автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Интеллектуальная ситуационная система поддержки принятия решений при полетном диспетчерском управлении рейсами авиакомпании

ЛЕВУШКИН ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИТУАЦИОННАЯ СИСТЕМА

ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ПОЛЕТНОМ ДИСПЕТЧЕРСКОМ УПРАВЛЕНИИ РЕЙСАМИ АВИАКОМПАНИИ

05.22.14 -Эксплуатация воздушного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

О 3 0^3 2311

Москва 20) 1

4843569

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ульяновское высшее авиационное училище гражданской авиации (институт)».

Научный руководитель:

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Логвин Александр Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Зайцев Алексей Николаевич

кандидат технических наук Власов Андрей Юрьевич

Ведущая организация:

Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации

Защита состоится 17 февраля 2011г на заседании диссертационного совета Д223.011.01 при Московском государственном техническом университете гражданской авиации по адресу: ГСП-3, Москва, 125993, А-493, Кронштадтский бульвар, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ ГА.

Автореферат разослан января 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор

С. В. Кузнецов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Полетное диспетчерское управление и обеспечение рейсов возникло в 70х годах 20 века как способ оптимизации управления операционной деятельностью коммерческой авиакомпании (АК) сначала в США, затем в других странах мира. Профессия полетного диспетчера АК получила законодательную основу в России с 2008 г.

Актуальность решаемых полетным диспетчером задач по управлению и обеспечению рейсов АК определяется противоречием между проблемами в работе сокращенного экипажа современного воздушного судна (ВС) и постоянным для авиации требованием обеспечения необходимого уровня безопасности и экономической эффективности полетов. Например, с ростом уровня автоматизации операций по самолетовождению, навигации и связи, численность экипажа современных средне - и дальнемагистральных ВС уменьшилась с 4-6-ти до 2-х человек. При этом остро обозначилась проблема, связанная с физиологическими ограничениями человека. При возникновении отказа систем ВС в полете либо при появлении ограничений на аэродроме (а/д) посадки или по маршруту полета, не позволяющих выполнить рейс по плану, сокращенный до двух пилотов экипаж остро нуждается в быстрой и качественной информационной помощи извне для обеспечения безопасности полета и минимизации экономических потерь АК.

При этом, оказание помощи экипажу в выборе оптимального аэродрома экстренной посадки в условиях большого числа альтернатив с учетом ограничений по грузу, оказание помощи экипажу в перестроении маршрута полета в воздухе с учетом индивидуальных характеристик ВС, в том числе с отказом авиационной техники, возможно только из офиса АК. С целью оперативного предоставления экипажу искомой информации требуется организация внутри АК процесса быстрого скоординированного поиска и принятия решения по проблемной ситуации на борту ВС со стороны многих служб АК, участвующих в обеспечении и управлении рейсами, с последующей передачей этого решения экипажу ВС в качестве рекомендации к действию.

Традиционная со времен государственного Аэрофлота схема оперативного управления регулярными рейсами российских АК через производственную диспетчерскую службу (ПДС) в условиях использования современных ВС и рыночных отношений в авиатранспортной системе имеет серьезные ограничения по скорости принятия и качеству решений (рис. 1). При этом, скорость определения и оценки решения проблемной ситуации на рейсе авиакомпании в традиционной системе ограничена значительными временными затратами на передачу информации внутри контура управления (КУ), на разрозненный поиск и последующее согласование каждого варианта решения между узкоспециализированными подразделениями АК, реализующими отдельные направления обеспечения полетов и зачастую территориально удаленных друг от друга. Значительное число операций по передаче информации внутри КУ является причиной ее потери и искажения. Для исключения потери информации, в традиционной схеме управления рейсами авиакомпании присутствуют дублирующие сеансы связи служб АК с

экипажем ВС проблемного рейса для получения уточнений по инженерно-техническим, штурманским, организационным, метеорологическим аспектам ситуации на ВС, приводящие к потере времени.

Под комплексным понятием качества решения проблемной динамической ситуации на ВС в полете, в рамках данной работы, кроме его оптимальности по заданному критерию с учетом ограничений, понимается его своевременность. В этом смысле качество решений в традиционной схеме оперативного управления регулярными рейсами АК ограничено.

Для случая международных чартерных грузовых авиаперевозок (МЧГП) из-за постоянных изменений географии и ограничений при выполнении каждого рейса задача поиска и принятия решения по проблемной ситуации в полете усложняется многократно. Например, ввиду большого числа альтернатив возможного решения задачи выбора а/д экстренной посадки, при «ручных способах» ее решения рассчитать за 5-10 минут все варианты и выбрать оптимальный по заданному критерию невозможно. В практике работы подразделения по управлению рейсами МЧГП применяется искусственное ограничение числа рассматриваемых вариантов для получения хоть какого-то пригодного решения в приемлемые сроки. При этом всегда существует вероятность потери оптимального решения, определения и передачи экипажу неверного решения, приводящего к осложнению сбойной ситуации на борту ВС либо к неоправданным экономическим потерям для АК. Присутствие большого числа операций по передаче информации внутри КУ приводит к низкой эффективности традиционной схемы управления рейсами АК в задачах предоставления помощи экипажу ВС при сбойной ситуации в полете на рейсах МЧГП. Актуальным является исследование по применению других схем оперативного управления рейсами АК для обеспечения безопасности и экономичности полетов АК. В данной работе рассмотрено полетное диспетчерское управление, в рамках которого применяется объединение функций нескольких служб АК в рамках одного подразделения полетных диспетчеров (ПД). Обратной стороной такого объединения является информационная перегрузка ПД при решении задач управления рейсами АК. В связи с этим актуальным является разработка способов автоматизированной поддержки принятия решений при полетном диспетчерском управлении и информационном обеспечении (ПДУиО) рейсов АК при МЧГП. Поскольку самолетный парк авиакомпаний неуклонно пополняется ВС с сокращенным составом экипажа, острота обозначенных выше проблем возрастает. При этом в связи с тем, что объемы перевозок, выполняемых чартерными АК, составляют менее 5 % в год от общих объемов мировых авиаперевозок, практические исследования в области оптимизации процессов ПДУиО рейсов чартерной АК распространения за рубежом и в России не получили.

Цель работы - повышение качества принимаемых решений при полетном диспетчерском управлении международными чартерными рейсами грузовой авиакомпании с целью обеспечения безопасности и экономичности полетов.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1) анализ проблем принятия решений в системе полетного диспетчерского управления международными чартерными грузовыми перевозками;

2) разработка концептуальной и процессной модели системы полетного диспетчерского обеспечения и управления МЧГП для определения способов оптимизации процессов принятия решения в данной системе управления;

3) разработка способов автоматизированного определения оптимального по выбранному критерию решения в задачах полетного диспетчерского управления рейсами АК для обеспечения безопасности и экономичности полетов АК.

Объектом исследования является система полетного диспетчерского управления и информационного обеспечения рейсов АК, являющаяся неотъемлемой частью авиатранспортной системы гражданской авиации (ГА).

Предмет исследования - способы автоматизации процесса принятия решения при полетном диспетчерском управлении и информационном обеспечении рейсов АК.

Методы исследования: системный анализ, теория графов, теория множеств, теория ситуационного управления.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней:

1) разработана концептуальная и процессная модель полетного диспетчерского управления рейсами чартерной грузовой авиакомпании;

2) разработана концептуальная и структурно-логическая модель интеллектуальной ситуационной системы поддержки принятия решения (ИСППР) в задачах полетного диспетчерского управления рейсами авиакомпании;

3) предложен способ построения базы знаний ИСППР, способы оценки и отбора вариантов решений. Разработан перечень параметров представления ситуационной информации в системе полетного диспетчерского управления рейсами коммерческой АК;

4) разработан и реализован программный инструментарий по решению задач поддержки принятия решений при полетном диспетчерском управлении международными чартерными грузовыми перевозками коммерческой АК.

Практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты внедрены в производство и позволяют:

1) внедрить полетное диспетчерское управление рейсами авиакомпании как наиболее современный и действенный способ оперативного управления безопасностью и экономичностью полетов коммерческой АК;

2) сократить временные затраты на подготовку экипажа к вылету вне базового аэродрома при чартерных грузовых авиаперевозках.

3) сократить временные затраты на поиск оптимального решения в задачах полетного диспетчерского управления, в том числе:

- определение а/д экстренной посадки ВС при сбойных ситуациях в

полете, не позволяющих выполнить рейс по плану;

- определение маршрута авиаперевозки на этапах согласования контракта чартера с заказчиком;

- определение маршрута стыковки рейсов на этапах формирования

графика движения ВС при МЧГП;

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Концептуальная и процессная модели системы полетного диспетчерского управления и информационного обеспечения рейсов коммерческой авиакомпании при МЧГП.

