автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Моделирование в экспертном мониторинге надводной обстановки судна

0034843 Ю

На правах рукописи

КАСАПЕНКО ДЕНИС ВИКТОРОВИЧ

МОДЕЛИРОВАНИЕ В ЭКСПЕРТНОМ МОНИТОРИНГЕ НАДВОДНОЙ ОБСТАНОВКИ СУДНА

Специальность: 05.13.18-«Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2'6 НОЯ 2009

Ульяновск - 2009

003484310

Работа выполнена на кафедре «Вычислительная техника» Ульяновского Государственного Технического Университета

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор СОСНИН Пётр Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор КУМУНЖИЕВ Константин Васильевич;

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, ТУРОВСКИЙ Олег Маркович;

Ведущая организация:

Военно-морской институт радиоэлектроники им. A.C. Попова (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится « 16 » декабря 2009 г. в 15:00 на заседании диссертационного Совета Д212.277.02 при Ульяновском государственном техническом университете в аудитории 211 главного корпуса по адресу: 432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, д. 32. УлГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Ульяновского государственного технического университета.

Автореферат разослан « »_2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.т.н., профессор

В.Р. Крашенинников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Исторически существует и постоянно проявляет себя в инцидентах комплекс проблем безопасности мореплавания, в состав которого входит проблема столкновения судов. Каждый год в мире сталкиваются около 1500 крупных судов и около 2% из них погибает. Столкновения судов составляют в среднем 15-20 % от всех причин аварий, а технические убытки от столкновений составляют более 30 % от всех технических убытков, причиной которых являются аварии всех типов.

Для снижения рисков столкновений разработаны международные правила, обязательные для их исполнения судами различных типов и различной принадлежности. Такие правила ужесточаются национальными правилами предупреждения столкновений. Суда оснащаются мощными навигационными автоматизированными комплексами, использующими системы автоматической радиолокационной прокладки (САРП) с возможностью имитации маневрирования. Практически создана глобальная система управления движением судов (СУДС) и мониторинга в прибрежных морских районах, в составе которой используются спутниковые средства навигации и связи и автоматизированные информационные (идентификационные) системы (АИС) для автоматического сбора информации о судах.

И всё же, несмотря на постоянный прогресс в техническом обеспечении работ по предупреждению столкновений судов, эта проблема сохраняется. Причин такому положению дел много. В их число входят, например: погодные условия, ограничивающие видимость (туман, мгла, снегопад, сильный ливень и др.) и приводящие к штормовым явлениям; близость берегов или стесненные условия плавания при напряженном трафике; субъективность принятия решений об опасности столкновений и маневрировании, в том числе и обусловленная отсутствием должного опыта у лиц, которые принимают такие решения.

Субъективная составляющая проблемы столкновений считается одной из основных, что и является причиной расширяющейся автоматизации в этой проблемной области. Автоматизация дополняется обязательным освоением и закреплением нормативного опыта действий лицами, на которых возложена ответственность за предотвращение столкновений. Так, например, каждый капитан, старший помощник и помощник капитана, несущий ходовую вахту на судне, на котором установлен САРП, должен пройти соответствующий курс обучения использования САРП.

Но реальность проблемы столкновений такова, что к обучающей поддержке и нормативному опыту часто необходимо обращаться в реальных ситуациях возможного столкновения. По этой причине разрабатывают и внедряют в практику управления судами полезные средства моделирования и принятия решений, в том числе и экспертные системы мониторинга ближней надводной об-

становки. Именно эти факты указывают на актуальность диссертационного исследования, в котором предлагается и доведён до уровня практического применения вопросно-ответный подход к экспертному мониторингу.

На основании вышесказанного в диссертационной работе была выбрана область исследований, содержание которой определяют процессы экспертного мониторинга ближней надводной обстановки морского судна в условиях потенциального столкновения судов, обязанных соблюдать Международные Правила Предупреждения Столкновения Судов (МППСС-72).

Функции объекта исследований в работе выполняют инструментально-технологические средства экспертного мониторинга, обеспечивающие оперативный анализ и контроль надводной обстановки судна для предупреждения столкновения судов.

Ориентируясь на современную практику мониторинга надводной обстановки и проблемы в предупреждении столкновений судов, обусловленные «человеческим фактором», было предложено использовать вопросно-ответный подход и опыт «экспертных систем» для разработки средств, помогающих в решении задач предупреждения столкновения судов.

Предметом исследования диссертационной работы является средства инструментальной поддержки процессов решения задач экспертного мониторинга, способствующие снижению негативных проявлений «человеческого фактора» в действиях лиц, ответственных на судне за вахту, и, тем самым, способствующие снижению вероятности аварийного развития событий.

Целью диссертационной работы является создание инструментального комплекса средств, обеспечивающего вахту судна своевременной и качественной информацией о движении окружающих судов с учётом прогнозов, обусловленных обязательным исполнением правил МППСС-72, что предотвращает неожиданное повышение степени опасности столкновений и открывает возможность для выбора рациональной трассы маневрирования.

Сущность диссертационной работы связана с решением следующих науч-но-техннчсскнх задач:

1. Разработать модель «агента» судна с «жизненным циклом», отражающим его активное «навигационное существование» с возможностью прогнозирования развития событий в процессе решения задач предупреждения столкновений судов.

2. Разработать модель базы опыта, развивающую структурно-функциональный потенциал баз знаний экспертных систем так, чтобы он способствовал оперативной интеграции опыта лица, ответственного за вахту, с нормативной базой опыта и повышению достоверности выбора прецедента для реагирования в сложившейся ситуации.

3. Создать открытую систему продукций, интегрирующую международные правила МППСС-72 с опытом «хорошей морской практики» и открытую для её автоматического использования «агентами» и автоматизированного использования лицом, ответственным за вахту.

4. Разработать в инструментальной вопросно-ответной среде приложение «Экспертная система мониторинга ближней надводной обстановки судна», обеспечивающее его использование в тренажёрном режиме и открытое для построения на его базе эксплуатационной версии.

Научную новизну составляют:

1. Активная агентная модель судна, находящегося в границах ближней надводной обстановки, использующая навигационную информацию о судне и надводной обстановке, в которой оно находится, для автоматической оценки соответствия поведения судна правилам МППСС-72, что используется в системе экспертного мониторинга для прогнозирования развития событий и планировании расхождений с учётом прогнозов.

2. Модель экспертной системы, базовые функции которой реализованы в виде вопросно-ответных программ, что приводит к единообразным механизмам создания ЭС разработчиками и использования функций ЭС пользователями.

3, Модель базы опыта, интегрирующая текстовую, вопросно-ответную, предикатную и программную реализации продукций в виде, обеспечивающем их автоматизированное и автоматическое использование, что открывает возможность дифференцированного доступа к базе опыта, настроенного на классы задач, обслуживающих мониторинг ближней надводной обстановки своего судна.

4, Открытая система прецедентов, извлечённая из международных правил предупреждения столкновения судов МППСС-72, позволяющая уточнять вложенные в неё продукции за счёт опыта «хорошей морской практики», что повышает их профессиональную ценность и адекватность типовым ситуациям в предметной области предупреждения столкновения судов.

В исследованиях использовались методы математического моделирования, системного анализа, искусственного интеллекта, прикладной логики предикатов, а также объектно-ориентированного проектирования и программирования.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается полнотой и корректностью исходных посылок, логичностью рассуждений (использующих, в том числе, вопросно-ответную формализацию), а также опытной эксплуатацией разработанных средств в тренажёрном режиме.

Основные положения, выносимые на защиту, включают:

1. Объединение закономерностей движения судов с предикатными требованиями на изменения движений, обусловленными необходимостью соблюдать международные правила МППСС-72.

2. Вопросно-ответное программирование базовых функций ЭС, приводящее к использованию единообразных механизмов на всех стадиях её «жизненного цикла».

3. Объединение текстовой, вопросно-ответной, предикатной и программных форм продукции в единое целое, обеспечивающее естественную интеграцию опыта лиц, ответственных за вахту, с моделями «Базы опыта», а также откры-

вающее доступ агентам для автоматического анализа ситуаций в контексте правил МППСС-72.

Практическая ценность. Разработан программный комплекс «Система экспертного мониторинга ближней надводной обстановки», не имеющий аналогов и обеспечивающий включение в процессы решения задач экспертного мониторинга ряда позитивных эффектов, снижающих негативные проявления «человеческого фактора».

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные программные средства и комплекс методик их использования реализованы в рамках НИ-ОКР, выполненной в ФНПЦ ОАО НПО «Марс».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной конференции «Intelligent Systems-2008» (г.Дивноморск), на Международной научной конференции «Информационно-математические технологии в экономике, технике и образо-вании-2008» (г.Екатеринбург) и на 8-ой Международной научной конференции «Interactive systems: the problems of human-computer interactions-2009» (г.Ульяновск).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав с выводами, заключения, библиографического списка использованной литературы (143 наименования), изложенных на 162 страницах машинописного текста, а также 2-х приложений на 23 страницах. Диссертация содержит 46 рисунков и 5 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертационной работы раскрываются проблемы обеспечения безопасности мореплавания, вопросы международного нормативного регулирования движения судов, анализируются методы и средства предупреждения столкновений и роль человеческого фактора, предлагается и обосновывается подход к экспертному мониторингу надводной обстановки, интегрирующий механизмы агентного моделирования судов с опытом экспертных систем.

