В настоящее время совершенствование ПВО является одной из важных задач военного строительства вооруженных сил. Одним из решающих условий успешных действий сил и средств ПВО является тщательная и своевременная оценка воздушного противника, выполняемая с использованием СМО ИРП штаба Сил ПВО в ходе планирования противовоздушной операции (боевых действий) /45/.
Однако, существующий уровень автоматизации этого процесса не удовлетворяет потребностям штабов по качеству и оперативности решения ОТ-задач, в первую очередь, расчетно-логического характера.
Использование при решении ОТ-задач ОВП количественных методов, численных математических моделей ограничивает возможности по созданию алгоритмов, адекватно отражающих процессы протекающие в физической реальности, порождает информационную разобщенность ЭВМ и человека-оператора, является причиной недоверия со стороны ЛИР к результатам, полученным на ЭВМ.
Большая часть этапов логико-аналитической деятельности ЛПР в ходе планирования и управления не обеспечивается средствами автоматизации, что приводит в условиях дефицита времени на принятие решений к уменьшению глубины анализа ситуаций, снижению качества принимаемых решений. Характерным примером данного положения является современный уровень автоматизации этапа ОВП, при котором непроизводительные потери времени офицером штаба, связанные со сбором анализом и обобщением данных о сложившейся обстановке, составляет до 65−70 ъ от общих временных затрат при выработке рекомендаций /39/.
Анализ военных доктрин развитых в военном отношении государств и перспектив развития СВН позволяет утверждать, что Силы ПВО будут вести боевые действия в сложных условиях, характеризуемых большим пространственным размахом и динамичностью, высокой степенью неопределенности сведений о противнике, которыми будут располагать органы управления. Поэтому в современных условиях сохраняется важная роль и значение получения планов боевых действий, призванных своевременно обеспечить органы управления Сил ПВО достоверной информацией о противостоящей группировке СВН вероятного противника, достаточной для принятия обоснованных решений /54,55/.
Таким образом, имеется существенное противоречие между требованиями к качеству принимаемых решений при ОБП и возможностями существующего СМО ИРП штаба Сил ПВО по удовлетворению этих требований.
В связи с этим в диссертационной работе решается актуальная научно-техническая задача разработки методик формализации и обработки знаний о воздушном противнике с учетом неопределенности информации на основе аксиоматического подхода к решению ОТ-задач ОВП, имеющих расчетно-логический характер.
В ходе решения данной научно-технической задачи были разработаны методики формализации ОТ-задач ОВП, построения моделей возможностей противника и оценки значения МП объектов ПО, описывающих средства воздушного противника, возможные варианты его действий. Содержание этих методик выносится на защиту, как представляющие новое решение актуальной научно-технической задачи.
В связи с этим, целью настоящего исследования является: совершенствование СМО для представления знаний в ЭВМ с учетом неопределенности информации о противнике на основе аксиоматического подхода к формализации и решению ОТ-задач ОВП, имеющих расчетно-логический характер и не поддающихся формализации на базе количественных математических методов.
Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и 3-х ггг^тт П $ АНИЙ .
В первом разделе проводится анализ ОТ-задач, решаемых при ОВП, исходных данных используемых при их решении, существующих методов учета неопределенности исходной информации, выбора метода представления знаний, определяются предмет и границы исследования, формулируется постановка задачи исследования.
Во втором разделе описывается: методики формализации ОТ-задач ОВП и построения МВ воздушного противника на основе формальнологического аппарата — исчисления присутствия и представления их в виде совокупности моделей, описывающих процессы взаимодействия динамических объектов ПО.
В втретьем разделе представлены: описание логики функционирования ЙСПВД и методика оценки значений МП объектов ПО.
В четвертом разделе описывается пример формализации частной 0Т-задачи, оцениваются показатели эффективности СМО, приводится оценка сложности алгоритма оценки значения МП объектов ПО, рассматриваются перспективы применения ИСПВД для ЖРП штаба Сил ПВО.
В заключении сформулированы выводы и рекомендации, полученные в результате проведенных в диссертационной работе исследований.
В приложении цредставлена справочная информациякраткое описание используемого формально-логического аппаратасхемы алгоритмов, реализующих описанные методикиисходные данные для используемой методики оценки эффективности СМО.
Результаты исследований, проведенные в работе, использованы в научно-исследовательских экспериментальной работе «Удар», опытно-конструкторских работах «Узел», «Венец» при создании СМО изделий 85Н6-У и 85Н6-В для интеллектуальной системы обработки и анализа разведывательной информации разведывательно-информационного центра КП Сил ПВО Украины, докладывались на межведомственном семинаре по проблемам повышения боевых и эксплуатационных характеристик систем и вооружений (1993 г.), опубликованы в четырех статьях, семи тезисах докладов, шести НИР.
В результате проведенных исследований были получены следующие новые научные результаты :
1. Разработана методика формализации знаний о процессах решения ОТ-задач с учетом неопределенности информации.
