Методология решения многоэтапных задач по обеспечению безопасности плавания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методология решения многоэтапных задач по обеспечению безопасности плавания

Дмитрий К. Ефимов

Россия, Санкт-Петербург

2009

Всякое управление движением в ограниченном навигационном пространстве есть преодоление сложностей, которые объективная действительность противопоставляет поставленной цели. Если бы не существовало сложных ситуаций, не требовалось бы и управление движением.

При управлении судном (УС) могут быть использованы многие классические законы и методы, а также такие способности человека как:

— интеллект ? способность мышления и рационального познания действительности;

— интуиция ? способность постижения истины путем непосредственного ее усмотрения без обоснования с помощью доказательств;

— эвристика ? продуктивное творческое мышление в процессе открытия нужного нового решения при возникшей проблемной ситуации.

Интеллект, интуиция, эвристика составляют основные положения интеллектуально-эвристической деятельности судоводителя в процессе непосредственного УС.

При УС в ограниченном навигационном пространстве необходимо определить координаты судна в зависимости от времени, получить прогноз о развитии навигационной обстановки и выработать правильное решение по осуществлению управления.

При описании процесса УС следует помнить, что управление движением - это более общий термин, чем термины: «слежение», «ориентация», «наведение», «разведение», «регулирование», «стабилизация», «координирование», «планирование» и другие, включающий любое из этих понятий.

Исходя из вышеизложенного, деятельность специалиста-судоводителя может быть сформулирована в следующей интерпретации:

— в основе решения сложных задач судовождения в процессе непосредственного УС лежит вероятностная модель процесса с его экстраполированием;

— внимание концентрируется не на вариантах решения, а на анализе условий протекания процесса УС, выявления наиболее актуальных факторов и установления связи между ними;

— при наличии многочисленных и разнообразных воздействий внешней среды специалист-судоводитель решает задачу на основе системы обобщённых оценок, которая оставляет в стороне многие несущественные особенности процесса УС;

— внутренняя модель процесса создается у специалиста-судоводителя под влиянием предыдущей теоретической и практической деятельности, опыта;

— при поступлении информации от различных источников нервная система специалиста-судоводителя вырабатывает сигналы, экстраполирующие ожидаемое их изменение во времени, пространстве, движении, ритме, темпе, тембре звука, форме и т.п.;

— в самом простейшем случае процесс УС математически представляется в виде тензора четвертого ранга;

— при определенных условиях нервная система специалиста по УС справляется с большим числом помех и сбоев, с неопределенностью во многих ситуациях и способна выдавать правильное решение на основе профессионального искусства;

— в сложных условиях принятия решения специалист-судоводитель прогнозирует не только цель действия, но и вероятность ее достижения. Оценка вероятности выдается, как правило, в виде эмоционального ощущения успеха, если вероятность успеха велика, или в виде тревоги, если вероятность успеха оказывается низкой.

Интеллектуально-эвристическая деятельность судоводителя, направленная на предотвращение морских происшествий при непосредственном УС, проявляется как поиск, выявление и устранение или контроль опасностей в процессе непосредственного движения судна. Иначе говоря, организуется активный поиск опасностей и, если опасность имеет место, то устраняется причина опасности или сводится к минимуму ее угроза.

В процессе непосредственного УС на формирование сознания специалиста по выработке и принятию решения оказывают влияние динамические навигационные параметры как факторы активного поиска опасностей. Эти факторы определяют функции принадлежности к нечеткому множеству опасностей в процессе УС.

Проявление функции принадлежности к опасности можно показать на основе анализа следующих навигационных параметров:

- относительный курсовой угол,

- относительная радиальная дальность,

- относительная скорость изменения курсового угла, пеленга,

- относительная радиальная скорость,

- относительное радиальное ускорение,

- время до момента наступления минимального сближения,

- минимальное сближение.

Вектор случайных факторов активного поиска опасности

требует особого пояснения, которое удобно выполнить на основе теоремы теории вероятности (закон «0» или «1»). В данном случае известные предельные вероятности с необходимостью равны нулю или единице, т.е. вероятность сходимости ряда из всего количества независимых случайных величин может принимать только два этих значения. Пусть ,… - случайные величины опасности, а - разрывная функция топологических образов принадлежности к этим величинам, представленная последовательными итерированными предельными переходами топологических переменных , такова, что условная вероятность

соотношения f(,…)=0 при известных n первых величинах ,…, остается равной абсолютной вероятности

(1)

для каждого n. При этих условиях абсолютная вероятность (1) равна нулю или единице.

В частности, условия этой теоремы выполняются, если случайные величины опасности ,…, независимы и значение функции остается постоянным при изменении лишь конечного числа величин . Обозначим опасность

.

Наряду с этим событием рассмотрим алгебру Б всех событий, которые могут быть определены через какие-либо отношения между конечным числом величин , например, в виде критериев конъюнкции или дизъюнкции. Тогда, если безопасное событие В принадлежит Б, то по условиям теоремы

. (2)

При Р(А)=0 теорема доказана, т.е. вероятность опасности при условии безопасности равна нулю. Пусть , иными словами, вероятность опасности больше нуля. Тогда из теоремы Байеса и соотношения (2) следует:

Итак, Р(В) и - две счетно-аддитивные функции множеств, совпадающие на Б, следовательно, они должны оставаться равными друг другу на каждом множестве топологического расширение алгебры Б. Поэтому, в частности,

,

т.е. вероятность опасности при условии опасности равна единице.

Цель управления движением судна - свести вероятность опасности к нулю, а вероятность безопасности - к единице в условиях потенциально опасной ситуации.