В международном правовом регулировании безопасности мореплавания особое внимание уделяется системе правил МППСС-72. Раскрываются история их становления и структура, учитывающая не только нормативы взаимных обязательств движущихся судов, но и нормативы на использование огней и знаков, а также звуковых и световых сигналов. ,

С позиций потенциальных ошибок в предупреждении столкновений анализируется проблема «человеческого фактора», негативные проявления которого в частности обусловлены: недостатками информационного обеспечения; ошибками в декодировании сигналов; воздействием помех на каналы восприятия информации; эмоциональной напряженностью; проблемами с мотивационной поддержкой; недостатком интеллектуальной поддержки; отсутствием соответствующих знаний; неумением применять теоретические знания на практике; отсутствием необходимых навыков; отсутствием достаточного опыта работы по

специальности; недостаточной скоростью и точностью реакций; отсутствием способности к действиям в условиях временного дефицита; недостаточной быстротой, точностью и объемом внимания; недостаточным уровнем развития абстрактно-логического и наглядно-образного мышления; низким уровнем волевой саморегуляции.

Приводится аналитический обзор методов и средств предупреждения столкновения судов, структурированный по следующим тематическим направлениям: теория безопасности мореплавания; нормативное регулирование безопасности на море; техническое обеспечение предупреждения столкновения судов; практика расчётов для предупреждающих действий; обучение и экспертная помощь в опасных ситуациях; оперативные рассуждения, основанные на опыте.

Особое место в обзоре выделено анализу разработок экспертных систем, нацеленных на решение задачи предупреждения столкновения судов. Выделены базовые акценты разработок ЭС, в число которых входят планирование расхождений, игровой подход, оперативное принятие решений, моделирование, многоагентный подход, нечёткая логика с нейросетями и моделирование рассуждений. Отмечено, что поиск новых идей и подходов к использованию экспертных систем в задаче предупреждения столкновения судов продолжается.

На основе анализа представляется идея комплексирования многоагентного подхода и моделирования рассуждений, приводящая к следующей обобщённой формулировке задачи Z* экспертного мониторинга ближней надводной обстановки :

Z*. 1. Для снижения негативных проявлений «человеческого фактора» в условиях потенциального столкновения судов разработать систему мониторинга ближней надводной обстановки судна, обслуживающую решение задач предупреждения столкновений судов по образцу экспертных систем.

2. Система экспертного мониторинга должна быть ориентирована на агентное моделирование судов и предоставлять её пользователям единообразные механизмы для решения любых задач, к которым приводит развитие событий, имеющих отношение к МППСС-72.

По результатам вопросно-ответного анализа обобщённой постановки задачи разработана иве-СаБе-диаграмма системы экспертного мониторинга, в которую включены два режима её использования - режим эксплуатации и режим тренировки, отличающиеся, в основном, потоками навигационной информации, поступающими в комплекс средств её обработки. Выделены и сформулированы мотивационно-целевые установки задачи диссертационного исследования, раскрывающие достижимые эффекты от её решения и определяющие разбиение задачи исследований на подзадачи и распределение их по главам текста диссертации.

Во второй главе представлены модели, предложенные и специфицированные для решения задачи экспертного мониторинга. В число моделей включены

навигационная модель судна, модель отношений между судами с позиций их относительного движения, модель надводной обстановки, модель экспертной системы и модель базы опыта, ориентированная на нормативы МППСС-72.

Обобщённая схема системы экспертного мониторинга, использующая агентное моделирование судов, представлена на рис. 1, где названы основные блоки системы и отражены их взаимосвязи.

Рис. 1. Структура системы экспертного мониторинга

В системе экспертного мониторинга предусмотрено кодирование картины мира ближней надводной обстановки и её картографическая визуализация. Интерактивное дерево задач, к которому сведена задача мониторинга, представляет собой динамическое образование, в состав которого включаются задачи каждого нового агента для очередного судна, вошедшего в зону мониторинга.

С каждым судном зоны мониторинга, в том числе и со своим судном, связана его навигационная модель, включающая константные и вычисляемые характеристики. Состав четырёх групп характеристик, ряд элементов которых приведен в таблице 1, определён из разработанного метода решения задачи мо-

ниторинга. В разработке системы мониторинга учтены два источника данных для приписывания значений характеристикам - аппаратно-программные средства навигации для режима эксплуатации и моделирующая система для режима обучения. Данные навигационной модели используются для позиционирования судна на карте, модель которой используется в вычислениях. В позиционировании судна на карте и представлении его движения используются геодезическая система координат \VGS84 и декартовая система, метрика которой пересчитана с использованием формулы расстояний между двумя точками

й = /?3 х Дет = Я3 х (Л'тр, х Бт<р2 + Со.од х Соъсрг х Со.чАА) (1)

Таблица 1. Характеристики навигационной модели

№ Название Размерность Вычислимость Обозначение

Группа 1

Название или код Наименование Константа С,

Навигационный статус Наименование Константа МД,П,...

Длина Метр Константа и

Группа 2

Долгота Градус Переменная Ф

Широта Градус Переменная X

Курс Градус Переменная К1

Скорость Узел Переменная V;

Время Абсолютное Переменная т

Пеленг Градус Переменная Р|

Навигационная модель формализована в двух версиях:

- предикатной, обслуживающей доступ к базе знаний экспертной системы;

- вопросно-ответной, используемой для хранения характеристик с возможностью их визуализации, предусмотренными инструментальной моделирующей средой WIQA.Net.

Предикатная версия навигационной модели построена на базе предикатов типа Ьав_к (судно_1-, к_характеристика), устанавливающих связи между определённым судном ! и значением его ^характеристики и предикатных формул, определяющих связи между к-характеристиками и мета-характеристиками, например, группы 3, фиксирующими условия движения (освещенность, волнение, течение, ... ). Такие формулы, в число которых входит например следующая,

Иах_1(имя_суд1ш1, МД) & «Темно» впереди (имя_судиа1, Огонь 1) & & сзади (имя_судпа1 ,Огоиь_2) & выше (Огонь_2, Огопь_1),

где МД — навигационный статус «с Механическим Двигателем», кодируют определённые правила МППСС-72, связанные с употреблением «Огней», «Знаков» и «Сигналов».

Особое место в навигационной модели судна занимают характеристики группы 2, позиционирующие его местоположение в море и отражающие динамику его движения, для формализации которого введена модель

СД*(0= К СМ'-'*),'</*►/,

ЧИ(0 = >7(0 х С - , Д*+2(0= Л ,(0= К )./>/*«

м{с_и о= <

У ,<(0бА(/^(/)) (2)

где / = 1,..,п и у = 1,..,п - индексы, приписанные судам, находящимся в исследуемой области моря, а к = 0,..,т -индекс, идентифицирующий события типа Р'' на исследуемом интервале времени, приводящие к изменениям скорости ¡-го судна в соответствии с требованиями МППСС-72. Модель движения исходит из изменений скорости судна С_1, каждое из которых обусловлено необходимостью совершить маневр уклонения лУ.(1к^)п момент времени с возвратом к прежнему курсу в момент времени 4,2 после того как возможность опасного сближения с судном С^ предотвращена.

События типа Р" обусловлены отношениями между двумя судами, которые попадают под их учёт с позиций правил МППСС-72. Модель этих отношений включает следующий набор вычислимых характеристик:

1) дистанция £>"/, и время 7'",, кратчайшего сближения;

2) дистанция £>""> и время 7""% пересечения целью линии курса своего корабля;

3) признаки стороны расхождения на момент кратчайшего сближения («нос», «корма», «левый борт», «правый борт»);

4) признак «Не уступает», вырабатываемый в соответствии с правилами МППСС-72. Признак вырабатывается в следующих ситуациях взаимного поведения цели и своего корабля:

- «Встречные курсы» (в этой ситуации маневрировать должны как встречная цель, так и свой корабль);

- «Пересекающиеся курсы» (цель с правого борта);

- «Обгон»;

5) признаки селекции целей по степени опасности (наиболее опасная, опасная, неопасная цель).

Ситуация сближения с ¡-ым судном на текущий момент времени характеризуется дистанцией О'* и временем кратчайшего сближения, которые вычисляются по формулам:

Графическая интерпретация определения параметров и*, представлена на рис. 2, где гб - радиус безопасного (допустимого) сближения своего корабля с ¡-судном, которое считается опасным, если выполняются условия:

АГ<г6;

где 1|, 12 - границы по времени сближения.

Рис. 2. Графическая интерпретация критических характеристик: а) - до маневрирования, б) — после маневрирования

Для того, чтобы обеспечить безопасное расхождение ¡-ому судну придётся совершить маневр (рис. 26) так, чтобы по крайней мере стало равным гб. Как видно из рис 2.6 на совершение маневра необходимо время, что и указывает на необходимость начала маневрирования в определённом диапазоне времени (Мг). При выполнении условий:

Д7<гб; 0<rj<t,,

объект считается наиболее опасным. Если условия (4) и (5) не выполняются, то ¡-судно считается неопасным.

