В П Харченко, Т Ф Шмельова, Ю В Сікірда - Графоаналітичні моделі прийняття рішень людиною-оператором аеронавігаційної системи - страница 1

Страницы:
1  2 

ISSN 1813-1166. Вісник HAY. 2011. №1

АЕРОКОСМІЧНІ СИСТЕМИ МОНІТОРИНГУ ТА КЕРУВАННЯ

УДК 629.7.073

1В.П. Харченко, д.т.н., проф. Т.Ф. Шмельова, к.т.н., доц. Ю.В. Сікірда, к.т.н., доц.

ГРАФОАНАЛІТИЧНІ МОДЕЛІ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ ЛЮДИНОЮ-ОПЕРАТОРОМ АЕРОНАВІГАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ

Національний авіаційний університет

E-mail: kharch@nau.edu.ua 2,3 Державна льотна академія України

2E-mail: Shmelova@ukr.net 3 E-mail: SikirdaYulia@yandex.ru

Наведено фактори, що впливають на людину-оператора, яка приймає рішення, в аеронавігаційній системі. Y результаті декомпозиції отримано графоаналітичні моделі розвитку польотної ситуації та прийняття рішення людиною-оператором в очікуваних і неочікуваних умовах експлуатації повітряного корабля.

Article includes formalized factors that affect the human operator decision-maker in the Air Navigation System. As a result of decomposition obtained Graphic analytical models, such as the flight situation's development model and the human operator's decision-making model in the expected and unexpected conditions of the aircraft operation.

Приведены факторы, влияющие на человека-оператора, принимающего решения, в аэронавигационной системе. В результате декомпозиции получены графоаналитические модели развития полетной ситуации и принятия решения человеком-оператором в ожидаемых и неожидаемых условиях эксплуатации воздушного судна.

Постановка проблеми

Важливе місце в єдиній транспортній сис­темі України належить авіаційному транспор­ту, значення якого у світі постійно зростає.

Необхідною складовою авіаційного транс­порту є аеронавігаційна система (АНС), призначена для високоефективного забезпе­чення виконання польотів.

Сучасна АНС є складною ієрархічною людино-машинною системою, яка завдяки використанню спеціальних технічних засобів забезпечує організацію повітряного руху безпечним, регулярним та ефективним аеро­навігаційним обслуговуванням.

Виконанням вимог до безпеки польотів за значної інтенсивності та щільності польотів, несприятливих погодних умов, можливих відмов засобів аеронавігації і впливу людсь­кого фактора займаються вчені й авіаційні фахівці протягом всієї історії авіації. © В.П. Харченко, Т.Ф. Шмельова, Ю.В. Сікірда, 2011

Однак питання оцінки, аналізу, прогнозу­вання та підвищення ефективності функціо­нування АНС вимагають подальших дос­ліджень.

Статистичні дані про авіаційні події за останні десятиліття вказують на домінуючу роль впливу людського фактора на загальну кількість авіаційних подій, що становить близько 80% [1; 2].

Значна частка авіаційних подій (49%) припадає на свідомі порушення членами екі­пажів повітряних кораблів (ПК) льотних за­конів, правил, інструкцій, процесу передпо-льотної підготовки (42%) [2].

Традиційні способи, такі, як підвищення рівня професійної підготовки, трудової дис­ципліни тощо, в цьому випадку практично безсилі, оскільки авіаційний фахівець профе­сійно достатньо підготовлений [3].

Причини більшості авіаційних подій пов'язані з психологією членів екіпажу та потребують відповідного розгляду.

Проблема підвищення безпеки функціо­нування людини-оператора лежить за межа­ми однієї області знань, і вирішити її можли­во тільки шляхом комплексного підходу.

Дослідження людського фактора викону­ються в межах концепцій ІСАО впроваджен­ням систем CNS/ATM [4]:

- орієнтована на людину автоматизація;

- ситуативна обізнаність;

- контроль за помилками.

Напрям роботи визначений розробленням системи оцінювання ефективності прийняття рішень людиною-оператором авіаційної ер-гатичної системи в неочікуваних умовах експлуатації ПК з урахуванням психофізіо­логічних якостей пілота та диспетчера.

Аналіз досліджень і публікацій

Дослідження професійної діяльності лю­дини є важливою та складною проблемою інженерної психології, ергономіки, психоло­гії, фізіології праці.

Незважаючи на постійне вдосконалення техніки, автоматизацію процесу діяльності, функції людини ускладнюються, а економіч­на і соціальна значимість результатів його праці та наслідків збільшується.

Зростаюча ціна помилок оператора визна­чає постійну необхідність пошуку шляхів і засобів забезпечення ефективного функціо­нування людини в нормальних і екстремаль­них умовах діяльності.

