автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Исследование методов снижения информационной нагрузки на операторов диспетчерских систем

На правах рукописи

ТХАН ЗО У г У

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ СНИЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ НАГРУЗКИ НА ОПЕРАТОРОВ ДИСПЕТЧЕРСКИХ СИСТЕМ

-О

Специальность 05.13.01. Системный анализ, управление и обработка информации (в приборостроении)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

21 НО Я 2013

Москва 2013

005539628

005539628

Работа выполнена на кафедре «Вычислительная техника» в Национальном исследовательском университете «МИЭТ».

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор

Лупин Сергей Андреевич.

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой систем автоматического управления и контроля Щагин Анатолий Васильевич

кандидат технических наук, доцент МАИ

Скородумов Станислав Владимирович

Ведущее предприятие

ЗАО «СБТ»

Защита состоится " <10 " 2013 года на заседании

диссертационного совета Д212.134.02 в Национальном исследовательском университете «МИЭТ».

124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, МИЭТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭТ. Автореферат разослан -а - ио(оя 2£_ 2013 года.

Ученый секретарь ,у!ссертационного совета

д.т.н., доцент Гуреев А.В.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Окружающий человека мир меняется каждый день. И Происходит это не под воздействием сил природа, а благодаря активному и целенаправленному вмешательству людей в окружающее нас пространство. Мы изменяем его в соответствии со своими запросами и представлениями. Методы, которые человек использует при этом, не всегда соответствуют его сущности, как части живого мира.

Одним из наиболее ярких примеров такого несоответствия можно считать повсеместное внедрение цифровых систем. Человек, как и все окружающие нас живые организмы, эволюционно приспособлен к восприятию и обработке информации в аналоговой форме. Зрение, слух, обоняние и осязание позволяют нам тонко реагировать даже на незначительные изменения параметров внешней среды. При этом люди не нуждаются в преобразовании информации в цифровой вид. Техногенная среда, создаваемая сегодня, напротив, требует от человека умения воспринимать и оперативно обрабатывать потоки цифровых данных, производимых компьютерами. Конечно, люди пытаются реагировать на подобные вызовы и создают множество устройств обеспечивающих человеко-машинное взаимодействие в естественной для нас форме. Но пока эти усилий не приводят к снижению остроты проблемы. Более того, технический прогресс приводит к возникновению все новых областей, в которых взаимодействие человека с цифровыми системами становится критичным.

Успехи в развитии средств связи и компьютерной техники значительно интенсифицировали процессы интеграции управляющих систем. Современные мегаполисы не могут существовать без развитых распределенных систем обслуживания (PCO), которые обеспечивают безопасные и комфортные условия проживания в них. Ключевой фигурой подобных систем является диспетчер, человек, который отвечает за распределение имеющихся ресурсов между поступающими в систему заявками. Пожарные службы, медицина, коммунальное хозяйство используют в своей работе именно такую архитектуру систем управления. Большую роль в формировании тенденций развития подобных PCO играют такие объективные факторы, как урбанизация и новые технологии связи. Если раньше процессы централизации ограничивались возможностями обеспечения всех звеньев системы устойчивой двусторонней связью, то сегодня такой проблемы нет. Беспроводные технологии позволяют не только быстро организовывать, но и оперативно

реструктурировать связь при изменении архитектуры и иерархии системы.

Централизация управления ведет к возрастанию информационной нагрузки на операторов диспетчерских служб, что является причиной возникающего у них психологического стресса. Кроме увеличения числа объектов управления, повышается и частота информационных обменов между ними и центром управления. Наглядно проявляется эта тенденция на примере повсеместного внедрения технологии GPS, которая позволяет отслеживать текущие координаты исполнительных элементов с частотой в единицы Герц. Используя современные средства отображения информации можно уменьшить негативное воздействие возрастающих потоков информации на операторов.

Широкое распространение распределенных систем обслуживания и их интеграция определяют актуальность темы диссертации.

Для снижения уровня информационного стресса у операторов систем управления PCO в работе предлагается использовать динамическую визуализацию данных, позволяющую диспетчеру не снижать качество управления при пиковой нагрузке.

Цель работы и задачи исследования. Диссертационная работа посвящена вопросам повышения эффективности работы диспетчеров в системах управления PCO.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие основные задачи:

1. Анализ принципов функционирования диспетчерских пультов в системах управления PCO, работающих в различных областях человеческой деятельности.

2. Анализ методов реализации человеко-машинного взаимодействия.

3. Разработка структуры подсистемы визуализации диспетчерской информации.

4. Выбор среды и программная реализация экспериментальной подсистемы визуализации диспетчерской информации.

5. Проведение экспериментов, направленных на оценку эффективности методов динамической визуализации информации.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются процессы человеко-машинного взаимодействия при управлении распределенными системами обслуживания.

Предмет исследования составляют методы интеллектуальной поддержки принятия управленческих решений в диспетчерских системах, основанные на динамической визуализации данных и направленные на

снижение стрессовой нагрузки на операторов и повышение эффективности управления ресурсами.

Методы исследования. При решении поставленных задач были использованы положения общей теории систем, теории множеств, теории вероятностей, теории систем массового обслуживания и языки программирования.

Научная новизна. В диссертации Исследованы методы отображения информации на пультах диспетчерских систем управления PCO, а также их влияние на процесс принятия решения. Разработана структура подсистемы визуализации диспетчерской информации, использующая динамическую визуализацию и обеспечивающая стабильное качество принимаемых решений при пиковой нагрузке. Подсистема визуализации может использоваться в качестве дополнения к автоматизированным системам поддержки принятия решений.

Положения, выносимые на защиту.

1. Анализ методов представления информации на пультах диспетчеров систем управления PCO, работающих в различных областях человеческой деятельности.

2. Структура экспериментальной подсистемы визуализации диспетчерской информации.

3. Программная реализация экспериментальной подсистемы визуализации диспетчерской информации.

4. Результаты экспериментальных исследований эффективности динамической визуализации данных в диспетчерских системах.

Практическая значимость. Предложенная в работе структура подсистемы визуализации диспетчерской информации может быть использована в различных PCO: пожарных службах, скорой помощи, органах общественной безопасности. Кроме того, аналогичный механизм управления ресурсами имеют и ремонтные подразделения телефонных и электроснабжающих компаний. Проведенные исследования подтверждают возможность снижения утомляемости и стрессовой нагрузки диспетчеров, за счет предобработки исходных данных и динамической визуализации. Повышение обоснованности и точности, принимаемых операторами решений, приводит к повышению эксплуатационных характеристик объектов управления в целом.

Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы используются на кафедре вычислительной техники МИЭТ при чтении лекций и проведении лабораторных работ по курсу «Операционные системы».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских межвузовских научно-

технических конференциях студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика" - 2009, 2010, 2012, 2013, МИЭТ; Всероссийской межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, специалистов, преподавателей, аспирантов и студентов "Актуальные проблемы информатизации. Развитие информационной инфраструктуры, технологий и систем" - 2008, 2011, МИЭТ; международных научно-практических конференциях "Информационные технологии, электронные приборы и системы", Минск, 2010; "Современные информационные технологии и ИТ-образование", МГУ, 2010, 2012.

Публикации. 8 тезисов докладов и 7 статей, в том числе четыре в журналах, входящих в перечень ВАК. Получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объём диссертационной работы. Рукопись диссертационной работы объемом 140 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 49 источников и трёх приложений.

Содержание работы

Во введении сформулированы актуальность, цель работы, ее научная новизна и практическая значимость; представлены применяемые методы исследования, внедрение результатов, апробации и структура диссертации.

В первой главе показано, что диспетчерские системы, использующиеся в таких отраслях как авиация, транспорт, медицина и пожарные службы, можно рассматривать как человеко-машинные системы (ЧМС). Одним из основных компонентов диспетчерских систем, обеспечивающим взаимодействие человека-оператора с техническими элементами, является диспетчерский пульт. Именно его технические и эргономические параметры во многом будут определять функциональность системы управления. Основное внимание в работе сосредоточено на особенностях управления распределенными системами обслуживания, которые наиболее динамично развиваются благодаря процессам интеграции. Задачу PCO можно сформулировать в следующем виде - обеспечить выполнение поступающих заявок, под которыми понимаются вызовы, поступающие в диспетчерскую систему. Это могут быть сообщения о пожаре, вызовы скорой помощи или наряда полиции. Общим для таких систем является то, что их обслуживание происходит с помощью активных компонентов системы, которые являются мобильными и не фиксируются в конкретном месте, а перемещаются по закрепленной территории по командам диспетчера. Таким образом,

основной задачей диспетчерских служб PCO является распределение поступающих в систему заявок между исполнительными элементами.

Интеграция приводит к усложнению систем и порождает стремление контролировать все большее количество параметров, что выдвигает повышенные требования к современным средствам отображения и представления в реальном времени непрерывно поступающей информации большого объема.

Поскольку диспетчерские системы используются в разных областях человеческой деятельности и отраслях экономики, их состав и функциональность будет определяться теми задачами, которые важны в каждой из них. Однако можно говорить и о том, что у всех диспетчерских систем есть и общие черты, определяемые их целевым назначением -обеспечение оператора информацией, необходимой для формирования управленческого решения. Таким образом, обобщенная диспетчерская система это комплекс панелей с органами управления, контроля, сигнализации и средствами диспетчерской связи, с помощью которых оператор контролирует и координирует ход рабочего процесса на объекте управления. Автоматизированные средства сбора, учёта, регистрации и предобработки информации, которыми оснащаются диспетчерский пульт, облегчают контроль и регистрацию данных.

В деятельности операторов можно выделить четыре этапа:

• прием информации;

• переработка информации и принятие решения;

• выполнение решения;

• контроль реализации решения.

Анализ соотношения ошибок на этих этапах, приведенный в работах Жовнерчук Е.В., показывает, что при диспетчировании доминируют ошибки переработки информации и принятия решения (55%), значительно меньше приходится на прием информации (18%), выполнение решения (17%) и контроль (10%). В большинстве своем ошибки связаны с различными индивидуально-типологическими и психофизиологическими качествами. Большинство ошибок на этом этапе гностические ошибки, что может быть связано с такими психофизиологическими качествами, как объем и устойчивость оперативной памяти, скорость восприятия, высокий темп мыслительных процессов, хорошие пространственные и временные представления.

В общем случае, можно считать, что основными особенностями профессии диспетчера являются:

• индивидуальный характер деятельности и необходимость руководить сложной иерархической системой;

• творческий характер деятельности, требующий высокого интеллектуального потенциала;

• частая работа в условиях стресса и временных ограничений.

Наиболее сложным и напряженным этапом деятельности является

этап переработки информации и принятия решения, поэтому именно на нем должны быть сосредоточены усилия разработчиков средств автоматизации диспетчерских систем.

Во второй главе рассмотрены методы представления информации в человеко-машинных системах управления.

Будем рассматривать ЧМС, как совокупность двух составляющих, связанных между собой специализированным интерфейсом. Главенствующую роль в такой системе играет человек, а роль машины (в общем случае это может быть не компьютер) заключается в снижении как физической, так и интеллектуальной нагрузки на него. Считается, что это благотворно влияет на процесс принятия и исполнения решений в ЧМС. С учетом этого можно описать целевую функцию диспетчерских систем как:

Иес = Р{Н,1)

Бес {Таес,Оасс}\

7» . • Г \ /

¡¡ес —> ГП1П

Васс -> шах Вес - принимаемое решение; ^ее ~ время принятия решения; Пасс - точность решения; Н - человеческий фактор; 1 — информационная компонента;

^ - функция, определяющая механизм принятия решения в ЧМС.

Отметим противоречивый характер процесса синтеза систем управления. Минимизация Т^ес возможна путем снижения информационной нагрузки I на оператора Н, но при этом снизится 0с1ес ■ Компромисс достигается за счет использования методов информационной поддержки, использующих предобработку данных. Развитие вычислительной техники и компьютерных технологий позволяет нам рассматривать в качестве основных, методы графического представления данных.

Компьютерная графика, широко используемая в человеческой деятельности, военных и космических технологиях, медицине, позволяет человеку активизировать использование своего самого мощного

источника информации - зрение. Внедрение графических методов представления данных в диспетчерских системах управления является одним из возможных подходов к оптимизации выражения (1).

В автоматизированных информационных системах для отображения информации и формирования изображения в реальном масштабе времени используется растровая графика. Основным показателем, характеризующим подобные системы, является производительность, т.е. количество графических примитивов, . обрабатываемых за время формирования кадра. Высокая производительность дает возможность отображать больший объем данных, что приводит к повышению качества информационной компоненты I в выражении (1).

Информацию, циркулирующую в распределенных ИУС и поступающую к диспетчеру от многочисленных датчиков, можно обрабатывать и передавать как в виде аналоговых, так и в виде дискретных сигналов. На современном этапе развития информационной техники предпочтений отдается именно дискретным сигналам. Поэтому аналоговые сигналы с датчиков преобразуют в дискретные сигналы, обрабатываемые вычислителями. Каждый непрерывный сигнал подвергается операциям квантования по времени и по уровню.

