Оптимальное использование пространства знаний в интеллектуальных системах судовождения

Аварийность судов на море является объективной реальностью, существование которой обусловлено, в первую очередь, сложным характером внешних и внутренних факторов, сопутствующих мореплаванию, и которая будет иметь место всегда по независящим от человека причинам. Полное искоренение аварийности судов, к сожалению, не представляется возможным. Однако на практике вполне допустимо оказывать влияние на аварийность с помощью всевозможных и действенных мер и даже достичь ее относительно максимального снижения на какой-то достаточно ограниченный период времени. Такое снижение возможно только до определенного уровня, после которого аварийность неизбежно снова будет расти или, в лучшем случае, она временно стабилизируется на каком-то количественном или качественном показателе с небольшими отклонениями в большую или меньшую сторону [107].

Положительный результат борьбы с аварийностью в лучшем случае должен предполагать достижение какого-то приемлемого ее уровня (с ограниченным и допустимым материальным ущербом), а так же стабилизацию самой аварийности на достаточно продолжительный интервал времени.

Здесь следует отметить, что уровень аварийности и материальный ущерб от нее, как правило, несовместимы и не находятся в обязательной прямой зависимости друг от друга. Вполне приемлемо, например, считать, что они связаны между собой обратно пропорционально. Нечеткость величины материального ущерба уже не позволяет использовать его, как параметр, который способен обеспечить истинность в решении задачи по идентификации тенденций аварийности. В результате их ежегодного сравнения только по абсолютным показателям роста или сокращения материального ущерба, так же можно получить лишь достаточно условное представление о существующей аварийности. Истинные тенденции позволяет отследить лишь показатель относительной аварийности. Этот показатель численно равен отношению всех аварийных случаев, за рассматриваемый период времени к общему количеству судов, которые эксплуатировались компанией или государством флага.

Аварийность судов зачастую влечет за собой человеческие жертвы. Поэтому, несмотря на отсутствие каких-либо твердых гарантий в достижении положительных результатов по ее снижению вообще, в судоходных компаниях должна проводиться постоянная борьба с причинами, порождающими аварийность. Такая борьба, являясь насущной необходимостью, продиктована как жизненными, так и производственными, и моральными интересами самой компании. Если в результате управления безопасной эксплуатацией судов в компании удается в какой-то мере сократить если не количество аварийных случаев, то хотя бы тяжесть последствий от них, то такое управление безопасной эксплуатацией уже можно признать отвечающей поставленной глобальной цели. Практика современного мореплавания показывает, что, несмотря на постоянное совершенствование технических средств морского судоходства [117], обеспечение безопасной эксплуатации судов продолжается оставаться острейшей проблемой в морской индустрии, а предупреждение аварийности является злободневной практической задачей. Накоплено достаточно много печальных свидетельств о том, что в качестве постоянно действующей причины, порождающей аварии судов, может выступать сам судоводитель (оператор средств повышенной опасности) или субъект, управляющий движущимся объектом. Поэтому усилия по предупреждению аварийности на эксплуатируемых судах, помимо всего прочего, должны предусматривать поиск неиспользованных возможностей по снижению доли «человеческого фактора» в общем объеме аварийности мирового флота.

Безопасность эксплуатации судов является одной из важнейших проблем, стоящих перед отечественными и зарубежными судоходными компаниями. Достаточно высокий уровень аварий транспортных и рыболовных судов, возникновение катастроф, приводящих к гибели людей, потере значительных материально-технических средств, экономическим и экологическим последствиям — все это подчеркивает актуальность решения проблемы безопасной эксплуатации и необходимость ее дальнейшего как теоретического, так и практического исследования.

Массовое использование средств информатики, осуществляемое на основе их встраивания в морские технические средства, обеспечивающие безопасность навигации составляет главное содержание того явления, которое ныне называют информатизацией судовождения. В свою очередь информатизация судовождения с одновременным внедрением в морскую практику новых космических технологий позволили существенно изменить как форму, так и содержание существующих приемов управления состоянием безопасной эксплуатации и состоянием безопасной навигации в частности [58].

