Моделювання автоматизованої системи підготовки передпольотної інформації

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство промислової політики України

ДЕРЖАВНА НАУКОВО-ВИРОБНИЧА КОРПОРАЦІЯ "КИЇВСЬКИЙ ІНСТИТУТ АВТОМАТИКИ"

05.13.06 - інформаційні технології

УДК 658.52.011.56:656.7.022

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Моделювання автоматизованої системи підготовки передпольотної інформації

Артеменко

Ольга Василівна

Київ

2010



ДИСЕРТАЦІЄЮ Є РУКОПИС

Робота виконана на кафедрі інформаційних технологій Державної льотної академії України, м. Кіровоград, Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Бєляєв Юрій Борисович,

Національний університет харчових технологій, професор кафедри автоматизації та комп'ютерно-інтегрованих технологій

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Воронін Альберт Миколайович,

Національний авіаційний університет, професор кафедри комп'ютерних інформаційних технологій

кандидат технічних наук, доцент

Осадчий Сергій Іванович,

Кіровоградський національний технічний університет, завідувач кафедри автоматизації виробничих процесів

Захист відбудеться "27" жовтня 2010 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К.26.818.01 ДНВК "Київський інститут автоматики" за адресою: 04107, м. Київ, вул. Нагірна, 22.

Відгуки на автореферат у двох примірниках, засвідчені печаткою установи, просимо надсилати за адресою: 04107, Київ-107, вул. Нагірна, 22, ДНВК " Київський інститут автоматики ", вченому секретарю.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ДНВК "Київський інститут автоматики" за адресою: 04107, м. Київ, вул. Нагірна, 22.

Автореферат розісланий "22" вересня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, кандидат технічних наук

Л.П. Тронько



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Для забезпечення безпеки, регулярності й ефективності польотів міжнародної цивільної авіації екіпаж будь-якого типу повітряного судна (ПС) - від легких одномоторних до важких транспортних літаків - повинен мати можливість отримати різноманітну інформацію, яка може знадобитися під час виконання польотів, і прийняти обґрунтоване рішення на виліт. Екіпаж ПС (ЕПС) повинен бути ознайомлений із правилами і процедурами всіх держав, що пролітаються, і жоден політ не повинен виконуватися доти, поки не буде повної впевненості у тому, що необхідні для польоту засоби й обслуговування знаходяться в робочому стані.

Однак проведений аналіз безпеки польотів показав, що причиною багатьох авіаційних подій стала незадовільна передпольотна підготовка екіпажів, а також переоцінка своїх професійних можливостей командирами ПС (КПС) у сукупності з недооцінкою активного впливу зовнішнього середовища при граничних метеорологічних умовах у процесі прийняття рішення на виконання польотів.

Часто екіпаж у дуже стислий термін повинен отримати інформацію про будь-яку зміну щодо функціонування засобів або служб, що забезпечують політ ПС. Незважаючи на те, що проведення консультацій, забезпечення інформацією і надання допомоги ЕПС необхідно при підготовці до польоту, часто потрібно забезпечити його інформацією вже при виконанні польоту з метою безпечного його завершення.

Щоденне надходження великого обсягу різної за своєю структурою інформації, яку необхідно швидко обробити і вчасно надати користувачам викликає необхідність оперативної роботи служб забезпечення польотів. Але оскільки повноважні органи аеронавігаційної інформації і метеорології розрізняються за своїм характером і складом, то у більшості випадків порядок одержання передпольотної інформації пов'язаний з великими витратами праці й часто не забезпечує одержання своєчасної вибіркової інформації, що стосується конкретного польоту.

Крім того, у сучасних умовах критично важливого значення набуває вміння пілотів оцінити вхідну інформацію і правильно на неї відреагувати, тому інформацію важливо підготувати і надати таким чином, щоб полегшити її сприйняття.

Згідно останніх документів ICAO (Міжнародна організація цивільної авіації), вимагається новий підхід до інформаційного забезпечення польотів, що полягає в удосконаленні методів надання передпольотної інформації.

Існуючі методи збору, обробки і надання інформації вже не повною мірою задовольняють сучасним вимогам. Особливо це актуально в умовах впровадження глобальних систем CNS/ATM (Зв'язок-Навігація-Спостереження / Організація повітряного руху). Тому реалізація функцій інформаційної підтримки оператора і прийняття оперативних своєчасних рішень доцільно покласти на автоматизовану систему підготовки передпольотної інформації (АСППІ). Автоматизація вибору і надання передпольотної інформації та видача рекомендацій щодо можливості вильоту, постає як своєчасна та актуальна проблема наукового дослідження, що передбачає одержання нових наукових результатів і їх значимість відносно безпеки польотів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукове дослідження пов'язане з "Положенням про систему керування безпекою польотів на авіаційному транспорті" наказу Державної служби України за спостереженням за забезпеченням безпеки авіації від 25 листопада 2005 року №895; "Положенням про Державну авіаційну адміністрацію", затвердженим постановою Кабінету Міністрів України від 2.11.2006 р. №1526. Наукові дослідження виконані у рамках НДР 1Б70.09 "Розробка системи оцінювання ефективності прийняття рішень людиною-оператором авіаційної ергатичної системи в неочікуваних умовах експлуатації повітряного судна з урахуванням психофізіологічних якостей пілота і диспетчера".

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення ефективності передпольотного забезпечення ЕПС за рахунок інформаційної підтримки авіаційного оператора при підготовці інформації та формуванні експертної рекомендації щодо можливості виконання польоту.