Для вычисления характеристик й""# и Т""» используется параметрическая форма определения линий движения кораблей в декартовой системе координат (совмещённой с картой).

По всем кораблям ближней зоны вырабатываются признаки стороны расхождения на момент кратчайшего сближения и «Не уступает» в соответствии с правилами МППСС-72. Вид областей выработки признаков стороны расхождения представлен на рис. 3.

Рис.3. Идентификация характеристик расхождения кораблей

Признак «Нос» вырабатывается при выполнении соотношения Ко- а < И"'< К0 + а, где П"р - пеленг на i - ый объект на момент кратчайшего сближения, а -константа, определяющая границы сектора выработки данного признака.

Признак «правый борт» вырабатывается при выполнении соотношения К0 + а < П"р< К0 + 180 - р, где Р - константа, определяющая границы сектора выработки признака «Корма».

Признак «Левый борт» вырабатывается при выполнении соотношения Ко + 180° + р < П""< Ко - а +360°, а в остальных случаях вырабатывается признак «Корма».

Признак «Не уступает» (т.е. по отношению к данному 1-ому судну должен маневрировать свой корабль) вырабатывается по всем опасным объектам в следующих случаях:

1) «встречные курсы», т.е. при выполнении условия |К0- ОК, | < 11.25°, где Ко - курс своего корабля, а ОК; - обратный курс 1 - го объекта;

2) «пересекающиеся курсы» (объект с правого борта) при выполнении условия К0 < П, < К0 + 112.5°, где П, - пеленг на ¡-судно;

3) «обгон» при выполнении условия К; + 112.5° < ОП, < К| + 247.5°,где К; -курс ¡-судна, ОД - обратный пеленг на ¡-ое судно.

Характеристики навигационных моделей и моделей отношений между судами используются для визуализации надводной обстановки своего судна, для доступа к базе нормативных прецедентов, хранящихся в базе знаний экспертной системы, с целью проверок на опасные сближения и выбора подходящих маневров. Для достижения отмеченных целей разработана модель прецедента Р11 базы знаний, формальное определение которой имеет следующий вид: <РЯ >::= <Имя> <Ключи> <Оценка ><Р > <Р >:: =</>£> > /<РР >, <РО >::=<РТ ><Р°А ></ >, <РР>::= <Рт><РвА ></ хр1 ><РЕ >, <Ключи>::= <Ключи_поиска>,<Ключи_контекста>, ч

<Кпючи_поиска> ::= <Кпюч> / <Ключи_поиска><Ключ> , <Ключи_контекста> ::= <Кпюч> /

/ <Ключи_коитекста><Ключ>, < Оценка> :;= <Число_1> <Число_2 ><Число_3>. ,

В описаниях (6) представлены текстовая Рг, вопросно-ответная Р®А, предикатная и две программные версии /''(исходный код) и РЕ (исполняемый код) кодирования прецедента в виде продукций декларативного типа РО и процедурного типа РР, для которых учтена их специфика, учитывающая оперативное применение правил МППСС-72 вахтенными и агентами. Продукции хранятся в табличных структурах базы опыта и, по крайней мере, по этой причине каждой из них приписано уникальное имя. В доступе к продукции используются два этапа - предварительный по ключам доступа и уточняющий по вопросно-ответной модели «условия». Так как в процесс экспертного мониторинга вовлекаются прецедент за прецедентом, согласованные общей картиной развития событий, в модель прецедента включены ключи контекста. В описании отражены и характеристики ценности, позволяющие разрешать конфликты в условиях наличия альтернатив.

В третьем разделе диссертации раскрыты механизмы формирования базы опыта системы экспертного мониторинга, приведены детали агентного моделирования надводной обстановки, включая средства прогнозирования развития событий в условиях обязательного выполнения требований МППСС-72.

Для работ, связанных с извлечением и формализацией прецедентов, а вернее моделей продукций, составляющих прецеденты, были приняты и выполнялись следующие решения:

1. До работ по извлечению продукций создать электронную версию толкового словаря задачи экспертного мониторинга исходя из терминов, извлечённых из МППСС-72.

2. Начинать с правил МППСС-72, а затем уточнять содержательную часть правил, ориентируясь на комментарии к МППСС-72 и доступную по информационным источникам «хорошую морскую практику».

3. В извлечении правил ориентироваться на их понимание и здравый смысл.

4. Для каждого извлечённого правила (в соответствии со структурой прецедентов) создавать его версии для автоматического и автоматизированного использования.

5. В формулировках программных версий правил (по возможности) использовать термины электронного толкового словаря или похожие на них имена, записанные с соблюдением требований алгоритмического языка.

6. Методики реагирования, включаемые в продукции, задавать их именами, рассчитывая на формулировки методик специалистами.

7. Система продукций строится как открытая система с возможностью модификаций и расширения.

Представленные решения исполнялись в схеме рис. 4, наполняя её информационным содержанием из полезных информационных источников по всем составляющим.

Рис. 4. Формирование базы прецедентов системы мониторинга

Один из важнейших прецедентов кодирует правило МППСС-72, регулирующее движение по пересекающимся курсам, версии продукций которого имеют следующий вид:

1. Текстовая версия продукции Рт: Когда два судна с механическими двигателями идут пересекающимися курсами так, что возникает опасность столкновения, то судно, которое имеет другое на своей правой стороне, должно уступить дорогу другому судну и при этом оно должно, если позволяют обстоятельства, избегать пересечения курса другого судна у него по носу.

2. Вопросно-ответная версия продукции Р*3*, включающая декларативный вопросно-ответный код условия продукции и (согласованный с условием) процедурный вопросно-ответный код реагирования, фрагментарно представленные на рис. 5.

01. Судно1 имеет тип МД? А1. Да.

02. Судно2 имеет тип МД? М.Да..

<27. Судно 1 имеет скорость1? А7. Да.

<28. Судно2 имеет скорость2? А8. Да.

<29. \курс1-курс2\ > 11,25"? А9. Да. <210. <0? А10. Да._

условие

—>

01. В какой момент времени начинать маневр?

А! Принять решение о моменте времени Г начала маневрирования.

01. На какой угол необходимо изменить курс судна?

А1. Вычислить изменение курса.

01. Курс изменён?

А1 Да.

01. Опасность столкновения миновала?

А1 Да.

01. Генеральный курс восстановлен?

А1 Да.

реакция

Рис. 5.Структура вопросно-ответной версии продукции

3. Предикатная версия продукции Рр: Has 1 (имя судпа 1, МД) & Has 1 (1шя_судна2, МД)& & Has2(uMH_cydnal, место1) & Has2(имя_судпа2, место2) & ^ '

& IIas3(iiMH_cydnaI, курс]) & Has3 (1шя_судна2, курс2) & & 11а$4(имя_судпа1, скорость!) & Нas4(и.мя_судна2, скорость2)& & (\курс! — курс2\ > 11,25°) & (DZ-Doc_AD¡<0)-> —> Совершить маневр М„ в которой с учётом погрешности расчётов AD] кратчайшего расстояния сближения D?, вычислимого по функции ф(место1, место2, скорость1, скорость2, курс1, курс2), проверяется «опасность цели» по отношению к нормативному опасному сближению Doc и, при наличии такой опасности, открывается доступ через предикат «Совершить маневр Л/,» к альтернативному набору манёвров, определённому в других прецедентах.

4. Программная версия продукции Р1 формируется с помощью преобразования её предикатного аналога в код функции на алгоритмическом языке С# с помощью специализированного компилятора.

5. Программная версия продукции РЕ формируется по коду Р1 с помощью утилиты динамической компиляции.

Исполняемые коды аналогов трёх правил, определяющих нормативы МППСС-72 на движение по пересекающимся курсам, по встречным курсам и при обгоне используются агентами, моделирующими суда, находящиеся в области мониторинга, для прогнозов изменения их курсов и характеристик времени таких событий. Прогнозы формируются для типовых расхождений «изменения направления скорости движения при сохранении её значения» (рис. 6). Результаты прогнозов учитываются в списке опасных судов, дополняя информацию о каждом опасном судне парой согласованных атрибутов «изменение курса» и «момент времени изменения курса». Эти же атрибуты с их значениями включены в интерактивную модель судна, доступную по запросу на картографическом представлении области мониторинга.

Свой копабль

С О

Генеральный курс своего судна

------------------------------прогноз

Рис. 6. Прогноз при двухшаговом расхождении (С_х - имя судна)

На рис. 6 приведены потенциальные трассы расхождения с учётом и без учёта прогноза для двухшагового типового расхождения, требующего информации о потенциальном моменте времени начала маневрирования. Типовое расхождение исходит из того, что скорость маневрирующего судна С_0 в момент начала маневра изменяется по направлению на угол

Ау = аггат(|д Бтух -гб)Нукл х

величина которого вычисляется с использованием выражения (3).

