Введение к работе
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 научно-технических задач:
1. Разработать модель «агента» судна с «жизненным циклом», отражающим
его активное «навигационное существование» с возможностью прогнозирова
ния 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 спо
собствовал 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 использо
вания 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 над
водной обстановки, использующая навигационную информацию о судне и над
водной обстановке, в которой оно находится, для автоматической оценки соот
ветствия поведения судна правилам МППСС-72, что используется в системе
экспертного мониторинга для прогнозирования развития событий и планирова
нии 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.
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.
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:
Объединение закономерностей движения судов с предикатными требованиями на изменения движений, обусловленными необходимостью соблюдать международные правила МППСС-72.
Вопросно-ответное программирование базовых функций ЭС, приводящее к использованию единообразных механизмов на всех стадиях её «жизненного цикла».
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, в число которых входят предотвращает неожиданного повышения степени опасности столкновений и возможность выбора рациональной трассы маневрирования.
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 образовании 2008» (г.Екатеринбург) и на школе-семинаре аспирантов и молодых ученых «Информатика, моделирование, автоматизация проектирования» ИМАП-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 использо
ванной литературы ( наименований), изложенных на страницах
машинописного текста, а также 2-х приложений на страницах. Диссертация
содержит рисунков и таблиц.
