Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Безопасное динамическое позиционирование судна в заданной точке 12
1.1. Структура системы динамического позиционирования в заданной точке 12
1.2. Математическая модель надежности позиционирования судна в заданной точке 25
1.3. Расширение информационного обеспечения процесса позиционирования судна в заданной точке 32
Выводы к первой главе 45
Глава 2. Модель контроля и управления в системе динамического позиционирования 47
2.1. Анализ структуры судовой службы динамического позиционирования в заданной точке 47
2.2. Задача распределения функций и оценка деятельности оператора в интерфейсе "оператор - СОИ СДП" 64
2.3. Прогнозирование информационной напряженности оператора при контроле состояния динамического позиционирования судна 73
Выводы ко второй главе 80
Глава. 3. Минимаксная модель оператора позиционирующего судна в режиме ручного управления 82
3.1. Минимаксная модель оператора позиционирующего судно в режиме ручного управления при полной информированности 82
3.2. Минимаксная модель оператора позиционирующего судно в режиме ручного управления при не полной информированности 89
3.3. Идентификация и оценка опасности при многошаговых наблюдениях за процессом позиционирования судна 97
3.4. Основные принципы подготовки операторов системы динамического позиционирования 101
Выводы к третьей главе 108
Заключение 110
Литература 112
Приложение 119
- Структура системы динамического позиционирования в заданной точке
- Анализ структуры судовой службы динамического позиционирования в заданной точке
- Прогнозирование информационной напряженности оператора при контроле состояния динамического позиционирования судна
- Идентификация и оценка опасности при многошаговых наблюдениях за процессом позиционирования судна
Введение к работе
Актуальность темы. Концепция развития Арктического региона и освоения континентального шельфа России предусматривает подготовку геологического обеспечения заявки России на юридическое закрепление внешней границы континентального шельфа в Северном Ледовитом и Тихом океанах, а также вовлечение в хозяйственный оборот углеводородных ресурсов, обнаруженных в границах континентального шельфа. При освоении месторождений на шельфе Северного Ледовитого океана приоритетными являются суда, осуществляющие позиционирование без применения якорей, оснащенные системами динамического позиционирования, удерживающими суда в данной точке при помощи подруливающих устройств. Таким судам предстоит работать в специфических условиях арктического района. С одной стороны, суда должны отвечать достаточно жестким требованиям, предъявляемым к их мореходным качествам, а с другой - решать задачи освоения месторождений с применением новых технологий эффективного и безопасного позиционирования.
Анализ деятельности существующих служб динамического позиционирования (СДП) на судах показывает, что снижение аварийности при маневрировании (позиционировании) связано, в первую очередь, с учетом "человеческого фактора". На аварийность позиционирующего судна оказывают влияние организационно-технические компоненты системы управления состоянием безопасной эксплуатации (СУБ) и адекватный информационный ресурс, который направляется на минимизацию рисков при маневрировании. Поэтому при обеспечении безопасности позиционирования судна появляется необходимость в разработке мероприятий, которые должны минимизировать последствия неверно принятых решений оператором СДП на общее состояние безопасности судна. Требование по разработке таких мероприятий закреплено в резолюции А.850 (20) Международной морской организации (ИМО).
Таким образом, разработку технологий эффективного позиционирования буровых и специализированных судов, оснащенных системами динамического позиционирования и осваивающих северные запасы углеводородного сырья, с учетом возможных информационных отказов и особенностей деятельности оператора СДП следует относить к разряду достаточно актуальных задач.
Целью исследования является разработка элементов технологий безопасного позиционирования судна в заданной точке, которая в рамках организационно-технической структуры СДП обеспечивает эффективность
управления маневрированием судна при наличии отказов информационных средств и ошибок "человеческого элемента".