Основные причины перехода современных систем управления к цифровой обработке информации заключаются в наличии широкой линейки микроконтроллеров и микропроцессоров, имеющих встроенные средства реализации практически всех методов преобразования информации, что существенно сокращает время разработки новых систем.

Выше отмечено, что эволюционно человек гораздо лучше приспособлен к восприятию и анализу образной информации и это заставляет разработчиков ЧМС использовать графические интерфейсы для взаимодействия с оператором.

Графические системы представления информации опираются на возможности современных дисплеев и позволяют создавать на экране не только комбинации виртуальных аналоговых и цифровых приборов, но и снабжать информацию анимационными вставками. Графические системы обеспечивают высокую мобильность и информативность и являются доминирующими в системах управления PCO.

Системы визуализации современных ИУС можно также рассматривать, как графические системы. Для оператора ИУС источником информации является информационная модель, на основе которой он формирует образ реальной обстановки и вырабатывает управляющее воздействие на объект. Как правило, информация о состоянии объекта управления содержит большое количество элементов, включающих разные группы признаков. Учитывая различный семантический характер

используемых элементов, информационную модель Б можно представить как совокупность взаимосвязанных элементов:

Л = {£>„). 2>л= и д; (2)

У = 1

где Л, - множество элементов информационной модели у'-й группы,

Количество групп элементов информационной модели определяется степенью детализации описания состояний и условий функционирования объекта управления. Каждый элемент информационной модели связан с одним или несколькими параметрами объекта управления.

Информационная модель графического типа может рассматриваться как сложное графическое изображение, а ее элементы выступают как элементы и параметры изображения,

При организации процесса обработки информации в системах управления ее разделяют на следующие виды:

статическая - относительно стабильная во времени по содержанию информация, которую можно использовать в качестве фона в системах визуализации. Например, координатная сетка, план здания, карта местности, маршруты движения автобусов и т.д.

динамическая - информация; изменяемая в определенном интервале времени по содержанию или положению на экране. К динамической информации можно отнести текущее положение мобильных объектов на карте, их скорость, ожидаемое время прибытия в конечный пункт.

Конечно, такое деление условно, поскольку связано с понятием временного интервала. Например, карту города можно считать статическим объектом в течение суток, но для отрезка времени в год, это будет не справедливо.

Надежность человека-оператора в ЧМС и причины возникновения ошибок должны рассматриваться не только как причины осложнения, ухудшения профессиональной деятельности или возникновения аварийной ситуации, но и как следствие определенных профессиональных качеств, особенностей психических, физиологических и других функций, проявляющихся в данных условиях.

Причинами возникновения ошибочных действий в деятельности оператора могут быть следующие факторы:

1. Излишняя эмоциональность.

2. Непредсказуемость развития экстремальной ситуации.

3. Недостаточность знаний и опыта оператора.

4. Недостаток или избыток информации.

Для снижения уровня информационного стресса, объём и формы представления информации на пультах диспетчерских систем должны соответствовать сложности, решаемых в системе задач. Избыток информации может оказать не менее негативное влияние, чем ее недостаточность.

В третьей главе рассматриваются особенности программной реализации подсистемы визуализации диспетчерских систем. Основной задачей диспетчерских пультов является обеспечение операторов информацией, необходимой для принятия решения, а также средствами взаимодействия с исполнительными устройствами и объектами для целенаправленного воздействия на управляемую систему. В настоящей работе исследования ограничены только областью отображения оперативной информации. Отличительной особенностью рабочих пультов диспетчеров распределенных систем обслуживания можно считать широкий диапазон нагрузок, который формируется, поступающими в виде различных по своим характеристикам вызовами и заявками на обслуживание. Именно это и приводит к стрессам и ошибкам со стороны операторов при возникновении техногенных и природных катастроф.

Методы принятия управленческих решений определяют последовательность регламентируемых действий и способов решения управленческих задач распределения существующих ресурсов. В самом общем виде данная последовательность включает в себя следующие этапы:

- анализ поступающих на обслуживание заявок;

- анализ обработчиков зоны обслуживания;

- выработка решения;

- доведение решения до исполнительных элементов.

Отметим, что инициатором этой последовательности действий выступают поступающие в РСО заявки.

Построение экспериментальной подсистемы визуализации диспетчерской информации в работе реализуется в среде Microsoft Visual Studio, которая позволяет Использовать два программных языка, предназначенные для создания графического интерфейса пользователя и визуализации данных. Оба языка лежат в основе платформы .Net. Платформа .Net не предоставляет средства выполнения приложений, разработанных для Windows или какой-либо другой программной платформы. Приложения .Net, скомпилированные в промежуточный язык Microsoft (Microsoft Intermediate Language - MSIL или просто Intermediate Language - IL), запускаются в рамках общеязыковой среды выполнения (Common Language Runtime - CLR).

Для исследования влияния методов представления информации в диспетчерских пультах на эффективность работы операторов разработана и реализована в среде MS Visual Studio на языке С# экспериментальная программа, построенная по функционально-модульному принципу. Структура программы представлена на рисунке 1.

модуль отображения окружающей среды

модуль отображения заявок на обслуживание Л А модуль отображения обслуживающих объектов

модуль взаимодействия с оператором

Ж

модуль связи с СППР

модуль формирования тестовых воздействий

-ЛА

мод}ль оценки решений оператора и сбора статистики

Рис. 1 Структура экспериментальной программы В состав программной реализации входят несколько функциональных модулей:

модуль отображения окружающей среды,

модуль отображения заявок на обслуживание,

модуль отображения обслуживающих объектов,

модуль связи с СППР,

модуль взаимодействия с оператором,

модуль формирования тестовых воздействий,

модуль оценки решений оператора и сбора статистики.

Рассмотрим особенности функционирования и программной реализации всех перечисленных модулей.

Для принятия оперативных решений диспетчеру необходима информация о состоянии окружающей среды. В распределенных системах обслуживания это может быть картографическая информация о районе ответственности оператора, а также множество дополнительных данных, например, текущие погодные условия и загруженность трасс.

Поскольку разрабатываемая программа предназначена для проведения серий экспериментов, функциональность модуля отображения среды ограничена. Модуль реализует три возможных режима (рис. 2): использование внешней картографической информации; использование упрощенной карты; монохромный экран. Выбор режима работы задается параметром при запуске программы.

Рис. 2 Режимы отображения окружающей среды.

При реализации первых двух режимов используется информация, содержащаяся во внешних файлах.