2. Модель ИСППР при полетном диспетчерском управлении рейсами АК.

3. Подход к построению базы знаний ИСППР при полетном диспетчерском управлении рейсами АК.

4. Подход к решению задач полетного диспетчерского управления чартерными рейсами АК.

Апробация и публикация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на ряде международных, всероссийских и внутривузовских научно-технических конференций, в том числе:

- на международной конференции «Континуальные логико-алгебраические и нейронные методы в науке, технике и экономике» (Ульяновск: УлГТУ, 2000);

- на межвузовской научно-методической конференции «Подготовка специалистов гражданской авиации» (Ульяновск: УВАУ ГА, 2001);

- на международной научно-технической конференции «Интерактивные системы: проблемы человеко-компьютерного взаимодействия» (Ульяновск: УлГТУ, 2001);

- на научно-практическом семинаре «Летная эксплуатация воздушных судов» (Москва, ГосНИИ «Аэронавигация», 2010);

- на 10-й международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, Институт прикладных исследований, Институт оптики атмосферы СО РАН, и др., 2010).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, из которых 4 включены в издание, входящее в перечень изданий, рекомендованных ВАК для опубликования основных научных результатов диссертации. Дополнительно одна статья находится в печати.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, насчитывающего 84 наименования, и двух приложений. Общий объем диссертации составляет 144 страницы. Работа включает 26 рисунков и 4 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первый раздел посвящен анализу проблем принятия решения в авиатранспортной системе (АТС) на примере полетного диспетчерское управления рейсами АК, непосредственного выполнения полетов в коммерческой АК и диспетчерского обслуживания воздушного движения, являющихся одними из сложнейших подсистем управления в АТС.

Во всех рассматриваемых подсистемах управления человек является центральным звеном сложной полиэргатической системы. Проблемы поиска и отбора вариантов решения в задачах управления во всех рассмотренных подсистемах обусловлены следующими особенностями их функционирования:

1. Противоречие целей функционирования подсистем управления в АТС. В каждой из рассматриваемых подсистем управления АТС в той или иной мере присутствует комбинация взаимоисключающих целей их функционирования. В связи с этим справедливо утверждение, что качество принятых решений при управлении технологическими процессами в АТС определяется мерой достижения компромисса между взаимоисключающими и ограничивающими факторами, действующими в системе управления (СУ).

2. Сложность и разнородность структур и правил функционирования подсистем управления в АТС. Процесс унификации норм и правил функционирования АТС во всем авиационном мире по сей день не завершен, что приводит к необходимости учета и выполнению всего многообразия норм и правил в различных регионах мира на этапах планирования, обеспечения, а также выполнения международных полетов.

3. Опосредованность процессов управления. Характерной особенностью рассматриваемых в данной работе подсистем управления в АТС является опосредованность управления в виде передачи информации (команды) объекту управления, что имеет потенциальную опасность неверного, неполного исполнения или отказа от исполнения решения, принятого лицом, принимающим решение (ЛПР) (командиром ВС, диспетчером ОВД, полетным диспетчером АК).

4. Поиск и принятие решения по управлению подсистемой АТС на основе опосредованной информации. Отклонения в реализации принятого и переданного на ВС решения возможно также в связи с изменением ситуации в системе управления, при котором ранее принятое решение является неоптимальным и необходимо принять новое решение. Под ситуационной осведомленностью понимается наличие у ЛПР информации о текущей ситуации в СУ и ее изменениях. Под ситуацией в СУ понимается комбинация значений параметров, характеризующих состояние СУ в определенное время:

{<$,/>„> |1=1,2,...М}, (1)

где Я у - ситуация ¡'-го типа в СУ в у'-й момент времени, - у'-й момент времени, Ру - множество значений параметров, определяющих ситуацию /-го типа в у'-й момент времени, М- общее количество /.

Под ситуационным управлением понимается принятие и реализация решений на основе информации о ситуации в период принятия решения.

5. Принятие решений в условиях неполноты информации. Опосредованность ситуационной информации о СУ определяет необходимость для ЛПР принимать решение в условиях неполноты, т. е. частичного отсутствия информации об объекте управления. Данная особенность управления в АТС связана с ограничениями или отказами в работе системы предоставления информации о текущей ситуации в СУ.

6. Поиск и принятие решений в реальном времени. Быстротечность процессов, протекающих в выбранных подсистемах АТС, определяет необходимость поиска и принятия оптимального решения ЛПР в условиях дефицита времени. Требование оптимальности выбранного решения в АТС обусловлено еще и тем, что зачастую времени на его отмену и корректировку не остается в связи с

одновременным присутствием представленных выше особенностей функционирования выбранных для анализа подсистем управления в АТС. Одним из подходов к преодолению выявленных проблем поиска и отбора решений при управлении в АТС, является разработка интеллектуальной ситуационной системы поддержки принятия решений для каждой из рассмотренных подсистем. В общем случае под ИСППР понимается интерактивная компьютерная информационная система, имеющая в своем составе базу знаний и модель системы управления (МСУ) и предназначенная для поиска, отбора и предоставления пользователю вариантов решения задач управления, удовлетворяющих заданным критериям оптимальности и ограничениям.

Второй раздел посвящен разработке и описанию:

- концептуальной и процессной модели системы полетного диспетчерского управления чартерными грузовыми перевозками коммерческой АК;

- структурно-логической модели ИСППР при полетном диспетчерском управлении и обеспечении чартерных грузовых авиаперевозок.

Построение оптимальной системы планирования, обеспечения и оперативного управления рейсами АК является ключевым фактором ее успешного функционирования и развития. Видами управления и обеспечения полетов коммерческой авиакомпании при МЧГП являются:

- система организации продаж и взаимодействия с заказчиком (Customer Service - CS);

- инженерно-авиационное обеспечение (МАО);

- система организации летной работы (ОЛР);

- организационное обеспечение полетов (ООП) в плане получения необходимых разрешений и организации наземного обслуживания рейса в а'п;

- штурманское обеспечение полетов (ШО);

- метеорологическое обеспечение полетов (МО);

- аэронавигационное обеспечение полетов (АНО);

- таможенное обеспечение полетов (ТОП);

- обеспечение авиационной безопасности (ОАБ);

- обеспечение грузового планирования (ОГП);

-административное управление производственньми службами в офисе авиакомпании (АУ);

- полетное диспетчерское управление и информационное обеспечение рейсов АК.

Предложенным способом практической реализации ПДУиО рейсов АК является создание неструктурного подразделения — Центра управления воздушными перевозками (ЦУВП) авиакомпании, концептуальная модель которого представлена на рис. 1. Окружностями на рис 1. обозначено единство информационного поля, образующего ЦУВП (внешняя окружность) и систему ПДУиО рейсов АК (внутренняя пунктирная окружность). Двусторонней стрелкой между полетным диспетчером и экипажем ВС (ЭВС) показана информационная связь для реализации ПДУиО рейсов АК. Тонкими стрелками отражено взаимодействие основных видов обеспечения полетов. Выделение полетного диспетчера, имеющего специальную подготовку для определения оптимальных по заданно-

му критерию вариантов решения задач управления рейсами АК в качестве основного контактного лица для связи с экипажем, позволяет реализовать принцип минимизации траектории прохождения информации и обеспечивает максимальную оперативность реагирования обеспечивающих служб АК в соответствии с

регулярными рейсами АК подразделение ГрК «Волга-Днепр»

«Центр управления воздушными перевозками»

Рис. 1. Концептуальная модель взаимодействия основных видов управления и обеспечения рейсов АК

Под управлением рейсами АК подразумевается операция по принятию решения ЛПР относительно плана выполнения перевозки или технического перелета (в общем случае - рейса) ВС авиакомпании с учетом ограничений.

Под обеспечением рейса подразумевается комплекс операций по реализации принятого плана выполнения рейса авиакомпании.

Процессная модель системы ПДУиО рейсов авиакомпании при МЧГП выполнена в соответствии с иерархической структурой вложений, соответствую-

Рис. 2. Иерархическая структура технологического процесса Процесс {1-й уровень) - набор выделенных по признаку реализации (разделению труда) видов деятельности в АК (например, процесс чартерных грузовых перевозок, регулярных пассажирских перевозок и т. д.); подпроцесс (2-й уровень) - набор видов деятельности, выполняемых несколькими подразделе-

9

ниями (например, подпроцессы по обеспечению, выполнению и управлению рейсами авиакомпании); процедура (3-й уровень) — набор видов деятельности, реализуемых службой или структурным подразделением службы — отделом (группой людей); операция (4-й уровень) - набор элементарных (относительно неделимых) действий, выполняемых одним исполнителем.

