автореферат диссертации по документальной информации, 05.25.05, диссертация на тему:Методы и модели организации информационной поддержки для эффективного формирования бесконфликтного потока воздушных судов

005531559

На правах рукописи

У

ПЕТРЕНКО СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

МЕТОДЫ И МОДЕЛИ ОРГАНИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО ФОРМИРОВАНИЯ БЕСКОНФЛИКТНОГО ПОТОКА ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

Специальность 05.25.05 Информационные системы и процессы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

11 И'ОП 2013

ТАМБОВ 2013

005531559

Диссертационная работа выполнена в федеральном государственном казенном учреждении 4 Государственном центре подготовки авиационного персонала и войсковых испытаний МО РФ (4 ГЦПАП и ВИ МО РФ, г. Липецк) и на кафедре «Информационные системы и защита информации» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ТГТУ»).

Официальные оппоненты: Зайцев Александр Владимирович,

доктор технических наук, ФГБОУ ВПО «Московский авиационный институт» (Национальный исследовательский университет), профессор кафедры «Системы Автоматического и интеллектуального управления»

Кухарев Александр Дмитриевич, доктор технических наук, профессор, ОАО «Калужский научно-исследовательский институт телемеханических устройств», директор по научной работе

Сумин Александр Иванович, доктор физико-математических наук, профессор, федеральное государственное казенное образовательное учреждение ВПО ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», заведующий кафедрой математики

Ведущая организация федеральное государственное унитарное

предприятие «Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем» (г. Москва)

Защита диссертации состоится 5 июля 2013 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.260.05 ФГБОУ ВПО «ТГТУ» по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, Большой зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «ТГТУ».

Автореферат разослан «_

¿V 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Селиванова Зоя Михайловна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В 2005 - 2012 гг. аварийность в авиации Российской Федерации достигла критического уровня - 82 авиационных происшествия, при налете на одно авиационное происшествие, в среднем 22,8 тыс. ч. Практически во всех авиационных происшествиях проявились такие опасные факторы, как несвоевременное оказание квалифицированной помощи экипажам воздушных судов (ВС) при возникновении особых ситуаций в полете и слабый контроль воздушными судами со стороны специалистов группы руководства полетами (ГРП). Это во многом обусловлено снижением уровня профессиональной подготовки специалистов ГРП. Увеличению количества авиационных происшествий из-за ошибочных действий специалистов ГРП способствует ряд причин, среди которых:

- недостаточная укомплектованность тренажной аппаратурой для специалистов

ГРП;

- стремление должностных лиц планировать максимальное количество полетов в летную смену без учета предельно допустимой загруженности специалистов ГРП в соответствии с имеющимся допуском;

- недостаточная эффективность средств информационной поддержки специалистов ГРП в сложной воздушной обстановке, а также при воздействии негативных факторов.

Современные условия управления воздушным движением (УВД) в районе аэродрома и особенности профессиональной деятельности специалистов ГРП характеризуются тем, что при производстве полетов руководство осуществляется в условиях высокой и средней интенсивности воздушного движения. Основным назначением ГРП является активное содействие выполнению плановой таблицы полетов (ПТП), а также соблюдение всех правил, регламентирующих их деятельность. Выполнение столь сложных функций организации полетов доступно лишь сложной высокоорганизованной системе, включающей в качестве взаимодействующих следующие подсистемы: группу руководства полетами, радиотехническое обеспечение полетов и средства связи, наземные и бортовые средства навигации и посадки, авиатехнические средства и др. Это позволило сделать вывод о том, что система управления воздушным движением является полиэргатической.

Основными особенностями системы УВД как полиэргатической системы являются:

- информационные процессы имеют различную физическую природу и высокую интенсивность;

- поведение специалистов ГРП (эргатических элементов (ЭЭ)) не определено жестким алгоритмом, что значительно усложняет прогнозирование процессов изменения параметров движения ВС и, как следствие, организацию эффективной информационной поддержки;

- специалисты ГРП зачастую принимают решение опосредованно, в условиях неопределенности знания воздушной обстановки, при использовании информации от радиотехнических и других средств, которая часто недостаточна или искажена;

- функционирование системы в условиях негативных воздействий, обусловленных: рельефом местности в районе аэродрома; характеристиками технических средств и источников информации; психофизиологическими данньми и профессиональным мастерством ЭЭ;

- имеющиеся недостатки существующих систем УВД приводят к опасным сближениям ВС, нарушениям установленных режимов полета, появлению «перегрузок» специалистов ГРП.

Кроме того, разнородность форм представления информации о воздушной обстановке в районе аэродрома не всегда позволяет интегрировать информацию в реальном масштабе времени для организации эффективной информационной поддержки ГРП при формировании потока ВС.

Как показал анализ литературы, проблема повышения эффективности профессиональной деятельности специалистов ГРП в течение уже нескольких десятилетий находится в центре внимания и остается предметом широких психофизиологических и эргономических исследований. Вместе с тем, несмотря на столь широкий подход к решению проблемы обеспечения эффективности профессиональной деятельности специалистов ГРП, количество авиационных инцидентов по их вине не уменьшается и достигает 15.. .25%.

Наиболее значимые результаты в данной предметной области были получены учеными: Т.Г. Анодиной, A.A. Безбоговым, А.И. Задорожным, Г.А. Крыжановским, В.И. Мокшановым, С.А. Унгурян, Э. Бауэном, У. Грэхемом, Т. Пирси, К. Уиллисом и др. Однако в работах этих и других ученых недостаточно внимания было уделено созданию эффективных эргатических информационных систем (ЭИС) и систем информационной поддержки принятия решений (СИППР), как одному из наиболее эффективных путей обеспечения профессиональной деятельности специалистов ГРП. Недостаточная систематизация знаний и прикладных разработок в сфере совершенствования средств информационной поддержки в эргатических информационных системах УВД (ЭИС УВД), неоднородность концепций распределения и интеграции информационных потоков и ресурсов, их слабая интегрированность в теорию и практику построения ЭИС УВД определили актуальность темы, цель и задачи диссертационного исследования, обоснование объекта, предмета и методов исследования.

Таким образом, актуальность темы определяется: необходимостью повышения эффективности функционирования ЭИС УВД на основе оптимизации информационных процессов и ресурсов для сокращения времени принятия решения, повышения достоверности и оперативности принимаемых решений в условиях воздействия негативных факторов и повышения интенсивности информационных потоков; развитием средств специального математического обеспечения, позволяющих оптимизировать процессы информационной поддержки с целью повышения эффективности принимаемых решений; развитием теоретических основ анализа и синтеза средств поддержки принятия решений.

Степень разработанности темы исследования. Деятельность лиц, участвующих в УВД, характеризуется весьма сложным набором внешних и внутренних условий их работы, состоянием воздушной обстановки, алгоритмами, процедурами, инструкциями, правилами и т.д. Тем не менее все еще остаются нерешенными вопросы концептуального, методологического и технологического характера организации информационной поддержки деятельности эргатических элементов, основанной на информационных технологиях. Среди основных задач, требующих дополнительного изучения, необходимо назвать следующие: роль и место эргатического элемента в системе УВД; механизмы и инструменты реализации этой роли; научные основы формирования информационных процессов и функционирования ЭИС, ее особенности и характерные черты. Объективные предпосылки развития концепции обеспечения безопасности полетов авиации на основе организации информационной под держки ЭЭ заложены в трудах как отечественных, так и зарубежных ученых, рассматривающих систему УВД как полиэр-гатическую информационную систему.

Практическая проблема: в эргатических информационных системах при повышении интенсивности поступления информации о воздушных судах возрастает информационная нагрузка на эргатический элемент, что приводит к увеличению ошибочных действий, особенно в условиях негативных воздействий.

Научная проблема определяется необходимостью снижения информационной нагрузки на эргатические элементы ЭИС и заключается в построении методов и моделей организации информационной поддержки деятельности эргатических элементов ЭИС, позволяющих улучшать качество принимаемых решений по формированию бесконфликтного потока ВС.

Объектом исследования являются информационные системы, ориентированные на человекомашишюе взаимодействие (ЭИС).

Предметом исследования являются методы и модели организации информационной поддержки эргатического элемента в ЭИС для формирования бесконфликтного потока ВС в условиях высокой интенсивности информационных процессов и негативных воздействий.

Цель диссертационного исследования состоит в повышении эффективности функционирования эргатической информационной системы, обеспечивающей формирование бесконфликтного потока воздушных судов на основе новых методов и моделей организации информационной поддержки эргатического элемента.

