Системы предупреждения столкновения судов, тенденции развития (к 40-летию мппсс-72) Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

СУДОСТРОЕНИЕ, СУДОРЕМОНТ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ФЛОТА

УДК 656.61.084

ББК 39.42-082.03:39.471-52

В. В. Астреин

СИСТЕМЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЯ СУДОВ, ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ (К 40-ЛЕТИЮ МППСС-72)

V. V. Astrein

COLLISION PREVENTING SYSTEMS AND DEVELOPMENT TENDENCIES (TO THE 40-TH ANNIVERSARY OF COLREG-72)

Рассматриваются структура, основные элементы и проблемы существующей нечеткой системы предупреждения столкновения судов. Нарушения Международных правил предупреждения столкновений судов в море (МППСС) и нехватка времени на принятие решения - проблемы, которые проявляются по мере усложнения судоходства. Одним из путей решения этих проблем является создание систем поддержки принятия решений (СППР) на принципах искусственного интеллекта. Новые подходы к организации предупреждения столкновения судов, базирующиеся на технологиях распознавания образов, теории информации, нечетких множеств и мультиагентных систем, способны повысить эффективность предпринимаемых действий. Предлагаемые интеллектуальные технологии представляют собой качественно новые системы организации мореплавания, предотвращения столкновений и гибели судов, которые будут актуальными в ближайшие десятилетия.

Ключевые слова: предупреждение столкновений судов, система поддержки принятия решений, интеллектуальные технологии.

The structure, basic elements and the problems of the existing fuzzy system of ship collision prevention are considered. Violation of International regulations for preventing collisions at sea (COLREG) and lack of time for decision making are the problems that appear as the navigation becomes complicated. One of the ways to solve these problems is to create the systems of decision making support based on the principles of artificial intelligence. The new approaches to organizing the ship collision prevention based on the technologies of image recognizing, the information theory, fuzzy sets and multiagent systems are able to increase efficiency of the undertaken actions. The proposed intellectual technologies are the qualitative new systems of navigation organization, prevention of collision and wreck of ships which will be urgent within the next decade.

Key words: ship collision prevention, decision making system, intelligent control system.

При изучении процессов и способов предупреждения столкновений судов судоводители используют технические характеристики своего судна, международные документы, регламентирующие безопасность на море, правила плавания, комментарии, статьи, разборы аварийных случаев и т. д. В этих информационных условиях судоводители научились из весьма широкого множества источников, описывающих сложные ситуации на море, технические данные о судах и природные явления, выделять небольшое число существенных характеристик и принимать решения по расхождению судов, сообразуясь со своими знаниями и ощущениями опасности применительно к конкретным обстоятельствам и условиям плавания. Однако до сих пор многочисленные исследования процессов предупреждения столкновения судов не имеют исчерпывающего целостного научного описания.

На Конференции ИМКО (ИМО) в 1972 г. были приняты Международные правила предупреждения столкновения судов в море (МППСС-72, далее Правила) [1], имеющие международную правовую основу и определяющие базовые элементы и термины процесса предупреждения

столкновения судов. Оригинальность МППСС-72 заключается в форме их описания. В 50-60 гг. XX столетия бурно развивалось новое направление в математике - теория нечетких множеств (THM) [2], которая позволяет осуществлять трансформацию понятий, одновременно оставляя их лексическую форму без изменения.

МППСС-72 представимы в форме суперпозиции трех подцелей: определение состояния судна в окружающей среде, выработка решения по управлению судном и перевод его в некоторое безопасное целевое состояние. При разработке Правил вначале были выявлены закономерности процесса встречи судов, в зависимости от их геометрического положения и маневренных возможностей в существующих обстоятельствах и условиях плавания. Затем были сформированы стандарты звукового и светового сигнального оборудования, а далее процесс расхождения оценивался относительно этих стандартов. Правила «сворачивают» имеющуюся информацию в несколько лингвистических переменных, которые помогают принимать решения. По результатам выявленных закономерностей были сформированы границы возможных и невозможных действий в управлении судном, определены критерии навигационной безопасности (НБ). Действия судоводителей для достижения НБ предложено определять по типу «элементарный запрет», который позволил привлечь для решения задач предупреждения столкновения судов хорошо развитый аппарат алгебры логики.