Для выбора на множестве потенциальных трасс безопасного расхождения своего судна принято использовать функционал

Ф = £Ч (9)

потерь хода (выраженных через время) по генеральному курсу, для вычисления которого на каждом отрезке (1, при изменении курса на Афг вычислимы составляющие потерь

А/г =С+{с!г/У„-с1г1У0хСозф), (10)

где составляющая /'учитывает задержку времени, обусловленную принятием решения об изменении курса. Прогноз предоставляет возможность осуществить эту задержку до интервала времени (12, 1!) нормативных действий по уклонению, предотвращая неожиданное повышение степени опасности судна (на шкале значений «0» — «не опасно», «1» — «опасно» и «2» — «очень опасно»). Вторая составляющая в рамках функционала (9) открывает вахтенному возможность для выбора оптимальной трассы маневрирования (из набора возможных трасс), своевременно оценивая и планируя действия с использованием двухшаговых расхождений (учёт трёх кораблей), а не только одношаговых расхождений (учёт двух кораблей).

В четвёртом разделе раскрываются вопросы реализации системы экспертного мониторинга, получившей название EmWIQA.Net из-за её программирования в вопросно-ответной моделирующей среде WIQA.Net.

Основная форма комплекса EmWIQA.Net с деревом задач, каждая из которых задана как интерактивный объект и выводит на её вопросно-ответную модель, обобщённо приведена на рис. 7. В дереве задач каждой задаче, вводящей в процесс моделирования очередного агента, подчинены служебные задачи.

Рис. 7. Дерево задач экспертного мониторинга

Важное место в процессе моделирования занимает картографическое моделирование (рис. 8.), в которое введён слой, отвечающий за визуализацию оперативной обстановки. Слой открыт для интерактивного взаимодействия по каждому судну, предоставляя доступ к его навигационной модели и модели, отражающей отношения между судами с учётом прогнозов.

л» аля«-^

, . . Л Л. 8„ .

7-Я,

ы

- т __ » I "Чч

Г'

51

од.

/ffcj3w.f1

Л'-- Л1

' -"Ч -

Рис. 8. Картографическое моделирование обстановки

Принципиальной составляющей программного комплекса EmWIQA.Net является подсистема, выполняющая функции экспертной системы с базой знаний, в которую вложена система продукций, включающая 155 правил, извлеченных из руководства МППСС-72.

Основные результаты работы

Подводя обобщающий итог диссертационному исследованию и практическим разработкам, реализованным на базе результатов исследований, можно утверждать следующее:

Цель исследований, направленная на создание системы экспертного мониторинга, обеспечивающей снижение негативных проявлений «человеческого фактора» в решении задач предупреждения столкновения судов, достигнута.

Предложена, исследована и проверена совокупность новых моделей, использование которых в экспертном мониторинге предоставляет лицам, ответственным за вахту, на основе прогнозов своевременно планировать и осуществлять двухшаговые расхождения с опасными судами, предотвращая повышение степени опасности окружающих судов, что опосредованно снижает вероятность столкновения с ними своего судна.

Получены новые научные результаты:

1. Многоагентная модель надводной обстановки, обеспечивающая для своего судна формирование списка опасных сближений, в котором учитываются прогнозы на характеристики типового маневра расхождения, обусловленного обязательным исполнением правил МППСС-72, что позволяет планировать расхождения с учётом событий, изменяющих направления скорости до их обнаружения с помощью средств навигации и, тем самым, увеличить запас времени для принятия решений, предупреждающих столкновения.

2. Модель экспертной системы, в которой используется единообразный вопросно-ответный интерфейс, как к статике представления, так и в динамике исполнения базовых функций ЭС, что упрощает их программирование и ситуативное использование.

3. Модель базы опыта системы экспертного мониторинга, в которой каждый прецедент открыт для доступа в ряде версий, повышающих функциональный потенциал мониторинга за счёт расширения множества задач, решаемых в его процессе.

4. Система прецедентов, моделирующих нормативный опыт международных правил МППСС-72, открывающая возможность её настройки на специфику своего судна с учётом «хорошей морской практики».

Практическую ценность составляют.

Разработанный программный комплекс экспертного мониторинга EmWIQA.Net, обеспечивающий моделирование надводной обстановки (в условиях потенциального столкновения судов) в тренажёрных целях с использованием средств, которые применимы в режиме эксплуатации EmWIQA.Net.

ПУБЛИКАЦИИ

1. Касапенко Д.В. Моделирование знаний в задаче экспертного мониторинга в условиях предупреждения столкновения судов // Известия Самарского научного центра РАН. - Самара: т.11, №3(2), 2009. - С . 398-403. (Публикация в издании из списка ВАК).

2. Соснин П.И., Касапенко Д.В., Павлыгин Э.Д. Вопросно-ответный подход к задачам принятия решений // Научно-технический журнал «Автоматизация процессов управления». - Ульяновск: 2008. (№2 (12), ISBN 1991-2927). - С. 25-33.

3. Маклаев В.А., Касапенко Д.В. Агентные механизмы-в задаче мониторинга ближней надводной обстановки судна // Труды 3-ей Международной научной конференции «Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании». - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008. - С. 186-188.

4. Касапенко Д.В., Соснин П.И. Экспертные вопросно-ответные среды // Межвузовский сборник научных трудов «Информационные технологии». - Ульяновск: УлГТУ, 2008. - С. 58-63.

5. Соснин П.И., Касапенко Д.В. Принятие решений в экспертных вопросно-ответных средах // Труды Международной конференции «Интеллектуальные системы». - М.: Физматлит, 2008. - С.248-255.

6. Касапенко Д.В. Вопросно-ответный экспертный мониторинг ближней надводной обстановки судна // Научно-технический журнал «Автоматизация процессов управления». - Ульяновск: 2008. (№4 (14), ISBN 1991-2927). - С. 53-57.

7. Касапенко Д.В. Прогнозирование и оценивание в задаче агентного моделирования окружающей обстановки морского судна // Сборник научных трудов «Информатика, моделирование, автоматизация проектирования». - Ульяновск: УлГТУ, 2009. - С. 126-132.

8. Kasapenko D.V. Predicting and evaluating during agent simulation of ship tactical situation // Collection of scientific papers "Interactive Systems and Technologies». -Ulyanovsk: U1TSU, 2009. - C. 149-154.

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

Автоматизированная Идентификационная Система Международные Правила Предупреждения Столкновения Судов Система Автоматизированной Радиолокациошюй Прокладки Система Управления Движением Экспертная Система Диаграмма прецедентов Геодезическая система координат Working In Questions and Answers Unified Modeling Language Rational Unified Process

АВТОРЕФЕРАТ КАСАПЕНКО Денис Викторович

Моделирование в экспертном мониторинге надводной обстановки судна

Подписано в печать 12.11.2009. Формат 60x84/16

Бумага писчая. Усл. п. л. 1,17. Уч.-изд.л. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ № 260205

Типография ФНПЦ ОАО «НПО «Марс» 432022, Ульяновск, Солнечная, 20

АИС

МППСС

САРП

СУД

ЭС

USE-CASE

WGS84

WIQA

UML

RUP

Введение.

Глава первая. Проблема предупреждения столкновения судов.

1.1. Основы предупреждения столкновения судов.

1.1.1. Безопасность мореплавания.

1.1.2. Международное нормативное регулирование.

1.1.3. Структура правил предупреждения столкновения судов.

1.1.4. Динамика надводной обстановки судна.

1.1.5. Человеческий фактор.

1.1.6. Роль опыта в предупреждении столкновения судов.

1.2. Обзор методов и средств для предупреждения столкновения.

1.3. Вопросно-ответный подход к экспертному мониторингу в задаче предупреждения столкновения судов.

1.4. Постановка задачи исследований и разработок.

1.4.1. Обобщённая постановка задачи.

1.4.2. Вопросно-ответный анализ.

1.4.3. Диаграмма прецедентов.

1.4.4. Мотивационно-целевые установки задачи исследований.

Выводы по первой главе.

Глава вторая. Моделирование в задаче экспертного мониторинга.

2.1. Подход к решению задачи экспертного мониторинга в вопросно-ответной среде.

2.2. Базовые модели экспертного мониторинга.

2.2.1. Навигационная модель судна.

2.2.2. Модель движения судна.

2.2.3. Модели отношений между двумя агентами.

2.2.4. Модель состояния надводной обстановки.

2.3. Моделирование экспертной системы.

2.3.1. Функциональная модель экспертной системы в С}А-среде.

2.3.2. Вопросно-ответная модель данных.

2.3.3. Вопросно-ответная модель продукции.

2.4. Моделирование опыта в задаче экспертного мониторинга.

2.4.1. Формализация вопросно-ответной модели продукции.

2.4.2. Версии моделирования продукции.

2.4.3. Модели прецедентов базы опыта.

2.4.4. Библиотечная организация системы прецедентов.

2.4.5. Система управления доступом к прецедентам.

2.4.6. Интегральная модель базы опыта.

Выводы по второй главе.

Глава третья. Средства мониторинга ближней надводной обстановки.

3.1. Формирование базы опыта.;.".

3.1.1. Подход к формированию системы продукций.

3.1 '2. Формирование толкового словаря.