Для досягнення мети в дисертації поставлено і вирішено наступні задачі:

- досліджено процес передпольотного забезпечення, систематизовано і класифіковано інформацію, яка необхідна пілоту при підготовці до конкретного виду польоту;

- досліджено задачу прийняття рішення про виконання польоту за маршрутом, виділено і систематизовано групу факторів, що впливають на можливість виконання польоту;

- формалізовано процес інформаційного забезпечення польоту і задачу прийняття рішення про виконання польоту за маршрутом;

- розроблено структуру АСППІ, визначено моделі та алгоритми, які забезпечать ефективне і надійне функціонування кожної з підсистем АСППІ.

- створено програмний продукт АСППІ для оперативного забезпечення ЕПС необхідною інформацією і рекомендаціями щодо можливості виконання польоту, а також проведено експериментальне дослідження ефективності її роботи.

Об'єкт дослідження - процес передпольотного інформаційного обслуговування екіпажу повітряного судна.

Предмет дослідження - автоматизована система підготовки перепольотної інформації.

Методи дослідження. У роботі використано наступні методи: метод експертних оцінок - для визначення найбільш цінної для ЕПС інформації згідно з видом польоту, а для обробки результатів - метод математичної статистики; імітаційне моделювання - для побудови концептуальної моделі АСППІ; диференційно-інтегральне обчислення - для дослідження моделі пам'яті людини; методи прийняття рішення в умовах визначеності - для опису задачі прийняття рішення на виліт; методи дискретної математики - для побудови математичної моделі задачі прийняття рішення; графічний метод для - для візуалізації станів факторів, що впливають на прийняття рішення; методи теорії прийняття рішення і продукційний підхід - для розробки моделі задачі прийняття рішення на виліт; нейронні мережі, що реалізовані за допомогою нейропакету NeuroPro 0.25 - для побудови моделі аналізу можливості виконання польоту.

Програмне забезпечення АСППІ розроблене за допомогою програмного пакету Delphi 7.

Наукова новизна отриманих результатів:

- вперше експертним шляхом визначено найбільш цінну для ЕПС інформацію з урахуванням виявлених потреб в залежності від конкретного виду польоту;

- формалізовано процес інформаційного забезпечення польоту й отримано математичну модель задачі прийняття рішення про виконання польоту; виліт закодований формалізація пілот

- розроблено автоматизовану систему підготовки передпольотної інформації, у якій передбачені режими: надання необхідної інформації та надання рекомендацій щодо можливості виконання польоту;

- аналітично обґрунтовано й експериментально підтверджено ефективність роботи АСППІ.

Практичне значення отриманих результатів визначається їхньою спрямованістю на підвищення ефективності передпольотної підготовки ЕПС. Новими практичними результатами є розроблена автором методика визначення найціннішої інформації для пілота, модель аналізу можливості виконання польоту; алгоритмічне і програмне забезпечення системи інформаційної підтримки.

Запропоновані моделі й алгоритми надання необхідної інформації та рекомендації щодо можливості виконання польоту адаптовано і реалізовано у створеній автоматизованій системі підготовки передпольтної інформації.

Система адаптована і впроваджена в авіакомпанії "Кримавіасервіс", а також в Державній льотній академії України у вигляді модуля автоматизованого об'єктивного оцінювання диспетчерів із забезпечення польотів і пілотів у процесі навчання.

Наукові положення, висновки та рекомендації дисертації використано у навчальному процесі при підготовці курсів "Документи аеронавігаційної інформації" і "Планування та контроль за виконанням польотів" для курсантів спеціальності 7.100109 "Обслуговування повітряного руху", а також курсу "Основи аеронавігації" для курсантів спеціальності 7.100108 "Експлуатація літальних апаратів" Державної льотної академії України.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій. Наукові положення, висновки і рекомендації дисертаційної роботи обґрунтовані коректним використанням математичного апарату, успішною програмною реалізацією розроблених моделей і алгоритмів у вигляді програми "ASPPI", а також ефективним практичним впровадженням АСППІ в авіакомпанії і у лабораторії аеронавігаційного забезпечення та планування польотів у Державній льотній академії України.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є результатом самостійних досліджень автора. У роботах, виконаних у співавторстві, автору належить наступне: визначено необхідний і достатній об'єм інформації у залежності від конкретного виду польоту [1], розроблено структурну модель задачі прийняття рішення на виліт [3], розроблено концептуальну модель АСППІ та визначено її задачі [6], формалізовано процес прийняття рішення на виліт та побудовано його математичну модель [11, 13].

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень доповідалися й обговорювалися на V міжнародній науково-технічній конференції "АВІА-2003" (Київ, 2003 р.), 11-й міжнародній конференції з автоматичного керування Автоматика-2004, (Київ, 2004 р.), 1-й науково-технічній конференції Харківського університету Повітряних Сил (Харків, 2005 г.), науково-технічній конференції молодих вчених і аспірантів (Київ, 2005 р.), четвертій міжнародній науково-практичній конференції "Розвиток наукових досліджень" (Полтава, 2008 р.), міжнародних науково-технічних конференціях "Сучасні інформаційні технології в керуванні й професійній підготовці операторів складних систем" (Кіровоград, 2008, 2009 р.), на засіданнях кафедр інформаційних технологій і обслуговування повітряного руху (2002-2010 р.р.).

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 13 наукових праць у наукових виданнях (6 статей у наукових виданнях, які відповідають переліку ВАК, 7 тез доповідей на конференціях), 8 з яких - одноосібні.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел (138 найменувань), додатків. Ілюстрований матеріал дисертаційної роботи викладено у формі 17 таблиць, 64 рисунків. Загальний обсяг роботи складається з 203 сторінок, у тому числі 169 сторінок основного тексту, додатків - 23 сторінки.



ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, зв'язок роботи з науковими програмами, сформульовано мету і задачі дослідження, визначено наукову новизну, практичну цінність і реалізацію одержаних результатів. Зазначено особистий внесок здобувача, наведено результати апробації отриманих результатів і публікації автора.