Подпроцессы управления и информационного обеспечения чартерных рейсов коммерческой АК сгруппированы на этапы по принципу распределения по времени:

Этап 1. До выполнения перевозки - период заканчивается за сутки до планового времени вылета ВС с грузом.

Этап 2. Перед выполнением перевозки - в течение суток до планового времени вылета ВС с грузом.

Этап 3. В процессе перевозки - в течение выполнения каждого перелета по перевозке груза.

Этап 4. После выполнения перевозки - после разгрузки ВС и получения груза заказчиком.

При этом ряд подпроцессов по продолжительности захватывают два и более этапа. Укрупненная модель распределения подпроцессов ПДУиО чартерных грузовых перевозок по этапам приведена на рис. 3.

(Этап 1) 1 ПДО перевозки для заключения контракта \_'_у

Полетное диспетчерское управление и

обеспечение рейсов АК при МЧГП

X

(Этапы 1,2 и 3) ПДУиО графика полетов

(Этапы 2,3) ПДО подготовки ЭВС к полету и ПДУ рейсами АК

(Этап А) Анализ вып. рейсов и корректировка спец. ПО

V _/

Рис. 3. Укрупненная модель подпроцессов полетного диспетчерского управления и информационного обеспечения рейсов АК

Основные процедуры ПДУиО рейсов авиакомпании при МЧГП:

1. На первом этапе процесса МЧГП в соответствии со схемами на рис. 2 и 3 выполняются процедуры:

1.1. Навигационно-коммерческий расчет вариантов маршрута перевозки для заключения контракта.

1.2. Определение и согласование (через соответствующие службы АК) с заказчиком условий выполнения перевозки в зависимости от ограничений ВС и аэродромов.

1.3. Навигационно-ком.мерческий расчет вариантов графика выполнения перевозки и стыковки рейсов,

1.4. Определение и координация со службами АК ограничений при построении и обеспечении графика полетов.

1.5. Расчет оптимального плана заправки ВС.

1.6. Подготовка формализованного плана полета (ФПП) на каждый рейс, содержащий описание четырехмерной траектории от взлета до посадки по территории каждого государства по маршруту для получения разрешений стран и аэропортов на пролет и посадку.

2. На втором этапе процесса МЧГП выполняются процедуры:

2.1. Перепланирование графика или маршрута полета до начала перевозки при изменении контрактной массы груза, а также в зависимости от незапланированных изменений метеофакторов, аэронавигационной обстановки и полученных разрешений по маршруту и аэродромам.

2.2. Информационное обеспечение предварительной и предполетной подготовки экипажа.

3. На третьем этапе процесса МЧГП выполняются процедуры:

3.1. Расчет окончательного плана заправки ВС.

3.2. Формирование и предоставление экипажу полетного брифинга, в том числе для обеспечения предварительной и предполетной подготовки экипажа, при вылете с базового и внебазового аэродрома, а также в воздухе — при возникновении сбойных ситуаций в полете.

3.3. Контроль местоположения ВС.

3.4. Контроль и учет влияния на рейс всех изменений в аэронавигационной информации (АНИ) и в метеоданных по аэродромам и маршрутам перевозки.

3.5. Оперативное перепланирование маршрута и графика полетов до и после начала перевозки:

- при отклонении значения фактической массы груза от контрактной;

- при возникновении критических отказов на ВС;

- при изменении (аннулировании) полученных разрешений стран и аэропортов на пролет и посадку на конкретном рейсе;

- при критических изменениях аэронавигационной, метеорологической и политической обстановки в районе полетов.

4. На четвертом этапе выполняется анализ фактических и расчетных данных перевозки по параметрам «топливо», «летное время» и в итоге - «себестоимость» с целью выявления причин несоответствий и внесения корректировок в специальные программы, а также в процедуры планирования и обеспечения рейсов АК.

На всех этапах ПДУиО рейсов авиакомпании обязательным условием является соблюдение действующих в АТС норм и правил, своевременное определение и учет ограничивающих факторов трех основных групп:

1) человек - в данную группу входят ограничения летного, а также технического экипажа ВС, например нормы труда и отдыха, погодные минимумы;

2) воздушное судно - в данную группу входят ограничения ВС в нормальных условиях эксплуатации, а также при наличии отказов;

3) среда - в данную группу входят параметры внешней среды, например, погода на аэродромах и по маршруту полета, параметры аэронавигационной инфраструктуры района полетов.

Каждый из приведенных выше подпроцессов включает в себя множество операций по принятию решений, часть из которых пригодна для автоматизации. По результатам построения процессной модели системы ПДУиО чартерных грузовых авиарейсов выявлены следующие процедуры, результат выполнения которых определяет качество решений, принятых в данной системе задач управления;

1) определение оптимального по заданному критерию аэродрома (либо ранжированного множества аэродромов) экстренной посадки и оперативное перепланирование маршрута перевозки в результате сбойной ситуации на ВС в полете, не позволяющих выполнить авиаперевозку в соответствии с графиком движения ВС авиакомпании;

2) определение оптимального по заданному критерию маршрута авиаперевозки для заключения контракта чартера;

3) определение оптимального по заданному критерию маршрута стыковки рейсов при формировании графика движения ВС авиакомпании;

Предложенным подходом к решению перечисленных задач ПДУиО рейсов авиакомпании при МЧГП является разработка интеллектуальной ситуационной системы поддержки принятия решений, структурно-логическая модель которой представлена на рис. 4.

Представление ситуаций.

Под ситуацией в СУ понимается состояние объектов управления в рассматриваемый период времени. Формальный аппарат строкового представления в ИСППР информации о ситуациях в СУ основан на использовании набора параметров Р = (р,-1 / = 1, /V), характеризующих состояние и взаимодействие объектов управления. Значения р, параметров распознаются ИСППР с использованием модели СУ и подготовленных заранее баз данных, а также по информации, введенной пользователем через человеко-машинный интерфейс (ЧМИ). Для удобства обработки и компактного представления информации данные по обрабатываемой ситуации в СУ организуются в виде строк с фиксированным расположением значения по каждому р,. Каждому контролируемому р, присваивается шкала возможных значений с определением допустимого эксплуатационного диапазона. Решение задачи формализации строкового представления ситуационной информации основано на способе, известном из теории распознавания образов, с использованием решающих функций, соотносящих конкретное значение контролируемого параметра с одним из диапазонов области значений данного параметра:

<р,-: р,

{ф,|/=1Д...ЛГ}, (2)

где <р, — решающая функция;

Бф, — множество значений решающей функции <р;;

N — общее количество рг

Пользователь (ЛПР)

ИСППР

Человеко-машинный интерфейс (ЧМИ)

Модуль определения оптимальности и отбора вариантов решения

База знаний(63) <=>

(БПС, БПР, МПС)

ППР

Модуль управления вычислениями (МУВ)

Модель системы управления (МСУ)

Модуль 1 расчета взлетно-посадочных характеристик ВС

Модуль 2 расчета расстояний

Модуль 3 поиска пригодных аэродромов

Модуль 4 расчета маршрута перевозки с минимальной себестоимостью

Модуль 5 расчета расписания полетов

База данных <БД) летно-технических и

вэлетно посадочных характеристик ВС (БД ТТХ и ВПХ ВС)

БД эксплуатационных характеристик аэродромов и навигационных объектов (БД ЭХАиНО)

БД метеопараметров (БД МП)

БД расстояний и коэффициентов увеличения ортодромических расстояний (БД РиКУО)

БД запасных аэродромов (БД ЗАР)

БД электронного дела рейса (БДЭДР)

БД сроков получения разрешений стран в зависимости от типа груза (БД ПРС)

БД расписания полетов (БД РП)

БД учета труда и отдыха экипажей ВС (БД УТиО ВС)

БД ресурса и технического состояния ВС (БД ТС ВС)

Рис. 4. Структурно-логическая модель ИСППР при полетном диспетчерском управлении и информационном обеспечении рейсов АК

БПС - база примеров ситуаций; БПР - база примеров решений; МПС - модуль поиска соответствий

В частности, включает в себя множество./, индексов подмножеств области значений /-го параметра:

Щ=Ц]. (3)

Таким образом, решающая функция вычисляет по известному значению параметра номер одного из подмножеств 0<р1, в которое входит фактическое значение р1 в МСУ. Пример шкалирования Бср! для параметра (д - «коэффициент сцепления колес ВС с покрытием на взлетно-посадочной полосе (ВПП) аэродрома» представлен на рис 5. При этом только выделенные жирным курсивом номера Л = 5 и 6 являются допустимыми эксплуатационными значениями р. для ВС выбранного в ИСППР типа Ан-124-100.