Перечень общих принципов подхода к исследованию сложных процессов принятия решений при управлении судном

Анализ исследования сложных процессов принятия решений при УС позволяет выделить некоторые из основных принципов:

— возможное решение следует искать лишь среди неулучшаемых альтернатив, т.е. альтернатив, улучшение которых по одним показателям приводит к их ухудшению по другим;

— рациональным считается выбор некоторой пары стратегий, обладающей устойчивостью, одностороннее нарушение которой невыгодно ни той, ни другой стороне;

— рациональным является такой выбор, при котором учитываются наихудшие условия из множества возможных альтернатив;

— проблема нечетких множеств и нечетких описаний может быть решена сжатием альтернатив на качественном уровне с помощью теории лингвистических переменных;

— практическая уверенность позволяет в каждом отдельном случае принимать решение в соответствии с той важностью, которую имеет желаемый результат практической деятельности.

Вектор динамических факторов активного поиска опасности представляет полный ансамбль функций в задаче предсказания опасности, однозначно определяет наличие опасности или ее отсутствие. Эти факторы через разрывную функцию принадлежности участвуют в выработке решения о необходимости предотвращения морского происшествия и последующего целенаправленного вмешательства в процесс УС.

Оценка состояния аварийного судна

Если у экипажа, попавшего в аварийную ситуацию, все меры борьбы за живучесть судна будут исчерпаны, то решение об оставлении его может принять только капитан. Сложность принятия такого решения заключается в том, что в настоящее время не существует четких критериев оценки состояния аварийного судна, а, следовательно, и оценки целесообразности и необходимости принимаемого капитаном решения.

Всесторонний анализ и оценку фактического состояния аварийного судна попытаемся осуществить на основе общей теории управления и принятия решений, краткое содержание которой изложим в трех подходах.

Первый подход: когда считается, что лучше иметь слишком большое, чем слишком малое множество успешных исходов. И не утверждается, что все решения внутри одного из допустимых множеств приемлемы как исходы, а утверждается лишь то, что вне этих допустимых множеств решения недопустимы.

Второй подход: когда решение принимается в условиях неопределенности, если, например, цель точно не определена, а результат операции оценивается многими показателями эффективности, мало критичными к выбору. В подобных ситуациях рекомендуется искать вариант выбора на основе рациональных решений, используя пять основных принципов: оптимальности, равновесия, гарантированного результата сжатия альтернатив, практической уверенности.

Третий подход- фактор типичности и уникальности. Следуя первому предположению, капитан ориентируется на статистику своего и чужого опыта. Однако, когда речь идет об очень важных решениях, где ошибок вообще быть не должно, капитан осознает, что эта ситуация неповторима, и решает задачу как уникальную. Действия выглядят нестандартными. В этом нестандартном поведении, как правило, скрыта индивидуальная рациональность принятого решения с учетом уникальной ситуации.

Основная идея этих трех подходов состоит в использовании информации о состоянии судна и той конкретной ситуации, в которой находится система «капитан - судно - среда».

Два варианта логического объединения критериев

Предположим, что критерии F1,F2 , . . . , Fn могут принимать только два значения 0 или 1.

Fi(x)=1, если i-ая цель достигнута.

В противоположном случае

Fi(x)=0.

Тогда обобщенный критерий может быть записан:

а) в виде конъюнкции (conjunctio) критериев Fi , если общая цель операции состоит в выполнении всех целей одновременно, т.е.

;

б) в виде дизъюнкции (disjunctio) критериев, причем общая цель операции достигается, если достигается хотя бы одна частная цель, т.е.

.

Корреляция, независимость и условные вероятности

Два случайных функциональных значения: опасность - А и безопасность - B взаимно зависимы.

Если известно, что значение опасности А приняло конкретную величину, то значение В можно предсказать точнее, чем при отсутствии этой информации.

Для пояснения зависимости полезно ввести понятие условного распределения вероятностей

(3)

Здесь есть вероятность B при условии, что задано значение вероятности опасности А.

В теории вероятности совместное распределение вероятностей P(B,А) заменяется на условное распределение вероятностей P(B).

Так как P(B) =, то формула (3) примет вид

, (4)

а это известная формула Байеса.

В выражении (4) P(B) можно считать априорной вероятностью B без знания значения А, а - апостериорной вероятностью В, если известно, что А принимает определённое значение.

Когда вероятности опасности А и вероятности безопасности B независимы, то = и выражение (4) переходит в значение

=, (5)

означающее, что, зная А, нельзя предсказать B. Это, конечно, является интуитивным основанием для независимости А и B и хорошим предположением к размышлению о причинах аварийных происшествий.

Литература

управление судно плавание аварийный

1. Беллман Р. Процессы регулирования с адаптацией. - М.: Наука, 1964. - 360 с.

2. Брайсон А. Хо Ю-Ши. Прикладная теория оптимального управления. - М.: Мир, 1972. - 544 с.

3. Зайченко Ю.П. Исследование операций. Киев: Вища школа, 1975.-320 с.

4. Колмогоров А.Н. Основные понятия теории вероятностей. Изд. 2-е. М.: Наука, 1974.- 120 с.

5. Орловский С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации. М.: Наука, 1981. - 208 с.

6. Родионов А.И. Вопросы алгоритмизации процесса расхождения судов морского флота. Судовождение. Научно-технический сборник. Вып. 6.: ЛВИМУ, 1966. - С. 90-94.

7. Советский энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия,1980. - 1600 с. с илл.

Размещено на Allbest.ru