CC BY
49
УДК 656.7.01.078.13; 658.012.2.656.7
РАЗРАБОТКА РЕСУРСНОГО КОМПЛЕКСА НАБЛЮДЕНИЯ ОПАСНОСТИ СТОЛКНОВЕНИЙ И ОПАСНЫХ СБЛИЖЕНИЙ
ВОЗДУШНЫХ СУДОВ
Н.И. ПЛОТНИКОВ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Зубковым Б.В.
Метод разработки комплекса наблюдения столкновений и опасных сближений воздушных судов в коммуникациях УВД.
Ключевые слова: управление воздушным движением, воздушное судно, столкновение, сближение.
1. Введение
Анализ столкновений и опасных сближений (СОС) воздушных судов (ВС) выявляет, что наиболее возможным условием блокирования опасности являются параметры коммуникации взаимодействия экипажа и службы управлении воздушным движением (УВД). Анализ показывает, что существенными параметрами взаимодействия являются структура, каналы и контекст сообщений связи. Проблема состоит в том, что назначение аэронавигации в УВД оставляет неопределенность описания объектов назначения в категориях эффективности и безопасности. В настоящей работе ставится задача исследования и формализованной разработки комплекса аэронавигации в объектах назначения и типологии наблюдения. Предпринимается исследовательский поиск параметров качества информации в сообщениях взаимодействия «авиадиспетчер-пилот». В теоретическом плане решением задачи является неформальная и формальная постановка задачи назначения аэронавигационного комплекса. В практическом плане работа содержит рекомендации по оптимизации международных стандартов. Ввиду определенной новизны подхода исследования данная работа представляется для обсуждения.
2. Метод исследования и разработки
Адекватность описания предметной области, определяющая эффективность нормирования и регулирования деятельности рассматривается как разработка и проектирование ресурсного комплекса деятельности. Под разработкой ресурсного комплекса понимается эвристическое определение и такое описание объектов назначения и параметров наблюдения, которое снижает существующую структурную и содержательную неопределенность деятельности. Наблюдаемая предметная область описывается пространственно-временными характеристиками и свойствами величин физического мира, что требует применения смешанных типов наблюдений: качественных оцениваемых и количественных измеряемых. Под методом проектирования комплекса наблюдения предметной области понимается эвристическое определение и описание объектов наблюдения, один из которых определяется как база наблюдения backdrop [4]. Наблюдение каждой компоненты требует выбора и определения: наименований категорий и параметров наблюдения, определение и формализация взаимосвязей параметров; типов величин, шкал и единиц измерения и/или оценивания. Принципиально важным является выбор и идентификация ограниченного количества специфических объектов предметной области и их существенных параметров. В целом, исследуемый в настоящей работе предмет СОС является смешанной областью по проектированию комплекса наблюдения, поскольку присутствуют материальные и нематериальные объекты, разнообразные параметры наблюдения, шкалы, типы измерения и
оценивания. Задача состоит в том, чтобы данное разнообразие форм и содержания редуцировать в знание предметной области. Настоящая работа является демонстрацией применения прикладной теории наблюдения в избранной техногенной деятельности аэронавигации, содержание которой описывается в объектах назначения и типологии наблюдения [7].
3. Разработка предметной области аэронавигации по объектам назначения в параметрах наблюдения
Предметная область описывается здесь в процедурах эвристической и эмпирической экспертизы на основе знаний, данных, информации и опыта. В соответствии с вышеописанным методом разработки для каждого объекта предметной области назначаются параметры наблюдения (измерения, оценки, оценивания), категории и шкалы. Структурируются показатели и данные наблюдений. Формулируются общие задачи наблюдений.
Событие (Е). Событие опасности обозначаются символом Ес - столкновение и Еос - опасное сближение. Столкновение является пространственной категорией, наблюдается в абсолютной шкале и нормируется показателями ИКАО <1-10"7-ч-1. Опасное сближение показателем <5-10"4-ч-1. Блокирование опасности события является общей задачей наблюдения комплекса аэронавигации и летной эксплуатации.
База наблюдения (М). Взаимодействие «авиадиспетчер-пилот» структурируется в наблюдении трех параметров следующего содержания и обозначениями.
Структура связи (Мс) является временной категорией, структурируется в процедурах и операциях: вызов, выход, сеанс, конец. Наблюдается в шкалах интервалов. Задачей наблюдения структуры связи является контроль соответствия существующим стандартам и разработки более эффективных технологий и стандартов связи.
Каналы связи (Мк) являются психологической категорией, структурируются в разработанной АВК-матрице, наблюдаются в шкалах порядка. Задачей наблюдения каналов связи является контроль соответствия стандарту аудиальной связи и разработки визуальных и кинестетических технологий и стандартов связи.