Ц Ц=0 ц=0,1 ц-0,2 |1=0,3 И=0,4 ¡1=0,5 ц=0,6

1 2 3 4 5 6

Рис. 5. Графическая интерпретация Эо, для параметра |х - «коэффициент сцепления колес ВС с покрытием на ВПП» £>ф, = {1, 2, 3,4, 5, 6}

Строковое представление текущей ситуации в СУ формируется в модуле управления вычислениями (МУВ) ИСППР с использованием модели системы управления путем последовательного вычисления ф„ и заполнения строки описания текущей ситуации

Назначение базы знаний (БЗ) ИСППР - автоматизированное определение способа решения конфликтной ситуации (КС) в МСУ с целью сокращения времени на поиск решения в задаче управления (ЗУ). При этом под конфликтной ситуацией в модели системы управления ИСППР понимается ситуация несоответствия стандартного алгоритма поиска решения ЗУ нестандартному критерию оптимальности и ограничениям, задаваемым пользователем. Иными словами, конфликтной ситуацией в модели системы управления ИСППР считается любая модификация пользователем принятого по умолчанию критерия оптимальности и ограничений при решении ЗУ данного типа.

Под решением КС понимается способ исключения несоответствия стандартного алгоритма поиска решения ЗУ новому (нестандартному) критерию оптимальности искомого решения и налагаемым ограничениям.

Под оптимальностью решения задачи управления понимается его соответствие установленному пользователем критерию оптимальности с учетом ограничений.

Под критерием оптимальности решения задачи управления понимается заданное ЛПР условие, соответствие которому позволяет достичь цели управления в конкретной задаче. Пример критерия оптимальности - минимизация стоимости авиаперевозки заявленного груза. В случае необходимости поиска решения многокритериальной задачи управления, решение разбивается на последовательность однокритериальных задач. Например, поиск маршрута с максималь-

ной провозной способностью и минимальной себестоимостью решается последовательно за два подхода.

БПС представляет собой множество символьных строк:

Strk ={<Strk>.,Stk>I, к е K,yeY}-, (4)

S/t={SU z e Zk},

где Stk - множество запрещенных подстрок для строки Str* к-го примера ситуации в СУ; St^ - z-я запрещенная подстрока для ¿-го примера ситуации в СУ; Strjy - пример описания строки, сходной с Strk, Y - множество экземпляров строк в БПС, сходных с Sirk; Zk - множество запрещенных подстрок для к-то примера ситуации в СУ.

Ввод запрещенных подстрок имеет своей целью исключение из числа отобранных тех строк, сходных с Strk, для которых определено решение, недопустимое в текущей ситуации. Пример запрещенной подстроки - значение р, «коэффициент сцепления на ВПП а/д», ниже разрешенного при эксплуатации ВС с отказом данного типа, учитываемое при решении задачи определения пригодного а/д экстренной посадки ВС из любой точки маршрута полета.

Каждой строке описания ситуации в БПС ставится в соответствие одно решение:

Strk <r>Rk. (5)

Если в одной ситуации допустимо применение нескольких решений, то в БПС записываются копии Strk по числу решений Rk.

В общем случае база примеров решений представляет собой множество символьных строк:

Rk= {Sc(AlgM), AlgA/ (Ch/iVARj Ch,ooAb CWr), Msg (Ch*)}, (6)

где Rk - строковое описание решения КС в МСУ; Sc(AlgM) - инструкция по изменению последовательности выполнения модулей стандартного алгоритма поиска решения ЗУ данного типа, а также по подключению или отключению отдельных модулей стандартного алгоритма; СЬдуал _ символьное значение изменяемого параметра (параметров); СИюоаь - символьное значение параметра (параметров), определяющего решение КС к-го типа; CIi^mntr - символьное значение контролируемого параметра, если изменение Ch,tvAR и Ch/coAL влечет изменение одного или множества связанных параметров (СЬдаля и C1i,goal включены в ChrtMNTR по умолчанию); AlgA/ (Oi^var, Ch,wAb СЬ/mntr) - инструкция, описывающая, в каком модуле общего алгоритма поиска решения ЗУ производится модификация Ch,vAR; Msg (Ch*) инструкция по формированию сообщения для ЛПР об используемом варианте решения КС либо запроса на уточнение ограничений в ЗУ.

Цель контроля за связанными параметрами - исключение новых КС.

Основные способы первоначального поиска и определения решений, соответствующих КС каждого типа в рассматриваемой СУ на этапе создания БПС и БПР:

1) анализ технической и нормативной документации по объектам управления в рассматриваемой СУ;

2) анализ технологических процессов взаимодействия объектов в СУ;

3) статистический анализ решения подобных ЗУ;

4) уточнение полученных результатов с применением опроса экспертов в области поиска решения КС в данной системе управления;

5) имитационное моделирование процессов поиска и принятия решения ЗУ в данной системе.

Таким образом, необходимым условием формирования строкового описания ситуационной информации в СУ является четкая формализация параметров СУ и их области значений. В данном случае под формализацией параметров понимается определение их состава с учетом применяемого для поиска решений ЗУ уровня детализации сложных параметров, а также их шкалирование.

В четвертом разделе приведены описание подходов к решению задач ПДУиО рейсов авиакомпании при международных чартерных грузовых перевозках, а также итоги внедрения в производство результатов диссертации.

Подход к решению задач определения а/д экстренной посадки из любой точки маршрута, определения маршрута авиаперевозки и маршрута стыковки рейсов основан на применении методов решения задач линейного программирования, теории графов.

Для снижения вычислительных затрат на первом этапе стандартного алгоритма производится формирование перечня а/д, пригодных для перевозки заданного груза на ВС данного типа с учетом ограничений объектов управления (¿0ь) и ограничений на искомое решение (Ьц). Для определения взлетно-посадочных характеристик ВС на а/д, разработаны и реализованы в МСУ алгоритмы их расчета для случаев нормальной эксплуатации, отказа реверса двигателей, снижения эффективности тормозов шасси при отказе гидросистем в соответствии с руководством по летной эксплуатации (РЛЭ) ВС Ан-124-100, Ил-76ТД, Ил-76ТД-90ВД, БД эксплуатационных характеристик а/д и навигационных объектов мира содержит данные по более 13 тыс. аэродромов, включая стоимость топлива и стоимость обслуживания ВС и экипажа. Кроме того, здесь же хранятся названия и координаты всех навигационных маршрутных точек. Данные обновляются в соответствии с циклами AIRAC с возможностью уточнения при необходимости. БД метеорологических параметров содержит сеточные среднестатистические данные по температуре, направлению и скорости ветра на высотах от 0 м до 14 км относительно уровня моря на каждый месяц года по всему миру с возможностью их уточнения пользователем через ЧМИ. Пример интерфейса ИСППР «VDA Airlift» в задаче поиска пригодных аэродромов для выполнения авиаперевозки на рис.6.

Алгоритм расчета радиуса достижимости аэропортов для каждого типа ВС основан на экстраполяции таблицы предвычисленных значений расхода топлива и летного времени в зависимости от массы ВС и дальности полета для случаев нормальной эксплуатации, отказа одного/двух двигателей, неполной уборки шасси в различных комбинациях в соответствии с РЛЭ ВС Ан-124-100, Ил-76ТД, Ил-76ТД-90ВД.

Рис.6. Табличный и графический интерфейс ИСППР «VDA Airlift» для определения пригодных а/д экстренной посадки ВС в полете

На втором этапе выполняется построение маршрутной сети и расчет вариантов оптимального по заданному критерию маршрута авиаперевозки с использованием результатов первого этапа и алгоритма поиска пути на графе. Пример интерфейса ИСППР «VDA Airlift» в задаче определения а/д экстренной

Рис.7. Интерфейс МСУ «VDA Airlift» для определения оптимального маршрута перевозки по заданному критерию для перечня найденных а/д экстренной посадки

На третьем этапе, ранжированное в соответствии с критерием оптимизации (Кор,) множество вариантов маршрутов конкретной авиаперевозки оптимизируется на предмет снижения их себестоимости за счет танкирования топлива. Данная оптимизация проводится для задач определения маршрута авиаперевозки для заключения контракта чартера и определения маршрута стыковки рейсов.

Алгоритм решения задачи оценки эффективности танкирования топлива основан на симплекс методе решения задач линейного программирования.

На четвертом этапе выполняется сортировка и отбор заданного количества вариантов решения ЗУ, для представления ЛПР с использованием ЧМИ.