Цель исследования обусловила постановку и решение следующих научных задач:

- проведение анализа состояния проблемы моделирования процесса функционирования ЭИС УВД;

- разработка классификации средств информационной поддержки в составе ЭИС УВД;

- синтез теоретико-множественной модели информационного взаимодействия элементов ЭИС УВД;

- разработка логико-лингвистической модели выбора аналитической модели парирования негативных воздействий для ЭЭ, адекватной сложившейся воздушной обстановке;

- разработка метода синтеза моделей представления ЭЭ в ЭИС;

- синтез методов и аналитических моделей организации информационной поддержки специалистов ГРП ЭИС УВД в районе аэродрома;

- организация информационной поддержки руководителя полетами;

- организация информационной поддержки руководителя ближней зоны при обнаружении и разрешении потенциальных конфликтных ситуаций для формирования потока ВС;

- организация информационной поддержки руководителя зоны посадки при выводе воздушного судна на линию посадочного курса;

- разработка структуры средств организации информационной поддержки специалистов ГРП при формировании бесконфликтного потока ВС, реализующей разработанные методы и модели.

Методологию и методы исследования составили теоретические положения информатики и общей теории систем, представленные в классических и современных исследованиях отечественных и зарубежных авторов. Теоретической базой исследования послужили фундаментальные положения теории принятия решений, математический аппарат теорий: нечетких множеств, сетей Петри, вероятности, математической статистики и математического моделирования.

Положения, выносимые на защиту:

1. Расширены существующие представления о взаимодействии эргатических элементов эргатической информационной системы управления воздушным движением, выявлены закономерности организации информационной поддержки в условиях повышения интенсивности информационных процессов, их трансформирования под действием как внешних, так и внутренних факторов в результате постановки и решения

проблемы моделирования функционирования эргатической информационной системы управления воздушным движением.

2. Теоретико-множественная модель информационного взаимодействия элементов эргатической информационной системы управления воздушным движением, основанная на представлении гетерогенной системы в виде множеств элементов и информационных функций между ними, отражающая иерархическую структуру эргатической информационной системы управления воздушным движением и отличающаяся строгим разграничением выполняемых задач в условиях повышения интенсивности информационных потоков и влиянии негативных воздействий, дефиците времени на принятие решения специалистами группы руководства полетами.

3. Логико-лингвистическая модель выбора аналитической модели парирования негативных воздействий для эргатических элементов, отличающаяся использованием правила выбора соответствующей аналитической модели решения задачи специалистом группы руководства полетами, адекватной сложившейся воздушной обстановке, на основе использования соответствующих терм-множеств, которые определяются функциональными зависимостями.

4. Метод синтеза моделей представления эргатических элементов в эргатической информационной системе, отличающийся учетом параметрических требований к взаимосвязям между элементами эргатической информационной системы в зависимости от интенсивности информационных потоков и негативных воздействий.

5. Аналитическая модель организации информационной поддержки руководителя полетами, отличающаяся использованием временных характеристик взаимодействия элементов системы в условиях дефицита времени, вызванного повышением интенсивности информационных потоков и влиянием негативных воздействий.

6. Метод организации информационной поддержки руководителя ближней зоны при обнаружении и разрешении потенциальных конфликтных ситуаций, отличающийся одновременным точным определением места воздушного судна в очереди, динамически изменяемой под влиянием негативных факторов, и времени его задержки для их разрешения.

7. Метод организации информационной поддержки руководителя зоны посадки при выводе воздушного судна на линию посадочного курса, отличающийся использованием модели двойного разворота воздушного судна и точным определением момента перекладывания крена.

Теоретическая и практическая значимость.

Теоретическая значимость результатов работы заключается в развитии математического аппарата теории принятия решений в виде упорядоченной совокупности теоретико-множественной, логико-лингвистической и аналитических моделей разрешения конфликтов при взаимодействии элементов ЭИС УВД, для организации информационной поддержки ЭЭ в условиях повышения интенсивности информационных потоков и негативных воздействий.

Практическая значимость результатов, полученных в работе, заключается в применении комплекса проблемно-ориентированных программ, реализующих СИППР специалистов ГРП, на основе разработанной архитектуры средств организации информационной поддержки ЭЭ для эффективного формирования бесконфликтного потока ВС.

Публикации. Все приводимые в работе материалы основаны на обобщении результатов, содержащихся в 70 публикациях, из которых 16 печатных работ опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК к публикации научных результатов диссертационных исследований.

Выносимые на защиту результаты получены соискателем лично. В публикациях, написанных в соавторстве, личный вклад автора заключается в: анализе концептуальных положений предметной области [1, 2, 5 - 9, 10, 13, 14, 26, 29]; формулировке проблемы; разработке и исследовании теоретико-множественной [8 - 10, 13, 14, 23, 30], логико-лингвистической [1, 14, 15] и аналитических [13, 14, 23, 24] моделей и методов информационной поддержки ЭЭ в ЭИС УВД; разработке: метода синтеза моделей представления ЭЭ в ЭИС [3, 9]; аналитической модели организации информационной поддержки руководителя полетами [3, 5, 8, 9, 12], метода организации информационной поддержки руководителя ближней зоны при обнаружении и разрешении потенциальных конфликтных ситуаций для формирования потока ВС [3, 6, 23, 24, 31, 32], метода организации информационной поддержки руководителя зоны посадки при выводе воздушного судна на линию посадочного курса [2-4, 11, 15, 23, 24].

Степень достоверности и апробация результатов. Определяется: корректным применением научных методов и методического аппарата теорий множеств и принятия решений, современных концепций распределения информационных потоков и ресурсов; совпадением полученных теоретических результатов с результатами проведенных экспериментов; согласованностью с результатами, полученными другими авторами; адекватностью предложенных методов и моделей реальным процессам.

Результаты диссертационной работы докладывались на: 1-й Международной заочной научно-практической конференции «Наука и бизнес: пути развития», Тамбовский государственный технический университет (г. Тамбов, 2009); 2-й Международной заочной научно-практической конференции «Интеграция науки и производства», Тамбовский государственный технический университет (г. Тамбов, 2010); XII Международной научно-технической конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии» 9-10 февраля 2012 г. (г. Воронеж); IX Всероссийской научно-технической конференции «Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического моделирования» (г. Тамбов, 2009), а также на семинарах кафедр вычислительной техники и автоматики, эксплуатации средств радиотехнического обеспечения (полетов авиации) Тамбовского ВВАИУРЭ (ВИ), заседаниях военно-научного совета 4 ГЦ ПАП и ВИ МО РФ и кафедры «Информационные системы и защита информации» ТГТУ (2000 - 2012 гг.).

Исследования проводились в рамках выполнения ОКР «Рейс-2000» (Автоматизированная система управления полетами, навигации, посадки и связи для аэродромов военной авиации), научно-исследовательских работ, проведенных под руководством автора в 4 ГЦ ПАП и ВИ МО РФ. В диссертации использован опыт автора по сопровождению исследований в сфере разработки, внедрения и применения информационных систем в составе системы УВД, преодоления проблем интегрирования системы информационной поддержки эргатических элементов в общую систему организации воздушного движения.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, заключения, списка использованных источников, приложений. Основной материал изложен на 305 страницах, содержит 26 таблиц, 75 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы, дано краткое содержание диссертации по разделам.

В первой главе «Анализ состояния проблемы моделирования функционирования эргатической информационной системы управления воздушным движением» проведен анализ современного состояния проблемы моделирования функционирования эргатической информационной системы УВД, организации движения ВС в районе аэродрома, сформулированы основные факторы, оказывающие влияние на возникновение ошибок в деятельности специалистов ГРП.

Выделен ряд характерных событий, признаков и факторов, обусловливающих (в комплексе с другими явлениями) авиационные происшествия. Обосновано, что наибольшая аварийность ВС характерна для этапов, особенностью которых является нестабильность параметров движения воздушных судов: набор высоты - 18%, заход на посадку и посадка - 48%. Для выявления характера распределения авиационных инцидентов в течение летной смены были проанализированы инциденты за период 1994 -2012 гг., связанные с ошибками специалистов ГРП. Доказано, что наибольшее количество инцидентов происходило в период со второго по четвертый часы летной смены, с пиком на 3-м часе.

Выявлена связь ошибок специалистов ГРП с их загруженностью. Анализ плотности воздушного движения показал, что ГРП работает в условиях чередующихся переменных нагрузок, превышающих нормативно-одобренные значения и возможности специалистов ГРП в своих максимальных значениях. Коэффициент загруженности (К,) составил 0,86...0,91 при норме 0,75. Следовательно, ошибочные действия специалистов ГРП при формировании бесконфликтного потока ВС в значительной мере обусловлены высокой плотностью и интенсивностью воздушного движения в их зоне ответственности и влиянием негативных факторов.

В связи с изложенным, разработка методов и моделей информационных процессов ЭИС УВД и организация информационной поддержки эргатических элементов в условиях повышения интенсивности информационных потоков и воздействия негативных факторов являются актуальным направлением разрешения научной проблемы.

Во второй главе «Теоретические основы моделирования функционирования эргатической информационной системы управления воздушным движением и организации информационной поддержки» проведенный автором анализ проблемы моделирования ЭИС УВД позволил предложить теоретико-множественную модель информационного взаимодействия элементов ЭИС УВД. В главе расширено содержание понятия информационной поддержки как процесса, обеспечивающего принятие решений при формировании бесконфликтного потока воздушных судов, в этом случае ЭИС есть:

8={и,Х,Г,Х,3), (1)

где 5- ЭИС; и - множество входов ЭИС; Х- множество состояний ЭИС; У- множество выходов ЭИС; 5? = {Я:Ц>сУ-> У} - множество реакций ЭИС (отображение «вход-состояние-выход»); 3 - {Р\ХхУ-* У} - множество информационных функций ЭИС (отображение «вход-состояние-состояние»).