У першому розділі з позицій системного підходу досліджено основні особливості передпольотного інформаційного обслуговування і виявлені наступні проблеми: передпольотна підготовка виконується у недостатній мірі; екіпаж отримує великий об'єм інформації, що не завжди стосується конкретного виду польоту, а також припускаються помилки при вивченні інформації й прийнятті рішення на виліт, що приводить до авіаційних подій.

Проаналізовано існуючі системи планування і забезпечення польотів і виявлено, що інформаційна підтримка авіаційного оператора в них реалізована не у повній мірі, а саме нереалізованими залишаються наступні функції:

- функція вибору і надання інформації, що стосується конкретного польоту ПС або ситуації;

- функція аналізу можливості виконання польоту ПС за заданим маршрутом.

Проведені дослідження обумовлюють необхідність розробки засобів підвищення ефективності передпольотного інформаційного забезпечення. Підвищення ефективності передпольотного забезпечення можливо реалізувати за рахунок вирішення наступних задач:

1 - забезпечення екіпажа ПС необхідною інформацією, що стосується конкретного польоту, на етапі передпольотної підготовки або ситуації під час виконання польоту;

2 - аналізу можливості виконання польоту ПС за заданим маршрутом і видачі рекомендації для прийняття обґрунтованого рішення на виліт.

Ці задачі доцільно покласти на автоматизовану систему підготовки передпольотної інформації (АСППІ).

На підставі аналізу державних нормативних документів та документів ICAO, що регламентують проведення передпольотної підготовки і вимог щодо надання інформаційного забезпечення, визначено і класифіковано аеронавігаційну (АНІ), метеорологічну (МІ), картографічну (КІ) і нормативну (Норм.І) інформацію, необхідну екіпажу ПС при підготовці до польотів, а також виконано її декомпозицію за інформаційними блоками, а саме визначено дані щодо аеродрому вильоту (АДв), призначення (АДп), маршруту польоту і додаткову інформацію.

Аналіз основних характеристик інформації та документів, що регламентують підготовку до польотів, дозволив відокремити 4 види польоту (I - систематичний регулярний політ по одній трасі; II - систематичний регулярний політ після закінчення шести місяців; III - політ після перерви у польотах більше 30 календарних днів; IV - перший самостійний політ командира ПС по даній трасі (маршруту, району) чи на даному типі ПС) і експертним методом визначено найціннішу інформацію, яка відповідає їм.

Проведено декомпозицію задач, що вирішуються при аналізі можливості виконання польоту, і на підставі цього виділено і досліджено фактори, що впливають на можливість виконання польоту за заданим маршрутом та прийняття рішення (ПР) на виліт.

Розглянуто функції АСППІ у складі системи передпольотного інформаційного забезпечення та представлено її концепцію, що дозволяє надавати вибіркову інформацію, а також враховувати аеронавігаційну й метеорологічну обстановку при прийнятті рішення на виліт (рис.1). Розглянуто задачі, що розв'язуються системою на етапах її роботи (табл.1).

Рис. 1. Концептуальна модель АСППІ

Табл. 1

Етапи роботи АСППІ й задачі, що вирішуються на цих етапах

Етапи роботи АСППІ	Задачі, що вирішуються АСППІ на етапах роботи
Етап 1. Підготовка інформації, необхідної з метою передпольотного планування	Збір усієї інформації, необхідної для забезпечення польотів
	Вибір усієї необхідної інформації для забезпечення польоту в залежності від заданих параметрів польоту
	Формування інформаційних блоків: сортування інформації по АД вильоту, АД призначення, маршруту й іншій відповідно до заданих параметрів польоту
	Розподіл інформації по видам польоту
Етап 2. Аналіз можливості виконання польоту	Вибір з множини даних в інформаційних блоках факторів, що впливають на можливість виконання польоту
	Оцінка стану кожного фактору
	Аналіз можливості виконання польоту за сукупною оцінкою факторів
Етап 3. Надання необхідної інформації відповідно до виду польоту й рекомендації щодо можливості вильоту	Надання необхідної інформації відповідно до виду польоту
	Видача рекомендації щодо можливості виконання польоту

У другому розділі представлено формальний опис розподілу інформаційних потоків в АСППІ та задачі прийняття рішення на виліт.

Інформаційна підготовка прийняття рішення пов'язана з відбором такої інформації про керований об'єкт і середовище, що дозволяє досягти максимальної ефективності рішення. Щодо задачі забезпечення екіпажа ПС вибірковою інформацією, необхідно класифікувати й узагальнити інформацію, що стосується конкретного виду польоту. Для автоматизації інформаційного забезпечення польоту необхідно покласти функцію інформаційної підтримки на АСППІ.

Формалізація інформаційної підготовки дозволить розпізнавати ситуації (види польотів), відбирати необхідну інформацію й оптимізувати умови сприйняття даних. Інформаційна підготовка на етапі забезпечення польоту складається з кількох етапів (табл. 1), на кожному з яких відбувається певний розподіл інформаційних потоків. Для подальшої побудови АСППІ було формалізовано розподіл інформаційних потоків у ній, ієрархічна схема розподілу якого представлена на рис. 2.

Рис. 2. Ієрархічна схема розподілу інформаційних потоків

Було математично описано зміст етапів розподілу інформаційних потоків в АСППІ.

Таким чином відображено та формалізовано розподіл інформаційних потоків в АСППІ на етапах інформаційної підготовки до польоту з метою надання інформації відповідно до виду польоту.

Відповідно до запропонованої концепції використання кінцевої множини факторів (підфакторів), що визначають прийняття рішення (ПР) про виконання польоту ПС по маршруту обрано і закодовано відповідні фактори (підфактори), що визначають можливість виконання польоту (табл. 2).