Входными данными модуля отображения заявок на обслуживание являются координаты объектов, от которых поступают заявки на обслуживание. В зависимости от режима работы программы данные могут передаваться в модуль непосредственно из модуля формирования тестов или читаются из заранее сформированного тестового файла.

Входными данными модуля отображения обслуживающих объектов являются текущие координаты свободных обслуживающих объектов. В зависимости от режима работы программы данные могут передаваться в модуль непосредственно из модуля формирования тестов или читаются из заранее сформированного тестового файла, аналогично отображению заявок.

Поскольку задачи диссертации ограничены исследованиями методов отображения информации на дисплеях диспетчерских пультов, для проведения экспериментов необходимо организовать имитацию взаимодействия с системой поддержки принятия решений. Для этого в экспериментальную программу включен модуль связи, который обеспечивает реализацию следующих функций:

- нахождение точного решения задачи распределения заявок для оценки эффективности действий оператора;

- расчет границ зона отображения информации для метода динамической визуализации;

- расчет оценки решения, принятого оператором.

Функции, выполняемые модулем взаимодействия с оператором

можно разделить на две группы:

- настройка режимов работы программы;

- обеспечение взаимодействия оператора с системой при решении задачи распределения нагрузки.

Функции первой группы реализуются в модуле с помощью инструментов из библиотеки С#. Функции второй группы связаны с обработкой событий, инициируемых диспетчером посредством манипулятора мышь, и реализуются в модуле с помощью библиотечных

Рис. 3 Алгоритм формирования тестов Для исследования эффективности метода динамической визуализации были реализованы два варианта формирования тестов, состоящих из заявок и обслуживающих ресурсов. В первом варианте координаты объектов формируются с помощью генератора случайных чисел и подаются на вход модулей отображения, а во втором читаются из тестового файла. Файлы, необходимы для того, чтобы в разных экспериментах обеспечить диспетчерам одинаковые условия работы.

Тестовый файл также формируется с помощью генератора случайных чисел. На рисунке 3 представлен общий алгоритм формирования тестов.

В разработанной программе оценка точности решения оператора производится методом сравнения с эталоном. В качестве эталона используется полученное от СППР решение. Информацией, необходимой для его нахождения, служит матрица {Л}. Алгоритм определения расстояния между каждым обработчиком и каждой заявкой и формирования матрицы {Я} представлен на рис. 4.

Рис. 4 Алгоритм формирования матрицы {Л} Сформированная матрица {Л} передается через модуль связи в СППР, где с помощью метода полного перебора находится решение, которое возвращается в модуль оценки.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований эффективности динамической визуализации.

При проведении исследований выполняются три типа экспериментов, в ходе которых изменяется не только нагрузка на диспетчеров, но и формат отображения данных на пульте (рис. 5).

й - а» 5 # ! # $ # г«" ЯПГф '0 •

& л и Ф ® 4 # * * : ^ & г?

Рис. 5 Способы представления информации в экспериментах

Для исключения влияния на исследования множества факторов, при проведении экспериментов модуль отображения окружающей среды реализует режим 3 (рис. 2).

В ходе первого эксперимента операторы должны принимать решения без помощи СППР, опираясь только на свой опыт.

Во втором эксперименте модуль связи с системой поддержки принятия решений выделяет на дисплее ограниченную зону, в которой находится оптимальное решение. Отметим, что зона оперативной работы оператора формируется автоматически на основе анализа оперативной обстановки и позволяет снизить нагрузку на диспетчера за счет исключения из отображения данных, не влияющих на принятие решения. При необходимости система визуализации или диспетчер могут масштабировать зону оперативной работы.

В третьем эксперименте, система предлагает оператору готовое решение, которое он должен утвердить или изменить. Для нахождения точного решения модуль связи с СППР использует в качестве алгоритма дискретной оптимизации метод полного перебора.

В проводимых исследованиях принимало участие 5 подготовленных операторов, которые в каждом эксперименте решали по 100 задач с разным уровнем нагрузки. Отметим, что все операторы решали одинаковые задачи.

В качестве тестовой использовалась задача распределения заявок. На экране операторов отображались поступающие в систему обслуживания вызовы и свободные в текущий момент обслуживающие устройства. Операторам необходимо распределить их между вызовами с помощью манипулятора мышь. При этом оператор должен минимизировать максимальное расстояние между обработчиками и заявками, влияющее на время реакции системы обслуживания.

В ходе экспериментов изменялось количество поступающих заявок <2 и обслуживающих устройств т.е. сложность задачи. В качестве критериев эффективности диспетчерской системы мы использовали время

принятия оператором решения Tdec (Time decision) и его точность Dacc (Decision accuracy), которые и измерялись в ходе экспериментов. Для оценки утомляемости операторов время проведения экспериментов разбивалось на пять интервалов, на каждом из которых проводилось усреднение анализируемых критериев.

Отметим, что в течение всех экспериментов не допускались перерывы в работе операторов. Это необходимо для объективной оценки утомляемости диспетчеров.

Полученные результаты в усредненном виде представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Время реакции операторов (усреднение)

о R Эксп. Временной интервал

1 2 3 4 5

1 7,63 8,41 8,56 8,66 9,5

2 3 2 6,77 7,6 7,3 8,1 8,97

3 2,45 2,22 2,76 3,18 3,3

1 7,18 7,4 8,21 8,95 9,49

2 4 2 6,6 7,04 7,61 8,32 8,26

3 2,22 1,92 2,17 2,35 3,82

1 9,07 9,6 9,95 9,64 10,72

3 5 2 8,56 8,64 9,39 9,42 9,95

3 3,45 2,15 1,57 2,06 2,96

1 9,49 10,16 10,71 10,82 11,52

3 6 2 9,4 10,32 9,97 10,48 11,03

3 1,89 2,35 2,71 2,39 3,39

1 11,97 12,01 12,52 12,96 13,27

4 6 2 10,45 11,61 11,87 11,76 11,87

3 3,2 2,42 2,18 2 2,06

1 12,67 12,93 13,27 13,41 13,84

4 7 2 11,14 11,83 11,88 12,22 13,18

3 3,25 1,84 2,34 3,27 3,34

Выскажем предположение, что между параметрами эксперимента существуют линейные зависимости вида:

Tciec = К\* Interval + В\ Dacc = К-2 * Interval+В2

Величины К] и К2 позволят оценить влияние различных методов отображения данных на критерии эффективности диспетчерских систем. В идеальном случае время принятия оператором решения не должно зависеть от временного интервала. С ростом значения К, это влияние будет увеличиваться. Аналогичные рассуждения справедливы и в отношении точности принимаемых решений и коэффициента К2.