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие основные задачи:
Выбрать организационно-техническую структуру СДП, составить модель процесса безопасного позиционирования специализированного судна относительно заданной точки и разработать показатель однородности (эргодичности) этого процесса;
Разработать техническое средство, позволяющее повысить надежность и дальность приема дифференциальных поправок к местоположению позиционирующего судна, к спутниковой навигационной аппаратуре (СНА) и оценить его практическую реализуемость на основе вычислительного эксперимента;
Выполнить анализ структуры судовой службы динамического позиционирования и выделить основные функциональные обязанности оператора СДП при удержании судна в заданной точке, как при автоматическом варианте управления, так и при ручном варианте управления;
Решить задачу распределения функций между оператором СДП и программным продуктом СДП, а также разработать методику оценки информационной напряженности оператора в интерфейсе "Человек - СДП;
Составить модель прогнозирования величины информационной напряженности оператора в интерфейсе "Человек - СДП" с учетом смысла и ценности поступающей к нему информации о внешних воздействиях на судно;
Исследовать деятельность оператора СДП как звена управления и разработать модель идентификации и оценки опасности при многошаговых наблюдениях за процессом позиционирования судна и сформулировать основные принципы подготовки операторов при эксплуатации этой системы.
Объектом исследования является СДП, обеспечивающая безопасное маневрирование в заданной точке при выполнении этой системой технологий контроля и управления состоянием безопасности позиционирования судна при наличии отказов информационных средств и ошибок "человеческого элемента".
Предметом исследования является процесс безопасного позиционирования судна, основанный на принципах достоверности приема навигационной информации, минимизации информационной избыточности и распределении функций между оператором и программным обеспечением СДП
с учетом возможных информационных сбоев и ошибок в действиях "человеческого элемента".
Теоретической базой исследования являются теоретико-информационный и системный подходы к обеспечению безопасности позиционирования судна при ведении разведочных буровых работ на шельфе Северного Ледовитого океана.
Научная новизна работы состоит в следующем:
Составлена модель безопасного позиционирования судна в заданной точке, включающая показатели пространственной и временной оценки надежности такого позиционирования;
Предложена полезная модель антенны к приемнику дифференциальных поправок, входящему в состав СНА и повышающая надежность приема навигационных данных;
Составлена модель интерфейса "Система отображения информации -Оператор" и показаны ограничения, которые необходимо учитывать вахтенному оператору СДП при автоматическом позиционировании судна;
Составлена модель надежности управляющей цепи "Оператор -Органы управления СДП" при ручном позиционировании с учетом полной и неполной информированности вахтенного оператора;
Предложены механизм управления судном в аварийных ситуациях и элементы системы подготовки и переподготовки вахтенных операторов СДП, отвечающие национальным и международным требованиям.
Теоретическая значимость заключается в разработке математического описания интерфейсов в СДП с учетом возможных информационных сбоев и ошибок оператора при управлении состоянием безопасного позиционирования.
Практическая значимость работы. Результаты исследований в виде конкретных рекомендаций позволят снизить уровень аварийности на специализированных судах при ведении буровых работ за счет уменьшения информационной загруженности оператора СДП и появления у него дополнительного времени резервирования.
Личное участие автора состоит в получении научных результатов, отраженных в опубликованных работах. Даны конкретные рекомендации, повышающие эффективность безопасной эксплуатации специализированных судов при проведении разведочного бурения.
Достоверность и обоснованность результатов, полученных в диссертационной работе, обеспечивается корректным использованием системного подхода, структурного анализа, дифференциального и интегрального исчисления, теории информации, теории вероятности и статистики, а также подтверждается вычислительным экспериментом.
Внедрение работы. Результаты исследований в виде конкретных рекомендаций использованы в практической деятельности службы безопасности мореплавания ОАО АМНГР, обладающей специализированными буровыми судами с СДП.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены в виде докладов на международных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава МГТУ (г. Мурманск 2007-2010 гг.) и КПИФСБ (г. Калининград 2010 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 3 статьи опубликованы в журналах из перечня ВАК, патент на полезную модель, депонированная рукопись и 4 статьи в материалах международных научно-технических конференций.