Одним з основних факторів в аваріях і ка­тастрофах, що сталися внаслідок людської помилки, є відсутність операційного розу­міння ситуації [5].

Операційне розуміння ситуації - життєво важливий елемент діяльності людини, де ве­лика інтенсивність інформаційного потоку, а невірне рішення може призвести до тяжких наслідків.

Моделі поведінкової діяльності людини-оператора Ендслі «Situational Awareness» (операційне поняття ситуації) та групи лю­дей ^eam Situational Awareness» [5] дають цілісне розуміння ситуації та можливість людині-оператору цілеспрямовано й ефек­тивно діяти в критичних ситуаціях.

Кібернетична модель американського вій­ськового полковника Джона Бойда OODA (Observe - спостерігай, Orient - орієнтуйся, Decide - вирішуй, Act - дій) є спрощеною моделлю людської діяльності в умовах збройної боротьби та конкуренції [5]. У мо­делі зображено:

- розвиток ситуації по спіралі;

- взаємодія з зовнішнім середовищем на кожному витку спіралі;

- відповідний вплив на супротивника. Але в циклі немає наслідування досвіду,

що є найважливішим елементом систем під­тримання прийняття рішень.

У моделі прийняття рішення в очікуваних і неочікуваних умовах експлуатації ПК, роз­робленою авторами, як супротивник визна­чений особливий випадок у польоті.

Крім досвіду, що входить до професійної підготовки людини-оператора [3], ергоно­мічних особливостей АНС [6] та інформа­ційного забезпечення людини-оператора [7; 8], на професійну діяльність людини-оператора значний вплив мають непрофесій­ні фактори [9], особливо у разі прийняття рішення людиною-оператором у неочікува-них умовах експлуатації ПК.

Урахування впливу факторів зовнішнього середовища в разі прийняття рішення люди-ною-оператором (професійного і непрофесій­ного характеру), розвиток ситуації від нормальної до катастрофічної, умови експлуа­тації ПК (очікувані і неочікувані) дозволяють моделювати дії людини-оператора в особли­вих випадках польоту з упередженням.

За нормальної ситуації оператором вико­нуються стандартні процедури пілотування та обслуговування повітряного руху, які чіт­ко регламентовані нормативними докумен­тами.

Позаштатні ситуації вимагають оператив­ного втручання людини-оператора в розви­ток подій для попередження переходу ситуа­ції в ранг катастрофічної (рис. 1).

ISSN 1813-1166. ВісникНАУ. 2011. №>1

Зліт

Набір висоти

Горизонтальний політ

Зниження

Посадка

Очікувані умови експлуатації

Неочікувані умови експлуатації

Нормальна ситуація

Ускладнена ситуація

Складна ситуація

Аварійна ситуація

Катастрофічна ситуація

Рис. 1. Розвиток польотної ситуації в умовах динамічної повітряної ситуації

При цьому керівництво з льотної експлуа­тації розраховано тільки на очікувані умови експлуатації ПК і не включає в себе дії екі­пажу в екстремальних умовах, зустрічі з якими можна надійно уникнути введенням експлуатаційних обмежень і правил. Через це в близько 20% випадків екіпаж не має чіт­ких інструкцій з парирування позаштатних ситуацій на борту ПК [1].

Основна частина авіаційних подій вини­кає в неочікуваних умовах експлуатації ПК.

Мета роботи:

- проведення декомпозиції процесу прий­няття рішення людиною-оператором АНС;

- моделювання переваг людини-опера-тора АНС у разі впливу на прийняття рішень соціально-психологічних факторів;

- побудова моделі емоційного стану лю-дини-оператора АНС;

- розроблення графоаналітичних моделей розвитку польотної ситуації і прийняття рі­шення людиною-оператором АНС.

Декомпозиція процесу прийняття рішень людиною-оператором

Вирішення проблем, пов' язаних з упрова­дженням автоматизованих систем у системах CNS/ATM, дає концепція активного опера­тора [4], виходячи з якої людина-оператор в автоматизованій системі керування має без­посередньо і активно брати участь у керу­ванні.

Нині недостатньо практичних рекоменда­цій для вирішення завдань з організації, діаг­ностування та прогнозування діяльності опе­ратора в складних системах керування, фор­мування адаптивних інформаційних моде­лей. Одним із можливих підходів до вирі­шення цих проблем є формалізація діяльнос­ті операторів складних систем керування, до яких відноситься АНС.

Для комплексного врахування факторів, що впливають на людину-оператора АНС в очікуваних і неочікуваних умовах експлуа­тації ПК, розроблено ієрархічну модель прийняття   рішення людиною-оператором

(рис. 2).