В зависимости от заданных пользователем <КорЬ LR> выполняется модификация алгоритмов на любых этапах решения рассмотренных ЗУ с использованием БЗ ИСППР «VDA Airlift».

Основные результаты диссертации:

1. Проведен анализ проблем принятия и реализации решений ЛПР в авиатранспортной системе на примере полетного диспетчерское управления рейсами АК, непосредственного выполнения полетов в коммерческой АК и диспетчерского обслуживания воздушного движения.

2. Разработана концептуальная и процессная модель полетного диспетчерского управления и информационного обеспечения МЧГП коммерческой АК. В производство в ООО «АК Волга-Днепр» внедрена система ПДУиО полетов в соответствии с разработанной процессной моделью.

3. Разработана структурно-логическая модель ИСППР при полетном диспетчерском управлении и информационном обеспечении рейсов МЧГП. Предложен способ формального представления ситуационной информации и способ формального представления решения КС в базе знаний ИСППР при полетном диспетчерском управлении и обеспечении МЧГП. Разработан перечень параметров строкового представления ситуаций в БЗ ИСППР. Предложены способы отбора решений в условиях полной и неполной информации об объекте управления на примере системы ПДУиО рейсов АК.

4. Модель ИСППР «VDA Airlift» внедрена в производство в ООО «АК Волга-Днепр» для решения следующих задач ПДУиО международных чартерных грузовых перевозок:

1) определение аэродрома экстренной посадки и оперативное перепланирование маршрута перевозки при сбойной ситуации на ВС в полете, не позволяющей выполнить перевозку по плану;

2) определение оптимального по заданному критерию маршрута авиаперевозки для заключения контракта чартера;

3) определение оптимального по заданному критерию маршрута стыковки рейсов при формировании графика движения ВС авиакомпании. Полученные результаты позволяют сформулировать следующие выводы:

1. Процессы управления в рассмотренных подсистемах АТС имеют схожие особенности, позволяющие отнести эти подсистемы к одной группе динамических систем управления в реальном масштабе времени.

2. Система полетного диспетчерского управления и информационного обеспечения рейсов является новым методом повышения эффективности эксплуатации ВС российских авиакомпаний при выполнении международных чартерных грузовых перевозок. Система ПДУиО рейсов АК позволяет получить централизованную, ориентированную на экипаж и заказчика систему, имеющую минимальную скорость принятия решений по обеспечению безопасности и эко-

номичности полетов АК при сбойных ситуациях в полете за счет объединения функций нескольких служб АК в одном подразделении полетных диспетчеров.

3. Предложенные в диссертации способы реализации автоматизированной поддержки принятия решения позволяют решить проблему информационной перегрузки ПД при решении задач управления и информационного обеспечения международных чартерных грузовых перевозок АК. Служат средством повышения качества принимаемых полетным диспетчером решений. Направлены на совершенствование методов и средств управления и планирования, повышения эффективности операционной деятельности авиакомпании.

По содержанию диссертации опубликованы следующие работы:

1. В изданиях, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций:

1.1. Логвин, А. И., Левушкин, Д. В. Модели отбора вариантов в базе примеров ситуационной системы поддержки принятия решений // Научный вестник МГТУ ГА. Серия «Радиофизика и радиотехника». - 2008. - № 126(2). - С. 18-23.

1.2. Логвин, А.И., Левушкин, Д.В. Анализ процессов принятия решений в динамических авиационных системах управления // Научный вестник МГТУ ГА. Серия «Радиофизика и радиотехника». - 2011. - № 164. - С. 53-66.

1.3. Логвин, А.И., Левушкин, Д.В. Модель системы полетного диспетчерского управления и информационного обеспечения чартерных рейсов авиакомпании// Научный вестник МГТУ ГА. Серия «Радиофизика и радиотехника». -2011. -№ 164. - С. 67-76.

1.4. Левушкин, Д.В. Ситуационная система полетного диспетчерского управления рейсами авиакомпании // Научный вестник МГТУ ГА. Серия «Радиофизика и радиотехника». - 2011.-№ 164.-С. 13-20.

2. В прочих изданиях:

2.1. Глухих, И. Н., Левушкин, Д. В. Интеллектуальные системы поддержки принятия решений в процессах непосредственного управления воздушным движением // Новая Россия - транспорт и земная ноосфера : материалы всероссийской конференции. - Новосибирск : НГМА, 2000. - С. 203-204.

2.2. Глухих, И. Н., Левушкин, Д. В. Анализ направлений использования методов искусственного интеллекта в условиях внедрения в мировую практику концепции CNS/ATM ИКАО // Подготовка специалистов гражданской авиации : сб. науч. тр. по материалам межвузовской науч.-метод. конференции. - Ульяновск : УВАУ ГА(И), 2000. - С. 114-118.

2.3. Глухих, И. Н., Левушкин, Д. В. Модели оценки решений в интеллектуальных системах поддержки принятия решений при управлении сложными объектами // Континуальные логико-алгебраические и нейронные методы в науке, технике и экономике : труды международной конференции. - Т. 2. - Ульяновск : УлГТУ, 2000. - С. 89.

2.4. Глухих, И. Н., Левушкин, Д. В. Представление примеров решений в интеллектуальных системах поддержки управления воздушным движением // Тезисы докладов международной научно-технической конференции. - М.: МГТУ ГА, 2001. - С. 154-155.

2.5. Глухих, И. Н., Левушкин, Д. В. Разработка баз знаний интеллектуальных тренажеров диспетчерского персонала в сложных системах управления // Теория и практика имитационного моделирования и создание тренажеров : сб. материалов международной науч.-практ. конференции. - Пенза, 2001. - С. 64-67.

2.6. Глухих, И. Н., Левушкин, Д. В. Сопровождение решений пользователя в интеллектуальных системах тренировки авиационного персонала // Самолетостроение России, проблемы и перспективы : тезисы докладов всероссийской конференции. - Самара : СГАУ, 2000. - С. 111.

2.7. Глухих, И. Н., Левушкин, Д. В., Сазанов, В. Е. Модели отбора ситуаций в базе примеров ситуационной системы поддержки принятия решений на основе анализа сходства строковых представлений // Научно-технический калейдоскоп. Серия «Приборостроение, радиотехника и информационные технологии». - Ульяновск, 2001. - С. 31-36.

2.8. Левушкин, Д. В. Формализация ситуационной информации в интеллектуальных системах поддержки управления воздушньм движением // Математическое моделирование физических, экономических, технических, социальных систем и процессов : труды 4-й международной науч.-техн. конференции. - Ульяновск : УлГУ, 2001. - С. 89-90.

2.9. Лебедев, А. М„ Левушкин, Д. В. Вероятностная оценка потерь при наличии внеплановых полетов в зоне управления диспетчерского пункта // Тезисы докладов международной научно-технической конференции. - М. : МГТУ ГА, 2001.-С. 221-222.

2.10. Глухих, И. Н., Левушкин, Д. В., Сазанов, В. Е. Системы автоматизированного проектирования решений диспетчеров ОВД // Подготовка специалистов ГА : сб. науч. тр. по материалам межвузовской конференции. - Ульяновск, 2001.-С. 58-61.

2.11. Gluchich, I. N„ Levushkin, D. V., Sasanov, W. E. The Knowledge Base of a Situation System Support of a Decision Making // Interactive Systems: the Problems of Human-Computer Interaction : Proceedings of the International Conference. -Uluanovsk : USTU, 2001. - P. 67-68.

3. В печати находится:

3.1. Левушкин, Д.В. Поддержка принятия решений при полетном диспетчерском управлении рейсами авиакомпании // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности : сб. науч. тр. по материалам 10-й международной научно-практической конференции. Санкт-Петербург : ИТМО, 2010.

Подписано в печать mi201 1 Формат 60x84/16. Бумага офсетная Печать трафаретная Усл. печ. л. 1,25. Уч.-изд. л. 1,16. _Тираж 100 экз.__Заказ №_______

Типография УВАУ ГА(И). 432071, г.Ульяновск, ул. Можайского, 8/8

Перечень сокращений.

Введение.

Глава 1. Анализ проблем управления в авиатранспортной системе.

1.1. Анализ достижений в автоматизации процессов поддержки принятия решений в авиационных системах управления реального времени.

1.2. Анализ проблем управления объектами авиатранспортной системы.

1.3. Выводы по главе 1.

Глава 2. Модель интеллектуальной ситуационной системы поддержки принятия решений при полетном диспетчерском управлении и обеспечении рейсов авиакомпании.

2.1. Процессная модель системы полетного диспетчерского управления и обеспечения рейсов авиакомпании.

2.2. Концептуальная модель интеллектуальной ситуационной системы поддержки принятия решений при полетном диспетчерском обеспечении и управлении рейсами авиакомпании.