3.1.3. Структуризация правил.

3.1.4. Формирование прецедента.

3.2. Средства агентного моделирования.

3.2.1. Подход к представлению агентов.

3.2.2. Представление движения агента.

3.2.2.1. Навигационное существование агента.

3.2.2.2. Приписывание навигационных характеристик.

3.2.2.3. Оценивания в пересечении курсов.

3.2.2.4. Оценивание времени уклонения.

3.2.2.5. Прогнозирование изменений движения агентов.

3.2.2.6. Оценивание двухшаговых расхождений.

3.3. Взаимодействия в экспертном мониторинге.

3.3.1. Взаимодействие агента с базой опыта.

3.3.2. Автоматизированное взаимодействие с агентами.

3.3.3. Автоматизированное взаимодействие с базой опыта.

Выводы по третьей главе.

Глава четвёртая. Экспертная система мониторинга ближней надводной обстановки судна

4.1. Адаптация QA-модели к специфике задачи исследований.

4.1.1. Адаптация архитектуры.

4.1.2. Адаптация и развитие на программном уровне.

4.1.3. Адаптация на уровне дерева задач.

4.2. Реализация «Базы опыта».

4.3. Картографическая подсистема.

Выводы по четвёртой главе.

Исторически существует и постоянно проявляет себя в инцидентах комплекс проблем безопасности мореплавания, в состав которого входит проблема столкновения судов. Каждый год в мире сталкиваются около 1500 крупных судов и около 2% из них погибает. Столкновения судов составляют в среднем 1520 % от всех причин аварий, а технические убытки от столкновений составляют более 30 % от всех технических убытков, причиной которых являются аварии всех типов.

Для снижения рисков столкновений разработаны международные правила, обязательные для их исполнения судами различных типов и различной принадлежности. Такие правила ужесточаются национальными правилами предупреждения столкновений. Суда оснащаются мощными навигационными автоматизированными комплексами,, использующими системы автоматической радиолокационной прокладки (САРП) с возможностью имитации маневрирования. Практически создана глобальная система управления движением судов (СУДС) и мониторинга в прибрежных морских районах, в составе которой используются спутниковые средства навигации и связи, автоматизированные информационные (идентификационные) сйстемы (АИС) для автоматического сбора информации о судах.

И всё же, несмотря на постоянный прогресс в техническом обеспечении работ по предупреждению столкновений судов, эта проблема сохраняется. Причин такому положению-дел много. В их число входят, например: погодные условия, ограничивающие видимость (туман,, мгла,, снегопад,, сильный* ливень и др:); и приводящие-к;штормовым:явлениям;: близость- береговгили стесненные условия': плаваниям при: напряженном- трафике; субъективность принятия; решений об опасности столкновений и маневрировании, в том числе и обусловленные отсутствием должного опыта.у лиц, которые принимают такие решения. .

Субъективная составляющая проблемы столкновения считается одной из основных, что и является одной из главных причин «расширения» автоматизации в этой проблемной области. Автоматизация дополняется обязательным освоением и закреплением нормативного опыта действий лицами, на которых возложена ответственность за предотвращение столкновений. Так, например, каждый капитан, старший помощник и помощник капитана, несущий ходовую вахту на судне, на котором установлен САРП, должен пройти соответствующий курс обучения использования САРП.

Но реальность проблемы столкновений такова, что к обучающей поддержке и нормативному опыту часто необходимо обращаться в реальных ситуациях возможного столкновения. По этой причине разрабатывают и внедряют в практику, управления судами полезные средства моделирования и принятия решений, в том числе и экспертные системы мониторинга ближней надводной обстановки. Именно эти факты указывают на актуальность диссертационного исследования, в котором предлагается и доведён до уровня практического применения вопросно-ответный подход к экспертному мониторингу.

На основании вышесказанного в диссертационной работе была выбрана область исследований^ содержание которой определяют процессы экспертного мониторинга ближней надводной обстановки морского судна в условиях потенциального столкновения судов,.обязанных соблюдать Международные Правила Предупреждения Столкновения Судов (МППСС-72).

Функции объекта исследовании« в работе выполняют инструментально-технологические средства экспертного- мониторинга, обеспечивающие! оперативный анализ и контроль, надводной' обстановки судна для предупреждения столкновения судов. . Л Ориентируясь на современную практику, мониторинга, надводной обстановки и проблемы в предупреждении столкновения судов, обусловленные «человеческим фактором», было предложено. использовать вопросно-ответный подход и опыт.«экспертных систем» для разработки средств, помогающих в решении задач предупреждения столкновения-судов.

Предметом исследования диссертационной работы является средства инструментальной поддержки процессов решения задач экспертного мониторинга, способствующие снижению негативных проявлений «человеческого фактора» в действиях лиц, ответственных на судне за вахту, и, тем самым, способствующие снижению вероятности аварийного развития событий.

Целью диссертационной работы является создание инструментального комплекса средств, позволяющего включить в процессы решения задач экспертного мониторинга ближней надводной обстановки ряд позитивных эффектов, отсутствующих в современной навигационной практике и способствующих предупреждению столкновения судов.

Сущность диссертационной работы связана с решением следующих на-учногтехнических задач:

1. Разработать модель «агента» судна с «жизненным циклом», отражающим его активное «навигационное существование», с возможностью прогнозирования развития событий в процессе решения задач предупреждения столкновения судов.

2. Разработать модель базы опыта, развивающую структурно-функциональный потенциал баз знаний экспертных систем так, чтобы он способствовал оперативной интеграции опыта лица, ответственного за вахту, с нормативной базой опыта и повышению достоверности выбора прецедента для реагирования в сложившейся ситуации.

3. Создать открытую систему продукций, интегрирующую международные правила МППСС-72 с опытом «хорошей морской практики», и открытую для её автоматического использования «агентами» и автоматизированного использования лицом, ответственным за вахту.

4. Разработать в инструментальной вопросно-ответной среде приложение «Экспертная система мониторинга ближней надводной обстановки судна», обеспечивающее его использование.в тренажёрном режиме и открытое для построения на его базе эксплуатационной версии.

Научную новизну составляют:

1. Активная агентная модель судна, находящегося в границах ближней надводной обстановки, использующая навигационную информацию о судне и-надводной обстановке, в которой оно находится, для автоматической оценки соответствия поведения судна правилам МППСС-72, что используется в системе экспертного мониторинга для прогнозирования развития событий и планировании расхождений с учётом прогнозов.

2. Модель экспертной системы, базовые функции которой реализованы в виде вопросно-ответных программ, что приводит к единообразным механизмам создания ЭС разработчиками и использования функции ЭС пользователями.

3. Модель базы опыта, интегрирующая текстовую, вопросно-ответную, предикатную и программную реализации продукций в виде, обеспечивающем их автоматизированное и автоматическое использование, что открывает возможность дифференцированного доступа к базе опыта, настроенного на классы задач, обслуживающих мониторинг ближней надводной обстановки своего судна. •

4. Открытая система прецедентов^ извлечённая,из международных правил предупреждения? столкновения- судов МППСС-72, позволяющая; уточнять вложенные в неё продукции за; счёт опыта «хорошей морской практики», что повышает их профессиональную ценность и адекватность типовым ситуациям в предметной области предупреждения столкновения судов;

Достоверность результатов; диссертационной работы подтверждается полнотой и корректностью-исходных посылок, логичностью рассуждений (использующих, в том числе, вопросно-ответную формализацию), а также опытной эксплуатацией разработанных средств в тренажёрном режиме. •

Основные положения, выносимые'на защиту, включают:

1. Объединение закономерностей движения судовх предикатными требованиями на изменения движений, обусловленными необходимостью соблюдать международные правила.М!II1СС-72. . . ' .■ :

2. Вопросно-ответное программирование базовых функций ЭС, приводящее к использованию единообразных механизмов на всех стадиях её «жизненного цикла».

3. Объединение текстовой, вопросно-ответной, предикатной и программных форм продукции в единое целое, обеспечивающее естественную интеграцию опыта лиц, ответственных за вахту, с моделями «Базы опыта», а также открывающее доступ агентам для автоматического анализа ситуаций в контексте правил МППСС-72.

Практическая ценность. Разработан программный комплекс «Система экспертного мониторинга ближней надводной обстановки», не имеющий аналогов и обеспечивающий включение в процессы решения задач экспертного мониторинга ряда позитивных эффектов, снижающих негативные проявления «человеческого фактора».

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные программные средства и комплекс методик их использования» реализованы в рамках НИОКР, выполненной в ФНЩОАО^НПО «Марс».

В; первой: главе диссертации определяются область и объект исследований; проводится аналитико-тематический обзор информационных источников в рамках интересов исследований; выявляются требования- к инструментальным системам поддержки действий лиц, ответственных за вахту; формулируется задача исследований и проводится её вопросно-ответный анализ, по результатам которого материал исследований распределяется по главам.