ЭИС, описанная в (1), является полугруппой и может быть представлена как сплетение более простых конструкций: 5, 5Т и соответственно описание ЭИС, ее эргатической, технической и информационной подсистем (рис. 1). На рисунке 1: ит - входы от технических средств в ЭИС; множество входов эргатической части содержит два подмножества: ¿/зво - входные воздействия, поступающие из внешней среды, и С7,и - входные воздействия, поступающие в от информационной части ЭИС. Множество входов Ц информационной части ЭИС также содержит два подмножества: ито - множество входных воздействий на из внешней среды И С/Иу - множество входных воздействий на 5Т от эргатической части ЭИС.

с/,

Рис. 1. Структурная модель ЭИС

Г

При разработке теоретико-множественной модели информационного взаимодействия элементов ЭИС УВД полагалось, что работа взаимодействующих специалистов ГРП и экипажей ВС идеальна, и она представляет собой внешние, по отношению к ЭИС УВД в аэродромной зоне, воздействия. В случае осуществления полетов и обслуживания воздушного движения по плану (стационарный процесс) воздействия задаются в виде информационной функции Р, тем самым реализуя определенный способ управления системой.

Глобальная задача 2, решаемая специалистами ГРП, определяющая назначение

системы в целом и находящаяся на верхнем уровне иерархии иг, является корнем дерева задач, решаемых ЭЭ в ЭИС.

Место произвольной задачи в дереве задач определено номером и2 уровня иерархии (декомпозиции), значение которого изменяется в диапазоне [0, £/2].

Задача г находится на уровне декомпозиции и2 =0. На следующем уровне декомпозиции (и2 =1) размещается множество частных задач, решение которых обеспечивает достижение цели специалистом ГРП, и т.д.

Анализ дерева задач (рис. 2) показал, что оно описывает подчиненность функциональных единиц, обеспечивающих решение целевых задач. Для уточнения связей подчиненных узлов дерева целесообразно использовать схемно-математическое описание их информационного взаимодействия, т.е. морфологию.

Теоретико-множественная модель (рис. 2) информационного взаимодействия элементов ЭИС УВД позволяет структурировать задачи организации информационной поддержки по значимости для формирования бесконфликтного потока ВС, однако не учитывает фактор разнородности подходов к решению задач информационной поддержки для различных эргатических элементов, поэтому существует необходимость разработки методов и моделей взаимодействия системы «Экипаж-воздушного судна-ГРП-эксплуатационная среда».

Анализ процессов взаимодействия элементов этой системы позволил получить процедурную модель, обобщающую информационный обмен в ЭИС УВД и позволяющую определить взаимодействие структурных элементов системы (рис. 3). На рисунке 3 представлены внешние источники информации: диспетчерский радиолокатор (ДРЛ); обзорный радиолокатор (ОРЛ); автоматический радиопеленгатор (АРП); радиотехническая система ближней навигации (РСБН); посадочный радиолокатор (ПРЛ); метеорологический радиолокатор (МРЛ); аппаратура отображения навигационной информации (ОНИ); средства передачи (приема) команд: ультракоротковолновые радиостанции (УКВ р/ст), коротковолновые радиостанции (КВ р/ст); помощник руководителя полетов (ПРП); радиолокационная информация (РЛИ); ДПРМ - дальний приводной радиомаяк; рабочее место (РМ); приводная аэродромная радиостанция (ПАР).

{Ц,Х, У, X, 5}

Эргатическая часть

Техническая часть

Структурная компонента

Информационная часть

Параметрическая компонента

Эргатическая часть - специалисты ГРП (руководитель полетов (РП), руководитель ближней зоны (РБЗ), руководитель зоны посадки (РЗП)). Пространство входов:

О £/тво,

Цс = ад /(ад п [У,вс п ад;

^ИВО /(^КВО

п ад;

с/и = ¿Лео /(¿/лю П Цто); с/, = ц-с х ад х ад Пространство состояний:

X ~ Х3 х Хл х Хт. Пространство выходов:

Техническая часть -

радиолокационные средства, средства связи и радиотехнического обеспечения полетов авиации, средства отображения радиолокационной информации. Пространство входов: ит = игс хип х(У;тс;

У& ХУиэв ;

Пространство выходов:

Ум~ УуТВ X Угв X Утэв .

Ут~ Узп X ^тв X У^зв Реакция системы:

ЗГ = {« :ЦхХ-+ У}

Информационная часть - база знаний, подсистема моделирования, подсистема выбора альтернатив. Пространство входов:

и„ = и„с хи„х

Цяс •

Пространство выходов:

Г, Уки X Уиэ X Уиэв . Информационная функция:

3= {Р:Хх.У-*У}. Пространство задач:

г={2пл=и\}\

Реализация Ж, задачи через информационную функцию: 2 ^ ^ хг х

'М2„.....<и'„а «Л,.....шгЛп .............»"д.,

хГ

''■,2Л.....'".../2,,

Пространство входов и выходов: XI ={Хгг°\Х1-™}; Х'к-а сГ; Л^-'" «А";

г;-«» , к-\,к, ¡1" =!,/»-"};

где А* и К/ - множества входов и выходов подчиненных задач

Морфология решения целевой задачи:

-ГсХ'хУ^сХ^хУ/,

где

'<»*+1)...„п

"•"л.....ч «.41) в1.1 .....«* +1)-л„

Рис. 2. Теоретико-множественная модель информационного взаимодействия элементов ЭИС УВД

Анализ предметной области показал, что применяемые в настоящее время методы и модели, входящие в модель информационного обмена и описывающие функционирование ЭЭ в ЭИС УВД, не всегда позволяют обеспечить эффективную информационную поддержку ЭЭ, так как каждый специалист ГРП обладает уникальным набором информационных функций, которые в своей совокупности влияют на достижение общей цели -обеспечение безопасности полетов. В связи с этим необходим переход к качественным показателям функционирования ЭЭ. Для обеспечения такого перехода разработана логико-лингвистическая модель выбора аналитической модели парирования негативных воздействий для ЭЭ, представляющая собой совокупность нечетких правил продукции, описывающих действия в непредвиденных ситуациях, которые имеют вид: если Zi(k) есть правило, определяющее непредвиденную ситуацию в ЭИС УВД в зоне ответственности специалиста ГРП, a Fn - значения лингвистических переменных, характеризующих ситуацию, где к — дискретные временные интервалы, то используется соответствующая аналитическая модель определения параметров движения ВС в конкретной ситуации.

Разработанные нечеткие правила выбора соответствующей аналитической модели для парирования негативных воздействий специалистом имеют вид:

Правило ¿¡(к):

if специалист ГРП ="руководите ль полетов" & скорость ВС ="высокая"&высота полета= ="малая"& направлени е ветра - 'попутно - боковой"&с корость ветра = ="превышающеедопустимое"уметеоусловия="сложные метеоусловия^ v время принятия решения ="малое" then модель движения есть: "уход на второй круг":

¿,(0 = A,x{t) + ^,(0^/(0 +w,(0; (2)

= C,x(i) + V](/), для i = \...I.

Формирование последовательности команд:

Правило z70(k):

if специалист ГРП ="руководите ль ближней зоны" & скорость ВС ="нормальная "& местополож ение ВС ="район аэродрома" &метеоусло вия =" сложные метеоуслов ия"& наличие опасных явлений погоды ="да"& скорость ветра ="предельная "v высота ВС = =" заданная" v время принятия решения - 'достаточно e"v расстояние до ОЯП - 'безопасное" then модель движения : маневр по направлению для обхода опасного явления погоды (согласно выражению (2)).

Формирование последовательности команд:

иГЫк), ft(0).«?W*), ёгШ -, 4?w*). 8i(0).

В выражении (2): х,(г") =[х,(/), х2(/),..., x„(t)]T е R"x] - вектор состояний динамических объектов системы УВД, tek- непрерывное время внутри ki интервала;

и,(0 = [ы,(/), м2(0, «т(0]Г е _ вектор управления динамическим объектом (тяга двигателя, крен, тангаж); н>(*) = [>',(/), м>2((),..., и'„(/)]Г е И"У] - влияние внешней среды (скорость и направление ветра, характеристики атмосферы, орнитологическая обстановка); >*,•(/) - выходы системы (характеристики уравнения наблюдения); V, (I) - погрешность измерения; - значения лингвистических переменных о воздушной обстановке, зависящие от количества и типов ВС, траекторий и параметров их движения, расположения препятствий, зон закрытия, метеорологической обстановки и атмосферных явлений; г2(к),..., 2¿к), А, £ Япхт , 5, е Кпхт, С,- е 1ГУт - правила, определяющие классификацию непредвиденных ситуаций в системе УВД.