Табл. 2

Опис і кодування факторів (підфакторів)

Сек-тор	№ п/п	Код фак-ів	Опис фактора (підфактора)
I	1	ТN	Тип ПС
	2	A	Злітна і посадкова маса ПС (повітряного судна)
	3	aadm1	гранично припустима злітна маса
	4	a1	злітна маса фактична (комерційне завантаження і вага палива):
	5	a11	комерційне завантаження
	6	a12	вага палива
	7	aadm2	гранично допустима посадкова маса
	8	a2	посадкова маса фактична (з урахуванням вироблення палива):
	9	a21	вага палива на політ
II	10	B	Метеорологічні умови на аеродромі вильоту:
	11	в1	(ННМХЧRVR) висота нижньої межі хмарності й видимість на ЗПС (злітно-посадковій смузі) фактичні
	12	в2	(ННМХЧRVR) допустимі:
	13	в21	(ННМХЧRVR) КПС - мінімум КПС
	14	в22	(ННМХЧRVR) ПС - мінімум ПС
	15	в23	(ННМХЧRVR) АД вильоту - мінімум АД
	16	в3	бічна складова вітру (Uб) фактична
	17	в4	Uб допустима:
	18	в41	Uб допустима (таблична) для конкретного ТN
	19	в42	коефіцієнт зчеплення на ЗПС для конкретного ТN
III	20	C	Наявність (0) або відсутність (1) небезпечних метеоявищ (НМЯ) по маршруту
	21	c1	гроза
	22	c2	град
	23	c3	сильна турбулентність
	24	c4	сильний зсув вітру
	25	c5	сильне обледеніння
	26	c6	смерч
	27	c7	ураган
	28	c8	сильна пилова бура
	29	c9	сильні зливові опади
IV	30	D	Метеорологічні умови на аеродромі призначення
	31	d1	(ННМХЧRVR) висота нижньої межі хмарності й видимість на ЗПС фактичні
	32	d2	(ННМХЧRVR) допустимі:
	33	d21	(ННМХЧRVR) КПС - мінімум КПС
	34	d22	(ННМХЧRVR) ПС - мінімум ПС
	35	d23	(ННМХЧRVR) АД призначення - мінімум АД
	36	d3	бічна складова вітру (Uб) фактична
	37	d4	Uб допустима:
	38	d41	Uб допустима (таблична) для конкретного ТN
	39	d42	коефіцієнт зчеплення на ЗПС для конкретного ТN
V	40	E	Прогнозовані метеоумови на АД призначення
	41	e1	(ННМХЧRVR) фактичні (прогнозовані)
	42	e2	(ННМХЧRVR) допустимі:
	43	d21	(ННМХЧRVR) КПС
	44	d22	(ННМХЧRVR) ПС
	45	d23	(ННМХЧRVR) АД
	46	e3	Uб фактична
	47	e4	Uб допустима:
	48	d41	Uб допустима (таблична) для конкретного ТN
	49	d42	коефіцієнт зчеплення на ЗПС для конкретного ТN
VI	50	F	Подача плану польоту (FPL) в Євроконтроль (IFPS)
VII	51	H	Стан АД вильоту, призначення й повітряна обстановка (ПО)
	52	h1	стан АД вильоту
	53	h2	стан АД призначення
	54	h3	ПО
VIII	55	I	Технічна готовність і придатність ПС до польоту
IX	56	K	Готовність ЕПС до виконання польоту
X	57	L	Вибір запасного аеродрому (ЗА)

Для побудови математичної моделі пропонується метод організації інформації у вигляді бінарної вирішуючої матриці й побудови на її основі діаграми, що дозволяє оцінити ситуацію. Фактори, що враховуються включають їх коди і значення. Вони можуть бути розташовані у вигляді таблиці (матриці). При цьому складаються одночасно чотири матриці:

* фактичні (вихідні) значення факторів;

* директивні (допустимі) значення факторів;

* нормативні значення факторів, де зазначено схеми порівняння елементів кліток двох матриць і формування відповідного символу у відповідній клітці бінарної вирішуючої матриці;

* матриця прийняття рішення або бінарна вирішуюча матриця.

Вихідна матриця заповнена фактичними даними, директивна - допустимими значеннями цих факторів.

Рис. Вихідна матриця

Рис. Директивна матриця

Для вирівнювання розмірів матриць клітки відсутніх підфакторів у всіх матрицях заповнюються символом 0 і не враховуються при прийнятті рішення.

Далі складаємо таблицю критеріїв (табл. 3), тобто робимо оцінку стану факторів: чи задовольняють вони можливості вильоту. Для цього вказуємо критерій оцінки для кожного фактору й можливий результат. При аналізі наявної інформації з конкретного фактору А_k можливі наступні ситуації: фактор присутній або відсутній; фактор задовольняє або не задовольняє умовам можливості вильоту.

Приймаємо у першому випадку F(A_k)=1, у другому - F(A_k)=0.

Рішення з урахуванням фактору A_k приймається при виконанні певної умови між директивним і вихідним значенням фактору (умови F(A_k) V F(A_k)_adm); де V - один зі знаків > або < ;

F(A_k) - наявне вихідне значення (величина) фактору A_k;

F(A_k)_adm - величина (значення) фактору, що допускається (директивна).