Таблица 2. Точность решений (усреднение)

R Эксп. Временной интервал

У 1 2 3 4 5

1 95,41 90,90 93,06 96,04 91,42

2 3 2 97,58 92,79 95,66 93,76 94,71

3 99,20 99,63 99,84 98,59 98,95

1 93,51 93,43 94,91 93,07 93,63

2 4 2 95,16 94,97 95,86 96,69 94,95

3 99,48 99,41 99,66 99,20 98,55

1 91,70 92,67 94,36 92,53 93,27

3 5 2 93,18 94,78 96,46 94,37 94,93

3 98,90 99,44 100,00 99,76 99,19

1 90,67 90,71 94,45 90,35 89,86

3 б 2 93,77 94,11 93,66 94,22 93,34

3 99,13 99,13 99,22 99,70 99,85

1 91,93 92,93 92,79 93,53 94,36

4 6 2 93,18 94,70 95,38 94,85 95,30

3 99,23 99,40 99,91 99,58 99,77

1 88,95 88,55 84,70 87,38 85,38

4 7 2 90,90 91,39 90,18 91,64 90,64

3 98,92 99,77 99,13 99,17 99,20

Корреляционный анализ данных выполнялся с помощью табличного процессора MS Excel. Полученные значения коэффициентов регрессии Kt и оценка значимости корреляции 91 представлены в таблице 3, а коэффициентов регрессии К2 в таблице 4. Лучшие результаты выделены цветом.

Таблица 3. Анализ зависимости времени принятия решения

0 Я Корреляция

Эксперимент 1 Эксперимент 2 Эксперимент 3

к, 5Я к, 5Н к, 91

2 3 0,41 0,94 0,49 0,92 ■ ■'- 0,27 0,91

4 0,62 0,98 0,46 0,96 - 0,36 . 0,75

3 5 0,33 0,87 0,36 0,96 -0,11 -0,22

6 0,47 0,90 0,34 0,89 •' 0,3' 0,86

4 б 0,36 0,97 0,3 0,78 -0,27 -0,87

7 0,28 0,99 0,45 0,95 0,16 - 0,37

Результаты (табл.3) показывают, что предобработка данных и отображение оптимального решения (эксперимент 3) позволяет уменьшить информационное давление на операторов, коэффициенты К1 в 2-3 раза меньше по сравнению с другими экспериментами для всех О и Я. Более того, в отдельных сериях мы получили значения К.1 меньше 0, это значит, что утомляемости оператора не происходит и время принятия решения с увеличением интервала уменьшается. Это можно объяснить тем, что при высокой размерности задачи операторы в большей степени склонны доверять рекомендациям системы поддержки принятия решений и меньше времени тратить на их анализ. В случае использования ограничения рабочего поля (эксперимент 2) результаты не столь очевидны. Положительное влияние чаще проявляется при большей разнице параметров 0 и Я эксперимента.

Таблица 4. Анализ точности принимаемых решений

0 Я Корреляция

Эксперимент 1 Эксперимент 2 Эксперимент 3

К2 к2 31 к2

2 3 -0,28 -0,19 -0,48 -0,40 -0,15 -0,48

4 .-0,012. -0,027 0,13 0,27 -0,21 -0,76

3 5 0,3 0,48 " о,з1; 0,41 0,09 0,32

6 -0,2 -0,16 -0,07 -0,33 0,2 0,92

4 6 0,55 0,95 0,44 0,78 0,13 0,72

7 -0,83 -0,69 -0,027 -0,073 -0,004 -0,019

Результаты анализа точности решений (табл. 4.) показывают, что и в этом случае предобработка данных и отображение оптимального решения (эксперимент 3) позволяет на 30% снизить утомляемость операторов в стрессовых ситуациях, вызванных информационной нагрузкой. Влияние ограничения рабочего поля (эксперимент 2) менее выражено.

о О) -а I-

Рис

too

98 96 34

О <

90 88 86

841 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

1п1еп/а1

Рис. 7 Корреляционные кривые (<3=4, Я=7) Результаты анализа эффективности методов отображения диспетчерских данных в виде корреляционных кривых (рис. 6 и 7) позволяют качественно сравнить их и определить границы применимости.

Наилучшие результаты во всех случаях получены при использовании оператором помощи, предлагаемой СППР. Динамическая визуализация, ограничивающая рабочее поле диспетчера, заметно уступает такому подходу, но имеет преимущество перед полностью самостоятельной работой оператора.

В заключении приведены основные результаты работы.

-Exp. 1 О Ехр.2

I

21 1.5 7 2.5 3 3.5 4 4.5 5

Interval

. 6 Корреляционные кривые (Q=4, R=7)

ГГ - Ехр:1 - Ехр.2 ■Ехр.З

Основные результаты работы

1. Анализ диспетчерских систем, используемых в различных областях человеческой деятельности, показал, что они имеют как существенные отличия, учитывающие функциональные особенности объектов управления, так и общие черты. Одной из них является наличие диспетчерского пульта, обеспечивающего оператора необходимой для принятия решения информацией. Доминирующей тенденцией в архитектуре современных PCO является их интеграция, которая ведет к росту систем и неизбежному увеличению нагрузки на диспетчерские службы, особенно во время крупных ЧС. Это определяет актуальность задачи снижения информационного давления на диспетчеров при сохранении качества принимаемых ими решений. Показано, что одним из возможных решений этой противоречивой задачи, может быть использование в диспетчерских службах комбинированных методов визуализации данных, реализуемых с помощью графических дисплеев.

2. При всем многообразии объектов управления, основная задача, которую решает диспетчер распределенных систем обслуживания, может быть сведена к оптимизационной задаче назначения на узкие места. Уровень стрессовой нагрузки на оператора определяется степенью детализации входной информации. Разработана структура подсистемы визуализации, обеспечивающая снижение информационной нагрузки за счет исключения из отображения данных, не влияющих на принятие решения.

Программная реализация экспериментальной подсистемы визуализации, построенной по функционально-модульному принципу ориентированной на исследования влияния методов представления информации на эффективность работы операторов, разработана и реализована в среде MS Visual Studio на языке С#.

3. Экспериментальная подсистема визуализации данных позволила провести количественную оценку влияния формы представления информации на пульте диспетчера на эффективность его работы.

В качестве критериев эффективности диспетчерской системы используется время принятия оператором решения Tdcc и его точность Dacc, которые и измерялись в ходе экспериментов.

4. Корреляционный анализ экспериментальных данных подтвердил, что предобработка данных и отображение оптимального решения позволяют уменьшить информационное давление на операторов.