Для достижения цели функционирования системы используется качественная информация, представленная в логико-лингвистической модели выбора аналитической модели парирования негативных воздействий для ЭЭ термами, для формализации которых применены функции принадлежности.

Таким образом, процедура выбора аналитической модели парирования негативного воздействия для ЭЭ на основе логико-лингвистической модели заключается в выполнении следующих действий:

1. Определяется множество исходных параметров для решения конкретной задачи в ЭИС УВД (соответствующим специалистом ГРП).

2. Проводится классификация неблагоприятной ситуации с ВС в ЭИС УВД на основе использования базы знаний (нечеткие правила управления).

3. Определяются области допустимых значений параметров ВС при возникновении неблагоприятной ситуации.

4. Формируются нечеткие правила описания зависимостей между переменными в (2), выбираются виды функций принадлежности.

5. Уменьшается неопределенность состояния ВС в системе УВД путем решения задачи определения детерминированных управляющих параметров.

6. Повторяются шаги 2 - 5 до тех пор, пока не будут найдены оптимальные состояния ЭИС УВД.

Анализ информационного взаимодействия ЭЭ в ЭИС УВД позволил сформулировать новый подход к решению общей и(или) частных задач, решаемых специалистами ГРП, и осуществить организацию информационной поддержки ЭЭ с помощью программного обеспечения на основе разработанных новых методов и моделей организации информационной поддержки. Один из возможных вариантов построения алгоритма организации эффективной ИП деятельности специалиста ГРП реализуется путем задания множества Сти возможных вариантов решений щ (г = 1, ..., Г), принимаемых специалистом ГРП. Множество <7И декомпозируется, в зависимости от вариантов принятия решений, на подмножества (? - число вариантов принятия решений). Множество Н показателей ^ эффективности решений выражается в виде

Я^и^^ЯСР,,^,...,^) , (3)

в соответствии со значениями этих показателей, решения специалиста ГРП щ относятся к области допустимых, если совокупность частных показателей находится в области С?у :

<4. (4)

Совокупность показателей (4) позволяет уточнить понятие оптимального решения и« = , если Н\ и* ) достигает максимального значения. Основная задача специалиста ГРП состоит в отборе подмножества С^5' решений, в котором может оказаться

допустимое решение.

Пользуясь вьщвинутыми предположениями, специалист ГРП производит упорядочивание подмножеств = 1, 2, ..., т) с использованием оценки перспективности своих действий, полученной на основе профессионального опыта и выражаемой в виде функции

р,[н8ЛщЛ (5)

где 5 = 1, ..., т.

Для вЦ вычисляется и оценивается область показателей эффективности (4), затем устанавливается наилучшее из них, принимаемое за локально-оптимальное и^ . После сравнения элементов конечного ряда решений специалист ГРП одно из полученных локально-оптимальных решений принимает за оптимальное уже при повторении предположений и эвристической оценки наилучшего множества 01 .

Исходя из анализа приведенных выше результатов и деятельности специалиста ГРП, для устранения неопределенности при принятии решений в состав рабочих мест ГРП предложено включить СИППР, структура которой представлена на рис. 4.

Рис. 4. Структура СИППР

Для определения достаточного и необходимого множества методов и моделей организации информационной поддержки эргатических элементов в ЭИС УВД автором разработана классификация средств информационной поддержки в виде совокупности информационно-аналитических методов и моделей, позволяющих формализовать состояния эгратических элементов и обеспечить их эффективную информационную поддержку. На ее основе получен метод синтеза моделей представления ЭЭ в ЭИС УВД с учетом их свойств и соединения элементов. Согласно этому методу ЭЭ в ЭИС УВД рассматривается как совокупность элементарных структур с целью выявления новых свойств и улучшения качества функционирования, которыми не обладает сумма разрозненных компонент, входящих в состав системы. Элементарные структуры требуют для этого внешнего активирующего воздействия, которым является повышение интенсивности информационных процессов или негативное воздействие, а оно должно быть выше критической величины:

М%р|- (в)

При этом воздействие должно быть адекватным свойствам наблюдаемого объекта (ВС), что отражается сущностью укр. Каждая из элементарных структур ЭИС УВД

имеет классификационный признак в виде независимого параметра, на базе своего специфического закона сохранения, т.е. строго физически и математически обоснована.

В соответствии с теоретико-множественной моделью, любая ЭИС допускает формальную декомпозицию на эргатическую, информационную и техническую части, имеющие непересекающиеся множества объектов состояния и связанные через свои компоненты множеств объектов входа и выхода. Пространство состояния эргатической части ЭИС УВД целесообразно расширить включением в него переменных, характеризующих профессиональные функции человека-оператора и представляющих собой пространство профессионального состояния эргатической подсистемы ЭИС УВД. Для организации эффективной информационной поддержки ЭЭ в ЭИС УВД необходима разработка определенной совокупности методов и моделей парирования негативных воздействий при формировании бесконфликтного потока ВС.

В третьей главе «Разработка моделей парирования негативных воздействий в эргатической информационной системе управления воздушным движением в зоне ответственности руководителя полетами» представлено описание процесса формирования бесконфликтного потока ВС в зоне ответственности руководителя полетами (РП). Обосновано, что традиционные сети Петри не позволяют построить полноценную модель организации информационной поддержки, поскольку в них не предусмотрены такие важные для рассматриваемой предметной области случаи, как наличие приоритетов в поступающих требованиях на обслуживание и возможность отказа в обслуживании. Поэтому для моделирования динамики процесса информационной поддержки специалистов ГРП, характеризующегося параллельностью независимых событий, были использованы окрашенные сети Петри, позволяющие представить в виде сетевого процесса деятельность РП при решении задач формирования бесконфликтного потока ВС в аэродромной зоне, с учетом наличия требований на обслуживание с различными приоритетами.

Общее описание аналитической модели организации информационной поддержки РП представлено в виде сети Петри:

N = (Р, Т, I, О, |i0),

Р = {РиРг, ■■;Рк, ■ • ч РлОЬ • • Р(п + 1)0Ь •••}; т= {tь t2,..., tk, ■••, t„01,..., /(„ +1)01, ■••};

I: т^ Poo, О: Т^ Poo; (7)

щ, 1{рд) = #(ph 0{tj)), щ, Ofa)) = #(Pi, my;

H = {1,0,..., 0, 0, 0, ...},

где P = {p,} - конечное непустое множество позиций, i = l,K ; Т = {(,■} - конечное

непустое множество переходов, j = 1, К ; 1:{Р^Т) - входная функция (входящий поток); О : (Г —> Р) - выходная функция (исходящий поток); ц0 - начальная маркировка сети.

Началом работы модели является отмеченная позиция. При поступлении требования на обслуживание осуществляется переход на соответствующую ветвь сети. Если поступившее требование имеет более высокий приоритет, то обслуживавшееся требование прерывается и начинает «дрейфовать». Одновременно выполняется контроль длительности «дрейфа» и при необходимости снятие с обслуживания. Признаком окончания работы модели является завершение рабочей смены РП. Фрагмент деятельности РП в виде сетевого процесса представлен на рис. 5.

Р(|Н-2)01 Р<п+!)02 Р(о«)03

(-<>»1*04*0 u • •••

/ _ ._._._.—■- — >) l+l — приоритет

1

\

_ \ ___ ДГ Р(»»1)02 Р(В+

<п+1) *кЛКЖ>

I ' w

\ > і - приоритет

Р„1 р.ч р.«\ р.« ^ Р-

■ H<>K>h6rK>Pp"\

ttoOl t„02 t„03 \t.04 tnos I \

\ \ J \

Pi t, P; b Рз U P4 U p, t< Рб I. pj tl p. is Р»

Рис. 5. Деятельность РП в виде сетевого процесса

Основные ограничения к порядку обработки требований, исходя из условий ограничения обслуживания и перемещения, выражаются следующими положениями:

1. В случае бесприоритетного обслуживания множества требований, поступивших на вход системы, вначале обслуживается требование, поступившее первым:

х1>х2>х3...х1; 1 = 1, N ,

(8)

при условии: /,</2<г3.../1; / = 1, N.

2. В случае приоритетного обслуживания множества поступивших требований первым обслуживается требование, имеющее более высокий приоритет:

Н=ХхТхЬ,

(9)

где Н- иерархия приоритетов; Х = {х,} - входы системы (требования, поступающие на обслуживание); Г = {/,} - множество моментов времени поступления требований на обслуживание; £ = {/,} - множество приоритетов требований, поступающих на об-

служивание.

Тогда частичный порядок определяется как:

>- х1, если /,_, >- /,.

(10)

Исходя из сущности организации информационной поддержки РП и предпосылок, используемых при моделировании, исчисление высказываний при проектировании процесса формирования бесконфликтного потока ВС должно, прежде всего, отражать состав требований, последовательность их обслуживания и технологические операции. Суммарное время занятости РП слагалось из временных затрат на выполнение обязанностей, предписанных во время руководства полетами. Регистрация загруженности РП в ходе летной смены производилась путем хронометрирования его действий, с определением среднего времени выполнения одной операции, общего времени по выполнению каждой из функциональных обязанностей и коэффициента временной загруженности. В целях определения направлений устранения неопределенности, вызванной воздействием негативных факторов в профессиональной деятельности РП, проверки достоверности построенной модели на основе окрашенной сети Петри была разработана аналитическая модель деятельности РП как системы массового обслуживания.