Наравне с достаточной простотой, универсальностью и возможностью применения Правил для всех судов, МППСС-72 не лишены недостатков. Для того чтобы использовать терминологию МППСС-72, необходимы разъяснения нечетких терминов и положений Правил. Их можно получить с помощью надежных, непротиворечивых экспертных знаний. Однако последние отечественные комментарии к Правилам устарели и до сих пор содержат ошибки и опечатки. Комментарии к МППСС-72 [3] были переизданы с небольшими поправками в 1990 г., поэтому некоторые толкования МППСС-72, и тем более Правила по предотвращению столкновений судов (ППСС-60), находящиеся в настоящее время в морских академиях РФ, должны рассматриваться при изучении МППСС-72, скорее, как историческая литература, нежели учебная или справочная, т. к. они уже не соответствуют современным «обстоятельствам и условиям плавания».

В МППСС-72 отражены семантические взаимосвязи факторов и правил на момент их издания. Они имеют строгую иерархию и структуру в соответствии с имеющейся базой данных. Так как частая коррекция Правил вредна и не способствует безопасности плавания, то связи между правилами носят устойчивый, базовый характер. При принятии МППСС-72 Правила ориентировались на использование существующих технических средств обнаружения целей. Считалось, что наиболее надежными источниками информации об опасности столкновения судов было чувственное восприятие объектов по принципу «только глаза». Исследования [4] показывают, что визуальный контакт не всегда является надежным и безупречным для принятия решения по расхождению судов. С течением времени появляются новые технические средства навигации. Внедрение и установка средств обнаружения и позиционирования судов (AIS, EC-DIS, FLIR Systems, GPS и др.) могут изменить существующее видение проблемы столкновений. Наступает момент, когда становится очевидным, что хотя базовые возможности семантических взаимосвязей между Правилами успешно реализованы в рамках существования МППСС-72, в современных условиях они далеки от совершенства. Практика расхождения судов показывает, что базовые семантические взаимосвязи между правилами, в связи с расширением возможностей обнаружения объектов, изменяются не только качественно - существует также тенденция к изменению структуры взаимосвязей между ними.

И наконец, задача решения проблемы единого понимания и выполнения МППСС-72, поставленная в [5], не может быть решенной из-за особенностей малоизученных нейрофизиологических процессов восприятия и интерпретации образов/изображений человеком. На основании одной и той же информации судоводители приходят к неодинаковым выводам, по-разному воспринимают и интерпретируют сложный зрительный образ.

Всякое осознанное управляющее воздействие судоводителя для безопасного расхождения с некоторым конечным количеством судов предполагает постановку цели управления судном. И суда, и судоводители, управляющие ими в конкретных условиях окружающей среды, все вместе представляют некоторое целостное образование. При этом управление судном для предупреждения столкновения может выполняться не в произвольном порядке, а только в опреде-

ленной последовательности. Такой процесс имеет признаки системности. Другое название для такого построения деятельности - алгоритмичность. Под понятием алгоритма предупреждения столкновения судов понимается строгая логическая последовательность действий судоводителей, при этом на практике успешные расхождения, выполненные судоводителем «по интуиции», «не думая» и т. д., на самом деле являются неосознанной реакцией на алгоритмические закономерности судов, условия плавания и критерии навигационной безопасности.

С точки зрения построения эффективного управления предупреждением столкновений указанные взаимосвязи и взаимовлияния, как между составными техническими системами судна, так и между группами судов, требуют разработки системного подхода к организации этих технологических процессов. Система предупреждения столкновения судов (СПСС), в отличие от Правил, должна обеспечивать преимущество в достижении всех целей процесса предупреждения столкновения судов. Постановка одной цели - безопасное расхождение - только разрозненными элементами Правил, вне системы, менее вероятна, а иногда вообще недостижима. Ограниченное число факторов, принятое в учет Правилами, приводит к «понижению управляемости судна» за счет своего рода «инфляции факторов». Система предупреждения столкновения судов - это всегда большее, чем просто сумма элементов - система обладает качественными свойствами, которые отсутствуют у Правил.