Положения, выносимые на защиту:
параметр, отражающий безопасное позиционирование специализированного судна и выделяющий нештатные ситуации, связанные с техническими отказами и программными сбоями;
модель прогнозирования информационной напряженности оператора в интерфейсе "Человек - СДП" при контроле и ручном управлении положением судна;
идентификация опасных ситуаций и оценка степени этих опасностей при многошаговых наблюдениях за процессом позиционирования судна;
методические принципы подготовки и переподготовки операторов СДП при эксплуатации специализированных судов.
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 128 страницах, состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. В приложении приведены данные вычислительного эксперимента и акт внедрения, который подтверждает использование данного исследования в производственном процессе.
Структура системы динамического позиционирования в заданной точке
Система динамического позиционирования является комплексом, предназначенным для автоматического и дистанционного автоматизированного управления пропульсивными механизмами (подруливающие устройства и главные движители) судна с целью динамического удержания его в заданной точке позиционирования или на заданной траектории движения с заданной точностью в условиях воздействия внешних возмущающих сил [66]. В совокупности на судно-действуют ветер, волнение моря и течение; а на оборудование за- бортом - подводное течение. Следовательно, выработка управляющих воздействий зависит от величины и направления, движения волн, направления действия ветра и течения, а также от направления подводного течения [41].
Система динамического позиционирования (СДП) состоит из следующих элементов или подсистем:
- электроэнергетической установки;: обеспечивающей питание комплекса;
- пропульсивных механизмов (подруливающих устройств и главных движителей) обеспечивающих необходимые вектор упора, компенсирующий внешниевоздействия;
- подсистемы управления, состоящей из компьютерной вычислительной системы с соответствующим программным обеспечением, информационными мониторами, комплексов датчиков внешних воздействий и датчиков положения судна (систем ориентации);
- подсистемы задающих органов.
В системе динамического позиционирования предусмотрены датчики определения параметров качки; скорости и направления ветра, остальные параметры внешних воздействий вычисляются по эмпирическим формулам с использованием математической модели движения судна, которая представляет собой главную основу информационно-командного комплекса системы. Стабилизация положения судна относительно заданной точки осуществляется непосредственно с помощью движительных устройств различного типа, комбинации которых являются движительно-рулевым комплексом системы. Движи-тельно-рулевой комплекс системы должен обеспечить не только удержание судна на точке, но и стабилизацию заданного курса [42].
При рассмотрении подсистем, входящих в систему динамического позиционирования, наибольший интерес представляет информационно-командная подсистема, непосредственное влияние на которую оказывает оператор СДП. Роль и поведение оператора в структуре управления очень важны с точки зрения недопущения аварийных ситуаций. Главный пост управления СДП (рабочее место оператора), как правило, совмещен с главным постом управления на ходовом мостике судна, откуда имеется достаточный обзор оконечностей судна и окружающего пространства. Так, например, на специализированных буровых судах выделено специальное изолированное помещение, размещенное непосредственно у ходового мостика с обязательной возможностью выхода оператора на него. Все органы управления и индикаторы, необходимые для контроля динамического позиционирования судна, размещены на. пульте управления системы СДП. Конструкция этих органов и электронная логика управляющих устройств построена так, чтобы исключить несанкционированные или некомпетентные действия оператора, которые могли бы стать причиной нарушения нормального режима позиционирования. Эти действия можно рассматривать, как единичный отказ, и этот отказ не должен приводить к потере стабилизации положения судна в точке позиционирования или схода с заданной траектории. Например, все кнопки дистанционного включения и отключения подруливающих устройств, генераторов, главных гребных установок защищены прозрачными панелями, чтобы случайное нажатие не привело к их дистанционному отключению с мостика.
Органы управления переходом с прямого ручного управления движитель-ными комплексами судна на его управление с помощью СДП размещены на мостике, на главном пульте управления позиционированием. При этом на лицевую панель пульта управления СДП выводится постоянная световая сигнализация и индикация нормального функционирования следующих подсистем:
- энергетической системы, т.е. число работающих генераторов и преобразователей, их нагрузка, готовность резервных агрегатов;
- движительно-рулевого комплекса (системы подруливающих устройств), т.е. число устройств, режимы работы системы, нагрузка, состояние локальной системы управления;
- системы управления СДП, т.е. состояние основного и резервного питания, величины и направления упоров подруливающих устройств относительно осей судна, индикация его позиции над точкой позиционирования, состояние вычислительной компьютерной системы и состояние системы датчиков положения судна [41], [42].