Для моделирования профессиональной деятельности РП в условиях возникновения лимита времени в случае высокой интенсивности воздушного движения использовалась одноканальная система массового обслуживания (СМО) с неограниченной длиной очереди требований и приоритетами. Для общего времени пребывания в системе и среднего времени ожидания в очереди требования с соответствующим приоритетом к имеем:

к \ / ^ _

1-£р< А+ IV?/2

1=4+1

Т -А-1к ~

( К \( К

1-2> ^ЕР'

V ¿=4 у ч /=4+1 7

Ж = Т-—-

тг I Л1 >

И,

(И)

где X,- - плотность распределения /-го требования; (Х,- - средняя интенсивность обслуживания /-го требования; р,- =А.,/ц, - уровень занятости системы; К — количество приоритетов обслуживания требований; Щ - среднее время нахождения требования в очереди; х,=1/ц, - средняя длительность обслуживания /-го требования.

Такие показатели эффективности, как вероятность отказа в обслуживании и коэффициент загруженности системы, определяются как:

где Рк, Р0- вероятности обслуживания требования с приоритетом к и отсутствия очереди соответственно.

Выражения (11) - (13) описывают аналитическую модель деятельности РП как системы массового обслуживания с приоритетами и ожиданием. Разработанные аналитическая модель организации информационной поддержки РП (7) - (10) и аналитическая модель деятельности РП как СМО (11) - (13) позволяют в полном объеме описать процесс организации информационной поддержки в зоне ответственности РП при формировании бесконфликтного потока ВС.

В четвертой главе «Метод организации информационной поддержки руководителя ближней зоны при обнаружении и разрешении потенциальных конфликтных ситуаций» в результате проведенного анализа профессиональной деятельности специалистов ГРП, представленного в 1 главе и приложениях А - Г, сделан вывод, что дистанционный характер деятельности руководителя ближней зоны (РБЗ) определяется моделью взаимодействия ЭЭ в процессе формирования потока ВС в районе аэродрома с информационной моделью среды и ВС, что позволило выявить необходимость организации информационной поддержки РБЗ.

Анализ дерева задач теоретико-множественной модели (рис. 2) выявил задачи, решение которых связано со значительными временными затратами, а именно обнаружение и разрешение потенциальных конфликтных ситуаций между ВС и построение маневра задержки ВС на заданный интервал. Задача формирования бесконфликтного потока ВС, заходящих на посадку, порождается неравномерным распределением потока ВС в пространстве и во времени. В результате из-за дефицита времени РБЗ не всегда может рассчитать и обеспечить оптимальные режимы полетов, одновременно учитывающие весь комплекс требований по безопасности, регулярности и экономичности полетов.

Модель построения маневра для задержки ВС на заданный интервал необходима для организации информационной поддержки РБЗ для оперативного принятия решения по управлению ВС. В модели использован критерий минимума временной задержки ВС при выполнении маневрирования, что позволяет в полном объеме определить численные значения всех участков траектории задержки при соблюдении существующих ограничений (рис. 6). Именно эти значения участков траектории задержки ВС, выведенные на информационную панель РБЗ, и составляют основу его действий при формировании бесконфликтного потока ВС. На рисунке 6: УР, - первый угол разворота;

(12)

(13)

К

Я - радиус разворота; (а; Ъ) - прямая, ортогональная прямой (с; с1) в точке конца первого разворота; А - точка пересечения прямой (а; Ь) и окружности первого разворота; (с; с[) - первый линейный участок маневра задержки ВС; (е;/) - прямая, ортогональная прямой (с; еГ) в точке В начала второго разворота; В — точка начала второго разворота; УР2 - первый угол разворота; С - точка конца второго разворота; (к; Г) - расстояние от точки С конца второго разворота до КПМ (точка О); (т; п) — расстояние от центра второго разворота до КПМ (точка О); Н - расстояние от центра второго разворота до прямой, определяющей исходную траекторию движения ВС; Ь — длина начальной траектории движения ВС.

Исходя из условий, которые определяют структуру воздушного пространства и параметры движения ВС, предполагалось, что при наличии одного ВС время его нахождения в воздушном пространстве равно /г. При появлении в аэродромной зоне ВС в

количестве г > 2 и возникновении конфликтов, связанных с нарушением безопасных интервалов по прибытии ВС к торцу ВПП для ВС, участвующего в разрешении конфликта, время увеличивается на время его задержки ¿зад = - , необходимое для

формирования безопасного временного интервала между ВС и определения места ВС в очереди. В первой и второй главах обосновано, что формирование бесконфликтного потока ВС при К, > 0,75, реализуемое за счет профессиональных навыков РБЗ, не всегда позволяет обеспечить формирование бесконфликтного потока ВС с минимизацией интервалов времени прибытия на ВПП. Решение задачи построения бесконфликтного потока ВС при заходе на посадку осуществляется по критерию минимума нахождения ВС в ближней зоне:

к

= ^Дг, —>гтп , (14)

где Д/,- - время, определяющее задержки при формировании бесконфликтного потока

ВС; К - количество вариантов действий, реализуемых при формировании бесконфликтного потока ВС.

Рис. 6. Результат функционирования СИ1ІГІР РБЗ при формировании бесконфликтного потока ВС

Использование критерия (14) предусматривает минимизацию времени нахождения ВС в воздушном пространстве и времени маневра задержки /1ад ВС на множестве

вариантов действий, реализуемых при формировании потока ВС в ближней зоне и, как следствие, уменьшите общего времени нахождения ВС в воздушном пространстве ближней зоны.

Суть метода заключается в выполнении следующих этапов:

1. Определение времени до посадки ВС для всех вариантов захода на посадку.

2. Определение разницы времени между влетевшим ВС и воздушными судами сформированного потока.

3. Определение задержки времени для разрешения ПКС.

4. Формирование вариантов бесконфликтного потока ВС с учетом времени задержки.

5. Определение маневра ВС для его задержки на заданный интервал.

6. Формирование конечного потока ВС.

Информационные функции, представленные набором формируемых команд СИППР РБЗ в виде курсов полета, времени задержки, пространственного положения точек начала и окончания разворотов, обеспечивают формирование бесконфликтного потока ВС.

Предложенный метод организации информационной поддержки РБЗ при обнаружении и разрешении потенциальных конфликтных ситуаций основан:

— на совместном использовании модели представления ЭЭ, которая выбирается в соответствии с анализом дерева задач (теоретико-множественной модели, рис. 2) и СИППР;

— на использовании логико-лингвистической модели, позволяющей парировать конкретный набор негативных воздействий, формирующей информационные функции в виде последовательности команд и выбора аналитической модели построения маневра для задержки ВС на заданный интервал.

Организация информационной поддержки РБЗ на основе разработанного метода позволила:

— уменьшить время нахождения ВС в ближней зоне и расход топлива при заходе на посадку на 23%;

— уменьшить коэффициент загруженности на 33%.

В пятой главе «Метод организации информационной поддержки руководителя зоны посадки при выводе воздушного судна на линию посадочного курса» представлены метод и аналитическая модель построения оптимальной траектории захода ВС на посадку.

Несмотря на развитие бортовых навигационных и наземных радиотехнических средств, эффективное построение предпосадочного маневра и снижения ВС на посадочном курсе возможно исключительно при контроле этого процесса со стороны РЗП. Границы этого пространства определены линейными боковыми отклонениями и отклонениями по высоте, а также отклонениями от заданной скорости полета. Если к моменту входа в зону посадки воздушное судно имеет вектор скорости, ориентированный параллельно продолжению оси ВПП, то СИППР РЗП оценивает необходимость построения маневра на основе логико-лингвистической модели и формирует информаци-

онные функции в виде последовательности команд по выполнению двух сопряженных координированных разворотов по точному выводу ВС на ВПП при существующих ограничениях по крену. В СИППР РЗП реализована модель построения маневра захода ВС на посадку на основе критерия минимума времени пребывания ВС в зоне посадки:

где ¡1 - время прохождения г'-го участка, / = 1,2,...; N - номера участков.

Информационная поддержка РЗП организуется путем классификации негативных воздействий с использованием блока правил логико-лингвистической модели и выбора на ее основе соответствующей аналитической модели определения закона изменения угла крена ВС. Выбранная модель движения ВС обеспечивает выполнение захода на посадку с уменьшением скорости и двумя разворотами и выполнение ограничений по безопасности (рис. 7). На рисунке 7 используются следующие обозначения: Я, - текущий радиус окружности движения, м; Я, - радиус разворота воздушного судна в момент времени / = 0, 0,01, 0,02, ..., п, (м); - угол разворота воздушного судна в первой половине маневра в момент времени /; I, - линейное боковое уклонение воздушного судна от линии посадочного курса; О - точка изменения крена воздушного судна; а, - угол разворота воздушного судна во второй половине маневра в момент времени /; Х0, У0, Лр, Ур - координаты центров разворота воздушного судна (центр логарифмической спирали).