Существующую СПСС (рис. 1) можно отнести к классу нечетких систем, основанных на правилах (МППСС-72), и дать ей следующее определение: «СПСС - совокупность нечетких правил и предосторожностей, требующихся как обычной, так и хорошей морской практикой, обеспечивающих исключение рисков столкновения и безопасное плавание судов в любых условиях».

Информация о среде и обстановке. Воздействие среды

N

УПРАВЛЯЮЩАЯ

ПОДСИСТЕМА

І

ЧЕЛОВЕК

(судоводитель)

Управля-

ющая

информаци

Информация о состоянии судна

Подсистема реализации управляющих воздействий (машинно-рулевой комплекс)

УПРАВЛЯЕМАЯ

ПОДСИСТЕМА

СУДНО

СЛОЖНОЕ

ТЕХНИЧЕСКОЕ

АРХИТЕКТУРНОЕ

СООРУЖЕНИЕ.

МОНИТОРИНГ

ОКРУЖАЮЩЕЙ

СРЕДЫ.

Рис. 1. Структура современной СПСС

Закономерностью развития всех систем, в том числе и систем, отвечающих за безопасное плавание судна, является постоянная смена периодов. На смену периоду стабильности приходит период, в течение которого поведение системы становится в высокой степени неопределенным. Причиной изменения этих свойств является внешнее воздействие среды. Оно проявляется с внедрением новых технических средств судовождения (ТСС), методов идентификации объектов, в качественных изменениях в кораблестроении, радиосвязи, ростом спроса на перевозки грузов морем, потребностью в квалифицированных кадрах и т. д. Информация, накопленная в базе знаний, стареет и становится неадекватной. При использовании закономерностей и взаимосвязей на основе устаревшей, неадекватной информации, соответственно будет получен и неадекватный результат. Таким образом, существует оптимальная продолжительность СПСС. Проявлениями «дезорганизации» СПСС являются неснижающиеся показатели, и даже рост аварийности флота. В настоящее время рост аварийности [6-8] наблюдается как в мировом мас-

штабе, так и во «вполне благополучных» судоходных компаниях. Если дезорганизация СПСС достаточно сильна, то некоторые звенья в цепи управления судном оказываются неспособными качественно выполнять свои функции. Традиционные механизмы стабилизации - Международный кодекс по управлению безопасной эксплуатацией судов и предотвращению загрязнения (МКУБ), Система управления безопасностью (СУБ) - в итоге оказываются слабоэффективными либо начинают действовать в ущерб СПСС.

Предупреждение опасности столкновения судов - сложный и многогранный процесс. Его итог заключается в развитии средств труда для предупреждения столкновений судов и методов его организации. Когда исследование предметной области необходимо провести один раз в течение достаточно длительного, специально отведенного для этого времени, то это, в общем-то, представляет собой вполне посильную и в какой-то степени техническую задачу. Когда же это необходимо делать непрерывно, в реальном времени, при жестких временных ограничениях и больших размерностях обрабатываемых данных, то судоводитель может не справиться с выработкой решения по маневрированию и становится узким звеном в системе управления.

Через 40 лет после издания МППСС-72 организация СПСС не претерпела элементных, структурных и функциональных изменений. Существенные изменения произошли в коммуникационных и интегративных аспектах СПСС. Судно обрело технические возможности моделирования на ЭВМ себя, окружающей среды (ЭКДИС) и взаимообмена информацией (АИС). Эти технические достижения позволяют определять механизмы совершенствования и развития СПСС. Одним из таких путей является внедрение систем поддержки принятия решений (СППР -DDS - Decision Support Systems) для предупреждения опасности столкновения судов на принципах искусственного интеллекта, т. е. автоматизированных систем, которые специально предназначены для подготовки информации, необходимой судоводителю для принятия решения. Структура такой интеллектуальной СПСС показана на рис. 2.