Наилучшие результаты во всех случаях получены при использовании решения, предлагаемого СППР. Динамическая

визуализация, ограничивающая рабочее поле диспетчера, уступает такому подходу. Она позволяет на 10-20% снизить время реакции оператора и на 3-5% повысить точность принимаемых решений.

Хотя преимущества полной автоматизации и очевидны -уменьшение времени реакции в 3-5 раз при самой высокой точности решений, на практике такой подход практически не используется, поскольку участие оператора в процессе принятия решения является обязательным.

Подсистема визуализации должна осуществлять мониторинг за действиями оператора и изменять режимы отображения информации при изменении нагрузки.

Публикации автора по теме диссертации:

1. Тхан Зо У. Задача нахождения точки встречи в моделях распределенных систем обслуживания. //Актуальные проблемы информатизации. Развитие информационной инфраструктуры, технологий и систем. Вторая всероссийская межвузовская научно-практическая конференция: Материалы конференции, -М.: МИЭТ, 2008. - 188с., С. 150.

2. Тхан Зо У, Мью Мьинт Ту. Подсистема визуализации результатов моделирования в распределенной системе обслуживания. //Микроэлектроника и информатика - 2009. 16-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. - М.: МИЭТ, 2009. -372с., С. 212.

3. Тхан Зо У. Использование средств визуализации в моделях управления. // Микроэлектроника и информатика - 2010. 17-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. - М.: МИЭТ, 2010. -352с., С. 223.

4. Лупин С.А., Тхан Зо У, Тан Шейн. Функциональный графический редактор в системах поддержки принятия решений. //Информационные технологии, электронные приборы и системы: Материалы Международной научно-практической конференции. Минск, 6-7 апреля 2010 г. В 3-х частях. Ч. 1 - Минск: БГУ, 2010. - 161 е., С. 88-90.

5. Тан Шейн, Тхан Зо У, Чжо Мью Хтун, Лупин С.А. Динамическая структурная оптимизация распределенных систем обслуживания на многопроцессорных системах. //V Международная научно-практическая конференция «Современные информационные

технологии и ИТ-образование». Сборник избранных трудов МГУ, 2010. - 640с., С. 621-625.

6. Тхан Зо У, динамическая настройка среды визуализации в подсистемах принятия решений. // Актуальные вопросы современной техники и технологии. Сборник докладов Ш-й Международной научной заочной конференции (Липецк, 29 января 2011 г.). В 2-х ч. Ч. I. / Под ред. A.B. Горбенко, С.В. Довженко. - Липецк: Издательский центр «Гравис», 2011. - 112 е., С. 66-67.

7. Тхан Зо У. Динамическая система поддержки принятия решений. // Актуальные проблемы информатизации в науке, образовании и экономике - 2011г. 4-я Всероссийская межвузовская научно-практическая конференция. М.: М: МИЭТ, 2011. - 196 е., С.106.

8. Лупин С.А, Тхан Зо У, Чжо Мью Хтун. Применение алгоритмов случайного поиска для решения задачи диспетчеризации в распределенных системах обслуживания. //Известия ВУЗов: Электроника. - М.: МИЭТ, 2012, №3, 100с., С. 40-46. (перечень ВАК)

9. Лупин С.А, Тан Шейн, Тхан Зо У, Чжо Мью Хтун. К вопросу оценки точности алгоритмов дискретной оптимизации. // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем - 2012. Сборник трудов конференции / под общ. ред. академика РАН А.Л. Стемпковского. - М.: ИППМ РАН, 2012. -735 е., С. 553-556. (перечень ВАК)

10. Лупин С.А, Тхан Зо У, Чжо Мью Хтун. Методы отображения данных при управлении распределенными системами обслуживания. //Информационные системы и технологии. №4(72), 2012, С.92-96. (перечень ВАК)

11. Тхан Зо У. Исследование влияния методов представления данных на решение задач диспетчеризации. // Микроэлектроника и информатика - 2012. 19-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. - М.: МИЭТ, 2012. - 324с„ С. 200.

12. Лупин С.А, Тхан Зо У. Динамическая визуализация данных в системах управления. // Проблемы разработки информационных технологий и подготовки ИТ-кадров. Сборник научных трудов конференции /Под ред. Л.Г.Гагариной. -М.: МИЭТ, 2012. - 168с., С.-92-96.

13. Тхан Зо У. Параллельные вычисления в системах визуализации данных. // Сборник избранных трудов VII Международной научно-практической конференции. Под ред. проф. В.А.

Сухомлина. - М.: ИНТУИТ.РУ, 2012,- 1050с. - ISBN 978-5-95560140-3, С. 631 -634. .

14. Тхан Зо У. К вопросу снижения информационного стресса на операторов диспетчерских систем. // Микроэлектроника и информатика - 2013. 20-ая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Тезисы докладов. - М.: МИЭТ, 2013. - 340с., С. 222.

15. Лупин С.А, Тхан Зо У, Тан Шейн, Чжо Чжо Лин. Влияние методов отображения данных на информационную нагрузку диспетчеров. //Информационные системы и технологии. №6(80),

2013. (перечень ВАК).

16. Тхан Зо У, Баин A.M., Теплова Я.О., Чжо Зо Е. Программный комплекс для поддержки принятия решений диспетчерской службой. //Свидетельство РФ об официальной регистрации программы для ЭВМ №2013614720

Подписано в печать:

Формат 60x84 1/16. Уч.-изд.л.

Тираж ¿Сэкз. Заказ № б'?

Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ.

124498, г. Москва, г. Зеленоград, проезд 4806, д. 5, МИЭТ

Министерство образования и науки Российской Федерации Национальный исследовательский университет «МИЭТ»

На правах рукописи

04201365296

ТХАН 30 У

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ СНИЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ НАГРУЗКИ НА ОПЕРАТОРОВ ДИСПЕТЧЕРСКИХ СИСТЕМ

05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации

(в приборостроении)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: к.т.н., профессор Лупин Сергей Андреевич

Москва-2013

Оглавление

Обозначения и сокращения....................................................................................4

Введение...................................................................................................................5

ГЛАВА 1. ДИСПЕТЧЕРСКИЕ СИСТЕМЫ, КАК ЧЕЛОВЕКО-МАШИННЫЕСИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ........................................................11

1.1 Человеко-машинное взаимодействие в диспетчерских системах......11

1.2 Интегрированные диспетчерские системы...........................................14

1.3 Система отображения диспетчерской информации............................16

1.4 Диспетчеризация в распределенныхсистемах......................................18

