиации
ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ СИСТЕМЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ В АВИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ
На современном этапе развития авиации проблема человеческого фактора стала приоритетной в обеспечении безопасности полетов. Профессиональная деятельность экипажа в составе авиационно-технологического комплекса (АТК) имеет ряд специфических особенностей, которые больше влияют на надежность выполнения операций экипажем на различных этапах полета, требующих мгновенных автоматизированных оценок деятельности экипажа. В этом аспекте, с точки зрения безопасности полетов, вопросы надежности воздушных судов и функциональных систем, их связь с психофизиологическими возможностями экипажа имеют важное значение.
Деятельность летчика в системах управления полета, включающая в себя безукоризненны высокоточные действия по парированию возмущений, реакции выбора и слежения с использованием информационной модели полета, анализ ситуаций и принятие решений, чрезвычайно усложнилась. Здесь начали сказываться органиченные психофизиологические возможности человека. Потребовалось коренное изменение технических элементов систем управления, с которыми взаимодействует летчик в полете, создание принципиально новых систем управления и элементов информационных моделей [1]. Отрицательное влияние человеческого фактора обычно проявляется при исчерпании психофизиологических возможностей экипажа в процессе принятия решений или выполнения действий в конкретной полетной ситуации. Процесс принятия решений требует быстрого качественно-количественного анализа значительного объема информации, часто в условиях как дефицита времени, так и неточной информации. При этом необходимо отметить, что подходы операторов к оценке и разрешению возникающих ситуаций строго индивидуальны, а основные трудности обусловлены большим потоком данных. Однако главное внимание следует уделять не количественному увеличению предъявляемых оператору данных, а качественному совершенствованию информационного обеспечения принятия решений.
Проведение такого анализа на достаточно высоком профессиональном уровне пилотом самостоятельно, без аппаратной поддержки весьма проблематично, особенно в условиях работы, связанных с дефицитом времени и сверхэкстремальной психологической напряженностью [2]. Ошибки пилота, как и любого оператора, чаще всего скрывают за собой несогласованность возможностей человека и техники. Например, при заходе на посадку и посадке, когда неопределенность приборной информации, помехи и внешние факторы в условиях дефицита времени и ухудшения динамических свойств ВС с уменьшением скорости полета приводят к чрезмерному психологическому напряжению полета.
Необходимо отметить, что эксперт, находящийся на наземном пункте, приступая к анализу, находится (в отличие от экипажа) вне анализируемой ситуации и не лимитирован во времени. Кроме того, эксперт, находясь в режиме рассуждений, практически не в состоянии объективно анализировать другие виды психической деятельности (интуитивно, эмоционально, рефлекторно) в силу не тождественности его образа восприятия ситуации образу восприятия ситуации экипажем, действующим кроме прочего, в условиях жесткого лимита (а порою дефицита) времени.
Анализ причин авиационных происшествий показывает, что более 50 % этих происшествий происходят на этапах захода на посадку и при посадке [3]. Заход на посадку, выполнение посадки и приземления является наиболее трудным этапом полета: он сопровождается вынужденно быстрым темпом изменения полетной ситуации, выполнением сложных и точных разнообразных движений и операций летчика в условиях острого дефицита времени. При заходе на посадку и осуществлении посадки, время совершения которых исчисляется лишь минутами, летчик пользуется, по существу, всем комплексом пилотажно-навигационных приборов, выполняет ряд действий по маневрированию самолетом в вертикальном и горизонтальном направлениях, изменяет и выдерживает по определенной программе значения пилотажно-навигационных приборов.
Рис. 1. Схемы контуров управления самолетом пилотом на основании полетной информации а- в боковом движении, б - в продольном движении
а) в боковом движении: ф - курсовой угол радиостанции, Б - дальность до радиостанции, 2 (&) - боковое уклонение самолета от заданной траектории в линейных
( и угловых) единицах, Д*Р=Фзад -Ф- разность между заданным и текущим курсом самолета, р - угол скольжения, у - угол крена, 5Э - угол отклонения элеронов.
б) в продольном движении: е-отклонение самолета от заданной траектории в вертикальной плоскости, 5г и 5р.в -угол отклонения рулей направления и высоты.