Информация о среде и обстановке. Воздействие среды

УПРАВЛЯЮЩАЯ

ПОДСИСТЕМА

Подсистема идентификации состояния среды и судна

Классификация

состояния

Подсистема выработки управляющих воздействий (прогнозирование развития среды, судна при различных вариантах развития среды)

Управляющая

информация

ЧЕЛОВЕК

(судоводитель)

Подсистема реализации управляющих воздействий (машинно-рулевой комплекс)

Информация о состоянии судна

Управля

ющее

воздейст

-

УПРАВЛЯЕМАЯ

ПОДСИСТЕМА

СУДНО

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ

ИНФОРМАЦИОННАЯ

СИСТЕМА

Модель окружающей среды, включая систему управления. Мониторинг. Взаимообмен информацией

СЛОЖНОЕ

ТЕХНИЧЕСКОЕ

АРХИТЕКТУРНОЕ

СООРУЖЕНИЕ,

СПОСОБНОЕ ПЕРЕДВИГАТЬСЯ ПО ВОДЕ

Возмуща-

ющее

воздействие

среды

Рис. 2. Перспективная СПСС на принципах искусственного интеллекта

Традиционно во всех задачах выбора действия (Аманевра) для предупреждения столкновений судоводитель решает проблему «любых других ограничений» нахождением в исходном множестве наилучшего действия в существующих условиях. Логика судоводителя при выборе количественной меры маневра сводится, например, к выработке нечеткого множества курсов [ИКЬ ... ИКг-, ... ИК„]. Правила сужают выбор из множества курсов [ИКЬ ... ИКг-, ... ИКи], вводя дополнительные лингвистические неопределенности - «любое изменение курса ... должно быть достаточно большим», «если позволяют обстоятельства и условия» и «следует избегать небольших ... изменений курса», которые упорядочивают значения курсов судна, имеющих принадлежности к нечеткому множеству [ИКЬ ...ИКг-, ...ИК„]. Если такое множество курсов существует, то можно сделать среди них любой выбор, который будет удовлетворять решению задачи

Аманевра ® [ИКг-^, ••• ИКЬ ••• ИКг + ]] ® ^безопасное ® М1 II 1СС-72,

т. е. выбранный диапазон курсов должен соответствовать целевым критериям «навигационной безопасности судна» и прогнозируемым действиям (Абезопасное) обоих судов в соответствии с МППСС-72. Точно такие же рассуждения судоводитель осуществляет для системы факторов, которые ему известны и которые он может учесть.

При поиске путей кардинального совершенствования существующих процессов предупреждения столкновения судов и поиске перспективных технологий необходимо учитывать, что наравне с базовыми семантическими связями МППСС-72 существуют и другие взаимосвязи, которые не рассматриваются Правилами. По данным [9], 50 % невыполнений МППСС-72 судоводителями заключается в игнорировании Правил (действия по договоренности). Это происходит в том случае, когда судоводитель пренебрегает принципами МППСС-72, подменяя их принципами целесообразности процесса перевозки грузов морем.

В современном мореплавании наблюдается острая потребность в общих качественных результатах перевозки грузов, требующая оптимизационного характера, т. е. минимальная аварийность и максимальная доходность морского транспорта. Вместе с тем идея оптимизации требует осторожного к ней отношения в процессах моделирования предупреждения столкновения судов. Оптимально - не значит безопасно. Для этого заключения имеются достаточно веские основания. Рассмотрим некоторые из них.

1. Оптимальное решение нередко оказывается неустойчивым, т. е. незначительные изменения в состоянии судна или окружающей среды могут привести к выбору существенно отличающихся действий/ альтернатив/правил.

2. Критерии оптимизации и математические модели всегда связаны с целью безопасного расхождения судов лишь косвенно, т. е. более или менее адекватно, но всегда приближенно.

3. Для решения проблемы совершенствования технологических процессов предупреждения столкновения судов определяют совокупность всех физических воздействий, которые обеспечивают минимум потерь энергии (экономических) и других ресурсов (технических, экологических) при одновременной высокой скорости протекания процессов сближения судов. Построение оптимальной модели взаимодействия подсистем позволяет осуществить лишь локальную оптимизацию по подсистемам с оптимизационными критериями: по сбережению энергозатрат, по режиму работы силовой установки, минимальному расстоянию до порта назначения и др. Если каждая подсистема СПСС будет работать оптимально, то это еще совершенно не означает, что оптимально и безопасно будет работать и система в целом.