При необходимости дополнительную информацию для обеспечения безопасности функционирования СДП оператор может получать по запросу.
Аварийно-предупредительная сигнализация (АПС) СДП, кроме звуковых и световых сигналов, относящихся к механизмам и устройствам системы» динамического позиционирования, содержит текстовую и графическую информацию. Она выдается оператору через главный дисплей, или принтер, или аналоговый самописец и содержит сведения о типовых выходах из строя элементов системы и рекомендации оператору по выполнению необходимых мероприятий для удержания судна над точкой позиционирования.
Контролируемые параметры системы АПС структурно разделены на параметры, которые в определенной мере являются информационными, и на параметры, по которым при их отображении требуется принятие оператором немедленных действий. Например: от компьютерной системы управления, системы питания, системы ориентации, гирокомпаса, датчика ветра на АПС выдается сигнал "Неисправность", а затем происходит автоматическое переключение на резервную систему. Компьютерная система использует последнюю информа-, цию о позиции, если одна или более систем определения точки позиционирования будут неисправны. Если от гирокомпаса или средства ориентации на АПС пришло сообщение "Отклонение за допустимый предел", то оператор должен самостоятельно принимать решение о том, какими методами он будет ликвидировать это отклонение.
Средства управления судном оператором при помощи СДП могут быть следующими [21], [22]:
— ручной и автоматический режим управления курсом;
— режим динамического позиционирования с возможностью ручного, автоматического или полуавтоматического управления курсом;
— режим автопилота с ручкой изменения положения руля FFU для непосредственного управления рулевым механизмом;
— режим коррекции курса при малом и полном ходе с возможностью автоматического наручного удержания курса, а также возможностью следования по курсу, обозначаемому как множество координатных точек;
— режим удаленного управления судном с автоматическим и ручным» управлением курсом и круговым-обзором;
— режим изменения координат центра поворота;
— автоматическая коррекция, исключающая влияние ветра на позиционирующее судно.
Органы ручного управления системы СДП (ручка управления для положения и круглая ручка для поворота) могут быть использованы совместно или отдельно при изменении положения или курса судна. Система не нуждается в одновременной работе всех движительных комплексов, так как программный продукт СДП всегда выбирает оптимальный упор только с помощью включенного движительного комплекса в данный момент времени.
Режим стабилизации курса без привлечения систем ориентации обеспечивает автоматическую стабилизацию курса судна только по гирокомпасу. Этим режимом можно пользоваться или в сочетании с ручным управлением, регулируя положение судна, или в случае, когда положением судна управляют с помощью швартовов, при постоянном упоре гребных винтов. При автоматическом управлении судном с использованием систем ориентации предусматривается выполнение разных маневров судном, когда, по крайней мере, одна система ориентации работает удовлетворительно и судно находится в пределах рабочего радиуса системы ориентации. Маневры осуществляются с пульта оператора. Что касается удержания судна на заданном месте, то этот маневр обеспечивает автоматическое управление судном с тем, чтобы удержать его в неподвижном состоянии относительно заданных координат и заданного курса. В этом состоянии допускается как ручное, так и автоматическое оптимальное регулирование позиционирования судна. Оптимальное позиционирование судна осуществляется по критерию минимальных затрат топлива. В системе позиционирования предусматривается возможность задания предельных отклонений судна от заданной точки и заданного курса. Причем выход судна за пределы заданных отклонений сопровождается звуковой тревожной сигнализацией.