(15)

;=1

Y,M

Ограничения:

/

/

- по крену Р < 30;

- по скорости V:

- на дальности 20 км- 550 м;

- на дальности 4 км — 320 м;

- по высоте, на разных участках Н^:

- на дальности 20 км - 180 м;

- на дальности 15 км - 135 м;

- на дальности 10 км - 90 м;

- на дальности 4 км - 36 м;

- по курсу у = ±3 град.

Правило г125(ку.

ії" специалист ГРП="рухо водите ль зоны посадки посадочная скорость В С ="нормалъная "& & местоположение ВС="ене зоне допустимых отклонения "& высота ВС ="выше глиссады"& & нахождение па 1ЛС="по г\рсуг&дальнос'гь До ВПП="средтм"& & направление ветра ="встречно-бокоеой"&скорость ветра =">юрмальная"у vмeтeoycлoвиJ ="сло*ные метеоусловш"увремя принятия решения =="нет" іЬеп модель движений есть ^уходна»торойкруг".

Oj

у Правило zl2s (к):

if специалист ГРИ =" руководитель зоны посаЛки"&посадочная скорость ВС="нормальная"& & местоположение ВС^'рачворот на посадочный гурс"& высота ВС ="норыальная"&. & радиус разворота нд посадочный курскиесоогветствует"&направление ветра = ="встречно - боковой "&скорость ветра ="|юрмалькая "v время принятия решения достаточно ( then модель движения есть:после выхода на посадочный курс маневр по направлению до исправления ошибки.

| ВПП

Х,М

Рис. 7. Результат функционирования СИППР РЗП при заходе ВС на посадку

Информационные функции в виде последовательности формируемых команд СИППР РЗП в виде курсов полета на двух участках, времен выполнения разворотов, пространственного положения точки перекладывания курса и удаление от ВПП после окончания маневра обеспечивают расширение допустимой зоны захода на посадку.

В главе предложен метод организации информационной поддержки РЗП при выводе воздушного судна на линию посадочного курса, основанный:

- на совместном использовании модели представления ЭЭ, которая выбирается в соответствии с анализом дерева задач (теоретико-множественной модели, рис. 2) и СИППР;

- на использовании логико-лингвистической модели, позволяющей парировать конкретный набор негативных воздействий, формирующей информационные функции в виде последовательности команд и выбора аналитической модели построения траектории захода на посадку.

Организация информационной поддержки РЗП на основе разработанного метода позволила:

- в 9 раз уменьшить ошибку вывода ВС на линию посадочного курса;

- в случае отклонения ВС от линии посадочного курса уменьшить время нахождения ВС в зоне посадки на 28%.

В шестой главе «Структура средств организации информационной поддержки специалистов группы руководства полетами при формировании бесконфликтного потока воздушных судов» представлено описание средств информационной поддержки специалистов ГРП в виде программных модулей и связей между ними, представляющих собой структуру информационной поддержки ЭЭ. Показано, что основу этой структуры составляет СИППР, представленная на рис. 4 для каждого специалиста ГРП. Режимы функционирования СИППР определяются в соответствии с деревом задач теоретико-множественной модели (рис. 2). СИППР РП выполняет следующие функции: внесение справочной информации; составление плановой таблицы полетов; анализ плановой таблицы полетов; отображение на рабочем месте РП движущихся символов, содержащих информацию о характере выполняемого полета; представление РП информации о времени до запуска (взлета, посадки) ВС, в том числе и о задержке события; ввод информации о факте и текущем времени запуска (взлета, посадки) с рабочего места хронометражиста; коррекция информации о полете ВС при возникновении изменений; информирование РП об одновременном количестве ВС в воздухе; информация о наступлении сумерек, ночи. Организация информационной поддержки РП представлена на рис. 8.

СИППР РБЗ выполняет следующие функции: отображение текущего состояния объектов управления; определение и отображение точек входа в ближнюю зону; отображение и оповещение о потенциальных конфликтных ситуациях при формировании потока ВС; отображение информации о параметрах маневра задержки ВС на заданный интервал для разрешения потенциальных конфликтных ситуаций; отображение курса в точке изменения крена ВС, дальность до ВПП и боковое уклонение в момент окончания маневра ВС; отображение информации о сформированном бесконфликтном потоке ВС. Организация информационной поддержки РБЗ представлена на рис. 9.

.■<->:Й V« й■ п:э Ц Щ;' г?;

ад!* Я

Ш

111111 ШШ'^:

ЩШВВ

19

ЩЩШ: 11111;:

•■«т

л а

Ш-т---^--:--'«

Ы «е :

ИГ*

.....:"":'

. : к «к :

' ©¡-ффн»

фЗДНДОШЯфтф........................... ...

' I Мы

_ _ 3. чеса

( %о. ( ( ^ .т.

......'23

©*5м«£Г ©П ММндага полету 315

; Пшвг : &М0. ЯОЯЙТ« 3 обычный : «ЙМ6Р йв^Тй \23 ; Н-ачлмв тедояг* }

{35

Рис. 8. Функционирование СИППР РП в режиме определения отклонений от установленного плана полетов

№

XV-. . \

Г \ ■ .И \ . \ V йеч .4- ОС-.-Я-.- V .... • Л • .. ••, Д / т

Г.» ; ■ 1~Л

В, (1: 'Ш \ / ••.••»» ■ \

Рис. 9. Функционирование СИППР РБЗ в режиме формирования бесконфликтного потока ВС

Кб 600 550 500 « Ж Зй ЗС 255 1» Й5 3

Исгм реального времени (сек.)

¡га бот >.52*9'®» <

бсрт ш< 4»1? *)»

Вер: китЬ «40

»440 5»*? >й4*г :*Е>

баГО >я4нг й£» "

К ЧЭфМч?»! 5 4

В структуре СИППР РБЗ предусмотрена подсистема определения маневра задержки ВС на заданное время для построения бесконфликтного потока ВС.

СИППР РЗП (рис. 10) выполняет следующие функции: отображение текущего состояния ВС; определение и отображение зон, обеспечивающих выполнение безопасного захода ВС на посадку; отображение траекторий захода ВС на посадку с точным местом перекладывая крена, траекторий захода на посадку с учетом ошибок скорости

воздушного судна; информирование о времени выполнения первой и второй части маневра; информирование о курсе в точке перекладывания крена воздушного судна, дальности до ВПП и бокового уклонения в момент окончания маневра (в соответствии с моделью на рис. 7).

¡■'Результаты"

204\ [54]град, Отклонение от посадочного курса:

1«.

Время первого маневра: 37 с. Время второго маневра : 35 с.

Точка изменения крена: 2094 м - от посадочного курса, 16147 и -ДО ВПП,

Удаление от ВПП после окончания маневра; 12536 м,

Рис. 10. Функционирование СИППР РЗП в режиме обеспечения безопасного захода на посадку

Графический интерфейс СИППР РЗП (рис. 10) позволяет наблюдать за текущей обстановкой в зоне посадки, оперативно формировать варианты решения задачи выхода ВС на линию посадочного курса в случае неблагоприятных воздействий и выбирать оптимальные из них, формировать команды по управлению ВС.

Разработанная структура средств информационной поддержки специалистов ГРП и ее программная реализация позволяет, в первую очередь, предупредить ошибочные действия специалистов ГРП при формировании потока ВС при увеличении его интенсивности в условиях влияния негативных воздействий за счет снижения времени ожидания обслуживания.

В седьмой главе «Оценка эффективности применения системы информационной поддержки принятия решений в эргатической информационной системе управления воздушным движением при формировании бесконфликтного потока воздушных судов» приведено описание результатов проведенных вычислительных и натурных экспериментов. В целях верификации и оценки эффективности разработанных методов и моделей проведена серия полунатурных и натурных экспериментов с участием специалистов ГРП, в ходе которых сравнивались результаты моделирования с данными, полученными опытным путем. В трех сериях экспериментов: 1-я - высокая интенсивность воздушного движения; 2-я - низкая интенсивность воздушного движения; 3-я - работа с использованием СИППР (с чередованием высокой и низкой интенсивности воздушного движения) - определялись показатели эффективности деятельности специалистов ГРП при работе в условиях реальных полетов и на тренажере. Для РП определялись следующие показатели его профессиональной деятельности: время ожидания обслу-

живания ВС, вероятность отказа в обслуживании ВС, вероятность немедленного обслуживания ВС, коэффициент загруженности РП. Анализ данных показал, что время ожидания обслуживания ВС составляет в среднем 3,8 с, это сопоставимо со средним временем задержки ответа РП на запрос экипажа ВС (данные 1-й и 2-й серий экспериментов) - 4 с. Результаты 3-й серии экспериментов демонстрируют уменьшение среднего времени ожидания ответа РП с 3,8 до 0,4 с вследствие значительного уменьшения времени работы с плановой таблицей полетов с 16 до 5 с, что достигается за счет применения СИППР РП. Анализ результатов исследований по определению вероятности немедленного обслуживания ВС показывает, что использование СИППР РП позволяет в среднем на 22% увеличить вероятность немедленного обслуживания ВС по сравнению с неавтоматизированным обслуживанием ВС (рис. 11).