Исходные данные при моделировании процессов предупреждения столкновения судов отбираются из многих независимых информационных источников, имеющих качественно различную природу. Для обозначения исходных данных в определении состояния судна можно использовать термин «фактор», т. е. все причины и обстоятельства, которые должны учитываться для предупреждения столкновения судов. Это, прежде всего, управляющие воздействия, факторы среды, причем не только актуальные, но и будущие (прогнозируемые), уникальные особенности/возможности самого судна, как прошедшие, так и актуальные, а также прогнозируемые. Среди всех факторов есть и зависящие от судоводителя, которые он может использовать в качестве управляющих воздействий, а также и не зависящие от него. Количество факторов для описания состояния судна может быть любым в зависимости от поставленных целей, но в то же время это количество должно быть достаточным для построения модели, ориентированной

на предупреждение столкновений судов. Из огромного массива данных, поступающих судоводителю для идентификации состояния судна, необходимо отобрать такую информацию, которая представляла бы наибольшую ценность. В [10] использован подход, при котором состояние судна оценивается по жесткой системе НБ, закрепленных в МППСС-72. Возможные формализованные состояния судна для выработки решения по предупреждению столкновения и управления можно представить в виде «Классификационного портрета состояния судна» (рис. 3), т. е. представить классы распознавания судна в динамике и статике, которые позволяют оценивать состояние судна и прогнозировать наиболее вероятные действия по предупреждению столкновения судов.

Рис. 3. Классификационный портрет судна

При решении проблемы столкновений судов системы выработки решений (СВР) -составляющие интеллектуальную основу СППР, могут базироваться на различных технологиях: распознавания образов, теории информации, нечетких множеств, мультиагентных, нейронных сетях и т. д. На рис. 4 представлена структурная схема СВР на принципах теории распознавания образов (РО) и теории информации (ТИ).

Входные

параметры

Предыстория

Актуальное

состояние

Управляемые

параметры

Неуправляемые

параметры

Подсистема отображения решений и сигнализации

Инфор-

маци-

онный

портрет

судна

У=У(Х)

Будущее состояние судна

Целевое управление

т=т(У)

Критерии навигационной

безопасности ДЯЛЯнное

Правила маневрирования

Фактические

выходные

параметры

УПРАВЛЯЮЩАЯ ПОДСИСТЕМА

Подсистема выработки управляющих решений

Прогноз развития сближения судов. Прогноз выполнения Правил.

Решение задачи выбора управления X,

переводящего судно в целевое состояние '

У=тт (Т), х=ут (У)

Подсистема

идентификации

Идентификация состояния судна по его выходным параметрам

Т=Т(У)

Рис. 4. Структура СВР на принципах теории распознавания образов и теории информации

Синтез СВР сводится в основном к разработке математической модели. Эта модель должна обеспечить генерацию такого набора управляемых факторов, фактическое воздействие которых на судно в очередной цикл управления с максимально возможной вероятностью переведет его в заранее заданное целевое состояние, предусмотренное МППСС-72. При этом модель СВР должна учитывать:

— текущее состояние судна и траекторию, по которой оно перешло в это состояние (последовательность предыдущих состояний);

— влияние имеющихся и прогнозируемых неконтролируемых факторов среды на поведение судна (предпосылки и тенденции);

— предыдущий опыт реального влияния управляющих факторов на поведение судна, находящегося в тех или иных состояниях (адаптивность) и определенных внешних условиях.

Выходные параметры У - это свойства судна, зависящие от входных параметров (в том числе параметров, характеризующих влияние окружающей среды) и связанные с его целевым состоянием Т - разойтись на ^заданное в соответствии с МППСС-72.

Задача идентификации состояния судна по его выходным параметрам решается подсистемой идентификации управляющей подсистемы, работающей на принципах РО. При этом классами распознавания являются выходные состояния судна, а признаками - его входные параметры. Подсистема выработки управляющих воздействий, также основанная на алгоритмах РО, обеспечивает выбор управления X, переводящего судно в целевое состояние Т . При этом последовательно решаются следующие две обратные задачи распознавания:

а) по заданному целевому состоянию Т определяются наиболее характерные выходные параметры судна (курс и (или) скорость, правило маневрирования, сигналы, фигуры и т. д.);

б) по набору выходных параметров У (см. предыдущий шаг) определяются входные

параметры X, с наибольшей эффективностью переводящие судно на Ааданное с этими выходными параметрами.