Анализ структуры судовой службы динамического позиционирования в заданной точке
Служба динамического позиционирования является судовой службой и в ее состав входят специалисты, которые отвечают за позиционирование судна и занимаются эксплуатацией, текущим и внеплановым техническим обслуживанием системы управления СДП, включая системы ориентации. Она также должна обеспечивать бесперебойную работу системы динамического позиционирования судна во время проведения технологических операций и ее постоянную готовность к такой работе в другое время [44]. В зависимости от сложности и потенциальной опасности работ, проводимых судном можно разделить их на три группы, а предполагаемые работы классифицировать, под них разработать и дать анализ структуры и состава служб ДП.
К первой группе относятся суда, выполняющие сложные работы круглосуточно и непрерывно в течение длительного времени, аварии на которых могут вызвать крупные материальные потери, привести к существенным отрицательным экологическим последствиям или создать угрозу здоровью и жизни людей. В эту группу можно включить водолазные, буровые, трубоукладочные суда и платформы, челночные танкеры, суда FPSO (FLOATING PRODUCTION, STORAGE, AND OFFLOADING VESSEL) т. е. суда для добычи, хранения и отгрузки нефти. На подобных судах должна создаваться значительная по составу служба СДП, которая включает в себя, например начальника службы, двух вахтенных электромехаников и двух операторов и вспомогательный персонал. Как правило, суда этой группы оборудуются СДП с многократным резервированием, большим количеством систем ориентации и датчиков для эксплуатации, текущего и профилактического ремонта которые требуют значительный технический персонал.
Ко второй; группе следует относить суда, выполняющие работы в режимах ДП периодически; с циклом до нескольких суток и аварии которых не связаны с катастрофическими последствиями. Это различные научно-исследовательские, инженерно-геологические, крановые суда. Состав службы ДП на них сокращен и включает, например, только начальника службы, электромеханика и от одного до двух операторов.
Третья группа: включает все остальные суда, СДПна которых используется кратковременно, например, такие как транспортно-буксирные суда; ледоколы, пожарные, аварийно-спасательные, пассажирские суда. На этих судах эксплуатация С ДП может возлагаться на штатных судоводителей и электромехаников.
Норвежский іморской директорат (НПР0)вводит классы операций; к которым, относятся предстоящие работы, и они должны быть использованы: в соот-ветствишс риском операций. В руководящих принципах МІРО и комментариях № 28, определенычетыре таких класса [21], [22]::
Класс О операций; вікоторьіх возможность потеришозиции; по удержанию не рассматривается какугроза для человеческой жизни или причинения ущерба.
Класс 1 операций; в которых потеря позиции по.удержанию может, привести: к повреждению или загрязнению окружающей; среды с малыми последствиями:
Класс 2 операций, где потеря позиции по удержанию может привести к травме персонал а, загрязнению, повреждению или к большим экономическим последствиям.
Класс 3 операций, когда потеря позиций по удержанию может привести к. смертельному исходу, сильному! загрязнению илймущербу с:глобальными экономическими последствиями.
Основываясь на этом, тип:судна, оснащенный ЄДП;. определяется, под каждый, класс операции:
Класс Г судна с системой ДП должен; быть использован во время операции, когда потеря позиции не ставит под угрозу человеческие жизни, не наносит существенный ущерб и не приведет к существенному загрязнению окружающей среды.
Класс 2 судна с системой ДП должен быть использован во время операции, когда потеря позиции может вызвать травмы персонала, загрязнение или повреждение с большими экономическими последствиями.
Класс 3 судна с системой ДП должен быть использован во время операции, когда потеря позиций может привести к смертельным исходам, сильному загрязнению или повреждению с глобальными экономическими последствиями.
Согласно "Правил классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок (ПБУ) и морских стационарных платформ (МСП). Российский Морской Регистр Судоходства в разделе 7.5 (Конструкция систем динамического позиционирования, классы)" системы ДП должны подразделяться на классы исходя из тяжести последствий потери стабилизации платформы над точкой [42].
Система динамического позиционирования класса 1, соответствующая по своим характеристикам знаку в символе класса ДИНПОЗ-1, является системой с минимальным резервированием. При этом потеря положения ПБУ над точкой может произойти при единичном отказе.