2.3. Структурно-логическая модель интеллектуальной ситуационной системы поддержки принятия решений при полетном диспетчерском управлении и обеспечении рейсов авиакомпании.

2.4. Выводы по главе 2.

Глава 3. Способы организации ситуационной информации в базе знаний интеллектуальной ситуационной системы поддержки принятия решений.

3.1. Способ формального представления ситуационной информации в базе знаний интеллектуальной ситуационной системы поддержки принятия решений.

3.2. Способ представления решений проблемных ситуаций.

3.3. Алгоритмы выбора решений в условиях полноты информации о сложном объекте управления.

3.4. Алгоритмы выбора решений в условиях неполной информации о сложном объекте управления.

3.5. Способы оценки оптимальности решений.

3.6. Выводы по главе 3.

Глава 4. Реализация ИСППР при полетном диспетчерском управлении и информационном обеспечении рейсов авиакомпании.

4.1. Реализация модели системы управления при полетном диспетчерском управлении и информационном обеспечении рейсов авиакомпании.

4.2. Реализация базы знаний интеллектуальной ситуационной системы поддержки принятия решений при полетном диспетчерском управлении рейсами авиакомпании.

4.3 .Экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы в производство на примере ООО «АК Волга-Днепр».

4.4. Вывод по главе 4.

Актуальность темы

Полетное диспетчерское управление и информационное обеспечение рейсов авиакомпании впервые разработано и применено в США в 70х годах 20 века как способ оптимизации управления операционной деятельностью коммерческой авиакомпании (АК). В России профессия полетного диспетчера АК получила законодательную основу только в 2008 г. Полетный диспетчер — это авиационный специалист, имеющий государственную лицензию на свой вид деятельности, действующий на основании государственных авиационных правил и разделяющий с пилотом ответственность за безопасное и экономичное выполнение каждого перелета. Актуальность решаемых полетным диспетчером задач по управлению и обеспечению рейсов АК определяется противоречием между проблемами в работе сокращенного экипажа современного воздушного судна (ВС) и постоянным для авиации требованием обеспечения необходимого уровня безопасности и экономической эффективности полетов. Например, с ростом уровня автоматизации операций по самолетовождению, навигации, связи и контролю за техническим состоянием ВС, численность экипажа современных средне - и дальнемагистральных самолетов уменьшилась с 4-6-ти до 2-х человек. При этом остро обозначилась проблема, связанная с физиологическими ограничениями человека. При возникновении отказа систем ВС в полете либо при появлении ограничений на аэродроме (а/д) посадки или по маршруту полета, не позволяющих выполнить рейс по плану, сокращенный до двух пилотов экипаж остро нуждается в быстрой и качественной информационной помощи извне для обеспечения безопасности полета и минимизации экономических потерь АК.

При этом, оказание помощи экипажу в выборе оптимального аэродрома экстренной посадки в условиях большого числа альтернатив с учетом ограничений по грузу, оказание помощи экипажу в перестроении маршрута полета в воздухе с учетом индивидуальных характеристик ВС, в том числе с отказом авиационной техники, возможно только из офиса АК. С целью оперативного предоставления экипажу искомой информации требуется организация внутри АК процесса быстрого скоординированного поиска и принятия решения по проблемной ситуации на борту ВС со стороны многих служб, участвующих в обеспечении и управлении рейсами АК, с последующей передачей этого решения экипажу ВС в качестве рекомендации к действию.

Традиционная со времен государственного Аэрофлота схема оперативного управления регулярными рейсами российских АК через производственную диспетчерскую службу (ПДС) в условиях использования современных ВС и рыночных отношений в авиатранспортной системе имеет серьезные ограничения по скорости принятия и качеству решений. При этом, скорость определения и оценки решения проблемной ситуации на рейсе авиакомпании в традиционной системе ограничена значительными временными затратами на передачу информации внутри контура управления (КУ), на разрозненный поиск и последующее согласование каждого варианта решения между узкоспециализированными подразделениями АК, реализующими отдельные направления обеспечения полетов и зачастую территориально удаленных друг от друга. Большое число операций по передаче информации внутри КУ является причиной ее потери и искажения. Для исключения потери информации, в традиционной схеме управления рейсами присутствуют дублирующие сеансы связи производственных служб АК с экипажем проблемного рейса для получения уточнений по инженерно-техническим, штурманским, организационным, метеорологическим аспектам ситуации на ВС, приводящие к потере времени.

Под комплексным понятием качества решения проблемной динамической ситуации на ВС в полете, в рамках данной работы, кроме его оптимальности по заданному критерию с учетом ограничений, понимается его своевременность. В этом смысле качество решений в традиционной схеме оперативного управления регулярными рейсами АК ограничено.

Для случая международных чартерных грузовых авиаперевозок (МЧГП) из-за постоянных изменений географии и ограничений при выполнении каждого рейса задача поиска и принятия решения по проблемной ситуации в полете усложняется многократно. Например, ввиду большого числа альтернатив возможного решения задачи выбора а/д экстренной посадки, при «ручных способах» ее решения рассчитать за 5-10 минут все варианты и выбрать оптимальный по заданному критерию практически невозможно. В практике работы подразделения по управлению рейсами МЧГП применяется искусственное ограничение числа рассматриваемых вариантов для получения хоть какого-то пригодного решения в приемлемые сроки. При этом всегда существует вероятность потери оптимального решения, определения и передачи экипажу неверного решения, приводящего к осложнению сбойной ситуации на борту ВС либо к неоправданным экономическим потерям для АК. Присутствие большого числа операций по передаче информации внутри КУ приводит к низкой эффективности традиционной схемы управления рейсами АК в задачах предоставления помощи экипажу ВС при сбойной ситуации в полете на рейсах МЧГП. Актуальным является проведение исследования по применению других схем оперативного управления рейсами АК для обеспечения безопасности и экономичности полетов при МЧГП.

В данной работе рассмотрено полетное диспетчерское управление, при котором применяется объединение функций нескольких служб АК в рамках одного подразделения полетных диспетчеров (ПД). Обратной стороной такого объединения является информационная перегрузка ПД при решении задач управления рейсами АК в реальном режиме времени. В связи с этим актуальным является разработка способов автоматизированной поддержки принятия решений при полетном диспетчерском управлении и информационном обеспечении (ПДУиО) рейсов авиакомпании при МЧГП. Поскольку самолетный парк российских авиакомпаний неуклонно пополняется ВС с сокращенным составом экипажа, острота обозначенных выше проблем возрастает. При этом в связи с тем, что объемы перевозок, выполняемых чартерными АК, по данным международной ассоциации воздушного транспорта (ПАТА) составляют менее 5 % в год от общих объемов мировых авиаперевозок, практические исследования в области оптимизации процессов ПДУиО рейсов чартерной АК распространения за рубежом и в России не получили.

Цель работы — повышение качества принимаемых решений при полетном диспетчерском управлении международными чартерными рейсами грузовой авиакомпании с целью обеспечения безопасности и экономичности полетов.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1) анализ проблем принятия решений в системе полетного диспетчерского управления международными чартерными грузовыми перевозками;

2) разработка концептуальной и процессной модели системы полетного диспетчерского обеспечения и управления МЧГП для определения способов оптимизации процессов принятия решения в данной системе управления;

3) разработка способов автоматизированного определения оптимального по выбранному критерию решения в задачах полетного диспетчерского управления рейсами АК для обеспечения безопасности и экономичности полетов АК.

Объектом исследования является система полетного диспетчерского управления и информационного обеспечения рейсов АК, являющаяся неотъемлемой частью авиатранспортной системы гражданской авиации (ГА).

Предмет исследования - способы автоматизации процесса принятия решения при полетном диспетчерском управлении и информационном обеспечении рейсов АК.

Методы исследования: системный анализ, теория графов, теория множеств, теория ситуационного управления.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней:

1) разработана концептуальная и процессная модель полетного диспетчерского управления рейсами чартерной грузовой авиакомпании;

2) разработана концептуальная и структурно-логическая модель интеллектуальной ситуационной системы поддержки принятия решения (ИСППР) в задачах полетного диспетчерского управления рейсами авиакомпании;

3) предложен способ построения базы знаний ИСППР, способы оценки и отбора вариантов решений. Разработан перечень параметров представления ситуационной информации в системе полетного диспетчерского управления рейсами коммерческой АК;

4) разработан и реализован программный инструментарий по решению задач поддержки принятия решений при полетном диспетчерском управлении международными чартерными грузовыми перевозками коммерческой АК.

Практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты внедрены в производство и позволяют:

1) внедрить полетное диспетчерское управление рейсами авиакомпании как наиболее современный и действенный способ оперативного управления безопасностью и экономичностью полетов коммерческой АК;

2) сократить временные затраты на подготовку экипажа к вылету вне базового аэродрома при чартерных грузовых авиаперевозках.

3) сократить временные затраты на поиск оптимального решения в задачах полетного диспетчерского управления, в том числе:

- определение а/д экстренной посадки ВС при сбойных ситуациях в полете, не позволяющих выполнить рейс по плану;

- определение маршрута авиаперевозки на этапах согласования контракта чартера с заказчиком;

- определение маршрута стыковки рейсов на этапах формирования графика движения ВС при МЧГП;

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Концептуальная и процессная модели системы полетного диспетчерского управления и информационного обеспечения рейсов коммерческой авиакомпании при МЧГП.

2. Модель ИСППР при полетном диспетчерском управлении рейсами АК.

3. Подход к построению базы знаний ИСППР при полетном диспетчерском управлении рейсами АК.

4. Подход к решению задач полетного диспетчерского управления чартерными рейсами АК.

Апробация и публикация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на ряде международных, всероссийских и внутривузовских научно-технических конференций, в том числе:

- на международной конференции «Континуальные логико-алгебраические и нейронные методы в науке, технике и экономике» (Ульяновск: УлГТУ, 2000);

- на межвузовской научно-методической конференции «Подготовка специалистов гражданской авиации» (Ульяновск: УВАУ ГА, 2001);

- на международной научно-технической конференции «Интерактивные системы: проблемы человеко-компьютерного взаимодействия» (Ульяновск: УлГТУ, 2001);

- на научно-практическом семинаре «Летная эксплуатация воздушных судов» (Москва, ГосНИИ «Аэронавигация», 2010);

- на 10-й международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, Институт прикладных исследований, Институт оптики атмосферы СО РАН, и др., 2010).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, из которых 4 включены в издание, входящее в перечень изданий, рекомендованных ВАК для опубликования основных научных результатов диссертации.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, насчитывающего 84 наименования, и двух приложений. Общий объем диссертации составляет 144 страницы. Работа включает 26 рисунков и 4 таблицы.

Основные результаты диссертации:

1. Проведен анализ проблем управления и принятия решений ЛПР в авиатранспортной системе на примере следующих подсистем управления:

1.1. Непосредственное выполнение полета,

1.2. Непосредственное управление воздушным движением,

1.3. Полетное диспетчерское управление рейсами коммерческой АК.

2. Предложена организационная модель системы полетного диспетчерского управления рейсами коммерческой АК при международных чартерных грузовых перевозках.

3. Разработана процессная модель системы полетного диспетчерского управления и обеспечения рейсов АК при международных чартерных грузовых перевозках.

4. Разработана концептуальная и структурно-логическая модель интеллектуальной ситуационной системы поддержки принятия решений при полетном диспетчерском управлении и информационном обеспечении международных чартерных грузовых перевозок.

7. Предложен способ формального представления ситуационной информации и способ формального представления решения конфликтных ситуаций с использованием базы знаний интеллектуальной системы поддержки принятия решений при полетном диспетчерском управлении и информационном обеспечении международных чартерных грузовых перевозок.

8. Разработан перечень параметров для строкового описания ситуаций в БЗ ИСППР при полетном диспетчерском управлении рейсами АК.

9. Предложены способы отбора решений в условиях полной и неполной информации о сложном объекте управления на основе интегрированных показателей сходства строк, а также способы оценки оптимальности решения ИСППР на примере СУ полетного диспетчерского управления и информационного обеспечения рейсов АК.

10. Результаты диссертации, внедренные в производство в ООО «АК Волга-Днепр»:

10.1. Внедрена система полетного диспетчерского управления и обеспечения рейсов авиакомпании ООО «АК Волга-Днепр» созданием группы полетных диспетчеров в составе неструктурного подразделения «Центр управления перевозками» в апреле 2009 г.

10.2. Внедрена модель интеллектуальной системы поддержки принятия решений при полетном диспетчерском обеспечении и управлении рейсами авиакомпании, реализующие решение следующих задач:

10.2.1. Поддержка принятия решений ПД по выбору а/п экстренной посадки и оперативному перепланированию маршрута полета в результате отказов на борту ВС, а также при возникновении других ограничений, не позволяющих выполнить перевозку по запланированному маршруту.

10.2.2. Поддержка принятия решений ПД по определению маршрута перевозки для заключения контракта на чартерную грузовую авиаперевозку.

10.2.3. Поддержка принятия решений ПД по определению маршрута стыковки рейсов для построения расписания полетов при международных чартерных грузовых перевозках.

Полученные результаты позволяют сформулировать следующие выводы:

1. Процессы управления в рассмотренных подсистемах АТС имеют схожие особенности, позволяющие отнести эти подсистемы к одной группе динамических систем управления реального времени. Принятие решений выполняется в условиях взаимного противоречия целей функционирования СУ и необходимости постоянного поиска лицом, принимающим решения (командиром ВС, диспетчером УВД, полетным диспетчером АК), компромисса между взаимоисключающими и ограничивающими факторами с учетом динамически меняющейся информации о ситуации в СУ.

2. Система полетного диспетчерского управления и информационного обеспечения рейсов является новым методом повышения эффективности эксплуатации ВС российских авиакомпаний при выполнении международных чартерных грузовых перевозок. Система ПДУиО рейсов АК позволяет получить централизованную, ориентированную на экипаж и заказчика систему, имеющую минимальную скорость принятия решений по обеспечению безопасности и экономичности полетов АК при сбойных ситуациях в полете за счет объединения функций нескольких служб АК в одном подразделении полетных диспетчеров.

3. Предложенные в диссертации способы реализации автоматизированной поддержки принятия решения позволяют решить проблему информационной перегрузки ПД при решении задач управления и информационного обеспечения международных чартерных грузовых перевозок АК. Служат средством повышения качества принимаемых полетным диспетчером решений. Направлены на совершенствование методов и средств управления и планирования, повышения эффективности операционной деятельности авиакомпании.

Заключение

1. Адрианова, В. Е. Деятельность человека в системах управления. JI. : Изд-во ленингр. ун-та, 1974. - 135 с.

2. Анодина, Т. Г., Володин, С. В., Куранов, В. П., Макшанов, В. И. Управление воздушным движением. М. : Транспорт, 1988. - 288 с.

3. Ахо, А., Хопкрофт, Дж., Ульман, Дж. Структуры данных и алгоритмы. : пер. с англ. М. : Издательский дом «Вильяме», 2003. - 384 с.

4. Батищев, Д. И., Шапошников, Д. Е. Многокритериальный выбор с учетом индивидуальных предпочтений / ИПФ РАН. Н. Новгород, 1994. - 92 с.

5. Башлыков А. А., Давиденко Н. Н. и др. Экспертная система реального времени для поддержки операторов атомных электростанций // Приборы и системы управления. 1994.-№4.-С. 10-14.

6. Башлыков, А. А. Проектирование систем принятия решений в энергетике. -М. : Энергоатомиздат, 1986. 120 с.

7. Бодров, В. А., Орлов В. Я. Психология и надежность: Человек в системах управления техникой. М.: Издательство «Институт психологии РАН», 1998.-288 с.

8. Вяткин, В.Н. Графический инструментарий оргпроектирования. М. : Экономика, 1978. - 108 с.

9. Глобальный аэронавигационный план применительно к системам CNS/ATM : Doc 9750. 5-е изд. - Монреаль : ИКАО, 2007. - 139 с.

10. Глухих, И. Н., Левушкин, Д. В., Сазанов, В. Е. Системы автоматизированного проектирования решений диспетчеров ОВД // Подготовка специалистов ГА : сб. науч. тр. по материалам межвузовской конференции. Ульяновск, 2001.-С. 58-61.

11. Глущенко, В. В., Глущенко, И. И. Исследование систем управления: Социологические и экономические исследования, прогнозные и плановые исследования, экспериментальные исследования. — Московская область : Крылья, 2000.-416 с.

12. Гудман, С., Хидетниеми, С. Введение в разработку и анализ алгоритмов . -М. : — Мир, 1981.-386 с.

13. Дополнительные региональные правила ИКАО (SUPPS) : Doc 7030. 5-е изд. - Монреаль : ИКАО, 2008. - 310 с.

14. Игнатьева, А. В., Максимцов, М. М. Исследование систем управления : учебн. пособие. -М. : Юнити-Дана, 2000. 156 с.

15. Кибанов, А. Я. Управление машиностроительными предприятиями на основе функционально-стоимостного анализа. -М. : Машиностроение, 1991. 160 с.