Именно принципиально новые космические технологии вместе со средствами обработки информации и отображения этой информации обеспечили переход от классической технологии корректируемого счисления (восстановление траектории по дискретным обсервациям) к технологии обсервационного счисления (восстановлению траектории по практически непрерывным обсервациям). Такое изменение в технологиях счислении пути судна, естественно, не могло не оказать влияния на приемы поддержания безопасности навигации на заданном уровне и даже более того — стимулировать дальнейшее развитие этих приемов.

При модернизации приемов поддержания безопасной навигации на заданном уровне необходимо учитывать то, что контроль уже можно вести непосредственно с системы отображения технического средства, без каких либо предварительных или дополнительных расчетов. Поэтому решение проблемы безопасной навигации в первую очередь следует искать в более эффективном использовании средств информатизации и учете особенностей взаимодействия и взаимопонимания судоводителя с интеллектуальным продуктом средства судовождения. Именно средства информатики, включенные в состав технических средств судовождения, создают и будут создавать предпосылки к замене организационной системы обеспечения безопасной навигации на ее интеллектуальный аналог.

На современном этапе научно-технического прогресса совершенствование всех видов человеческой деятельности связано с созданием информационной техники и технологий, а так же с их применением для выполнения отдельных производственных операций или управления всем производственным процессом в целом. Так, именно информатизацию и компьютеризацию современного судовождения следует рассматривать, как стратегическое направление научно — технического прогресса, на котором должна и будет решаться проблема по обеспечению безопасной навигации. Поэтому особый интерес при решении задач по обеспечению безопасной навигации с минимизацией количества производственных рисков, связанных с «человеческим фактором», может представлять некая обобщенная теория эргатических и интеллектуальных систем. Эта теория должна изучать и разрабатывать логические и организационные формы интеграции судоводителя с комплексами средств интеллектуальной деятельности, содержащими научные методы по обработке информации и принятию решений, вычислительную и информационную технику.

Оператор интегрированной системы управления судном (судоводитель) и комплекс интеллектуальных средств деятельности, объединенные в единое целое на основе решения общей для них задачи, а именно обеспечения безопасной эксплуатации судна, образую единую и сложную эргатическую систему (эргатический организм) с одной стороны, а с другой стороны представляют собой интеллектуальную систему. Естественно, что при эксплуатации на судне конкретная эргатическая и одновременно интеллектуальная система будет обладать своими конкретными особенностями, определяемыми способами внутрисистемной интеграции. Однако при любом варианте интеграции такая система должна через минимизацию производственных рисков обеспечивать заданный уровень безопасной навигации.

Непрерывный рост уровня автоматизации на судах и внедрение в повседневную практику морского судоходства технических средств, обладающих научными методами по обработке данных и принятию решений, вычислительную и информационную технику, создают еще одну проблему, так или иначе связанную с явлением «человеческого фактора». Именно, внедрение высокотехнологичных эргадично интеллектуальных систем, обеспечивающих безопасность навигации, ведет к относительной дисквалификации морских судовых специалистов. Процесс дисквалификации судового персонала в первую очередь обусловлен тем, что морские специалисты все большей и большей степени передоверяют принятие решения в области обеспечения безопасности мореплавания интеллектуальным техническим средствам. Кроме того, новые высоко технологичные средства судовождения с элементами привнесенного интеллекта позволяют штурманскому составу значительно снизить собственную производственную активность и не применять достаточно активно свои индивидуальные знания и свой практический опыт.

Снижение текущей производственной активности у судоводителя в свою очередь отрицательно сказывается на его психических функциях, которые ответственны за успешность производственной деятельности морского специалиста. Снижение успешности в производственной деятельности можно связать с деградацией у судоводителя следующих психических переменных:

— активного избирательного восприятия (слежение за сигналами-объектами);

— оперативного мышления, т. е. способности анализировать целое через его составные части;

— образного, логического и действенно-практического мышления;

— пространственного воображения и графического представления.