Система динамического позиционирования класса 2, соответствующая по своим характеристикам знаку в символе класса ДИНПОЗ-2, должна иметь резервирование, которое обеспечивает удержание ПБУ над точкой позиционирования при единичном отказе в любом активном элементе.
Система динамического позиционирования класса 3, соответствующая по своим характеристикам знаку в символе класса ДИНПОЗ-3, должна иметь резервирование, которое обеспечивает удержание ПБУ над точкой позиционирования при единичном отказе элементов, находящихся в разных водонепроницаемых отсеках, либо в одном из водонепроницаемых отсеков в результате затопления или пожара, или в любом из противопожарных зон в результате пожара или взрыва.
Командный состав специализированного судна в вопросах позиционирования, как правило, может руководствоваться следующими документами [44]:
— Уставом службы на морских судах Министерства газовой промышленности;
— Руководством по судам с системами динамического позиционирования (документ IMO MSC/Circ. 645 от 6 июня-1994 г.);
— Руководством по организации службы динамического позиционирования на судах РАО "Газпром" РД 51-10-98;
— Приказами и стандартами по безопасному проведению работ по динамическому позиционированию судовладельца.
Структура службы ДП в общем случае состоит из начальника службы ДП, электромехаников ДП, операторов ДП. Проанализируем и рассмотрим их субординацию и ключевую роль в структуре.
Начальник службы ДП подчиняется капитану судна. На него возложено распределение заведования между персоналом, он организует операторскую и электромеханическую вахту. В его задачу входит контролировать действия вахтенных специалистов ДП, как правило, это опытный человек, имеющий большой стаж в работе с техническими средствами и операторской практикой, свои знания и опыт он передает подчиненным, способствует повышению их квалификации, взаимодействует» с руководителями всех служб судна, береговыми службами судовладельца. Перед работой в режиме ДП начальник службы руководит подготовкой к работам и определяет класс операций, к которой относится предстоящая работа в соответствии с риском операции.
Во время работы в режиме позиционирования начальник службы ДП организует работу службы с учетом особенностей района, гидрометеорологических условий, вида выполняемых работ. При выполнении ответственных работ или сложных гидрометеорологических условиях начальник службы находится в помещении ДП и лично руководит работой СДП. При необходимости он может подменять одного из вахтенных специалистов службы ДП. После ремонта технических средств системы ДП судовой энергетической установки или движительно-подруливающих устройств начальник службы ДП участвует в испытаниях системы ДП по соответствующей программе и представляет судовладельцу протокол испытаний.
Прогнозирование информационной напряженности оператора при контроле состояния динамического позиционирования судна
Специфика рассматриваемой задачи прогнозирования информационной загрузки оператора СДП обусловлена тем, что оператор не имеет здесь какой-либо опорной схемы развития процессов ни во времени, ни в пространстве входных событий. В этих условиях функционирование специализированного судна становится стохастическим в полном смысле этого слова, поскольку случайны и моменты времени переходов и сменяющие друг друга различимые состояния этого судна. Далее примем, что для решения поставленной задачи определены: .
— статистические характеристики объекта контроля и управления в виде вероятностного вектора его различимых состояний P(X,v) в любой момент времени на интервале отрезка 0 t Т;
— обобщенные статистические данные по временным затратам оператора на реализацию отсчетов;
— обобщенные статистические данные по ошибочным действиям оператора при работе с базой данных СДП.