16. Ким, Н. В. Формирование структуры интеллектуальной системы «Помощник летчика» // Известия РАН. Теория и системы управления. 1996. -№ 3. - С. 133-137.

17. Клиланд, Д., Кинг, Н. Системный анализ и целевое управление : пер. с англ. -М. : Советское радио, 1974. -279 с.

18. Коротков, Э. М. Исследование систем управления : учебник. М. : ДЕКА, 2000,- 416 с.

19. Кравченко, В. Ф. и др. Организационный инжиниринг : учебн. пособие. -М. : Приор, 1999.-256 с.

20. Кузнецова, В. Л., Раков. М. А. Самоорганизация в технических системах. -Киев: Наукова думка, 1987. 200 с.

21. Кунц, Д., Одонелл, С. Управление: системный и ситуационный анализ управленческих функций. : пер. с англ. -М. : Прогресс, 1981. 495 с.

22. Ларичев, О. И. Наука и искусство принятия решений. М. : Наука, 1979. -200 с.

23. Ларичев, О. И. Теория и методы принятия решений. М. : Логос, 2000. -296 с.

24. Ларичев, О. И., Петровский, А. Б. Системы поддержки принятия решений:современное состояние и перспективы развития // Итоги науки и техники. -М.: ВИНИТИ,- 1987. -Т. 21. С. 131-164.

25. Логвин, А. И., Левушкин, Д. В. Модели отбора вариантов в базе примеров ситуационной системы поддержки принятия решений // Научный вестник МГТУ ГА. Серия «Радиофизика и радиотехника». 2008. - № 126(2). -С. 18-23.

26. Логвин, А.И., Левушкин, Д.В. Анализ процессов принятия решений в динамических авиационных системах управления // Научный вестник МГТУ ГА. Серия «Радиофизика и радиотехника». 2011. - № 164. - С. 53-66.

27. Логвин, А.И., Левушкин, Д.В. Модель системы полетного диспетчерского управления и информационного обеспечения чартерных рейсов авиакомпании// Научный вестник МГТУ ГА. Серия «Радиофизика и радиотехника».-2011.-№ 164.-С. 67-76.

28. Левушкин, Д.В. Ситуационная система полетного диспетчерского управления рейсами авиакомпании // Научный вестник МГТУ ГА. Серия «Радиофизика и радиотехника». 2011. - № 164. - С. 13-20.

29. Макаров, И. М, Виноградская, Т. М. и др. Теория выбора и принятия решений. М.: Наука, 1982. - 328с.

30. Мелихов, А. Н., Бернштейн, Л. С., Коровин, С. Я. Ситуационные советующие системы с нечеткой логикой. М. : Наука, 1990. - 271с.

31. Мишин, В. М. Исследование систем управления. : учебн. пособие, М. : ГАУ, 1998.

32. Мэскон, М. X., Альберт, М., Хедоури, Ф. Основы менеджмента : пер. с англ. М. : Дело, 1992. - 702 с.

33. Нартов, В. Н. Создание службы летных диспетчеров в ГА России веление времени. // Научный вестник МГТУ ГА. Серия «Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники». - 2005. - №90(8) - С. 161— 164.

34. О катастрофе самолета A310-308 F-OGQS авиакомпании «Российские авиационные линии» (РАЛ) : приказ министра транспорта РФ № 44 от 28.04.1995 г.

35. О техническом регулировании : Федеральный закон от 27.12.2002 №184-ФЗ // Российская газета, 31.12.2002.

36. Объекты единой системы организации воздушного движения : Федеральные авиационные правила. Приказ министра транспорта РФ от 18.04.2005 г. №31

37. Организация воздушного движения : Doc 4444 PANS-ATM. 15-е изд. -Монреаль : ИКАО, 2007. - 474 с.

38. Организация управления воздушным движением / под ред. Г. А. Крыжа-новского. М.: Транспорт, 1988. - 264 с.

39. Орлов, А. И. Теория принятия решений. : учеб. пособие. М. : Март, 2004. -656 с.

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

41. Подготовка и выполнение полетов в гражданской авиации Российской Федерации : Федеральные авиационные правила. Приказ министра транспорта РФ № 128 от 31 .07.2009 г.

42. Поспелов, Д. А. Ситуационное управление. Новый виток развития // Известия РАН. «Теория и системы управления». 1995. - №5 - С. 152-159.

43. Поспелов, Д. А. Логико-лингвистические модели в системах управления.

44. М. : Энергоиздат, 1981.-231 с.

45. Поспелов, Д. А. Ситуационное управление. Теория и практика. М. : Наука, 1986.-288 с.

46. Производство полетов воздушных судов Том I. Правила производства полетов : Doc 8168-OPS/611 PANS-OPS. - Монреаль : ИКАО, 1993. -220 с.

47. Рузавин, Г. И. Методология научного исследования : учебн. пособие. М. : Юнити-Дана, 1999. - 317 с.

48. Руководство по летной эксплуатации Ан-124-100. Книга 1. 2-е изд. Киев. : 2003.-290с.

49. Руководство по летной эксплуатации Ил-76ТД. Книга 1. 2-е изд. М. : МГА СССР, 1984.-790 с.

50. Руководство по летной эксплуатации Ил-76ТД-90ВД. Книга 1. М.: 2005. -650 с.

51. Система разработки и постановки продукции на производство. Патентные исследования. Содержание и порядок проведения : ГОСТ Р 15.011-96.

52. Система разработки и постановки продукции на производство. Продукция производственно-технического назначения. Порядок разработки и постановки продукции на производство : ГОСТ Р 15.201-2000.

53. Система управления производственным объединением и промышленным предприятием. Разработка, внедрение и совершенствование на основе стандартизации. Рекомендации. : — М. : Изд-во стандартов, 1986. 166 с.62 Табель сообщений ТС-95.

54. Тамбовцев, В. JI. Анализ целей в управлении производством. М. : Экономика, 1982.-120 с.

55. Теория и эксперимент в анализе труда операторов / под ред. В. Ф. Венды, В. А. Вавилова. М. : Наука, .-330 с.

56. Терехов, JI. JL Экономико-математические методы. М. : Статистика, 1972.-360 с.

57. Air Carrier Operational Approval And Use Of TCAS II. : Advisory Circular № 120-55B. FAA, 2001.

58. An Assessment of NASA's National Aviation Operations Monitoring Service. / Committee on NASA's National Aviation Operations Monitoring Service (NAOMS). Washington, D.C. : NATIONAL ACADEMY PRESS, 2009. -160 p.

59. Boehm-Davis D. A. Assessing the Research and Development Plan for the Next Generation Air Transportation System: Summary of a Workshop / Rapporteur, National Research Council. Washington, D.C. : NATIONAL ACADEMY PRESS, 1997.-220 p.

60. FAA Form 7233-1 flight plan.

61. FANS-l/A Operations Manual: Version 6.0. September 2008. - 109 p.

62. FAR Part 121 Operating requirements: Domestic, Flag, and Supplemental Operations : FAA USA.

63. Interoperability Requirements for ATS Applications Using ARINC 622 Data Communications (FANS-l/A Interop Standard) : RTCA DO-258A/EUROCAE ED-100A, April 2005.

64. Jeppesen JetPlanner : Flight planning User Manual. Denver : Jeppesen GmbH, 2008.-450 p.

65. Jeppesen OPS Control: User Manual. Denver : Jeppesen GmbH, 2006. 380 p.

66. LIDO Operations Center : Flight Planning / Dispatch User Manual. Frankfurt: Lufthansa Systems GmbH, 2008. - 392 p.

67. Minimun Aviation System Performance Standards for Authomatic Dependent Surveillance Broadcast (ADS-B). : DO-242A/RTCA SC-186. June, 2002.

68. NASA Aeronautics Research: An Assessment. / Committee for the Assessment of NASA's Aeronautics Research Program, National Research Council. -Washington, D.C. : NATIONAL ACADEMY PRESS, 2008. 122 p.

69. North Atlantic MNPSA Operations Manual European and North Atlantic Office of ICAO, 2008. - 108 p.

70. Safety and Performance Standard for Air Traffic Datalink Services in Oceanic and Remote Airsoace (Oceanic SPR Standard) : RTCA DO-306/EUROCAE ED-122 : October 2007.

71. Wickens, C. D., Mavor, A. S., Parasuraman R., and McGee J. P. The Future of Air Traffic Control: Human Operators and Automation. : Washington, D.C. : NATIONAL ACADEMY PRESS, 1998. 336 p.

72. WSI FUSION Proactive Operation management : User Guide. Birmingham, UK : WSI Corporation, 2010. - 207 p.