Научная новизна разработанной методики заключается в использовании известных методов приобретения знаний, формализации и семантической оценки целей, типовых подцелей-процессов и моделей динамических объектов в новом не применявшемся ранее сочетании, а также в использовании нового неклассического многозначного логического аппарата — исчисления присутствия, позволяющего описывать процесс оценки воздушного противника в условиях неопределенности информации.
2. Разработана методика построения модели возможностей воздушного противника.
Научная новизна данной методики заключается в возможности, в отличии от известных методик, описывать модели возможностей противоборствующих сторон как совокупность взаимодействующих между собой объектовформализовать объекты на основе их существенных свойств (признаков) в трех аспектах: пространственном, временном, функциональномпредставлять динамические свойства ПО и объектов через модели состояний, переходов и действий.
Использование данной методики позволяет формировать модели возможностей сторон, участвующих в конфликте, близко к реальной обстановке с учетом динамики ее развития, неопределенности относительно прогнозируемых ситуаций и рефлексивного управления, что повышает обоснованность и достоверность вырабатываемых рекомендаций для лиц, принимающих решения в штабе Сил ПВО.
3. Разработана методика оценки значений МП объектов ПО, пред.
— 11 ставленных формулами аксиоматических теорий.
Научная новизна данной методики заключается в возможности, в отличии от известных методик, использовать четырехзначную оценку (присутствует, отсутствует, неопределено, противоречиво), дополненную количественной оценкой, которая характеризует состояния объектов в условиях неопределенности.
Методика разработана на основе нового формально-логического аппарата — многозначного исчисления присутствия и известного аппарата теории нечетких множеств и применяется на этапе обработки знаний в процессе логического вывода.
Использование данной методики, по сравнению с аналогичными методиками в известных логических исчислениях, позволяет учитывать неполноту знаний и данныхнемонотонность хода рассуждения экспертапротиворечия, возникающие в процессе логического вывода, а также использовать топологические аксиоматические теории, сокращающие количество обрабатываемых в процессе логического вывода формул теорий.
4. Проведена формализация задачи ОВП на примере задачи оперативного построения СВН в первом МАУ. Проведена оценка эффективности предложенных алгоритмов. Осуществлена оценка сложности разработанных алгоритмов оценки МП объектов ПО. Предложены рекомендации по использованию разработанных методик.
По результатам проведенных исследований на защиту выносятся следующие положения:
1. Методика формализации оперативно-тактических задач оценки воздушного противника.
2. Методика построения модели возможностей воздушного противника.
3. Методика оценки значений модуса присутствия объектов предметной области.
I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ РАБОТ В ОБЛАСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ РЕШЕНИЯ.
ОПЕРАТИВНО-ТАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ ОЦЕНКИ ВОЗДУШНОГО ПРОТИВНИКА В ШТАБЕ СИЛ ПВО С УЧЕТОМ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ИНФОРМАЦИИ.
ВЫВОДЫ.
1. Разработанный формально-логический аппарат для представления и использования знаний обеспечивает формализацию знаний о процессах решения ОТ-задач в рамках единого описания всех необходимых объектов из рассматриваемой ПО. Это позволяет унифицировать процесс планирования решения задач ОВП, используя единый алгоритм логического вывода для всех типов формальных теорий.
2. Рассмотренный пример формализации знаний и логического вывода оценок присутствия формул в процессе построения программы решения частной ОТ-задачи оценки противника показал возможность и целесообразность использования разработанных методик формализации знаний и оценки значения МП объектов ПО, а также двухуровневого планирования при автоматизации процесса решения ОТ-задач в целом.
2. Разработку программного обеспечения, реализующего предлагаемые методики и алгоритмы, целесообразно производить методом объектно — ориентированного проектирования. Использование данного метода позволяет: справиться со сложностью, присущей математическому обеспечению информационной подсистемы АСУ ПВОполучить выигрыш в технологических свойствах, присущих предлагаемым методикам формализации и обработки знаний с учетом неопределенности информации ПО.
3. Анализ эффективности применения ЙСПБД для решения ОТ-задач, по сравнению с существующими подходами (использование календарного.
— 154 план-графика, программы логико-аналитической деятельности и сетевого графика) показывает, что качество (достоверность) вырабатываемых предложений за счет автоматизации решения задач, имеющих преимущественно логический характер, возрастает в 1.2- 1.4 раза.
4. Интеллектуальная система ЙСПБД может быть использована при создании модернизированной или перспективной № 11 Сил ПВО в рамках концепции единой АСУ Сил ПВО. Это позволит реализовать единое планирование операций и боевых действий, более эффективно использовать силы и средства Сил ПВО. Возможным прототипом ЙСПБД может являться комплекс программ для разработки и сопровождения штабных математических моделей и расчетных задач, реализующий основные принципы формализации и обработки знаний в ЙСПБД для перспективной ЙРП штаба Сил ПВО.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
В диссертационной работе выполнены исследования по разработке научно-методического аппарата для представления и обработки знаний в ЭВМ на основе совершенствования аксиоматического подхода к формализации и решению ОТ-задач оценки воздушного противника, имеющих рас-четно-логический характер и не поддающихся формализации на базе количественных математических методов, при планировании операций в штабе Сил ПВО.