В качестве первогоотапа в решении поставленной задачи рассмотрим задачу прогнозирования числа обращений к базе данных СДП, которое оператор способен реализовать на отрезке 0 t Т. Специфические трудности решения этой задачи в данном случае связаны с тем, что на любом интервале 0 t T имеется нулевая вероятность экспозиции каждого из различимых состояний специализированного судна. Это обстоятельство не позволяет непосредственно прогнозировать временные затраты оператора СДП на реализацию каждого последовательного обращения к базе данных даже при наличии исчерпывающих статистических данных. Для преодоления этой трудности введем в рассмотрение упорядоченную последовательность неперекрывающихся обобщенных обращений оператора к базе данных, характеризующую его деятельность на отрезке 0 t Т. Термином "обобщенное обращение" отражается то обстоятельство, что реализация этого обращения оператором СДП в данном случае может быть связана с обработкой любого из iV-сигналов пространства входных событий. Для оценки временных затрат оператора в этих условиях воспользуемся известным в теории вероятностей понятием смеси распределений. Пусть априорные статистические данные по временным затратам оператора на обработку сигналов из пространства входных событий СДП представлены в виде матрицы функций плотности распределения вероятностей вида
Функция /6v(0) характеризует среднюю величину временных затрат оператора СДП на реализацию v -го обращения к базе данных в предположении, что это обращение может оказаться связанным с обработкой любого сигнала х, из пространства входных событий. Для дальнейшего существенно, что в случае контролируемых процессов, стационарных в узком смысле, вероятности p(xt,v) постоянны и не зависят от величины v . Поэтому функция /6v(6) МОжет считаться универсальной характеристикой временных затрат оператора на обобщенное обращение к базе данных СДП независимо от его конкретного размещения на интервале 0 t Т. Если же контролируемые процессы не стационарны, то /9v(9) теряет свойство универсальности и становится зависящей от привязки обращений оператора к временной оси. Для преодоления возникающих в связи с этим трудностей прогнозирования числа реализуемых оператором обращений возможен путь приближенного решения задачи, основанный на осреднении вероятностей p{x,,t) на отрезке 0 ґ Г. Если рср(хг,ґ),і = 1,2, ..., N, средние значения вероятностей реализации различимых состояний объекта на интервале 0 t T, то, подставляя их вместо /?(x,,v) в (12), получим приближенное выражение универсальной функции плотности распределения вероятностей временных затрат оператора на обобщенное обращение к базе данных СДП для случая нестационарных процессов, справедливое на рассматриваемом отрезке времени. В этих условиях на отрезке 0 t Т будет определена совокупность случайного числа независимых, одинаково распределенных случайных величин 51,52,...,5/!, характеризующих временные затраты оператора соответственно на первое, второе и последующие обобщенные обращения к базе данных СДП. Исходными данными для прогнозирования числа обобщенных обращений, укладывающихся на отрезке 0 t Т, являются введенная выше функция плотности распределения временных затрат оператора на реализацию обобщенного обращения /е(9) и интегральная функция распределения вероятностей F0(9) = 0.
Из условия F0 (9) = 0 можно найти нижнюю грань временных затрат оператора 90mmax на реализацию обобщенного обращения, а из условия F0(9) = l можно определить соответствующую верхнюю грань 90/йтах.
Вероятность, с которой оператор СДП перерабатывает это количество информации, очевидно, совпадает с вероятностью.соответствующего варианта его деятельности (контроль параметров позиционирования судна) [68]. Эта вероятность может быть получена по вероятности реализации оператором СДП ровно к обобщенных обращений к базе данных на отрезке 0 t Т при п = к.
В итоге соотношение (2.19), рассматриваемое при соответствующих п, образуют дискретный ряд распределения среднего количества информации, перерабатываемой оператором на отрезке 0 t Т. На основании этого ряда обычным путем можно перейти к интегральной форме прогнозируемого закона распределения. При необходимости проведенные рассуждения позволяют получить и предельную верхнюю оценку информационной загрузки оператора в виде интегрального закона распределения максимального количества информации, обрабатываемой оператором СДП на.отрезке 0 t Т. Для этих целей достаточно предположить, что различимые состояния позиционирующего судна на выбранном интервале времени статистически независимы и равновероятны.