1.5 Диспетчерские системы в промышленности и на транспорте...........22

1.5.1 Диспетчерские службы на железнодорожном транспорте..........23

1.5.2 Авиационные диспетчерские службы............................................26

1.6 Проблема снижения нагрузки на операторов.......................................31

1.7 Выводы.....................................................................................................33

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ В ЧЕЛОВЕКО-МАШИННЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ.............................35

2.1 Человеко-машинное взаимодействие в системах обслуживания.......36

2.2 Анализ систем представления информации.........................................37

2.3 Аналоговый метод представления данных...........................................39

2.3.1 Особенности аналоговых сигналов................................................40

2.4 Цифровой метод представления данных..............................................42

2.4.1 Особенности дискретизации сигналов в ИУС..............................43

2.5 Графические методы обобщения данных.............................................45

2.5.1 Графики и диаграммы......................................................................46

2.5.2 Процесс преобразования входной информации в графический вид в диспетчерских системах.........................................................................48

2.5.3 Компьютерная визуализация данных.............................................50

2.6 Особенности использования компьютерной графики в ИУС............51

2.6.1 Сравнение растровой и векторной графики..................................53

2.6.2 Геометрические примитивы компьютерной графики..................53

2.7 Влияние систем отображения информации на операторов................56

2.8 Выводы.....................................................................................................58

ГЛАВА 3. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПОДСИСТЕМЫ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ДИСПЕТЧЕРСКИХ СИСТЕМАХ......................................59

3.1 Теоретические основы функционирования диспетчерских систем...61

3.2 Методология построения СППР для PCO............................................65

3.3 Алгоритмические основы СППР для PCO............................................66

3.4 Технологии визуализации данных в среде MicrosoftVisualStudio.....69

3.5 Программная реализация экспериментального пульта диспетчера...72

3.5.1 Модуль отображения окружающей среды....................................73

3.5.2 Модуль отображения заявок на обслуживание.............................74

3.5.3 Модуль отображения обслуживающих объектов.........................74

3.5.4 Модуль связи с СППР......................................................................75

3.5.5 Модуль взаимодействия с оператором..........................................76

3.5.6 Модуль формирования тестовых воздействий..............................77

3.5.7 Модуль оценки решений оператора и сбора статистики.............79

3.6 Выводы.....................................................................................................80

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДИНАМИЧЕСКОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ.........................81

4.1 Эксперимент 1 (без поддержки СППР).................................................83

4.2 Эксперимент 2 (ограничение рабочей зоны оператора)......................87

4.3 Эксперимент 3 (автоматическое решение)...........................................91

4.4 Корреляционный анализ экспериментальных данных........................95

Заключение...........................................................................................................105

Публикации автора по теме диссертации.........................................................109

Списоклитературы...............................................................................................112

Приложение 1. Фрагменты кода........................................................................117

Приложение2. Фрагмент протокола эксперимента..........................................137

ПриложениеЗ. Акт внедрения............................................................................140

ДС Диспетчерская система

ЛПР Лицо, принимающее решение

мявс Многоядерные вычислительные системы

ОУ Объект управления

по Программное обеспечение

РСО Распределенная система обслуживания

СППР Система поддержки принятия решений

СУ Система управления

счм Система человек-машина

чс Чрезвычайная ситуация

чмс Человеко-машинная система

Введение

Актуальность проблемы. Окружающий человека мир меняется каждый день. И происходит это не под воздействием сил природа, а благодаря активному и целенаправленному вмешательству людей в окружающее нас пространство. Мы изменяем его в соответствии со своими запросами и представлениями. Методы, которые человек использует при этом, не всегда соответствуют его сущности, как части живого мира.

Одним из наиболее ярких примеров такого несоответствия можно считать повсеместное внедрение цифровых систем. Человек, как и все окружающие нас живые организмы, эволюционно приспособлен к восприятию и обработке информации в аналоговой форме. Зрение, слух, обоняние и осязание позволяют нам тонко реагировать даже на незначительные изменения параметров внешней среды. При этом люди не нуждаются в преобразовании информации в цифровой вид. Техногенная среда, создаваемая сегодня, напротив, требует от человека умения воспринимать и оперативно обрабатывать потоки цифровых данных, производимых компьютерами. Конечно, люди пытаются реагировать на подобные вызовы и создают множество устройств обеспечивающих человеко-машинное взаимодействие в естественной для нас форме. Но пока эти усилия не приводят к снижению остроты проблемы. Более того, технический прогресс приводит к возникновению все новых областей, в которых взаимодействие человека с цифровыми системами становится критичным.

Успехи в развитии средств связи и компьютерной техники значительно интенсифицировали процессы интеграции управляющих систем. Современные мегаполисы не могут существовать без развитых распределенных систем обслуживания (PCO), которые обеспечивают безопасные и комфортные условия проживания в них. Ключевой фигурой подобных систем является диспетчер, человек, который отвечает за распределение имеющихся ресурсов между поступающими в систему

заявками. Пожарные службы, медицина, коммунальное хозяйство используют в своей работе именно такую архитектуру систем управления. Большую роль в формировании тенденций развития подобных PCO играют такие объективные факторы, как урбанизация и новые технологии связи. Если раньше процессы централизации ограничивались возможностями обеспечения всех звеньев системы устойчивой двусторонней связью, то сегодня такой проблемы нет. Беспроводные технологии позволяют не только быстро организовывать, но и оперативно реструктурировать связь при изменении архитектуры и иерархии системы.

Централизация управления ведет к возрастанию информационной нагрузки на операторов диспетчерских служб, что является причиной возникающего у них психологического стресса. Кроме увеличения числа объектов управления, повышается и частота информационных обменов между ними и центром управления. Наглядно проявляется эта тенденция на примере повсеместного внедрения технологии GPS, которая позволяет отслеживать текущие координаты исполнительных элементов с частотой в единицы Герц. Используя современные средства отображения информации можно уменьшить негативное воздействие возрастающих потоков информации на операторов.

Широкое распространение распределенных систем обслуживания и их интеграция определяют актуальность темы диссертации.

Для снижения уровня информационного стресса у операторов систем управления PCO в работе предлагается использовать динамическую визуализацию данных, позволяющую диспетчеру не снижать качество управления при пиковой нагрузке.

Цель работы и задачи исследования. Диссертационная работа посвящена вопросам повышения эффективности работы диспетчеров в системах управления PCO.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие основные задачи:

1. Анализ принципов функционирования диспетчерских пультов в системах управления PCO, работающих в различных областях человеческой деятельности.

2. Анализ методов реализации человеко-машинного взаимодействия.

3. Разработка структуры подсистемы визуализации диспетчерской информации.