Так, к примеру, задача стабилизации центра тяжести самолета на траектории захода на посадку и при снижении на жесткой пространственной траектории по раздельным приборам для летчика значительно труднее, чем задача стабилизации углового положения самолета относительно земной поверхности. На основании информации, поступающей от раздельных измерительных пилотажных приборов, летчик не может быстро принять решение о характере и степени воздействия на органы управления, чтобы стабилизировать самолет на траектории. Ряд пилотажных приборов, таких, например, как указатель отклонения самолета от курсо-глиссадной зоны, позволяет определить, в какой стороне его самолет находится относительно цели или заданной траектории полета, и представить себе, куда необходимо перевести центр тяжести самолета, чтобы войти на траекторию или на цель. Но как это сделать оптимальным образом, прибор не показывает, и летчик сам решает задачу, что в этих условиях требует большого напряжения.
На рис. 1 представлены схемы контуров ручного управления самолетом применительно к полету по заданной посадочной траектории. Обилие приборов, вынужденно быстрый темп течения процесса управления, ограниченность психофизиологических возможностей летчика - все это затрудняет выполнение полета по заданной траектории. Следует также отметить, что в процессе вывода системы из опасной ситуации экипажу приходится ограниченный отрезок времени перерабатывать значительный объем информации, которая к тому же имеет различную форму представления и часто носит противоречивый характер. Чтобы избавить экипаж от рутинных расчетов, необходимых для показания в заданную точку на заданной высоте на этапе предпосадочного снижения, в самолетах ГА целесообразно внедрить подсказывающие технические устройства по определению в вертикальной плоскости отклонения фактической траектории полета от расчетной, так как она отсутствует. Это обстоятельство стимулировало разработку информационно-аналитической самоорганизующей системы принятия решений по оперативному обслуживанию полетной информации (ПИ).
Учитывая напряженность режимов и быстротечность процессов ЛА, влияющих на безопасность полетов, структура предлагаемой системы должна отвечать следующим требованиям:
1. Система должна уметь рассуждать о том, как выполняются конкретные задачи и как реагировать на события в определенных ситуациях, чтобы оптимальным образом реализовать цели и задачи полетной программы.
2. Система должна быть гибкой (рассчитана на реконфигурацию или модификацию своего оборудования) и не должна выходить из строя при возникновении ошибочных ситуаций в условиях действия помех (как внутреннего, так и внешнего характера).
3. Система должна взаимодействовать с другими системами, интегрированными в работу.
4. Система должна осуществлять диалоговый процесс в режиме on-line, что выгодно отличает ее от алгоритма обработки полетной информации экспертом только после выполнения полетного задания.
5. Совокупность алгоритмов деятельности экипажа и аппаратно-программного обеспечения функционирования системы должна реализоваться экипажем с использованием бортовой информационно-измерительной аппаратуры, бортовых ЭВМ и рабочих мест (кабин) с их информационно-управляющими полями (ИУП).
При постоянном контроле и анализе полетной информации в контексте мониторинга физиологического состояния экипажа, вариация одного из выбранных параметров физиологической характеристики в общем случае может быть задана относительно номинала как
Ду = .
У н
В данном случае физиологический фактор принимает значения
У ^ У н •
При у = у фиксируется естественное состояние организма, при у > ун возможны аномальные ситуации. Отсюда рассматриваемая вариация Ду возникает, естественно, как системная составляющая дестабилизирующих воздействий.
Следовательно, при обработке, анализе и принятия решений по ПИ в контексте физиологических отклонений у членов экипажа ВС, необходимо уяснить алгоритм распознавания симптомов возможных отклонений для целей адекватной реакции. При этом, естественно, немаловажное значение приобретает также факт, точности и достоверности получения и отображения полетной информации.
Информационные потоки, циркулирующие на борту ВС в процессе выполнения полета и измеряемые с помощью штатной аппаратуры осуществляют:
- сжатие и экспресс - анализ соответствующей информации;
- документирование информации в реальном масштабе времени;
- занесение информации в твердотельный электронный накопитель ВС.
Исходя из изложенного, основная задача разработки предполагаемой системы
заключается в формировании интеллектуальной поддержки принятия решений при возникновении особых ситуаций на борту ВС. Решение данной задачи осуществляется путем оптимального преобразования полетной информации в реальном масштабе времени с учетом психофизиологических характеристик экипажа, комплексной автоматизированной обработки и анализа на борту ВС пилотажнонавигационных данных с последующей выдачей алгоритмизованных рекомендаций экипажу в случае возникновения особой ситуации.