Сообщение (Мм) является лингвистической категорией, структурируется на содержание, фразеологию, речь и язык. Наблюдается в шкалах порядка. Задачей наблюдения сообщения является контроль соответствия стандарту связи и разработки более совершенного синтаксиса языка, технологий и стандартов связи.
Организованная среда аэронавигации (А). Структурируется в наблюдении трех объектов и параметров.
Организации воздушного пространства (Ак). Является пространственной категорией и наблюдается в шкалах интервалов параметра конфигурации: вертикальное, продольное, боковое эшелонирование; структура воздушных трасс и авиалиний; пространственные структуры зон подходов и посадки; пространственные конфигурации расположения центров УВД. Задачей наблюдения является контроль движения в пространстве, проектирование и логическое пространственное структурирование.
Организации воздушного движения (Аи). Является временной категорией и наблюдается в шкалах интервалов параметра интенсивности: интервалы и частоты полетов, цикличность полетов, планы полетов и их координация. Задачей наблюдения является организация и обслуживание воздушного движения.
Средства воздушной навигации УВД и связи (Ан). Является материальной категорией и наблюдается в шкалах отношений параметра и технических показателей надежности. Задачей наблюдения является проектирование и эксплуатация средств воздушной навигации УВД и связи.
Организованные условия летной эксплуатации (П). Структурируется в наблюдении объектов и параметров.
Бортовые средства УВД и связи (Пн). Является материальной категорией и наблюдается в
шкалах отношений параметра и технических показателей надежности, расчетов радиопомех, помех другой связи. Задачей наблюдения является проектирование и эксплуатация средств воздушной навигации УВД и связи.
Летные характеристики ВС (Пл). Является материальной категорией и наблюдается в шкалах отношений параметра и показателей назначения летной годности. Задачей наблюдения является контроль эксплуатации ВС в соответствии с назначением.
Условия полета. Структурируются в наблюдении четырех параметров.
Движение (Пд). Является процессной категорией и наблюдается в шкалах интервалов по показателям и данным полета: взлет, набор, маршрут, снижение, подход, посадка, руление. Задачей наблюдения является контроль эксплуатации ВС в соответствии с назначением и разработки эффективного структурирования движения.
Условия пилотирования (Пп). Является материальной категорией и наблюдается в шкалах интервалов по показателям и данным полета: ручной, автоматический, инструментальный, визуальный. Задачей наблюдения является контроль эксплуатации ВС в соответствии с назначением и разработкой эффективных технологий летной эксплуатации.
Орнитоусловия (По). Является материальной категорией и наблюдается в шкалах отношений по показателям и данным: среда, самолет, птица. Задачами наблюдения являются: выбор назначения в природной орнитосреде; защита птиц; блокирование птицеопасности.
Метеоусловия (Пм). Является материальной категорией и наблюдается в шкалах интервалов по показателям и данным метеоусловий полета: видимость, облачность, температура, влажность, обледенение, сдвиг ветра, коэффициент сцепления. Задачей наблюдения является выбор назначения в природной среде.
Событие блокирования опасности СОС воздушного движения можно описать как задачу организованной среды аэронавигации и организованных условий летной эксплуатации в контексте качественного взаимодействия операторов по передачи-приема полного и точного сообщения в структуре связи по каналам эффективных коммуникаций. Данное описание на естественном языке является полной постановкой задачи. Поскольку целью настоящей работы является не разработка и реализация практического комплекса аэронавигации, а демонстрация методологии на данном примере, структура объектов предметной области и описание условий ограничивается.
Общая организованная среда аэронавигации и (А) летной эксплуатации (П) и множество ее значений составляет комплекс назначения деятельности {А, П}. База наблюдения (М) и множество ее проявлений является методологической функцией поставленной задачи. Общее условие задачи записывается:
где [ и - функции решателя начальной и предельной защиты в решении задачи.
Иначе, для каждого Щ е М существует среда ^еЛи условия Пс е П, когда любое событие £| > 0 в фазовом пространстве Е: Е невозможно, если реализуется функция предельной защиты и блокирования опасности -»тах /'. Аналогично могут формулироваться частные задачи по отдельным параметрам наблюдения.
Число возможных проявлений угроз в показанном контуре защиты может быть больше. Их идентификация и включение в контур есть вопрос и задача экономической целесообразности инвестирования безопасности. Формальная постановка и решение задачи содержат математическое описание взаимосвязей параметров. Наиболее приемлемым аппаратом могут быть методы мягких вычислений [1, 2, 8, 11]. В соответствии с проектируемым содержанием предметной области формируются задачи наблюдений для объектов на естественном языке с последующим формали-
4. Общая постановка задачи наблюдения предметной области
У1Е 1, если событие происходит; У'\Е\ если событие не происходит;
(1)
(2)
зованным математическим описанием. Дальнейшая глубина исследования и разработка осуществляются выделением разделов схемы в соответствии с методом. Наименования параметров могут приниматься как имена объектов, один из которых определяется базой наблюдения.