Табл. 3

Таблиця критеріїв (оцінка стану факторів)

Фактори	Критерій оцінки	Резу-льтат	Коментарі
A	A=(aadm-a)?0	A1=1	Злітна маса не перевищує гранично припустиму
	A=(aadm-a)<0	A2=0	Злітна маса перевищує гранично припустиму
	A=(aadm2-a2)?0	А3=1	Посадкова масса не перевищує гранично припустиму
	A=(aadm2-a2)<0	А4=0	Посадкова масса перевищує гранично припустиму
B		B1=1	(ННМХЧRVR) відповідає встановленим мінімумам
	інакше	B2=0	(ННМХЧRVR) не відповідає встановленим мінімумам
	b4=(b41-b3)?0 при табличному значенні b42	B3=1	бічна складова вітру (Uб) відповідає гранично припустимій
	b4=(b41-b3)<0 при табличному значенні b42	B4=0	Uб не відповідає гранично припустимій
C		C1=1	всі НМЯ відсутні
	інакше	C2=0	є присутнім хоча б одне НМЯ
D		D1=1	(ННМХЧRVR) відповідає встановленим мінімумам
	інакше	D2=0	(ННМХЧRVR) не відповідає встановленим мінімумам
	d4=(d41-d3)?0 при табличному значенні d42	D3=1	Uб відповідає гранично припустимій
	d4=(d41-d3)<0 при табличному значенні d42	D4=0	Uб не відповідає гранично припустимій
E		E1=1	(ННМХЧRVR) відповідає встановленим мінімумам
	інакше	E2=0	(ННМХЧRVR) не відповідає встановленим мінімумам
	e4=(d41-e3)?0 при табличному значенні d42	E3=1	Uб відповідає гранично припустимій
	e4=(d41-e3)<0 при табличному значенні d42	E4=0	Uб не відповідає гранично припустимій
F	f1=1	F1=1	FPL прийнятий IFPS
	f1=0	F2=0	FPL не прийнятий IFPS
H		H1=1	Стан АДв, АДп й ПО відповідають умовам вильоту, посадки й польоту за маршрутом
	інакше	H2=0	Стан не відповідає
I	i1=1	I1=1	ПС до польоту готове
	i1=0	I2=0	ПС до польоту не готове
K	k1=1	K1=1	ЕПС до польоту готовий
	k1=0	K2=0	ЕПС до польоту не готовий
L	l1=1	L1=1	ЗА обраний
	l1=0	L2=0	ЗА не обраний

Таким чином, клітки бінарної матриці (3) заповнюються числами 1 або 0. Якщо між директивним і вихідним значенням фактору встановлене співвідношення вихідних і фактичних даних, виконується (F(A_k)VF(A_k)_adm), то відповідна клітка бінарної матриці прийняття рішень заповнюється відповідно 1 або 0 при невиконанні зазначеного співвідношення.

Рис. Бінарна вирішуюча матриця

Якщо при складанні бінарної матриці враховані всі фактори, що визначають даний політ, то рішення командира ПС про виліт:

- приймається, якщо всі числові значення логічних змінних x_i дійсних елементів матриці рівні 1;

- не приймається, якщо не всі числові значення логічних змінних x_i дійсних елементів матриці рівні 1, тобто множина цих значень містить хоча б один елемент 0. У цьому випадку командир повинен з'ясувати причину появи нульового значення.

Побудовано схему орієнтованого плоского графа задачі ПР про виконання польоту ПС за маршрутом.

Графічне представлення ПР на виліт ПС виконано у системі полярних координат, що дозволить наочно оцінювати стан усіх факторів і підфакторів (рис.3). Замкнута діаграма вказує на можливість ПР, розірвана - на необхідність з'ясування непридатного фактора і неможливість ПР.

Рис. 3. Графічне представлення ПР на виліт у системі полярних координат

Третій розділ дисертації присвячено розробці структури автоматизованої системи підготовки передпольотної інформації (АСППІ), обґрунтуванню принципів її побудови, визначенню для кожної з підсистем кола притаманних їм функцій. На основі структурної декомпозиції задач передпольотного інформаційного обслуговування (забезпечення ЕПС інформацією, необхідною при підготовці до польоту й прийняття командиром рішення про можливість виконання польоту) встановлено інформаційні зв'язки задач управління АСППІ. Основу підсистеми вибору необхідної інформації (рис.4) складає модуль формування інформаційних блоків, де відбувається сортування інформації про АД вильоту, призначення маршруту та додаткової інформації відповідно до виду польоту, в якому відбувається розподіл інформації за видами польоту та надання її користувачу.

Рис. 4. Структура підсистеми вибору необхідної інформації

Основу підсистеми аналізу можливості виконання польоту (рис.5) складає модуль вибору й аналізу факторів, що впливають на ПР (вибирає з множини даних фактори і з розроблених критеріїв оцінює їхній стан на відповідність нормативам) і модуль аналізу можливості виконання польоту (аналізує можливість виконання польоту за сукупною оцінкою факторів та надає рекомендації щодо можливості виконання польоту і будує діаграму).

Рис. 5. Структура підсистеми аналізу можливості виконання польоту

Запропоновано моделі та алгоритми, що забезпечують ефективне та надійне функціонування кожної із підсистем АСППІ.

Модель аналізу можливості виконання польоту побудовано за допомогою нейронної сітки (рис.6), навченої з вчителем процедурою оберненого поширення помилки методом градієнтного наближення. Цей метод дозволяє подолати локальні нерівності поверхні помилки й не зупинятись на локальних мінімумах. Ітерації навчання припиняються, коли помилка досягає мінімального значення й перестає зменшуватись. Нейронна сітка реалізована за допомогою нейропакета NeuroPro 0.25.

Рис. 6. Нейросіткова модель аналізу можливості виконання польоту

Вхідними параметрами першого шару моделі є чинники, що аналізують стан підфакторів згідно розроблених критеріїв. Відповідно до кожного вхідного параметру ставиться бінарний вектор, що відображає результат стану чинників: відповідність (1) або невідповідність (0) необхідним умовам певного підфактору.