Во второй главе раскрывается, подход к моделированию задач-экспертно-го мониторинга, проводится структуризация задач и сцецифицируется «дерево задач» с позиций вопросно-ответного подхода и заимствований из опыта разработок и использования экспертньгх: систем. Предлагается; модель, экспертной системы в виде комплекса^ взаимосвязанньгх вопросно-ответньгх программ, реа- 4 лизующих основные функции экспертной системы. Предлагается и специфицируется модель. «Базы опыта», в которой для каждой продукции" вводится её представление, включающее её вопросно-ответную, предикатную и алгоритмическую форму, в виде объявления на языке С#.

В третьей главе работы представлены результаты извлечения продукций «Базы опыта» из Международных правил МППСС-72, учитывающие опыт «хорошей морской практики». Предлагается и специфицируется агентная модель судна, автоматически взаимодействующая с «Базой опыта».

В четвёртой главе представлены результаты реализации «Системы экспертного мониторинга надводной обстановки» как приложения, созданного в среде вопросно-ответного процессора. Проведена адаптация известных средств к задаче мониторинга и выявлены те составляющие системы, которые приходится программировать. Представлены элементы реализации «Базы опыта», средств картографии и агентного представления.

В приложениях к диссертационной работе представлены система продукций в её версии, которая используется автоматически агентами, а также справка реализации научных результатов диссертационной работы.

Выводы по четвёртой главе

1. Комплекс моделирующих средств \V1QA обладает достаточным потенциалом для его интерпретации как оболочки для создания приложений, обслуживающих чел о веко-компьютерную деятельность, и позволяет настроить его на создание системы экспертного мониторинга ЕтУА<ЗА.

154

2. Настройка инструментальной оболочки WIQA на решение задачи экспертного мониторинга позволила определить состав компонентов, который необходимо разработать и подключить к оболочке (как расширения, plug-ins) для создания приложения EmWIQA.

3. Особо важным расширением, обеспечивающим базовую функциональность системы EmWIQA, является комплекс средств, обслуживающий формирование и использование базы знаний экспертной системы о нормативных правилах МППСС-72, открытой для автоматизированного доступа по запросам от вахты и автоматического доступа для агентов, представляющих суда ближней надводной обстановки.

4. В составе расширений принципиальное место занимает картографическая подсистема, обеспечивающая визуализацию текущего состояния ближней надводной обстановки своего судна, а таюке интерактивный доступ к информации о каждом судне и прогнозах на развитие событий, исходящих из обязательного выполнения всеми судами правил МППСС-72.

Заключение

Подводя обобщающий итог диссертационному исследованию и практическим разработкам, реализованным на базе результатов исследований, можно утверждать следующее:

Цель исследований, направленная на создание системы экспертного мониторинга, обеспечивающей снижение негативных проявлений «человеческого фактора» в решении задач предупреждения столкновения судов, достигнута. Предложена, исследована и проверена совокупность новых моделей, на базе которых осуществляется анализ ближней надводной обстановки своего судна и оценка опасных сближений с использованием прогнозов развития событий.

Получены новые научные результаты:

1. Многоагентная модель надводной обстановки, обеспечивающая для своего судна формирование списка опасных сближений, в котором учитываются прогнозы на характеристики типового маневра расхождения, обусловленного обязательным исполнением правил МППСС-72, что позволяет планировать расхождения с учётом событий, изменяющих направления скорости, до их обнаружения с помощью средств навигации и, тем самым, увеличить запас времени для принятия решений, предупреждающих столкновения.

2. Модель экспертной системы, в которой используется единообразный вопросно-ответный интерфейс, как к статике представления, так и динамике исполнения базовых функций ЭС, что упрощает их программирование и ситуативное использование.

3. Модель базы опыта системы экспертного мониторинга, в которой каждый прецедент открыт для доступа в ряде версий, повышающих функциональный потенциал мониторинга за счёт расширения множества задач, решаемых в его процессе.

4. Система прецедентов, моделирующих нормативный опыт международных правил МГШСС-72, открывающая возможность её. настройки на специфику своего судна с учётом «хорошей морской^практики».

Практическую ценность составляют

Разработанный программный комплекс экспертного мониторинга Еш-WIQA.Net, обеспечивающий моделирование надводной обстановки (в условиях потенциального столкновения судов) в тренажёрных целях с использованием средств, которые применимы в режиме эксплуатации EmWIQA.Net

1. Абчук ЕЛ. Теория риска в морской практике. Л.:Судостроение; 1983. - 391 с. .

2. Безнос Л.А., Попов Г.И. О живучести судна // Судостроение. 1979.-^т 11. - С. 3-6.

3. Вейхман В.В. Проблема определения понятия «безопасность мореплавания» // Теория и практика судовождения: сборник научных трудов БГА РФ. Вып. 8. - Калининград, 1995.-С. 96-101.

4. Груздев Н.Г. Безопасность плавания, учебник для курсантов военно-морских институтов. СПб., 2002.-211 с.

5. Груздев Н.М. Оценка точности морского судовождения. М.: Транспорт, 1989. - 191 с.

6. Гуреев С.А. Международное торговое судоходство (международно-правовые проблемы). М.: Междунар. отношения, 1979. - 224 с.

7. Дмитриев В.И., Григорян В.Л., Катенин В.А. Навигация и лоция, учебник для вузов / под ред. В.И. Дмитриева. М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. — 421 с.

8. Захаров А.М., Дидык АД. Управление судном и его техническая эксплуатация: учебник для мореходных училищ. М.: Транспорт, 1982. - 328 с.

9. Зеленин М.П., Бедный З.Г. Эргономика на морском транспорте: учебное пособие для вузов мор. трансп. М.: Транспорт, 1980. - 176 с.

10. Инструкция по производству ведомственного расследования аварийных случаев на флоте рыбной промышленности СССР и рыболовецких колхозов: сборник документов по безопасности мореплавания и ведения промысла. Л.: Транспорт, 1982. - С. 501-524.

11. Карасёв В.В., Булах Е.Г. Основы радиолокации: методическое пособие. Дальневосточ-ныйгосударственный технический рыбохозяйственный университет, 2006. - 50 с.

12. Карпенко А.Г., Глухое А.Ф., Дмитриев В.И. Рекомендации по действиям в аварийных ситуациях. СПб., 2000. - 52 с.

13. Касапенко Д.В. Моделирование знаний в задаче экспертного мониторинга в условиях предупреждения столкновения судов // Известия Самарского научного центра РАН. -Самара, 2009. Т.П.- №3(2). - С. 398-403.

14. Касапенко Д.В. Прогнозирование и оценивание в задаче агентного моделирования окружающей обстановки морского судна // Информатика, моделирование, автоматизация проектирования: сборник научных трудов. Ульяновск: УлГТУ, 2009. - С. 126-132.

15. Касапенко Д.В., Соснин П.И. Экспертные вопросно-ответные среды // Информационные технологии: межвузовский сборник научных трудов. — Ульяновск: УлГТУ, 2008. — С. 58-63.

16. Коккрофт А.Н., Ламеер Дж. Н.Ф. «Руководство по правилам предупреждения столкновения. СПб.: ООО «МОРСАР», 2005. — 302с.

17. Конвенция о борьбе с незаконными актами, направленными против безопасности морского судоходства, 1988.

18. Кондрашихин В.Т. Определение места судна. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1989.-230 с.

19. Кондрашихин В. Т. Теория ошибок и ее применение к задачам судовождения. М.: Транспорт, 1969. - С. 3.

20. Конвенция об открытом море. 29 апреля 1958 г., Женева // Сборник международных договоров СССР по вопросам мореплавания. Изд. 3-е, перераб. - ГУНиО МО, адм.№ 9050,1987.-С. 9-17.

21. Конвенция Организации Объединенных Наций по морскому праву. 10 декабря 1982 г., Монтепо-Бей (Ямайка) // Сборник международных договоров СССР по вопросам мореплавания. Изд. 3-е, перераб. - ГУНиО МО, адм.№ 9050, 1987. - С. 29-88.

22. Максимаджи М.И. Квалификация и классификация аварийных случаев // Безопасность мореплавания и ведения промысла. Вып. 63. - Л.: Транспорт. - 1982. - С. 37-41.

23. Международное морское право: Учебник / Отв. ред. И.П. Блищенко. М.: Изд-во УДН, 1988. - 288 с.

24. Международная конвенция по охране человеческой жизни на море 1974 г., Глава 112,2002.

25. Мордвинов Б.Г., Кондрашихин В.Т., Скубко P.A. Средства навигации малых судов. JL: Судостроение, 1986. - 168 с.

26. Морские радио и навигационные системы. http://www.zora ги/

27. Морское и рыболовное право / А.А.Волков, К.А.Бекяшев, А.А.Александров, Н.Н.Попов: Под ред. А.А.Волкова. -М.: Агропромиздат, 1986. 239 с.

28. Беляев Ю.К., Богатырев В.А., Болотин В.В. и др. Надежность технических систем: справочник / под ред. И.А.Ушакова. М.: Радио и связь, 1985. - 608 с.

29. Олыпамовский С.Б., Г.Н.Федченко, В.В.Мордвинов Исследование причин столкновения парохода «Адмирал Нахимов» с теплоходом «П.Васев» // Морской транспорт. Сер. Судовождение, связь и безопасность мореплавания. Вып 8. - 1993.