Анализируя проблемную ситуацию и исходя из предъявляемых требований к разрабатываемой системе, можно сформулировать следующие основные задачи, решаемые при разработке подобных систем [4]:
- отбор необходимой информации и выбор способов ее оптимального представления;
- имитация ряда формализуемых функций мышления в технических средствах;
- расширение функций автоматизации информационной подготовки ПР, возложение на технические средства большинства операций, выполняемых в настоящее время операторами;
- автоматизация функций распознавания ситуаций, управление информационной моделью с целью отбора необходимой для ПР информации и оптимизации условий восприятия, планирования решений.
Исходя из изложенного, а также учитывая необходимость автоматизации процесса информационной подготовки принятия решения (ПР) в условиях острого дефицита времени на устранение конфликтной ситуации в полете, предлагается система взаимодействия пилота (человека-оператора) с информационной моделью (ИМ), формируемая бортовой ЭВМ и средствами отображения информации (СОИ) в конфликтных ситуациях.
Рис. 2. Информационное воздействие оператора и технических средств при принятии решений
о
Секция Интеллектуальные и адаптивные системы информационной безопасности
Структурная схема предложенной системы приведена на рис. 2, которая базируется на диалоге между ними как партнерами при выработке решения. В этой схеме предусмотрена автоматическая обработка информации о конфликтной ситуации и подготовке вариантов возможных решений.
Отличительной чертой схемы является наличие контура автоматизированного формирования информационной модели принятия решения (ИМПР), которая должна содержать данные, необходимые для анализа конфликтной ситуации и выработки решения, возможные варианты решения, а также набор рекомендаций и инструкций, помогающих пилоту быстро реализовать решение. Формирование ИМПР и взаимодействие пилота с данной моделью осуществляется следующим образом. Информация о параметрах состояния и движения воздушного судна (ВС) с помощью навигационных и пилотажных датчиков через соответствующие аналоговые измерительные каналы поступает на бортовую ЭВМ.
Для организации интеллектуального аналогового интерфейса с человеком-оператором (сжатие информации, содержащейся в результатах измерений и выдача ее в компактной и удобной для восприятия форме с оценкой погрешностей результатов измерений и их достоверности и решением, которое в некоторых случаях необходимо принять по результатам измерений) в ЭВМ предусмотрены специальные алгоритмы обработки пилотажно-навигационной информации. На основе данных о состоянии системы, среды и ходе управляемого процесса, поступающих из ЭВМ, формируется информационная модель общей оценки ситуации, отображаемая на СОИ. Одновременно данные о текущем состоянии управляемого процесса с помощью выходного интерфейса с пользователем поступают в блок распознавания, в котором автоматизированно с участием пилота (оператора) производится распознавание конфликтной ситуации, по которой надо принимать решение. Затем на основе использования опыта, накопленного при эксплуатации системы, вырабатываются гипотезы о возможных причинах конфликт ной ситуации.
В соответствии с возникшей проблемной ситуацией автоматически формируется ИМПР, содержащая детальные сведения о возникающей ситуации и рекомендации пилоту для планирования решения. Пилот познает ситуации и в случае необходимости вмешательства в управление процессом функционирования системы (возникновения конфликтных ситуаций) вызывает на индивидуальное рабочее место с помощью пульта ввода команд дополнительную информацию для выработки решения. Результаты решения вводятся в ЭВМ и воздействуют прямо или косвенно (через какие-либо органы и программы управления) на параметры управляемого процесса.
Рассмотренная схема взаимодействия позволяет представить бортовую ЭВМ и пилота как двух партнеров, одновременно участвующих в выработке решения. Это дает возможность использовать преимущества каждого из партнеров и обеспечивает высокую оперативность и качество принимаемых решений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Клюев А.В. и др. Психологические аспекты проблемы «Человеческого фактора» в авиационной аварийности. - М. 1996.
2. Меньшов А.И., Рыльский Г.И. Человек в системе управления летательными аппаратами. М.«Машиностроение, 1976.
3. Агаджалов П.А., Воробьев В.Г., Кузнецов А.А., Маркович Е.Д. Автоматизация самолетовождения и управление воздушным движением. Транспорт, - М. 1988.
4. Герасимов Б.М., Тарасов В.А., Токарев И.В. Человеко-машинные системы принятия решений с элементами искусственного интеллекта Киев. Наукова думка, 1993.
5. Матов В.И., Белоусов Ю.А., Федосеев Е.И. Бортовые цифровые вычислительные машины и системы - М. Высш. шк. 1988.