Виходи першого шару є вхідними параметрами другого шару і відображають стан факторів. Бінарний вектор відображає оцінку стану фактору (чи задовольняють вони необхідним умовам для виконання польоту): 1 - фактори відповідають, 0 - фактори не відповідають.

Вихідним параметром моделі є оцінка щодо можливості виконання польоту : g1 - політ можливий (1), g2 - політ неможливий (0),

Вхідні компоненти і відповідний їм вихід задаються у відповідності з навчальною вибіркою підготовленою в пакеті MS Excel.

У результаті композиції визначених задач системи отримано інформаційну модель АСППІ, у якій систематизовані структурні складові інформаційної підтримки й взаємозв'язок між ними, що дозволяє комплексно реалізувати задачі підготовки до польоту.

Четвертий розділ містить опис програмного комплексу "АСППІ" реалізованого за запропонованою автором моделлю. Система розроблена за об'єктно-орієнтованою технологією з використанням візуальної системи програмування Delphi, яка підтримує абстрагування, інкапсуляцію, класи, спадкування та поліморфізм. Це дало змогу отримати простий і зручний інтерфейс користувача й одночасно швидкий пошук інформації та підтримку при прийнятті рішення щодо можливості вильоту ПС.

Підсистема вибору необхідної інформації реалізована режимом роботи "Вибір інформації" (рис. 7). Даний режим дозволяє отримувати швидкий доступ до необхідного для ознайомлення інформації пілотів залежно від потреб (виду польоту або по запиту).

Рис. 7. Інтерфейс вікна режиму "Вибір інформації"

Підсистема аналізу можливості виконання польоту реалізована режимом роботи "Можливість вильоту". Інтерфейс режиму дає змогу аналізувати можливість виконання польоту за діаграмою, побудованою в системі полярних координат, де відображений стан усіх факторів, що впливають на прийняття рішення.

Виконано оцінку ефективності використання АСППІ в передпольотному інформаційному забезпеченні, що показало її вагому перевагу при підборі необхідної інформації (скорочення часу із 1-2 год. ручної обробки до 2-5 хв. роботи системи) і при аналізі можливості виконання польоту (скорочення часу в середньому на 25-30 хв. і мінімізація помилок).

Приведено економічне обґрунтування доцільності розробки і застосування АСППІ, що дозволить отримати економічний ефект за рахунок запобігання неправильних рішень: у випадку запобігання пошкодження, завдяки даній системі, хоча б одного літака типу АН-24 річний економічний ефект може скласти $3000, а строк окупності додаткових капітальних вкладень - 0,65 року (237 днів).



ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Результати проведених автором науково-практичних досліджень полягають у наступному:

1. З позиції системного підходу досліджено передпольотне інформаційне обслуговування і виявлені істотні недоліки у його проведенні:

- передпольотна підготовка виконується у недостатній мірі;

- екіпаж ПС отримує великий обсяг інформації, що не завжди стосується конкретного виду польоту;

- допускаються помилки при вивченні інформації та прийнятті рішення на виліт, що приводить до неприпустимих авіаційних подій.

2. На підставі проведеної декомпозиції задач передпольотного інформаційного обслуговування систематизовано і класифіковано інформацію, необхідну пілоту при підготовці до польоту та виділено групу факторів, що впливають на прийняття рішення про виконання польоту.

3. На підставі аналізу основних характеристик інформації та нормативних документів виділено види польоту (систематичний регулярний політ по одній трасі; після закінчення шести місяців; після перерви у польотах більше 30 календарних днів; перший самостійний політ КПС по даній трасі (маршруту, району) чи на даному типі ПС), експериментально визначено найціннішу інформацію, що відповідає їм та формалізовано процес інформаційного забезпечення польоту.

4. Аналітично обґрунтовано доцільність розробки АСППІ за допомогою аналізу прийнятої моделі пам'яті.

5. На підставі концепції використання кінцевої множини факторів (підфакторів), що визначають ПР про виконання польоту ПС по маршруту обрано і закодовано відповідні фактори (підфактори), що визначають можливість виконання польоту, а також розроблено критерії оцінки їхнього стану.

6. За допомогою методу організації інформації у вигляді бінарної вирішуючої матриці розроблено математичну модель формалізації задачі прийняття рішення про виконання польоту ПС за маршрутом.

7. Графічне представлення прийняття рішення на виліт ПС виконано у системі полярних координат, що дозволить наочно оцінювати стан усіх факторів і підфакторів.

8. Сформовано принципи побудови АСППІ, представлено її структуру та виділено підсистеми, які відповідають за вирішення певних функцій системи і бази даних, які забезпечують систему необхідною інформацією.

9. Визначено методи і розроблено моделі й алгоритми підготовки інформації та формування рішень в АСППІ. Запропоновано інформаційну модель АСППІ, у якій систематизовано структурні складові інформаційної підтримки і взаємозв'язки між ними, що дозволяє комплексно реалізувати задачі підготовки до польоту.

10. На основі візуальної системи програмування Delphi розроблено програмне забезпечення АСППІ, що дало можливість отримати простий і зручний інтерфейс користувача і одночасно швидкий пошук інформації та підтримку при прийнятті рішення щодо можливості вильоту. Доведено, що застосування розроблених алгоритмів і програм дозволяє:

- диспетчеру із забезпечення польоту або пілоту оперативно отримувати необхідну вибіркову інформацію залежно від потреб (виду польоту або за запитом);

- аналізувати можливість виконання польоту по діаграмі в полярних координатах, де відображений стан усіх факторів, що впливають на прийняття рішення.