Я . ВС/ч Робел.

1 — Вероятность немедленного обслуживания требований без СИППР

2 - Вероятность немедленного обслуживания требований с использованием СИППР

Рис. 11. Вероятность немедленного обслуживания воздушных судов в зависимости от ИВД

Полученные в результате моделирования данные о коэффициенте временной загруженности РП показывают превышение коэффициента загруженности выше нормативного значения 0,75, что ведет к возникновению дефицита времени и, как следствие, к уменьшению времени обслуживания ВС. В 1-й и 2-й сериях значение К3 = 0,96, что свидетельствует о функционировании РП в условиях дефицита времени.

Моделирование с применением данных 3-й серии экспериментов (с использованием СИППР) показывает, что коэффициент загруженности РП уменьшился до значения 0,69, при сохранении среднего времени обслуживания ВС 29 с. Результаты исследования, полученные путем полунатурных и натурных экспериментов, представлены на рис. 12. На рисунке 12: А, В, С - области различной интенсивности воздушного движения; 1, 3-4, 6 - количество опасных сближений за летную смену.

Рис. 12. Зависимости времени обслуживания и времени ожидания обслуживания от интенсивности воздушного движения

Анализ результатов исследования коэффициента временной загруженности РБЗ, полученных в результате моделирования, показывает, что нормативному значению К3 = 0,55 соответствует интенсивность воздушного движения в ближней зоне, равная 20 ВС/ч, что согласуется с опытными данными К3 = 0,62. Увеличение интенсивности воздушного движения приводит к росту Кз выше нормативного значения 0,75, что свидетельствует о функционировании РБЗ в условиях дефицита времени. Применение в составе рабочего места РБЗ СИГТПР показало уменьшение К3 до 0,46, что свидетельствует о снижении напряженности в профессиональной деятельности РБЗ. Без использования СИППР РБЗ способен обслужить поток с интенсивностью 16... 18 ВС/ч; с использованием СИППР - 36...38 ВС/ч (рис. 13 ).

¡29

»• ВС с

^«Жяткййжку. Ч ироиигиовекгаы.ч

ЕШ Время необходимое доя контроля за ВС —»—Количество ВС под управлением РБЗ

ЕйЗВрсыя несйавдимос доя кстггршя 5а ВС-+~Количеслво ВС под управлением РБЗ

а) б)

Рис. 13. Временные затраты РБЗ по контролю за воздушной обстановкой без СИППР РБЗ (от) и с использованием СИППР РБЗ (б)

Для СИППР РЗП определялись различия между средними значениями отклонений воздушных судов от линии посадочного курса с использованием СИППР и без, основные статистические показатели отклонений от линии посадочного курса Ма при окончании маневра по выводу ВС на линию посадочного курса. Определено, что среднее значение отклонений ВС от линии посадочного курса при использовании СИППР значительно меньше, чем среднее значение отклонений при самостоятельном заходе экипажа ВС на посадку, а также по командам РЗП (рис. 14).

Рис. 14. Оценка достоверности моделирования и выигрыша на основе применения СИППР

Таким образом, введение СИППР РЗП позволит повысить безопасность захода воздушных судов на посадку и повысить эффективность управления и контроля за полетом ВС на наиболее ответственном этапе посадки на 30%.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационного исследования:

- проведен анализ состояния проблемы моделирования процесса функционирования эргатической информационной системы управления воздушным движением, который позволил расширить существующие представления о взаимодействии эргати-ческих элементов в эргатической информационной системе управления воздушным движением, выявить закономерности организации информационной поддержки в условиях повышения интенсивности информационных потоков, их трансформирования под действием как внешних, так и внутренних факторов;

- разработана классификация средств информационной поддержки в составе эргатической информационной системы управления воздушным движением, которая позволяет определить необходимое и достаточное множество методов и моделей организации информационной поддержки эргатических элементов в эргатической информационной системе управления воздушным движением;

- разработана теоретико-множественная модель информационного взаимодействия элементов эргатической информационной системы управления воздушным движением, позволяющая обеспечить разграничение выполняемых специалистами группы

руководства полетами задач по уровням их реализации при учете дефицита времени на принятие решения, в условиях повышения интенсивности информационных потоков и воздействии негативных факторов;

- разработана логико-лингвистическая модель выбора аналитической модели парирования негативных воздействий для эргатических элементов, адекватной воздушной обстановке, позволяющая реализовать правило выбора соответствующей аналитической модели решения задачи специалистом группы руководства полетами, адекватной сложившейся воздушной обстановке, на основе использования соответствующих терм-множеств, которые определяются функциональными зависимостями;

- получен метод синтеза моделей представления эргатических элементов в эрга-тической информационной системе управления воздушным движением, в котором учтены взаимосвязи между элементами эргатической информационной системы и позволяющий синтезировать сложные информационные системы с заданными параметрами быстродействия, надежности и устойчивости к разрыву связей;

- разработана аналитическая модель организации информационной поддержки руководителя полетами на основе использования временных характеристик взаимодействия элементов системы в условиях дефицита времени, вызванного повышением интенсивности информационных потоков и влиянием негативных воздействий, которая применима для получения количественных характеристик показателей качества организации полетов в аэродромной зоне при конкретном наборе моделируемых входных данных и условий функционирования эргатической информационной системы управления воздушным движением;

- получен метод организации информационной поддержки руководителя ближней зоны при обнаружении и разрешении потенциальных конфликтных ситуаций, позволяющий одновременно определять места воздушного судна в очереди и времени задержки воздушных судов для устранения пространственной и временной неопределенности между ними, производить прогноз времени от момента появления воздушного судна в ближней зоне до посадки;

- получен метод организации информационной поддержки руководителя зоны посадки при выводе воздушного судна на линию посадочного курса, позволяющий на основе данных о параметрах движения воздушного судна и заданных требований безопасности построить посадочную траекторию воздушного судна с уменьшением скорости и двумя разворотами, точно определить момент перекладывания крена для вывода его на линию посадочного курса с высокой точностью и достоверностью;

- разработана структура средств организации информационной поддержки специалистов группы руководства полетами при формировании бесконфликтного потока воздушных судов, реализующая разработанные методы и модели.

- на основе разработанных методов и моделей построен комплекс проблемно-ориентированных программ в виде системы информационной поддержки принятия решения специалистов группы руководства полетами по видам деятельности, который позволяет серьезно сократить и стабилизировать время ожидания обслуживания требований в зоне ответственности руководителя полетами, снизить коэффициент загруженности руководителя ближней зоны, снизить время построения оптимальной траектории для воздушного судна на посадочном курсе в зоне ответственности руководителя зоны посадки.

Результаты диссертационного исследования подтверждены актами внедрения следующих организаций: ОАО «Компания «Сухой», ООО «Фирма «НИТА», ОАО «ВНИИРА», ЗАО «НТПО «Вектор», 4 ГЦПАП и ВИ МО РФ.

Внедрение СИППР в структуру профессиональной деятельности специалистов ГРП позволило:

- увеличить вероятность немедленного обслуживания ВС на 26%;

- уменьшить коэффициент загруженности на 33%;

- практически исключить возникновение дефицита времени и потерь управления ВС;

- в 9 раз уменьшить ошибку вывода ВС на линию посадочного курса;

- в случае отклонения ВС от линии посадочного курса уменьшить время нахождения ВС в зоне посадки на 28%;

- уменьшить время нахождения ВС в ближней зоне и расход топлива при заходе на посадку на 23%.

Использование СИППР специалистов ГРП позволило увеличить эффективность функционирования ЭИС УВД в среднем на 30%.

В приложениях приведены результаты моделирования и экспериментов, копии актов о внедрении результатов исследований, свидетельств об официальной регистрации программ для ЭВМ.

Таким образом, научная проблема - снижение информационной нагрузки на эрга-тические элементы ЭИС и заключающаяся в построении методов и моделей организации информационной поддержки деятельности эргатических элементов ЭИС, - решена, а поставленная цель — повышение эффективности функционирования эргатической информационной системы, обеспечивающей формирование бесконфликтного потока воздушных судов, - достигнута.

Рекомендации и перспективы дальнейшей разработки темы. Построенные методы и аналитические модели для информационной поддержки эргатического элемента могут служить основой развития теоретических положений создания интеллектуальных систем информационной поддержки принятия решений.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Петренко, C.B. Логико-лингвистическая модель информационных процессов в эргатической информационной системе организации воздушного движения, учитывающая влияние негативных воздействий / C.B. Петренко, A.B. Яковлев, Ан.В. Яковлев // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2013. - № 4. - С. 35 - 41.

2. Петренко, C.B. Эргатическая информационная система организации воздушного движения в условиях неопределенности / C.B. Петренко // Глобальный научный потенциал. - 2013. - № 1(22). - С. 33 - 36.