Людина-оператор АНС сприймає основну інформацію через зоровий, слуховий, так­тильний і вербальний канали та з урахуван­ням попереднього досвіду:

Ідентифікація ситуації оператором зале­жить від етапу польоту:

Gp = {Gp1, Gp2 , Gp3, Gp4 , Gp5 },

типу польотної ситуації:

Gs = {<Gs1 , Gs2 , Gs3 , Gs4 , Gs5 }

умов експлуатації ПК

4-й рівень

Професійні фактори

FpJ (Fpf) (Fsp )\ 3-й рівень

Непрофесійні фактори

, Прийняття рішення v

/ р  І р \

\ @ (Gp2) @ (op4) @ і і  © © і І © (§;) © © © і 2-й рівень

• Етапи польоту і ; Умови експлуатації і • Тип ситуації •

Ідентифікація ситуації

@ (G) @ (G) (SO) і      1-й рівень

Канали сприйняття інформації Сприйняття інформації

Рис. 2. Ієрархічна модель прийняття рішень людиною-оператором в АНС:

Gjjj - зоровий канал; Goh - слуховий канал; GOt - тактильний канал; GOv - вербальний канал; Gqs, - попередній досвід;

Gp1

- зліт;

 

Gp2

- набір висоти;

 

Gp3

- горизонтальний політ;

 

Gp4

- зниження;

 

Gp5

- посадка;

 

Gc1

- очікувані умови експлуатації ПК;

 

Gc2

- неочікувані умови експлуатації ПК;

 

Gs1

- нормальна ситуація;

 

Gs2

- ускладнена ситуація;

 

Gs3

- складна ситуація;

 

Gs4

- аварійна ситуація;

 

Gs5

- катастрофічна ситуація;

 

Fed

- знання, навички, вміння, здобуті людиною-оператором в

процесі навчання;

F

exp

- знання, навички, вміння, здобуті людиною-оператором в

процесі професійної діяльності;

Fip - індивідуально-психологічні якості людини-оператора; Fpf - психофізіологічні якості людини-оператора; Fsp - соціально-психологічні якості людини-оператора; Ge - набутий досвід;

Yg - вектор прогнозованих дій людини-оператора

На прийняття рішення людиною-опера-торм впливають фактори професійного ха­рактеру [1; 3]:

F p       { Fed ,Fexp }

та непрофесійного характеру [9]: Fnp = {F ,Ff,F } .

У підсумку параметр Yg , на основі якого прогнозуються дії людини-оператора АНС в очікуваних і неочікуваних умовах експлуа­тації ПК, є множиною перелічених факторів:

Yg ={Go,Gp,Gs,Gc,Fp,Fnp,Ge}.

Модель переваг людини-оператора

З позицій системного підходу визначено фактори, що впливають на прийняття рішень людиною-оператором:

1) професійні:

- знання;

- навички;

- уміння;

2) непрофесійні:

- індивідуально-психологічні;

- психофізіологічні;

- соціально-психологічні.

Вплив факторів непрофесійного характеру (соціально-психологічних) на професійну ді­яльність людини-оператора АНС розглянуто в роботах [1; 3; 9].

Визначення ступеня важливості впливу соціально-психологічних факторів на прий­няття рішень людиною-оператором у разі виникнення аварійної ситуації в польоті здійснено методом експертних оцінок.

Респонденти з числа пілотів і диспетчерів різних вікових категорій, з різним професій­ним досвідом заповнили запропоновані ан­кети та визначили індивідуальні переваги щодо впливу 13 факторів непрофесійного характеру на прийняття рішень у процесі їх професійної діяльності (табл. 1).

Порівнявши вагові значення, встановили пріоритетні впливи факторів на авіаційних фахівців.

На діяльність пілотів, які брали участь у дослідженні, суттєво впливають такі фактори в ході прийняття рішень (рис. 3):

- власний імідж;

- імідж корпорації;

- інтереси сім'ї.

Респонденти-диспетчери істотну увагу при­діляють інтересам сім' ї, власному економіч­ному становищу і кар' єрному росту.

Дослідження впливу соціально-психо­логічних факторів на професійну діяльність людини-оператора АНС дозволило отримати відомості про такі структурні складові осо­бистості авіаційного фахівця, як мотиви по­ведінки, цінності й пріоритети, ієрархію і розвиток цих динамічних категорій на етапах прийняття рішень людиною оператором: сприйняття інформації, ідентифікації ситуа­ції, прийняття рішень, дії.

Модель емоційного стану людини-оператора

Для прогнозування розвитку польотних ситуацій важливо володіти інформацією що­до поточного емоційного стану людини-оператора, що керує ПК, а також мати кіль­кісну оцінку його можливостей для здолання ускладнень у польоті.