30. Орлов В.А. Автоматизация промыслового судовождения. М.: Агропромиздат, 1989. -296 с.

31. Письменный М.Н. Краткий курс лекций по изучению международных правил предупреждения столкновений судов в море.- http://pilotservice.narod.ru/masters.html

32. Правила по оборудованию морских судов Российского морского регистра судоходства.- СПб.: Российский морской регистр судоходства, 2003. С. 19-208.

33. Практическое кораблевождение. Книга I./под ред. А.П. Михайловского. JL: ГУНиО МО, 1988.-760 с.

34. Практическое кораблевождение для командиров кораблей, штурманов и вахтенных офицеров. Книга первая / Отв. редактор А.П.Михайловский. ГУНиО МО, 1989. - 896 с.

35. Развозов С.Ю., Страшко А.Н. Безопасность плавания: Учебное пособие. Ч. 2. СПб.: ГМА им адм. С.О. Макарова, 2002. - 125 с.

36. Растригин JI.A. Современные принципы управления сложными объектами. М.: Сов. радио, 1980. - 232 с.

37. Родионов А.И., Сазонов А.Е. Автоматизация судовождения: учебник для вузов мор. трансп. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1983. - 216 с.

38. Рябинин И. Надежность, живучесть и безопасность кораблей. // Мор. сборник.- М., 1987.-№8.-С. 62-65.

39. Словарь международного морского права / Отв. ред. Ю.Г. Барсегов. М.: Междунар. отношения, 1985. - 256 с.

40. Руководство по расследованию человеческих факторов в авариях и инцидентах на море.- СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 2000. 128 с.

41. Снопков В.И., Конопелько Г.И, Васильева В.Б. Безопасность мореплавания: учеб. для вузов / под ред. В.И. Снопкова. М.: Транспорт, 1994. - 247 с.

42. Аксютин JI.P., Бондарь В.М., Ермолаев Г.Г. и др. Справочник капитана дальнего плавания /под ред. Г.Г. Ермолаева. М.: Транспорт, 1988. - 248 с.

43. Страшко А. Н. Безопасность плавания: учебное пособие. Ч. 1. — СПб., ГМА им. адм. С.О.Макарова, 2001. 92 с.

44. Соснин П.И., Касапенко Д.В., Принятие решений в экспертных вопросно-ответных средах // Труды международной конференции «Интеллектуальные системы». М.: Физ-матлит, 2008. - С. 248-255.

45. Соснин П.И., Касапенко Д.В., Павлыгин Э.Д. Вопросно-ответный подход к задачам принятия решений// Автоматизация процессов управления. 2008. - №2(12). - С. 25-34.

46. Кацман Ф.М., Дорогостайский Д.В., Конов А.В., Коваленко Б.П. Теория и устройство судов: учебник. JL: Судостроение, 1991. - 416 с.

47. Яскевич А.П., Зурабов Ю.Г. Комментарии к МППСС-72.- М.: Транспорт, 1990. - 480 с.

48. Amerongen J. (1982): Adaptive steering of ship. A model reference approach to improved manoeuvering and economical course keeping. Ph.D. thesis, Delft University of Technology, the Netherlands.

49. Astrom К J. and Wittenmark B. (1989): Adaptive Control.- Reading, MA: Addison Wesley.

50. Blackwell G K, et al (1990). Onboard systems for automatic ship guidance and intelligent collision avoidance. Proc. of the International Conference on Modeling and Control of Marine Craft, pp.121-135,18-20, April, Exeter.

51. Boogard, R.J. Dijkstra, H. Verwoert, No access sediment ship only. Individual papers. 29-th PIANC Navigation Congress Den Haag 1998.

52. Cheng-Neng Hwang, Joe-Ming Yang and Chung-Yen Chiang, "The design of fuzzy collision-avoidance expert system implemented by H¿-autopilot", Journal of Marine Science and Technology, 2001, 9(1), pp. 25-37.

53. Cheng J (1981). The principle of automatic collision avoidance system computation (in Chinese). The Journal of Shanghai Maritime University, no.4.

54. Coldwell T (1983). Bridge design options. Shipping & Marine Engineering International. December.

55. F. P. Coenen, G. P. Sneaton and A. G. Bole, "Knowledge-based collision avoidance", The Journal of Navigation, 1980, 42(1), pp. 107-116.

56. Coenen F, et al (1991). A KBS for marine collision avoidance. The World Congress on Expert Systems Proceedings, pp.2574.

57. Colly В A, et al (1983). Manoeuvring times, domains and arenas. The Journal of Navigation, vol.36, no.2, pp.324.

58. Davis P.V., Dove M.J., and Stockel C.T., Computer Simulation of Multiship Encounters. Journal of Navigation, Vol.35, No.2,1982.

59. Davis P V, et al (1980). A computer simulation of marine trafic using domains and arenas. The Journal of Navigation, vol.33, no.l, pp.215.

60. J. DeRouck, P. Mortier, H. Vrijling, P. Hoorelbeke, Risk assessment of maritime structures odud offshore pipelines. Case 1. Risk assessment of Waster Sealock in Tereneuzen 29-th PIANC Navigation Congress Den Haag 1998.

61. Do K.D., Jiang Z.P. and Pan J. (2004): Robust adaptive path following of underactuated ships. Automatica, Vol. 40, No. 6, pp. 929-944.

62. Expert System Builder/ http://www.esbuilder.com/

63. Ezal K., Pan Z. and Kokotovi.c P. (2000): Locally optimal and robust backstepping design. -IEEE Trans. Automat. Contr., Vol. 45, No. 2, pp. 260-271.

64. Fang Y., Zergeroglu E., Queiroz M.S. and Dawson D.M. (2004): Global output feedback control of dynamically positioned surface vessels: an adaptive control approach. Mechatron. Vol. 14, No. 4, pp. 341-356.

65. Fleming P.J:. and Purshouse R.C. (2002): Evolutionary algorithms in control systems engineering: A survey. Contr.Engi. Pract.; Vol. 10, No. 11, pp. 1223-1241.

66. Fossen T.I. and Strand J.P. (1998): Nonlinear ship control (Tutorial paper). Proc. IF AC Conf. Control Application in Marine Systems CAMS'98. Fukuoka, Japan, pp. 1-75.

67. Fossen T.I. and Strand J.P. (1999): A tutorial on nonlinear backstepping: Applications to ship control. Modell., Identif. Control, Vol. 20, No. 2, pp. 83-135.

68. Fossen T.I. (2002): Marine Control Systems. Guidance, Navigation, and Control of Ships, Rigs and Underwater Vehicles. Trondheim, Norway: Marine Cybernetics.

69. Furuhashi T., Nakaoka K., and Uchikawa Y., A Study on Classier System for Finding Control Knowledge of Multi-Input Systems, (F. Herrera and J.L. Verdegay, Editors), Genetic Algorithms and Soft Computing, Physica-Verlang, 1996.

70. Grabowski M., William A. Wallace An Expert System for Maritime Pilots: Its Design and Assessment Using Gaming //MANAGEMENT SCIENCE Vol. 39, No. 12, December 1993, pp. 1506-1520

71. S. Gucma, Model of vessel's manoeuvring in limited sea areas in navigational risk aspect Archives of Transport. Volume 12 issues 1 Polish Academy of Sciences Warsaw 2000.

72. S. Gucma, Optimization of waterway parameters. Inland and maritime navigation and coastal problems of East European Countries. PIANC on Technical University of Gdansk 1996.

73. Guo P . The exploration of ship's collision avoidance method (in Chinese). Shipping Quarterly, vol.23, no.3.

74. Goodwin E M (1975) A statistical study of ship domains. The Journal of Navigation, vol.28, no.2, pp.328.

75. Harkegard 0. (2003): Backstepping and control allocation with applications to flight control. -Ph.D. thesis, Department of Electrical Engineering, Linkoping University, Sweden.

76. He S., Reif K. and Unbehauen R. (1998): A neural approach for control of nonlinear systems with feedback linearization. IEEE Trans. Neural Netw., Vol. 9, No. 6, pp. 1409- 1421.

77. Han-Jin Lee and Key Pyo Rhee, "Development of Collision Avoidance System by Using Expert System and Search Algorighm", Int. Vessel build. Progr., 2001, pp. 197-212.

78. Hasegawa K, et al (1987). A automatic collision avoidance system of ship's using fuzzy control (in Japanese). The Journal of the Society of Naval Architects of Kansai, vol.205, pp.1.

79. Hasegawa K (1987). Automatic collision avoidance system for ships using fuzzy control. Proc. of the 8th Ship Control System Symposium, vol.2, pp.34-58, The Hague.

80. Hasegawa, K., Kouzuki, A., Muramatsu, T., Komine, H. and Watabe, Y., "Vessel autonavigation fuzzy expert system (SAFES)", Journal of the Society of Naval Architecture of Japan, 1989, Vol. 166.

81. Holmes J D (1980). A statistical study of factors a®ecting navigation decision making. The Journal of Navigation, vol.33, no.l, pp.206.

82. Hosoda R, et al (1988). Advanced concept of ship collision avoidance. Proc. of NAV'88 {WEMT'88 Symposium, Trieste, Italy, Otc.