3. Петренко, C.B. Способ детерминированного синтеза многоэлементных технических систем / C.B. Петренко, A.B. Яковлев // Наука и бизнес: пути развития. - 2013. -№ 11(19).-С. 100-103.

4. Петренко, C.B. Модель информационного взаимодействия эргатических элементов в эргатической информационной системе / C.B. Петренко // Наука и бизнес: пути развития. - 2013. - № 1(19). - С. 35 - 40.

5. Бугаенко, A.A. О нахождении гарантированного решения при управлении динамическим объектом / A.A. Бугаенко, C.B. Петренко, Г.Г. Ковтун, A.B. Яковлев // Перспективы науки. - 2013. - № 1(40). - С. 78 - 82.

6. Петренко, C.B. Структуризация задач принятия решений в диагностике информационно-управляющих систем / C.B. Петренко // Перспективы науки. - 2012. -№ 10(37).-С. 117-120.

7. Петренко, C.B. Процедурная модель принятия решения при управлении динамическими объектами в структуре эргатической информационной системы / C.B. Петренко // Наука и бизнес: пути развития. - 2012. - № 12(18). - С. 33 - 38.

8. Петренко C.B. Метод формирования оптимального множества стратегий управления подвижным объектом / C.B. Петренко, A.A. Бугаенко, Г.Г. Ковтун, A.B. Яковлев // Глобальный научный потенциал. - 2012. - № 12(21). - С. 79 - 82.

9. Алексеев, В.В. Модель изменения топологии информационной системы в условиях конфликта / В.В. Алексеев, Ю.Ю. Громов, М.А. Никанкин, C.B. Петренко, A.A. Соломатин // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2011. -№7.-С. 22-26.

10. Громов, Ю.Ю. Алгоритм распознавания ситуаций в распределенной информационной системе / Ю.Ю. Громов, А.Ю. Громова, В.А. Объедков, C.B. Петренко, Д.П. Швец, А.Г. Андрущенко // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2011. - № 8. - С. 4 - 7.

11. Петренко, C.B. Аналитическая модель формирования бесконфликтного потока воздушных судов / C.B. Петренко, С.Н. Прокофьев, A.B. Яковлев // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. - 2011. - № 2(33). -С. 128- 136.

12. Петренко, C.B. Особенности построения ситуационно-ориентированных систем поддержки принятия решений оперативного управления воздушным движением / C.B. Петренко, A.B. Яковлев // Перспективы науки. - 2010. - № 1. - С. 77 - 83.

13. Петренко, C.B. Моделирование движения летательного аппарата на этапе посадки при сложной ветровой обстановке / C.B. Петренко, С.Н. Прокофьев, A.B. Яковлев//Перспективы науки.-2010.-№ 10.-С. 64-67.

14. Петренко, C.B. Системный анализ основ принятия решения в условиях неопределенности / C.B. Петренко // Перспективы науки. - 2010. - № 10. - С. 59 — 63.

15. Дидрих, В.Е. Математическая модель и алгоритм решения задачи парирования отклонения воздушного судна при заходе на посадку двойным разворотом / В.Е. Дидрих, Ю.А. Сушков, C.B. Петренко, A.B. Яковлев // Системы управления и информационные технологии. - 2009. - № 1, 3. - С. 337 - 342.

16. Петренко, C.B. Синтез математической модели автоматизированной системы управления специального назначения с микроядерной архитектурой / C.B. Петренко, A.B. Яковлев, Ан.В. Яковлев // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. - 2009. - № 1,-С. 160-169.

Свидетельства о регистрации программ для ЭВМ:

17. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2002610853. Временные затраты оператора / C.B. Петренко, A.A. Безбогов, Д.Н. Александрийский, A.B. Яковлев ; заявка № 2002610301 ; дата поступления 04.03.2002 ; зарег. в Реестре программ для ЭВМ 31.05.2002.

18. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2003611290. Разрешение потенциальных конфликтных ситуаций / C.B. Петренко, A.A. Безбогов, A.B. Мухин, С.Ю. Поповичев, A.B. Яковлев ; заявка № 2003610685 ; дата поступления 02.04.2003 ; зарег. в Реестре программ для ЭВМ 28.05.2003.

19. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009611501. Парирование уклонения летательного аппарата от посадочного курса (ПарУЛАПоК) / C.B. Петренко, В.Е. Дидрих, Ю.А. Сушков, A.B. Яковлев ; заявка № 2009610313 ; дата поступления 02.02.2009 ; зарег. в Реестре программ для ЭВМ 18.03.2009.

20. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009612041. Система поддержки принятия решений руководителя зоны посадки (СППР РЗП) / C.B. Петренко, A.C. Попов, A.B. Яковлев ; заявка № 2009610804 ; дата поступления 02.03.2009 ; зарег. в Реестре программ для ЭВМ 22.04.2009.

21. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010615696. Ситуационно-ориентированная модульная система поддержки оперативных решений группы лиц руководства полетами / C.B. Петренко, A.C. Попов, A.B. Яковлев, Ан.В. Яковлев ; заявка № 2010613974 ; дата поступления 2.06.2010 ; зарег. в Реестре программ для ЭВМ 02.09.2010.

22. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661258. Интегрированная система прогноза и парирования потенциальных конфликтных ситуаций / C.B. Петренко, С.Н. Прокофьев, A.B. Яковлев, Ан.В. Яковлев ; заявка № 2012611387 ; дата поступления 27.02.2012 ; зарег. в Реестре программ для ЭВМ 19.04.2012.

Монографии:

23. Яковлев, A.B. Методы и модели управления воздушными судами, заходящими на посадку / A.B. Яковлев, C.B. Петренко, Ан.В. Яковлев. - Saarbrucken, Germany: LAP LAMBERT Akademie Pabhlishing, 2012. - 90 с.

Работы, опубликованные в других изданиях:

24. Петренко, C.B. Моделирование динамики системы поддержки принятия решений при формировании бесконфликтной очереди заходящих на посадку воздушных судов / C.B. Петренко, А.А. Безбогов, А.В. Яковлев // Материалы докл. VII Всерос. науч.-техн. конф. «Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического моделирования», 27 - 29 апреля 2004 г. Часть 2. - Тамбов : ТВАИИ, 2004.-С. 334-342.

25. Петренко, C.B. Вопросы совершенствования деятельности оператора автоматизированных систем управления / C.B. Петренко, Ю.А. Сушков // Составляющие научно-технического прогресса : материалы 5-й Междунар. науч.-практ. конф. 29-30 апреля 2009 г. - Тамбов, 2009. - С. 76 - 79.

26. Сушков, Ю.А. Моделирование и оценка операторской деятельности с использованием вероятностного подхода / Ю.А. Сушков, C.B. Петренко // Интеграция науки и производства : материалы 2-й Междунар. науч.-практ. конф., 19-20 мая 2009 г. -Тамбов, 2009. - С. 83 - 86.

27. Сушков, Ю.А. Вероятностный подход к моделированию деятельности оператора автоматизированных систем управления / Ю.А. Сушков, C.B. Петренко // Проблемы непрерывного образования: проектирование, управление, функционирование : материалы Междунар. науч.-практ. конф., 15-16 мая 2009 г. - Липецк, 2009. - С. 88 - 90.

28. Петренко, C.B. Системы поддержки принятия решений лиц группы руководства полетами на основе микроядерной архитектуры / C.B. Петренко, В.Е. Дидрих, Ю.А. Сушков, А.В. Яковлев // Материалы XIII Междунар. науч.-практ. конф.-выставки «Актуальные проблемы информатики и информационных технологий», 10-11 сентября

2009 г. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009. - С. 75 - 78.

29. Прокофьев, С.Н. Анализ путей повышения эффективности управления полетами / С.Н. Прокофьев, C.B. Петренко // Материалы 7-й Междунар. науч.-практ. конф. «Прогрессивные технологии развития», 30 ноября 2010 г. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2010. - С. 102 - 105.

30. Прокофьев, С.Н. Разработка обобщенной модели профессиональной деятельности по управлению полетами / С.Н. Прокофьев, C.B. Петренко // Материалы 7-й Междунар. науч.-практ. конф. «Прогрессивные технологии развития», 30 ноября

2010 г. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та,, 2010. - С. 105 - 107.

31. Петренко, C.B. Аналитическая модель функционирования системы управления воздушным движением в районе аэродрома / C.B. Петренко, С.Н. Прокофьев // Материалы 7-й Междунар. науч.-практ. конф. «Прогрессивные технологии развития», 30 ноября 2010 г. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2010. - С. 107 - 109.

32. Петренко, C.B. Метод формирования бесконфликтного потока ВС, заходящих на посадку / C.B. Петренко, С.Н. Прокофьев, Ан.В. Яковлев // Материалы 2-й Междунар. науч.-практ. конф. «Перспективы и темпы научного развития», 26-27 января 2013 г. -Тамбов : ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2013. - С. 51 - 56.

Подписано в печать 04.06.2013. Формат 60 х 84/16. 1,86 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 306

Издательско-полиграфический центр ФГБОУ ВПО «ТГТУ» 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14