11. Виконано оцінку ефективності використання АСППІ, що показало її вагому перевагу при підборі необхідної інформації: скорочення часу з 1-2 годин ручної обробки до 2-5 хв. з використанням АСППІ. При аналізі можливості виконання польоту скорочення часу становить у середньому

12. 30 хв.

13. Приведено економічне обґрунтування доцільності розробки і застосування АСППІ, що дозволить отримати економічний ефект за рахунок запобігання неправильних рішень і збереженні одного ПС типу АН-24 $3000 у рік. По Україні очікуваний може скласти біля $12000.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Артеменко О.В. Автоматизированная обработка предполетной информации / О.В. Артеменко, В.М. Симак // Искусственный интеллект. - Донецк, 2004. - №4. - С. 679-685.

Артеменко О.В. Формирование структуры информационного обеспечения автоматизированной системы подготовки предполетной информации / О.В.Артеменко // Авиационно-космическая техника и технология. - Харьков, 2005. - №2(18). - С. 77-81.

Артеменко О.В. Моделирование процесса принятия решения на вылет в автоматизированной системе подготовки предполетной информации / О.В. Артеменко, Т.Ф. Шмелева // Искусственный интеллект. - Донецк, 2005. - №4. - С. 441-447.

Артеменко О.В. Применение искусственных нейронных сетей в задаче принятия решения на вылет / О.В.Артеменко // Искусственный интеллект. - Донецк, 2006. - №4. - С. 348-353.

Артеменко О.В. Построение математической модели процесса принятия решения на вылет командиром воздушного судна / О.В. Артеменко // Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. - Кіровоград: КНТУ, 2010. - випуск 23. - С. 115 - 122.

Артеменко О.В. Розробка автоматизованої системи підготовки передпольотної інформації / О.В. Артеменко, Ю.Б. Бєляєв, Т.Ф. Шмельова // Науково-практичний журнал "Науково-технічна інформація". - К.: 2010. - №3. - С. 41-44.

Артеменко О.В. Обеспечение оптимального предполетного планирования в условиях внедрения систем CNS/ATM / О.В. Артеменко // Аерокосмічні системи моніторингу та керування: Матеріали V Міжнародної науково - технічної конференції "АВІА-2003". - Т.2. - К.: НАУ, 2003. - С 21.38 - 21.40.

Артеменко О.В. Использование интеллектуальных систем в автоматизированных системах подготовки информации в целях повышения эффективности предполетной подготовки / О.В. Артеменко // Автоматика - 2004: Матеріали 11-ї міжнародної конференції по автоматичному управлінню. - К.: 27 - 30 вересня 2004 року. - С. 4 - 5.

Артеменко О.В. Інформаційне забезпечення екіпажу повітряного судна в процесі передпольотної підготовки / О.В. Артеменко // Перша науково - технічна конференція Харківського університету Повітряних Сил, 16 - 17 лютого 2005 р. Тези доповідей. - Х.: ХУ ПС, 2005. - С. 65 - 66.

Артеменко О.В. Автоматизация подготовки предполетной информации / О.В. Артеменко // Інтегровані інформаційні технології та системи (ІІТС-2005): Матеріали науково - практичної конференції молодих учених та аспірантів. - К.: НАУ, 2005. - С. 65 - 68.

Артеменко О.В. Факторная модель формализации процесса принятия решения на вылет командиром воздушного судна / О.В. Артеменко, А.И. Седина, Д.В. Кальченко // Матеріали Міжнародної науково-практичної конференції "Сучасні інформаційні технологій в управлінні та професійній підготовці операторів складних систем". - Кіровоград: ДЛАУ, 2009. - С. 132-135.

Артеменко О.В. Формализация процесса принятия решения на вылет командиром воздушного судна / Артеменко О.В. // "Развитие научных исследований 2008": Материалы четвертой международной научно-практической конферениции. - Полтава: Изд - во "ІнтерГрафіка", 2008. - Т. 6. - С. 101-104.

Артеменко О.В. Математическая модель процесса принятия решения на вылет командиров воздушного судна / О.В. Артеменко, Л.О. Кондратько // Матеріали Міжнародної науково - практичної конференції "Сучасні інформаційні технологій в управлінні та професійній підготовці операторів складних систем". - Кіровоград: ДЛАУ, 2009. - С. 306 - 308.



АНОТАЦІЯ

Артеменко О.В. "Моделювання автоматизованої системи підготовки передпольотної інформації". - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06. - Інформаційні технології. - ДНВК "КІА", 2010.

Дисертацію присвячено розробці автоматизованої системи підготовки передпольотної інформації (АСППІ) з метою підвищення ефективності передпольотного забезпечення екіпажу повітряного судна.

У роботі експериментально визначено необхідний і достатній об'єм інформації необхідної пілоту в залежності від виду польоту та формалізовано розподіл інформаційних потоків в АСППІ. Виділено та закодовано фактори, що впливають на прийняття рішення щодо можливості виконання польоту, та формалізовано процес прийняття рішення на виліт, побудовано структурну та математичну моделі задачі прийняття рішення.

Розроблено структуру АСППІ, визначено достатній мінімум інформації для ефективного функціонування системи. Запропоновано моделі та алгоритми, що забезпечують ефективне і надійне функціонування кожної із підсистем АСППІ. Розроблено інформаційну модель та програмне забезпечення АСППІ з використанням сучасних технологічних методів та засобів. Подано інформацію про отримані нові наукові результати, практичну реалізацію та ефективність розробленої АСППІ в передпольотному забезпеченні.

Ключові слова: автоматизована система підготовки передпольотної інформації, екіпаж повітряного судна, прийняття рішення на виліт, математична модель, формалізація, алгоритм, інформаційна модель, програмне забезпечення.



АННОТАЦИЯ

Артеменко О.В. "Моделирование автоматизированной системы подготовки предполетной информации". - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06. - Информационные технологии. - ГНПК "КИА", 2010.