При решении задач, направленных на обеспечение безопасной навигации, сочетание трех первых психических переменных судоводителя определяет степень правильности восприятия им обстановки в целом, а последняя переменная отражает способность специалиста правильно оценивать такую обстановку. В свою очередь оценку обстановки можно рассматривать как ряд решений, направленных на выявление тенденций развития и дальнейшего хода событий, а так же во взвешивании результатов возможных последствий от развития этих событий [15].

Целью диссертационной работы является составление систем правил, которые, определяя оптимальный порядок деятельности судоводителя в сети интеллектуального эргатического организма, позволяют получать последнему необходимую и достаточную навигационную информацию, обеспечивающую безопасность плавания при ведении обсервационного счисления пути судна. Кроме того, такая система правил должна способствовать поддержанию у судоводителя нужного уровня компетентности в части определения меры важности навигационной ситуации, анализа тенденций развития этой ситуации и взвешивания результатов возможных последствий.

Для достижения поставленной выше цели в диссертационной работе были решены следующие основные задачи:

— исследована правомочность применения к описанию процесса деятельности судоводителя, выполняемой им в рамках интегрированной системы ходового мостика (ИСМ), математических теорий эргатических и интеллектуальных систем;

— составлена динамическая модель текущей деятельности судоводителя в некоторой производственной ситуации и показано, что такая модель в силу своей нечеткости не позволяет без дополнительного уточнения элементов структуры «Судоводитель — ИСМ» вообще осуществить четкое описание этой деятельности;

— конкретизирована производственная деятельность судоводителя при плавании судна в заданной полосе положения расчет которой обеспечивает, с одной стороны, минимум текущих навигационных рисков, а, с другойэнергетических затрат, необходимых для поддержания заданного уровня безопасности навигации;

— составлена модель деятельности судоводителя в составе ИСМ, для различных вариантов его компетенции и показано, что компетентность судоводителя является основной при обеспечении безопасности навигации;

— введены уточнения в предложенную Международной Морской Организацией (ИМО) модель Риазона, которая ИМО рекомендуется судоходным компаниям для классификации ошибок морских специалистов, и даны практические рекомендации по использованию этого уточненного аналога модели.

— составлено оптимальное, в смысле минимума организационного риска математическое описание деятельности судоводителя, которое способно обеспечить рациональную интегрирующую функцию в эргатическом интеллектуальном организме между оператором и техническим средством, обладающим тезаурусом при решении задачи по обеспечению безопасности навигации;

— разработан организационный проект (объединение процедур) использования спутниковой навигационной аппаратуры при контроле безопасности навигации для обсервационного счисления пути судна, который способен обеспечить эффективную (по признаку полноты использования тезауруса технического средства) внутрисистемную интеграцию судоводителя и технического средства судовождения.

В результате решения поставленных выше задач в диссертационной работе планируется сформулировать практические рекомендации по эффективному использованию программного обеспечения современной спутниковой навигационной аппаратуры (СНА) при решении спектра задач, связанных с обеспечением безопасности навигации.

Выводы.

Оценивая результаты исследований, выполненных в данной главе можно сделать ряд следующих обобщений:

1. Показано, что перевод управления в судовождении на уровень более сложных и тонких интеллектуальных процессов должен соответствовать принципу «симбиозе человека и машины», причем формула «симбиоза» как равноправного партнерства между человеком и машиной играет главную роль в становлении концепции «человеческого фактора» и устранении общей недооценки человеческого звена в информационных автоматизированных системах, которые собирают и представляют судоводителю необходимую и достаточную навигационную информацию.

2. Составлен суграф граф топологии, который описывает все потенциально важные взаимосвязи между элементами интеллектуальной системы.

Судоводитель — СНА" и в соответствии с этим суграфом составлена, в рамках теоретико-множественного подхода, математическую модель организационного проекта системы «СНА — ОПЕРАТОР». Для этой модели конкретизирована глобальная цель деятельности, путем перевода ее в плоскость минимизации навигационных рисков, и определено множество допустимых управлений, которые должны составлять основу организационного проекта.