83. Hwang C.-N., J.-M. Yang and C.-Y. Chiang. The design of fuzzy collision-avoidanceexpert system implemented by H.- autopilot// Journal of Marine Science and Technology, 2001, Vol. 9, No. l,pp. 25-37.

84. Imasaki H, et al (1986). A fuzzy reasoning model to decide the collision avoidance action (in Japanese). The Journal Japan institute of Navigation, vol.75, pp.69.

85. IMO Preference Standards for Automatic Radar Plotting Aids (ARPA). Resolution A. 422 (XI), Nov. 1979.

86. Imazu H (1984). Ship collision avoidance and irs devices (in Japanese).Seizando Inc.

87. Imazu H (1984). The evaluation of collision risk (in Japanese). Navigation, vol.80.

88. Imazu H, et al (1984). The determination of collision avoidance action (in Japanese). The Journal of Japan Institute of Navigation, vol.70, pp.31.

89. Imazu H, et al (1989). Basic research on an expert system for navigation at sea. Proc. of Academic symposium between Chinese and Japan Institutes of Navigation, Tokyo, May.

90. James M K (1986). Modeling the decision process in computer simuation of ship navigation. The Journal of Navigation, vol.39, no.l, pp.32.

91. Jones K D, et al (1976). Automatic plotting radar. The Journal of Navigation, vol.29, no.3, pp.322.

92. Jones K.D., Decision Making when Using Collision Avoidance System. Journal of Navigation, Vol.31, No.2,1978.

93. Jones K D, et al (1976). Automatic plotting radar. The Journal of Navigation, vol.29, no.3, pp.322.

94. Jiang Z.P. (2002): Global tracking control of underactuated ships by Lyapunov direct method. Automat., Vol. 38, No. 2, pp. 301-309.

95. Kasapenko D.Y. Predicting and evaluating during agent simulation of ship tactical situation // Collection of scientific papers "Interactive Systems and Technologies». Ulyanovsk: U1TSU, 2009.-C. 149-154.

96. Kearon J (1977). Computer programs for collision avoidance and trackeeping. Conference on Mathematical Aspects of Marine Tra±c, Academic Press, London.

97. Kemp J F (1973). Behaviour patterns in encounters between ships.The Journal of Navigation, vol.26, no.4, pp.417.

98. Koyama T. and Yan J., "An expert system approach to collision avoidance", Proc. of the 8th Vessel Control System Symposium, Hague, 1987.

99. Kokotovi.c P. and Arcak M. (2001): Constructive nonlinear control: A historical perspective. Automat., Vol. 37, No. 5, pp. 637-662.

100. Krsti.c P.V. (1995): Non-c M., Kanellakopulos I. and Kokotovi.linear and Adaptive Control Design. New York: Wiley.

101. Krsti.c M. and Tsiotras P. (1999): Inverse optimal stabilization of a rigid spacecraft. IEEE Trans. Automat. Contr., Vol. 44, No. 5, pp. 1042-1049.

102. Kuljaca O., Swamy N., Lewis F.L and Kwan C.M. (2001): Design and implementation of industrial neural network controller using backstepping. Proc. 40th IEEE Conf. Decision and Control Orlando, FL, pp. 2709-2714.

103. Kwan C.M. and Lewis F.L. (2000): Robust backstepping control of nonlinear systems using neural networks. IEEE Trans. Syst. Man Cybern., Part A: Syst. Humans, Vol. 30, No. 6, pp. 753-766.

104. Kwik K H (1988). Systematic determination of ship collision avoidance manvoevres for use i in an advanced navigation system. Ortung and Navigation, no.l, ppl5.

105. Lamb W.G.P., The Calculation of Marine Collision Risks. Journal of Navigation, Vol.38, No 4,1985.

106. Lee, H. J., Yoo, W. J. and Rhee, K. P., "Development of collision avoidance system by fuzzy theory", The Second Japan-Korea Joint Workshop on Vessel & Marine Hydrodynamics, Osaka, 1993, pp. 164-169.

107. Lisowski J., A Simulation Study of Various Approximate Models of Ships Dynamics in the Collision Avoidance Problem. Foundation of Control Engineering, Vol.10, No.2, 1985.

108. Lisowski J. and Smierzchalski R., Assigning of Safe and Optimal Trajectory Avoiding Collision at Sea.3rd IF AC Workshop Control Applications in Marine System, Trondheim-Norway 1995.

109. Lisowski J. and Smierzchalski R., Methods to Assign the Safe Maneuver and Trajectory Avoiding Collision at Sea. 1st International Conference Marine Technology. Szczecin 1995.

110. Michalewicz Z., Genetic Algorithms + Data Structures = Evolution Programs. Spriger-Verlang, 3rd edition, 1996.

111. Smeaton G P, et al. The electronic chart in the integrated bridge: an emerging technology at sea. Trans IMarE, vol.104, pp.171-185.

112. Saburo Tsuruta and Hisashi Matsumura, "Basic research on an expert system for navigation at sea", The Journal of Japan Institute of Navigation, 1987, 77, pp. 133-139.

113. Smierzchalski R., The Application of the Dynamic Interactive Decision Analysis System to the Problem of Avoiding Collisions at the Sea, (in Polish) 1st Conference Awioniki, Jawor, Poland 1995

114. Smierzchalski R., The Decision Support System to Design the Safe Maneuver Avoiding Collision at Sea. ISAS'96, Orlando, USA, 1996.

115. Smierzchalski R. and Michalewicz, Z., Adaptive Modeling of a Ship Trajectory in Collision Situations at Sea. Submitted for publication, 1998.

116. Shimizu K, et al. A fuzzy control for adjusting the schedule of a ship at waterway intersections (in Japanese). The Journal of the Society of Naval Architects of Japan, vol.156, pp.201.

117. Sosnin P. I., Question-Answer Models of Decision-Making Tasks in Automated Designing, // Proc. of the 22nd European Conference on Modelling and Simulation (ECMS'2008) ISBN: 978-0-9553018-5-8, pp. 173-180,2008.

118. Tan O. A Multi-Agent System for Tracking the Intent of Surface Contacts in Ports and Waterways// International Maritime Protection Symposium, 2005.

119. Taylor D H (1990). Uncertainty in collision avoidance manoeuvre. The Journal of Navigation, vol.43, pp.238.9

120. Tien Tran and Chris Harris, "Vessel Management Expert System", Proc. of IEEE Intelligent Transportation System Conference, Oakland (CA), USA, August 25th-29th, 2001.

121. Tran, T., Harris, C.J. and Wilson, P.A. (2000) Marine collision avoidance expert system. In, Proceedings of Intelligent Systems & Control 2000, Honolulu, USA, 14-16 Aug 2000., 27-32.

122. Tsuruta S, et al (1993). Basic research on the application of hypothesis based reasoning system to collision avoidance. Proc. of the 10th Ship Control System Symposium, vol.2, pp.409422.

123. Wang C (1986). Computer simulation of the process of ship's collision avoidance (in Chinese). The Journal of scienti c Exploration, no.2.

124. Wang X (1987). Study on automatic radar collision avoidance systemand the programme design. M.Sc dissertation in Dalian Maritime University.

125. Wiswall F L (1990). The impact of the electronic chart on the law of collision. Proc. of the International Conference on Maritime Law and the Electronic Chart, pp.97-106. Ottawa, 1315 Nov.

126. Xiao J., Michalewicz Z., Zhang, L., and Trojanowski, K., Adaptive Evolutionary Planner/Navigator for Mobile Robots, IEEE Transactions on Evolutionary Computation, Vol.1, No.l, 1997.

127. Yamato H, et al (1990).Automatic berthing by the neural controller.Proc. of the 9th Ship Control System Symposium. Maryland, Sept.7

128. Yamamoto T, et al (1990). Application of fuzzy theory in ship's collision avoidance operation (in Japanese). Hitachi Zosen Technology Review, vol.51, no.2, pp.3-8

129. Yan J., Koyama T. An expert system approach to collision avoidance// Proc. 8th Ship Control Systems Symposium, The Hague, Netherlands, 6-9 Oct. 1987, Vol. 3, p. 234-239

130. Zhang T., Ge S.S. and Hang C.C. (2000): Adaptive neural network control for strict-feedback nonlinear systems using backstepping design. Automat., Vol. 36, No. 12, pp. 1835-1846.

131. Zhang Y., Peng P.Y. and Jiang Z.P. (2000): Stable neural controller design for unknown nonlinear systems using back-stepping. IEEE Trans. Neural Netw., Vol. 11, No. 6, pp. 13471360.

132. Zhao J, et al (1994). The uncertainty and uncoordination of mariners' behaviour of collision avoidance at sea. Proc. of the 8th International Navigation Simulator Lecturers' Conference, Shanghai, 28th Aug. { 2nd Sept)

133. Zhao J, et al (1992). The development of automatic collision avoidancesystem. The Journal ofNavigation, vol.46, no.3, pp.422-437.

134. Zixing C. Robotic path finding with collision avoidance using expert system//Journal of Computer Science and Technolog Volume 4, Number 3/1989., 229-235