Система РО (рис. 4) входит в состав как подсистемы идентификации состояния судна (мониторинга), так и подсистемы выработки управляющих воздействий. Однако в этих подсистемах система РО используется по-разному, и в ней обрабатывается различная информация: в подсистеме идентификации используется лишь режим распознавания, а в подсистеме выра-

ботки управляющих воздействий - режим анализа, а также распознавания. Система выработки решений позволяет решать задачи идентификации и прогнозирования состояния судна, а также вырабатывать эффективные управляющие воздействия путем решения обратной задачи прогнозирования и применения элементов алгебры логики и нечетких рассуждений.

В процесс расхождения, как правило, вовлечено несколько судов. Каждое судно может располагать определенной частью знаний (информацией) о встречных судах и возможностью обмениваться этими знаниями с другими судами с помощью АИС, УКВ, РЛС, звуковыми, флажными сигналами и другими способами. Свойства взаимосвязанности и взаимовлияния друг на друга проявляются особенно в потоке судов, в прибрежных водах, в узкостях, при острой нехватке времени для принятия решения. На практике при расхождении нескольких судов у судоводителей возникает острая потребность в согласованности своих действий. При этом действия судов согласуются неформальными способами. Возможность появления четкой кооперации в СПСС приводит к рассмотрению новой концепции эффективного управления для предупреждения столкновения судов. Решение проблемы столкновения судов возможно с применением мультиагентного подхода, когда нечеткие действия судов согласовываются на основе «кооперации». Такой подход не противоречит МППСС-72 п.(Ь) Правила 2 (Ответственность) и позволяет уменьшать степень неопределенностей вплоть до нуля.

Задача выработки решений в многоагентной системе (МАС) по предупреждению столкновений судов разбивается на несколько подзадач, которые распределяются между всеми судами-агентами. Процедура согласования решений организуется следующим способом:

1) конфигурируется окружающая среда, ситуация, ограничения, критерии навигационной безопасности, технологические и технические возможности судов-агентов;

2) каждый из судов-агентов идентифицирует состояние своего судна и запускает процесс восприятия, прогнозирования действий и их исполнения;

3) первое из судов-агентов, спланировавшее свою деятельность, предлагает первое действие из своего сценария;

4) если действие удовлетворяет общим ограничениям и не вызывает противоречий с планами других судов-агентов, оно считается предварительно принятым. Если нарушены общие ограничения, то первое судно-агент обязано поменять свои действия. Если эти ограничения не нарушены, необходимо решить, какое из судов будет вынуждено изменять свои действия;

5) процесс согласования и выработки решения заканчивается, когда достигнута заданная цель.

Многоагентная система рассматривает решение одной задачи несколькими судами-

агентами. Концепция судов-агентов предусматривает наличие активности, т. е. способности компьютерной программы, имеющейся на судне, самостоятельно реагировать на влияние окружающей среды, на критерии навигационной безопасности и выбирать соответствующие действия из списка Правил маневрирования. Для формального определения МАС многоагентная система определяется шестеркой [11]:

МЛ8 = (X, Е, Т, АС, Р, БТ, ЕУ),

где X = {1, ..., п} - множество неоднородных судов-агентов; Е - окружающая среда; Т - семейство приоритетных отношений между судами-агентами; АС - множество действий судов-агентов; Р - множество коммуникативных актов; БТ - множество состояний МАС; ЕУ - множество эволюционных стратегий. Общий вид базовой структуры такой МАС представлен на рис. 5.

Архитектура СВР на принципах нечеткой МАС состоит из N мотивированных судов-агентов (Л§). Все мотивированные суда-агенты имеют совместные нечеткие цели

Т = {Т1, Т2 ... Тп} и нечеткие состояния X = {X!, X2... Xm}. Все возможные действия судов-агентов для расхождения определяются в соответствии с поставленными целями и ограничениями (8Т) для каждого судна-агента:

АС = {У = {У„, У12 ... УьЛ; У2 = {У21У22 ... У2т} • • • Уп = {УпУп2 ... Ут}}.