Диссертация посвящена разработке автоматизированной системы подготовки предполетной информации (АСППИ) с целью повышения эффективности предполетного обеспечения экипажа воздушного судна (ВС).

Для обеспечения безопасности, регулярности и эффективности полетов международной гражданской авиации экипаж воздушного судна (ЭВС) любого типа - от легких одномоторных до тяжелых транспортных самолетов - должен иметь возможность получить разнообразную информацию, которая может потребоваться во время выполнения полетов и принять обоснованное решение на вылет. ЭВС должен быть знаком с правилами и процедурами всех пролетаемых государств и ни один полет не должен выполняться до тех пор, пока не будет полной уверенности в том, что необходимые для полета средства и обслуживание имеются в работоспособном состоянии.

Однако проведенный анализ безопасности полетов показал, что причиной многих авиационных происшествий стала неудовлетворительная предполетная подготовка экипажей, а также переоценка своих профессиональных возможностей командирами воздушных суден (КВС) в совокупности с недооценкой активного влияния внешней среды при граничных метеоусловиях в процессе принятия решения на выполнение полетов.

Поэтому повышение эффективности предполетного информационного обслуживания целесообразно возложить на АСППИ, в которой будет реализована функция информационной поддержки авиационного оператора.

Для решения поставленных задач был проведен анализ предполетного информационного обеспечения и задачи принятия решения на вылет, на основании чего была классифицирована и систематизирована информация, необходимая для подготовки к полету, а также выделена группа факторов, влияющих на принятие решения на вылет.

Анализ основных характеристик информации и нормативных документов позволил выделить 4 вида полета (систематический регулярный полет по одной трассе; систематический полет по окончанию 6 месяцев; полет после перерыва в полетах более 30 календарных дней; первый самостоятельный полет КВС по данной трассе (маршруту, району) или на данном типе ВС) и экспертным путем определена наиболее ценная для пилота информация в зависимости от вида полета.

Представлена формализация распределения информационных потоков в АСППИ, благодаря чему получена рациональная схема проведения предполетной подготовки.

На основании концепции использования конечного числа факторов, определяющих принятие решения о выполнении полета по маршруту, выбраны и закодированы соответствующие факторы, влияющие на возможность выполнения полета, а также разработаны критерии оценки их состояния. С помощью метода организации информации в виде бинарной решающей матрицы разработана математическая модель формализации задачи принятия решения о выполнении полета ВС по маршруту.

Построена схема ориентированного плоского графа задачи принятия решения о выполнении полета ВС по маршруту.

Графическое представление принятия решения на вылет ВС выполнено в виде диаграммы системе полярных координат, что позволяет наглядно оценивать состояние всех факторов.

Представлена концептуальная модель АСППИ, определены этапы ее работы и задачи, решаемые на данных этапах. Были сформированы принципы построения АСППИ, представлена ее структура и выделены подсистемы, которые отвечают за решение определенных функций, а также базы данных, обеспечивающие систему необходимой информацией.

Определены методы и разработаны модели и алгоритмы подготовки информации и формирования решений в АСППИ. Модель анализа возможности выполнения полета построена с помощью нейронной сети с помощью нейропакета NeuroPro 0.25.

Предложена информационная модель системы, в которой систематизированы структурные составляющие информационной поддержки и взаимосвязи между ними, что позволяет комплексно реализовать задачи подготовки к полету.

На основании визуальной системы программирования Delphi разработано программное обеспечение АСППИ, обеспечивающее качество и надежность на каждом из этапов разработки. Задачи системы реализованы подсистемами "Выбор информации" и "Возможность полета". Данные режимы позволяют получить простой и удобный интерфейс пользователя и одновременно быстрый поиск необходимой информации и поддержку при принятии решения относительно возможности выполнения полета.

Аналитически обоснована целесообразность разработки АСППИ, а также приведена информация о получении новых научных результатов и практической реализации. Доказана эффективность разработанной АСППИ, что показало ее весомое преимущество при подборе необходимой информации и принятии решения, а также приведено экономическое применение.

Полученные в работе практические результаты переданы авиакомпании "Крымавиасервис" для использования при подборе информации и подготовке решения относительно возможности выполнения полета, а также использованы в учебном процессе Государственной летной академии Украины.

Ключевые слова: автоматизированная система подготовки предполетной информации, экипаж воздушного судна, принятие решения на вылет, математическая модель, формализация, алгоритм, информационная модель, программное обеспечение.



ABSTRACT

Artemenko O.V. "Modelling of the automated system of preparation of the preflight information". - Manuscript.

Thesis for the candidate degree in Technical Sciences by specialty 05.13.06. - Information technologies. - State Science Production Corporation "Kyiv Institute of Automatics", Kyiv, 2010.

The dissertation is devoted to the elaboration of the automated system of preparation of the preflight information (ASPPI) to increase the efficiency of preflight maintenance of the aircraft crew. The necessary and sufficient volume of the information which is important for the pilot depending on a kind of flight is experimentally defined; the distribution of information streams in ASPPI is formalized in the research work. Also decision-making process on a departure is formalized; the structural and mathematical model of a decision-making problem is constructed.

The structure of ASPPI is developed, the sufficient minimum of the information for system's effective functioning is defined. The models and algorithms which provide effective and reliable functioning of each of the ASPPI subsystems are offered. The information model and ASPPI software with the use of modern technological methods and means are developed. The information on the received scientific results, practical realization and efficiency of the developed ASPPI in preflight maintenance is presented.

Key words: the automated system of preparation of the preflight information, aircraft crew, decision-making on a departure, mathematical model, algorithm, information model, the software.

Размещено на Allbest.ru

...