В рамках поставленной задачи решались вопросы создания методик формализации и обработки знаний в ЙСПБД с учетом неопределенности информации о воздушном противникеметодики формализации знаний о процессах решения ОТ-задач ОВПметодики построения МВ воздушного противникаметодики и алгоритмов оценки значения МП объектов ПОанализа эффективности разработанных методик для выработки офицерами штаба предложений при решении ОТ-задач в сравнении с известными подходами .
В процессе проведения исследований получены следующие теоретические и практические результаты.
1. Проведенный анализ особенностей ОТ-задач ОВП и ЛАД офицеров штаба Сил ПВО показал, что повышение качества и оперативности вырабатываемых офицерами штаба предложений при планировании операции возможно путем совершенствования существующего и разработки нового СМО ЙРП на основе использования, наряду с математическими, логико-лингвистических моделей знаний. Выявленные особенности знаний и данных, используемых при решении ОТ-задач, позволили определить подход к формализации этих знаний.
2. Получен вывод, что в качестве формальной основы для построения ЙСПБД следует выбрать аксиоматический пода од при условии его расширения формальным аппаратом, позволяющим учитывать неопределен.
— ! -1 ность и противоречивость в знаниях и данных. Использование аксиоматического подхода к представлению знаний предполагает построение формальных теорий ПО в рамках конструктивной формальной системы.
3. Проведенный анализ формальных систем показал малопригодноеть для представления знаний о широком круге ОТ-задач ОВП известных логических исчислений в силу их неконструктивности и экстенсиональной теоретико-множественной основы.
Показано, что альтернативой теории множеств является логико-категорный подход. Его целесообразно использовать в качестве основы унив ер сальных формализмов для представления знаний.
4. В качестве основы логического исчисления используется новый формально-логический аппарат, разработанный под руководством доктора технических наук, профессора Ярушека В. Е. — интенсиональное исчисление присутствия. Исчисление присутствия предоставляет широкие возможности для описания связей по присутствию между объектами, их свойствами и атрибутами в ПОи. Многозначность исчисления позволяет учитывать неопределенность и противоречивость знаний.
5. Разработана методика формализации знаний о процессах решения ОТ-задач ОВП, основанная на использовании концептуальной модели знаний о ПО и логическом исчислении присутствия.
Разработка такой модели стала возможной благодаря достаточно выразительным возможностям исчисления присутствия и теории категорий. Показано, что ее использование позволит декларативно представить практически все знания, необходимые для решения задач.
На отдельных этапах предложенной методики формализации знаний используются известные методы приобретения знаний, семантической оценки целей, а также новое логическое исчисление присутствия. Качественно оценена эффективность методики по сравнению с известными подходами.
6. Разработана методика построения модели возможностей воздушного противника.
Научная новизна данной методики состоит в разработке модели возможностей, позволяющей рассматривать ПО как совокупность взаимодействующих между собой объектов с учетом неопределенности информации.
Использование методики позволяет формировать модели возможностей сторон, участвующих в конфликте, что повышает обоснованность принимаемых решений при прогнозировании возможных ситуаций.
7. Разработана методика оценки значений МП объектов ПО, использующая четырехзначную качественную оценку в виде константных значений «присутствует», «отсутствует», «неопределено», «противоречиво» и дополненную методом формирования количественной оценки присутствия объекта в ПО при получении качественной оценки «неопределено» .
Научная новизна состоит в усовершенствовании метода качественной оценки способом формирования количественной оценки присутствия объектов ПО.
8. Рассмотрен пример формализации частной задачи оценки воздушного противника и логического вывода оценок формул в теориях, позволяющий продемонстрировать практическую применимость разработанных методов и методик.
9. Проведена сравнительная оценка полноты и достоверности разработанных методик с использованием ЙСПБД и существующих известных подходов к планированию решения ОТ-задач ОВП в штабе Сил ПВО. Расчеты показали, что применение ЙСПБД позволит улучшить достоверностьв I.4- 2.4 раза.
Проведена оценка сложности разработанных алгоритмов оценки значения МП объектов ПО, сделан вывод о возможности использования данных алгоритмов для проведения логического вывода в ЙСПБД.
10. Результаты диссертационных исследований целесообразно использовать при создании СМО для модернизированной или перспективной ИРП Сил ПВО в рамках концепции единой АСУ Сил ПВО. Показаны преиму т 140 х^О щества такого подхода.
Результаты диссертационных исследований использованы: в Украинском РТИ при разработке эскизного проекта комплекса средств автоматизации системной обработки и анализа информации для разведывательно-информационного центра главного КП Сил ПВО Украины в части построения подсистемы поддержки принятия решений.
Практическая значимость диссертационной работы определяется возможностью использования результатов исследований при создании СМО .для ЙРП штабов Сил ПВО, АСУ войсками различного уровня и разработке интеллектуальных систем военного назначения.
Исследования, проведенные в диссертации, выполнены соискателем в рамках НЙОКР «Венец» ," Узел", ЕИЭР «Удар», НИР «Витание», «Премьера-!», «Гаспра», которые являлись частью плановых НИР военного университета, проведенных в период 1992 — 1994 годов.