Ниже представляется пример исследования качества информации в сообщениях взаимодействия «авиадиспетчер-пилот» с использованием разных теоретических подходов. Исследуется предмет формирования сообщения с позиций математической теории связи, качественной теории информации и психолингвистическая кибернетика коммуникаций. Выполняется краткая оценка данных теорий для определения возможностей их применения в задачах настоящей работы.
5. Определение параметров качества информации в сообщениях
Теория связи. В математической теории связи количество информации определяют с помощью энтропии. Если имеется совокупность возможностей с вероятностями P1,... Pn, то энтропия дается выражением
H = -Х P logр (3)
Количество информации, создаваемой при выборе сообщения М, определяется путем суммирования всех возможных сообщений
H (M) = ~X P(M )log P(M). (4)
При выборе ключа (К) неопределенность дается выражением
H (K) = -Х P( к )log P( K) (5)
Ненадежность сообщения НЕ(М) и ключа НЕ(К) определяется соотношениями
HE (M) = - X P(E, M) log PE (M) (6)
E M
He (K) = -X P(E,K) log Pm (K) (7)
E , K
где Е является потоком с шумом (криптограмма), М - сообщения, К - ключ, P(E, M) и PE (M )-вероятности для сообщения.
Суммирование HE(M) и HE(K) проводится по всем возможным криптограммам определенной длины N и по всем возможным ключам. Таким образом, криптограммы являются функциями от N перехваченных знаков единиц информации. Клод Шеннон определял информацию источника эквивалентным классом всех обратимых преобразований сообщений, создаваемых источником. Он понимал теорию информации как ветвь математики и как строго дедуктивную систему и предупреждал об ограничениях для применения в социальной и общественной сфере, рекомендуя вести поиск в «выдвижении новых гипотез и их экспериментальной проверке» [12].
Качественная теория информации. В качественной теории информации существует описание свойств информации и особым образом организованное пространство данных в структурированном времени. Качество информации в цепях управления описывается в продольных и поперечных множествах информационных и кодовых переходах [5]. Для качественного оценивания информации разрабатываются модели сообщений в свойствах полноты, точности, достоверности, новизны и других свойств. Особенностью свойств сообщений является возможность качественной оценки целого через оценивание одного или более свойств [6]. Качество информации можно оценивать процессом передачи полного и точного сообщения, что характеризуется временем передачи-приема. Стандартизованное время может соответствовать нормативной рабочей нагрузке оператора и является проектной величиной сообщения.
Для задачи исследовательского поиска данной работы покажем, что в процедурах взаимодействия двух операторов достаточно использования двух свойств сообщений: полноты и точности. Полнота информации в сообщении авиадиспетчера является отношением переданных (а) стандартизованных данных к сумме (а) плюс непереданных стандартизованных данных (с).
Точность информации является отношением переданных стандартизованных данных (а) к сумме (а) и непереданных нестандартизованных (избыточных) данных (Ь). Другие показанные свойства - общность и извлечение имеют косвенное значение для понимания (табл. 1).
Таблица 1
Полнота и точность информации в сообщениях
Общность С = (а+Ь) / (а+Ь+е+ё) Стандартизованные Нестандартизованные
Переданные а Ь Точность С = а/ (а+Ь)
Непереданные е ё
Полнота Я = а / (а+е) Извлечение С = Ь / (Ь+ё)
Психолингвистическая кибернетика коммуникаций. Матрица коммуникации является демонстрацией процесса общения людей (рис. 1). В данном виде матрица представляется впервые. Ее подробная интерпретация как в [7] в данной работе опускается. В схеме существуют задачи для исследований в технической дисциплине распознавания образов в искусственном интеллекте и в психолингвистике. Курсивом выделены теоретические фрагменты модели, являющиеся псевдоканалами коммуникации. Для однозначной интерпретации их возможности недостаточно оснований. Приведем краткий комментарий.