3. Показано, что при составлении организационного проекта деятельности оператора в интеллектуальной системе «Судоводитель — СНА» необходимо учитывать разнотипность элементов, образующих эту систему. Такой учет должен осуществлялся за счет введения системообразующего фактора, который, обеспечивая процедуру синтеза интеллектуальной системы, сводит описание деятельности оператора к классу слабоструктурированных задач. Поэтому исследования, проведенные в предыдущих трех главах настоящей диссертационной работы, позволили не только снять проблему слабоструктурированности системы, но и достаточно адекватно схематизировать деятельность оператора в системе «Судоводитель — СНА».

4. Найдено, что в интеллектуальной системе «Судоводитель — СНА» с ограниченным пространством знаний организационный проект интеллектуальной деятельности оператора может быть сведен к счетному количеству целенаправленных силовых действий последнего, которые в свою очередь позволяют сформировать информационно допустимое пространство знаний, состоящее из к последовательных форматов. Причем минимизацию избыточности в действиях оператора СНА при формировании необходимого информационного пространства знаний следует рассматривать как продукт его профессиональной подготовленности к работе с программным продуктом аппаратуры.

5. Показано, что при составлении организационного проекта «СудоводительСНА» необходимо дополнительно учитывать способности судоводителя к безошибочному восприятию навигационной информации, которые, в рамках гипотезы В. Хика, зависят от средней скорости поступления информации к оператору. Более того, при формировании последовательности силовых действий в организационном проекте следует принимать во внимание существование определенного скоростного порога, при достижении которого резко возрастает вероятность информационного или силового промаха у оператора СНА.

6. Доказано, что определить время экспозиции форматов из пространства знаний СНА, которое способно в свою очередь минимизировать информационные и силовые промахи оператора можно, если в качестве ограничения на деятельность этого оператора, дополнительно наложить обязанности судоводителя, описанные в модели БНЕЬ. Конечной целью регуляризации деятельности оператора СНА с помощью модели 8НЕЬ, записанной виде последовательностей (3.36) или (3.36а), является синтез такого процесса восстановления параметров безопасности навигации, который, при минимуме ошибок восприятия информации и ошибок управления системой отображения СНА, способен обеспечить судоводителя всей необходимой и достаточной ему в данный момент времени информацией.

7. Анализ описания процесса безошибочного восприятия оператором в регуляризованной интеллектуальной системе «Судоводитель — СНА» усеченного пространства знаний, показывает, что одновременно минимизировать время восприятия информации при минимизации трудозатрат можно только за счет организации процедуры оптимального ветвления с ориентацией на величины, определяемые соотношениями (4.7) и (4.8). В тоже время обеспечить минимизацию ошибок оператора при восприятии им навигационной информации, идущей от системы отображения СНА, можно лишь за счет выбора интервала времени экспозиции форматов (дисплеев), которые в заданной последовательности вида (3.36) или (3.36а) поставляют судоводителю данные из пространства знаний аппаратуры.

8. Разработанная регуляризованная модель деятельности оператора в интеллектуальной системе «Судоводитель — СНА» дополнительно позволяет, во-первых, формировать более сложные социотехнические системы, такие, например, как «Вахта» [55], а, во-вторых, в рамках этой сложной системы в зависимости от заданных параметров природно-окружающей компоненты, фиксированного значения трудозатрат, определяемого организационно-технологической компонентой, и при условии минимума навигационных рисков, можно получать, как индивидуальные характеристики оператора технических средств, так и оценки его способностей к реализации функций управления.

Заключение

.

В мировом морском судоходстве происходят, и будут происходить существенные количественные и качественные изменения, оказывающие существенное влияние на безопасность навигации. Например, растет число промысловых и транспортных судов, неуклонно увеличивающих интенсивность движения в районах традиционного рыболовства, что, в свою очередь, увеличивает количество навигационных аварий.

Для промысловых судов проблему навигационной аварийности можно рассматривать, как следствие противоречия между желанием судоводителя сохранять определенный уровень безопасности навигации и одновременно эффективно использовать орудие лова. Ситуация, когда промысловику приходится искать разумный компромисс между требованиями безопасности и производственного процесса, не столь редки, как этого хотелось бы. В настоящее время успешность решения таких компромиссных задач следует связывать с внедрением на судах информационных и управляющих систем. Однако внедрение их на судах подобных систем и их практическое применение способно дать действенный результат только в том случае, когда судоводитель всесторонне овладел программным обеспечением, умеет им правильно пользоваться и своевременно реагировать на полученную информацию из сформированного пространства знаний.