Найбільш поширеними засобами оціню­вання стану роботи пілота є параметри піло­тування та переговори в кабіні екіпажу. Най­більш доступними є параметри пілотування, які реєструються сучасними засобами.

У результаті моделювання комплексу для оцінювання ризику прийняття рішення авіа­ційним диспетчером з урахуванням індиві­дуальних якостей людини-оператора в авто­матизованій системі з застосуванням методів штучного інтелекту визначено апріорні мо­делі емоційного стану пілота.

Для оперативного визначення відхилень емоційного стану пілота та упередження прийняття ним рішення в умовах ризику за­стосовувалася концепція психічної діяльнос­ті людини, в основу якої покладена відома властивість свідомості людини затримувати або прискорювати течію суб' єктивного часу відносно реального часу [1].

Таблиця 1

Система переваг пілота і диспетчера

з/п

 

Пілот

Диспетчер

 

Фактори

Вага

Ранг

Вага

Ранг

 

 

фактора

фактора

фактора

фактора

1

Релігійні погляди

0,032967

11

0,010989

13

2

Філософські погляди

0,016484

12,5

0,021978

12

3

Кар'єра

0,10989

4

0,120879

3

4

Авторитет

0,076923

7

0,098901

5

5

Корпоративні інтереси

0,131868

2

0,087912

6

6

Економічний інтерес підприємства

0,087912

6

0,076923

7

7

Особистий економічний інтерес

0,098901

5

0,131868

2

8

Інтереси сім'ї

0,120879

3

0,142857

1

9

Інтереси колег

0,065934

8

0,10989

4

10

Інтереси керівництва компанії

0,054945

9

0,043956

10

11

Імідж

0,142857

1

0,065934

8

12

Політичний інтерес

0,016484

12,5

0,032967

11

13

Правові норми

0,043956

10

0,054945

9

р о

-є я

О

я си о

г а

В 0,16 і 0,14 0,12 0,1 0,08

0,06 0,04 0,02 0

ш

ЕШ

1       2       3       4       5       6 7 8    9    10   11    12 13

Фактор

□ диспетчери □ пілоти □ разом

Рис. 3. Вплив факторів непрофесійного характеру на професійну діяльність пілотів і диспетчерів:

1 - релігійні погляди;

2 - філософські погляди;

3 - кар'єра;

4 - авторитет;

5 - корпоративні інтереси;

6 - економічний інтерес підприємства;

7 - особистий економічний інтерес;

8 - інтереси сім'ї;

9 - інтереси колег;

10 - інтереси керівництва компанії;

11 - імідж;

12 - політичний інтерес;

13 - правові норми

Спонтанний (оптимальний), емоційний та розсудливий тип діяльності визначаються за графіками деформацій емоційного досвіду, отриманими Міжнародним авіаційним комі­тетом на основі апостеріорних досліджень фактичного матеріалу розслідування авіа­ційних подій.

Дії пілота в оптимальному (спонтанному), емоційному та розсудливому режимах діяль­ності визначені фазовими траєкторіями для відхилення елеронів і руля напряму.

Спонтанне (оптимальне) пілотування ха­рактеризується правильністю та своєчасніс­тю дій пілота в особливій ситуації.

У разі росту емоціональної напруги мож­ливий перехід пілота до потенційно небез­печних видів психічної діяльності:

- емоційної з випередженням дій відносно реального часу;

- розсудливої з запізненням дій відносно реального часу.

Для апріорної ідентифікації емоційного стану пілота застосовуються методи диспер­сійного аналізу [10]:

- дисперсійний аналіз відносно точки;

- дисперсійний аналіз за умови, що кожна точка вважається випадковим вектором із початком у початку координат і кінцем у да­ній точці;

- дисперсійний аналіз відносно ділянки, яка являє собою поле, точки всередині якого відповідають емоційному стану пілота.

Розглянемо розрахунок дисперсії за допо­могою MS Excel на прикладі спонтанного типу діяльності.

Першим методом оцінки обрано метод зна­ходження дисперсії відносно точки, сума відс­таней від якої до інших точок є мінімальною.

Знайдемо центр розподілу випадкової вели­чини як точки, яка характеризує амплітуду та темп рухів пілота (Х0 і Y0 відповідно) та через яку графік проходить найбільшу кількість ра­зів (точка з координатами (0,61; 0,01).

Дисперсія випадкової величини Х:

Dx = J (х - тх)2 f

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

В П Харченко, Т Ф Шмельова, Ю В Сікірда - Графоаналітичні моделі прийняття рішень людиною-оператором аеронавігаційної системи