Рис. 5. Структура СВР на принципах нечеткой МАС с координатором

Выполнение МППСС-72 для каждого из судов-агентов обязательно, поэтому каждое судно-агент сужает список возможных действий в соответствии с Правилами. В результате каждое судно выдвигает свое предложение-стратегию ЕУ = {У1Ь У21 ... Уп1}. С этой целью модуль оценки предложений судов-агентов на основе набора соответствующих ограничений и целей (8Т) осуществляет настройку Правил для каждого судна-агента и передает результат модулю вычисления результата. В результате сопоставления с использованием индексов нечеткого ранжирования [12] СВР вырабатывает окончательное решение, означающее наилучшее предложенное поведение У^, У2к ... Упк для всех судов.

Достоинства мультиагентного подхода заключаются:

- в возможности выработать, согласовать и спрогнозировать совместные действия судов-агентов;

- в повышении безопасности и эффективности предпринимаемых действий;

- в оптимальности общего решения за счет проработки частных решений и др.

Необходимыми условиями реализации судном-агентом некоторого поведения выступают

датчики информации и технические системы, непосредственно воспринимающие воздействия внешней среды, исполнительные органы судна-агента, а также процессор - блок переработки информации и память. Под памятью здесь понимается способность судна-агента хранить информацию о своем состоянии и состоянии среды. Уровень интеллектуальности судна-агента зависит от технической обеспеченности судна, а отношения между судами-агентами могут строиться по принципу «ведомый-ведущий». Судно-агент может принимать функции «ведущего» на базе интегрированной мостиковой системы (ИМС). Такие интеллектуальные суда-агенты, благодаря богатым техническим возможностям представления внешней среды и возможностям «рассуждений», могут запоминать и анализировать различные ситуации, предвидеть возможные реакции на свои действия, делать из этого выводы, полезные для дальнейших действий, и планировать свое поведение. Именно развитые когнитивные способности позволяют таким судам-агентам строить «виртуальные миры», работая в которых они формируют планы действий. Интеллектуальные суда-агенты обладают хорошо развитой и пополняемой символьной моделью окружающей среды, что достигается благодаря наличию у них базы знаний, механизмов решения и анализа действий.

Для целей организации МАС на маломерных судах (менее 300 рег. т) возможно использование персональных систем навигации и мониторинга (СНМ). Такая система имеет встроенный GPS и высококачественную электронную картографию, что позволяет легко ориентироваться в море при любых погодных условиях. Данное изделие может быть сопряжено с защищенной радиолинией передачи данных о местоположении маломерного судна, а также необходимой передачи информации для организации кооперации между судами. Подключение специальных медицинских датчиков (достаточно держать СНМ в руке) к персональной СНМ дает возможность контролировать физическое состояние судоводителя как с ИМС, так и с любой другой персональной СНМ. В техническом обеспечении маломерные суда, в отличие от ИМС, могут не иметь РЛС, САРП, гирокомпаса, датчиков угловой скорости, метеостанции и т. д. В силу вышеуказанных недостатков маломерные суда-агенты обладают ограниченным видением окружающей среды и диапазоном прогнозирования. Указанный тип судов-агентов можно отнести к коммуникативным «ведомым» судам-агентам. У коммуникативных судов-агентов модель окружающей среды превращается главным образом в модель общения, состоящую из моделей участников, процесса расхождения судов и желаемой цели.

При разработке CBP наибольшие трудности возникают при интерпретации и моделировании МППСС-72 из-за их нечеткости и неполноты базы знаний. Выдвигаются предложения о разработке новых правил на иных идейных принципах, которые якобы смогут облегчить эту задачу. Достоинства нечеткого языка МППСС-72 заключаются в том, что он приводит к формальному расширению классов возможных решений задач по предупреждению столкновений судов. МППСС-72 имеют широкие возможности в выборе эффективных действий, сообразуясь с состоянием судна и окружающей среды. Одновременно современные технические возможности идентификации сужают арсенал допустимых решений на принципах взаимообмена информацией и кооперации между всеми судами. В приложении к более строгим формальным моделям Правила можно уточнять, корректировать, делая их приемлемыми на математическом уровне при построении СВР. И наконец, разная степень технической вооруженности судов не позволит в ближайшие годы внести изменения в МППСС-72.