Оснащение интеллектуальным навигационным оборудованием морских и рыболовных судов играет исключительно важную роль при поддержании заданного уровня безопасности навигации, способствует эффективной эксплуатации судов и предотвращает экологические катастрофы. Для решения навигационной задачи в целом, а, в частности, осуществлении высокоточного контроля текущего места судна особую значимость приобретает эффективное использование судоводителем программного продукта (программного обеспечения), применяемого в судовой спутниковой навигационной аппаратуре (СНА). Из всех имеющихся на судне технических средств навигации именно СНА, при минимуме материальных затрат на нее, наиболее полно отвечает требованиям, как потребителей навигационной информации, так и требованиям Международной Морской Организации в части обеспечения безопасной эксплуатации судов [71].

Практическое использование СНА требует, чтобы описание эксплуатационных возможностей аппаратуры позволяло создавать оптимальную модель взаимосвязи между человеком и техническим средством. Такая модель должна в первую очередь помогать судоводителю в принятии решений. Поэтому при составлении модели деятельности судоводителя в составе эргатической интеллектуальной системы «Судоводитель — СНА» следует особо обращать внимание пользователя на операции, которые обеспечивают отображение прогностических характеристик навигационного процесса и способствуют повышению уровня безопасности навигации.

Внедрение в технические средства судовождения интеллектуальных инноваций оказывает существенное влияние на характер взаимодействия между судоводителем (оператором) и спутниковой навигационной аппаратурой. Действительно, традиционная эргатическая система «человек — техническое средство» только за счет интеллектуальных инноваций превращается в такую систему, для которой ее эффективность связана не только с минимизацией ошибок оператора, но и проблемой полноты использования программного продукта этим оператором. По сути, современную систему «СудоводительСНА» с теоретических позиций следует классифицировать в общем как эргатическую, но с включениями в нее тех элементов, которые присущи только интеллектуальным системам.

В интеллектуальных системах, состоящих из элементов различной физической природы, процессы мышления происходят на языках, существенно различающихся по способам воссоздания языка. И, тем не менее, при использовании эргатической системы с элементами интеллектуальных инноваций между оператором и программным продуктом идет как бы «диалог». Такой диалог следует рассматривать как взаимодействие смысловых позиций судоводителя, использующего СНА, и позиций разработчика программного продукта, образующих элементы искусственного интеллекта. Естественно, что ведущую роль в «диалоге» должна принадлежать судоводителю и именно он обязан организовывать для себя самого такой информационный поток, который позволял ему успешно решать задачу по обеспечению безопасности навигации. Приоритетность смысловых позиций судоводителя перед смысловыми позициями разработчика программного продукта СНА должна обязательно быть учтена при составлении модели деятельности судоводителя в составе системы «Судоводитель — СНА».

Судовая спутниковая навигационная аппаратура, взаимодействуя с искусственными спутниками Земли (ИСЗ), образует единую информационную систему GPS, в которой по каналам радиосвязи ИСЗ — СНА поступает большая часть навигационной информации и осуществляется частичное внешнее управление. Оно является односторонним и именно поэтому данные ИСЗ адресованы всем потребителям, находящимся в зоне действия системы GPS. Управляющими воздействиями в ней являются сообщения, отображающие положение ИСЗ в космическом пространстве. Они имеют стабильную форму и носят регулярный характер. Такой принцип формирования информационных систем (с частичным внешним управлением) позволяет существенно упростить программное обеспечение судовой спутниковой навигационной аппаратуры, сведя его к задачам по приему, обработке и представлению сообщений [67].

В инструкциях, поставляемых разработчиком аппаратуры потребителям, особенности интеллектуальной деятельности СНА, как правило, затеняются подробностями технического использования аппаратуры. Это объясняется тем, что такие инструкции, написанные изготовителем аппаратуры в первую очередь, преследуют рекламную цель и только во вторую очередь, — эффективное применение программного продукта СНА судоводителем на мостике судна [66].