4. Выбор среды и программная реализация экспериментальной подсистемы визуализации диспетчерской информации.

5. Проведение экспериментов, направленных на оценку эффективности методов динамической визуализации информации.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются процессы человеко-машинного взаимодействия при управлении распределенными системами обслуживания.

Предмет исследования составляют методы интеллектуальной поддержки принятия управленческих решений в диспетчерских системах, основанные на динамической визуализации данных и направленные на снижение стрессовой нагрузки на операторов и повышение эффективности управления ресурсами.

Методы исследования. При решении поставленных задач были использованы положения общей теории систем, теории множеств, теории вероятностей, теории систем массового обслуживания и языки программирования.

Научная новизна. В диссертации предложены и исследованы методы отображения информации на пультах диспетчерских систем управления PCO, а также их влияние на процесс принятия решения. Разработана структура подсистемы визуализации диспетчерской информации, использующая динамическую визуализацию и обеспечивающая стабильное качество принимаемых решений при пиковой нагрузке. Подсистема

визуализации может использоваться в качестве дополнения к автоматизированным системам поддержки принятия решений.

Практическая значимость. Предложенная в работе структура подсистемы визуализации диспетчерской информации может быть использована в различных PCO: пожарных службах, скорой помощи, органах общественной безопасности. Кроме того, аналогичный механизм управления ресурсами имеют и ремонтные подразделения телефонных и электроснабжающих компаний. Проведенные исследования подтверждают возможность снижения утомляемости и стрессовой нагрузки диспетчеров, за счет предобработки исходных данных и динамической визуализации. Повышение обоснованности и точности принимаемых операторами решений приводит к повышению эксплуатационных характеристик объектов управления в целом.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждена корректным использованием общепринятых математических методов, современных технологий программирования, сериями проведенных экспериментов.

Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы используются на кафедре вычислительной техники МИЭТ при чтении лекций и проведении лабораторных работ по курсу «Операционные системы».

На защиту выносятся следующие положения:

1. Анализ методов представления информации на пультах диспетчеров систем управления PCO, работающих в различных областях человеческой деятельности.

2. Структура экспериментальной подсистемы визуализации диспетчерской информации.

3. Программная реализация экспериментальной подсистемы визуализации диспетчерской информации.

8

4. Результаты экспериментальных исследований эффективности динамической визуализации данных в диспетчерских системах.

Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены и обсуждались на 9 международных, всероссийских и межвузовских научных конференциях:

1. Актуальные проблемы информатизации. Развитие информационной инфраструктуры, технологий и систем. Вторая всероссийская межвузовская научно-практическая конференция. МИЭТ, 2008

2. Микроэлектроника и информатика - 2009. 16-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов. МИЭТ

3. Микроэлектроника . и информатика - 2010. 17-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов. МИЭТ

4. Информационные технологии, электронные приборы и системы. Международная научно-практическая конференция. Минск, 2010.

5. V Международная научно-практическая конференция «Современные информационные технологии и ИТ-образование». МГУ, 2010.

6. Актуальные проблемы информатизации в науке, образовании и экономике. 4-я Всероссийская межвузовская научно-практическая конференция. МИЭТ, 2011.

7. Микроэлектроника и информатика - 2012. 19-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов. МИЭТ, 2012.

8. VII Международная научно-практическая конференция «Современные информационные технологии и ИТ-образование». МГУ, 2012.

9. Микроэлектроника и информатика - 2013. 20-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов. МИЭТ, 2012.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 тезисов докладов и 7 статей, в том числе четыре в журналах, входящих в перечень ВАК. Получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объём диссертационной работы. Рукопись диссертационной работы, общим объемом 140 страниц, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 49 источников и трёх приложений.

ГЛАВА 1. ДИСПЕТЧЕРСКИЕ СИСТЕМЫ, КАК ЧЕЛОВЕКО-МАШИННЫЕСИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Многочисленные исследования показывают, что не только время принятия человеком решения, но и его корректность, зависят от того, в каком виде ему представлена информация, необходимая для этого[1.1]. Если речь идет о повседневных решениях, которые мы принимаем в своей частной жизни, то ошибка скажется только на успешности действий конкретного индивида. Иное дело, когда от решений человека зависят благополучие и даже жизнь тысяч других людей. В современной техногенной среде число людей, от которых зависит состояние окружающего нас мира, постоянно увеличивается. Это происходит потому, что процессы урбанизации, увеличивающие концентрацию населения на ограниченной площади, требуют адекватной концентрации ресурсов, необходимых для их существования. А это, в свою очередь, приводит к необходимости создания систем управления, обеспечивающих бесперебойное функционирование таких отраслей как энергетика, транспорт, коммунальные и муниципальные службы, которые можно рассматривать как системы обслуживания. Несмотря на то, что все современные системы управления в значительной степени автоматизированы, без участия оператора их работа невозможна. В большей степени это относится к распределенным системам обслуживания, работу которых координируют диспетчерские службы. Их основная задача заключается в том, чтобы распределить имеющиеся ресурсы между поступающими в систему заявками, обеспечивая минимальное время их выполнения.

Рассмотрим, какие методы представления информации используются в диспетчерских системах, и проанализируем их применимость для управления распределенными системами обслуживания.

1.1 Человеко-машинное взаимодействие в диспетчерских системах

Как уже было отмечено выше, уровень автоматизации СУ благодаря

развитию информационных технологий неуклонно растет. Но, несмотря на

11

это, роль человеческого фактора не только не снижается, но даже возрастает. Такая тенденция требует уделять особое внимание вопросам взаимодействия между человеком и компьютерами, обеспечивающими функционирование СУ. Повышение функциональности систем сопровождается ростомих сложности, вследствие чего человек без специализированной подготовки и навыков не может свободно работать с ними. Это касается как конечных пользователей, так и специалистов в области ИТ. Как следствие, из чисто технических объектов СУ переходят в категорию человеко-машинных систем (ЧМС).

Структура системы человек-машина [1.2] включает в себя естественную подсистему - человек и искусственную - машина, находящихся во взаимодействии с внешней средой (рис. 1.1).

/

Внешняя среда

\

Рис. 1.1 Человеко-машинные системы

Для взаимодействия между человека с машиной в таких системах присутствует специализированный интерфейс, основным назначением которого является обеспечение восприятия человеком информации о состоянии объекта управления и внешней среды, а также ввода в систему управляющих команд и воздействий.

Выделяют два основных вида взаимодействия в процессе работы ЧМС - взаимодействие с внешней средой и взаимодействие между подсистемами. В общем случае, такие процессы порождаются сл