Существенное влияние и взаимосвязь всех технологических процессов перевозки грузов морем на процесс предупреждения столкновения судов приводит к необходимости рассматривать их как единое целое, как некоторую единую динамическую систему со своими показателями и характеристиками. Системы выработки решений относятся к классу автоматизированных систем организационного управления и предназначены для компенсации слабых сторон судоводителей, чтобы, освобождая их от рутинной предварительной обработки информации, обеспечить им комфортную информационную среду, в которой они могут лучше проявить свои сильные стороны. Это означает, что идентификация состояния судна, среды и выработка управляющего воздействия осуществляются ЭВМ без участия человека, т. е. по «человекомашинной» технологии. Окончательное управляющее воздействие все же остается за судоводителем и реализуется системой не «автоматически», а в форме передачи соответствующего приказа, соответствующего характеру управления. Эти системы ориентированы не на автоматизацию функций судоводителя, принимающего решения, а на предоставление ему помощи в поиске эффективного решения. Предложенные новые подходы к организации предупреждения столкновения судов способны повысить эффективность предпринимаемых действий и их предсказуемость. По существу рассмотренные технологии представляют собой качественно новые системы организации мореплавания, предотвращения столкновений и гибели судов, которые будут актуальными в ближайшие десятилетия.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Международные правила предупреждения столкновений судов в море 1972 (МППСС-72). -М.: РКонсульт, 2004. - 80 с.

2. Заде Л. А. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. - М.: Мир, 1976. - 165 с.

3. Яскевич А. П. Комментарии к МППСС-72. - М.: Транспорт, 1990. - 479 с.

4. Капица С. П. Успехи когнитивных наук // В мире науки. - 2003. - № 12. - С. 87-94.

5. Микулинский Е. А. Предупреждение столкновений судов в море. - М.: Транспорт, 1971. - 88 с.

6. Астреин В. В. Анализ аварийности флота и развития СУБ // Материалы четвертой регион. науч.-техн. конф., 19-21 сентября 2005 г. - Новороссийск: МГА им. адмирала Ф. Ф. Ушакова, 2005. - С. 16-19.

7. Астреин В. В. Анализ нарушений МППСС-72: сб. науч. тр. ФГОУ ВПО «МГА им. адмирала Ф. Ф. Ушакова. - Новороссийск: МГА им. адмирала Ф. Ф. Ушакова, 2006. - Вып. II. - С. 23-25.

8. Frontline Quality Safety Seminar 2006 / Front Line Seminars, 2006, March 24-26. - Novorossiisk: Frontline, 2006. - 17 p.

9. Baillod F. Collisions - Why do they occur. - London: The Nautical Institute (United Kingdom). - 2004. -N 173. - P. 17-21.

10. Астреин В. В. Разработка технологий выработки решений по предупреждению столкновения судов: дис. ... канд. техн. наук. - Новороссийск: МГА им. адмирала Ф. Ф. Ушакова, 2011. - 151 с.

11. Тарасов В. Б. Агенты, многоагентные системы, виртуальные сообщества: стратегическое направление в информатике и искусственном интеллекте // Новости искусственного интеллекта. - 1998. - № 2. - С. 5-63.

12. Парасюк И. Н. Нечеткие модели мультиагентных систем в распределенной среде. - Институт кибернетики им. В. М. Глушкова НАН Украины // Проблеми програмувания. Спец. вип. - 2010. - № 2-3. -

С. 330-339.

Статья поступила в редакцию 21.11.2011

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ

Астреин Вадим Викторович - Морская государственная академия имени адмирала Ф. Ф. Ушакова, Новороссийск; канд. техн. наук; старший преподаватель кафедры «Судовождение»; [email protected].

Astrein Vadim Victorovich - Marine State Academy named after Admiral F. F. Ushakov, Novorossiysk; Candidate of Technical Science; Senior Lecturer of the Department «Navigation»; [email protected].