Идентификация и оценка опасности при многошаговых наблюдениях за процессом позиционирования судна
При обнаружении сигналов в мультимедийном пространстве СОИ СДП вахтенный оператор СДП должен интересоваться не только фактом их наличия, но и величинами информативных параметров, несущими данные об опасности, которая содержится в таких сообщениях. Поскольку результат действий вахтенного оператора, совершаемый им при решении о наличии сообщения, определяются степенью близости оценки и истинного значения параметра, потери, имеющие место в процессе обнаружения и оценивания, в первую очередь, зависят как от ошибок идентификации сообщения, так и от неточности его оценивания [25]. Если же использовать адаптивный байесовский подход к наблюдениям, то можно решить задачу совместной идентификации и оценивания параметров сообщения при параметрической априорной неопределенности и ограничении сверху возможного числа контрольных наблюдений. Общее и доступное вахтенному оператору СДП число наблюдений в практических задачах идентификации опасности и оценки ее наиболее информативных параметров при управлении и контроле состояния позиционирующего судна, всегда ограничено из-за отсутствия временной избыточности [15].
В практических процессах позиционирования судна достаточно часто возникает задача совместной идентификации опасности и оценивания одного или нескольких информационных параметров этой опасности, которая решается при фиксированном времени наблюдения и полной априорной информации. Однако в практике позиционирования в заданной точке существуют дополнительные условия, при которых подобная задача требует несколько иного подхода, чем задачи, рассматриваемые применительно к другим видам позиционирования, например, позиционированию судна относительно заданного маршрута. Во-первых, при позиционировании относительно заданной точки законы распределения вероятностей наблюдаемых случайных процессов, ненаблюдаемых ситуаций и параметров в большинстве случаев известны не полностью. Более того, в-лучшем случае - с точностью до параметров сопутствующих шумов. Во-вторых, процессы наблюдения часто являются многошаговыми, причем вероятность риска и соответствующие потери при принятии решения вахтенным оператором зависят от номера шага, на котором наблюдение прекращено. Именно в этих специфических условиях и возникает решаемая задача последовательного (усеченного) обнаружения-оценивания опасных сообщений, поступающих к вахтенному оператору СДП из мультимедийного пространства СОИ СДП.
Пусть по наблюдениям х = (х ...,хп) на некотором шаге п необходимо принять (окончательное) решение о наличии или отсутствии сообщения, причем в случае 0 = 1 необходимо также произвести оценивание неизвестного информативного параметра XeD. (в общем случае векторного), закодированного в сигнале и несущего информацию о наличии вероятности опасности и ее последствиях. При последовательном анализе поступающей последовательности сообщений в момент принятия окончательного решения является случайной величиной, так как на каждом шаге наблюдения 1 п N допускается принятие решения об управлении ип=и!а и продолжении наблюдений за опасностью. Далее будем полагать, что априорные вероятности аварийных ситуаций 0 могут быть записаны так /?(0 = /) = Р, при (/ = 0,1), а априорная плотность вероятности параметра X в виде д{Х) известна полностью. Условные плотности вероятности наблюдений p(xn\Q = 0,yQ) = po(xn \у0)р(хп 0 = 1Д,у,) = 1(х,г?.5у1) Уо)Рі(хп \Х, Yi) известны с точностью до совокупности мешающих векторных параметров у0 и у,, возможно содержащих и одинаковые компоненты.
Для практической реализации предложенной методики идентификации-оценивания опасностей при позиционировании судна с помощью многошагового приема организации наблюдений за мультимедийным пространством СОИ СДП необходимо неизвестные параметры у1 в уравнении (3.4) заменить оценками максимального правдоподобия, получаемыми из выражений (3.3). При больших значениях п »1, что достаточно часто наблюдается при позиционировании судна, приняв У+ У,+„2И Y,v можно существенно упростить нахождение момента остановки наблюдений. Для отыскания момента остановки наблюдений и принятия окончательного решения о ликвидации аварийной ситуации в позиционировании судна достаточно сравнить предпоследнее и последнее выражения в системе уравнений (3.4) при подстановке в них оценок максимального правдоподобия параметра у [23].
Таким образом, чтобы интегрировать и координировать работу программного продукта системы СДП в аварийных ситуациях при позиционировании судна в заданной точке, с учетом собственной деятельности вахтенному оператору СДП в рамках требований (3.3) и (3.4) кроме теоретической и практической подготовки необходима и достаточно "цепкая память".