Принимающий сообщение
}В увиденное }А услышанное }К имитированное
В^ пока- занное }ВВ^ увиденное показанное В^}В показанное для видения }АВ^ услышанное показанное В^}А показанное для услышания }КВ^ имитированное показанное В^}К показанное для имитирования
А^ сказан- ное }ВА^ увиденное сказанное А^}В сказанное для видения }АА^ услышанное сказанное А^}А сказанное для услышания }КА^ имитированное сказанное А^}К сказанное для имитирования
К^ движе- ние }ВК^ увиденное движение К^}В движение для видения }АК^ услышанное движение К^}А движение для услышания }КК^ имитированное движение К^}К движение для имитирования
е
и
н
е
щ
б
о
о
с
й
и
щ
ю
а
д
е
р
е
еП
Рис. 1. АВК-матрица коммуникации
В указанных дисциплинах аудиальный, визуальный и кинестетический каналы коммуникации людей различаются по полноте и точности. Самым точным и неполным является аудиальный канал. Самый неточным и полным является кинестетический канал. Вместе взятые, они являются суммой связи между людьми. Есть еще канал сенситивности, самый совершенный и неразвитый у большинства людей. Для субъекта, принимающего информацию, возникает необходимость перекодировки информации (А-В): из А-сообщения в В-сообщение - проблема под названием «увидеть сказанное». Закон эффективной коммуникации, возлагающий 75% ответственности за результат на источник
информации, предписывает передать информацию визуалисту в коде (В-А). Иначе - нарисовать то, что хочешь сказать. Поскольку репрезентативные сенсорные каналы каждого человека уникальны, то опыт каждого человека ведет к фундаментальному препятствию - проблеме понимания. Одним из достижений последних десятилетий является открытие типовых структур восприятия людей. Демонстрация данной модели показывает, что связь пилот-диспетчер осуществляется только по одному из всех возможных вариантов (выделенная ячейка). Исследовательская задача состоит в том, чтобы найти способ включения возможных каналов для достижения надежности коммуникаций.
6. Заключение
Предлагаемый проект комплекса наблюдения демонстрирует метод и теоретический подход. Результатом работы является новое описание комплекса аэронавигации воздушного движения, отличающее ее совместным рассмотрением летной эксплуатации и взаимодействием экипажа с УВД. Показано, что выбранная база наблюдения «авиадиспетчер-пилот» является наилучшим операционным решением безопасности и эффективности ВД. Теоретическое исследование категории сообщения показывает существование резервов взаимодействия экипажа с УВД за счет технических разработок использования других каналов коммуникаций кроме ауди-ального. Результаты работы являются новой основой для разработки программ безопасности, нормотворческого регулирования и стандартизации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бочарников В.П. Fuzzy-технология: математические основы. Практика моделирования в экономике. - СПб., 2001.
2. Деменков Н.П. Нечеткое управление в технических системах: учеб. пособие. - М., 2005.
3. Никаноров С.П. Исследование по безопасности. - М., 1998.
4. Клир Джордж. Системология. Автоматизация решения системных задач. - М., 1990.
5. Мазур М. Качественная теория информации. - М.: Мир, 1974.
6. Плотников Н.И. Информационная разведка: как из открытых источников создается закрытая информация. - Новосибирск: ОИИГГМ СО РАН, 1998.
7. Плотников Н.И. Менеджмент-бизнес практика: учеб. пособие . - Новосибирск: ЗАО ИПЦ «АвиаМенеджер», 2004.
8. Плотников Н. И. Методы нечеткого наблюдения деятельности воздушного транспорта // ВИНИТИ. Проблемы безопасности полетов. - 2009. - № 8.
9. Плотников Н. И. Теория наблюдения в предметной области воздушного транспорта // ВИНИТИ. Проблемы безопасности полетов. - 2009. - № 7.
10. Хованов Н.В. Математические модели риска и неопределенности. - СПб, 1998.
11. Ходашинский И. А. Методы мягкого оценивания величин: монография. - Томск: Томский госуниверситет систем управления и радиоэлектроники, 2007.
12. Шеннон К.Э. Работы по теории информации и кибернетике. - М., 1963.
13. CAST: Commercial Aviation Safety Team. Process for Conducting Joint Implementation Measurement And Data Analysis Teams (JIMDATs), DRAFT, June, 2004.
14. Kane M. R. Air Transportation. - Iowa, USA, 1990.
15. Process for Conducting Joint Implementation Measurement And Data Analysis Teams (JIMDATs) DRAFT. - June, 2004 Draft.
MID-AIR COLLISIONS AND NEAR MISSES DANGER OBSEVATION RESOURCES COMPLEX DEVELOPMENT
Plotnikov N.I.
Mid-air collision and near misses danger observation resources complex development in aircrew-controller communications are being presented.
Key words: air traffic control, aircraft, collision, near misses.
Сведения об авторе
Плотников Николай Иванович, 1946 г.р., окончил Академию гражданской авиации (1973), кандидат технических наук, инженер-пилот, генеральный директор ЗАО Исследовательского проектного центра «АвиаМенеджер», автор более 105 научных работ, область научных интересов - теория информации, теория ресурсов, теория сложных объектов, воздушный транспорт, консалтинг.
