Содержание к диссертации
Введение
Раздел 1 Исследование влияния человеческого элемента на безопасность судоходства 8
1.1 Характеристика приоритетных задач развития водного транспорта 8
1.2 Анализ содержания международных и национальных документов по обеспечению безопасности мореплавания 11
1.3 Оценка влияния человеческого фактора на безопасность судоходства 16
Раздел 2 Определение функциональных состояний судоводителя, влияющих на эффективность управления судном и критериев их оценки 24
2.1 Определение перечня функциональных состояний судоводителя при обеспечении безопасности судоходства 24
2.2 Диагностика функциональных состояний 35
2.3 Характеристика способа газоразрядной визуализации фотонно-электронного поля человека 44
2.4 Разработка критериев оценки функционального состояния судоводителя 55
Раздел 3 Разработка метода обеспечения безопасности плавания судов на основе оценки функционального состояния судоводителя 57
3.1 Формирование логической схемы применения методов статистического анализа 57
3.2 Обоснование экспериментальной базы исследования 67
3.3 Исследование статистических характеристик ГРВ параметров 68
3.4 Исследование возрастной динамики изменения ГРВ параметров 69
3.5 Разработка математической модели оценки функционального состояния судоводителя по данным ГРВ граммы 69
3.6 Формирование метода обеспечения безопасности плавания судов на основе оценки функционального состояния судоводителя 71
3.6.1 Определение требований к программному обеспечению 72
3.6.2 Обоснование алгоритма расчетов 73
3.6.3 Определение последовательности работы с программой GDV Psycho Diagnostic 74
3.6.4 Метод обеспечения безопасности плавания судов на основе оценки функционального состояния судоводителя 78
Заключение 81
Список литературы 83
Приложение А 91
Приложение Б 111
Приложение В 113
Приложение Г 120
Приложение Д 131
Приложение Е 151
- Анализ содержания международных и национальных документов по обеспечению безопасности мореплавания
- Характеристика способа газоразрядной визуализации фотонно-электронного поля человека
- Формирование логической схемы применения методов статистического анализа
- Метод обеспечения безопасности плавания судов на основе оценки функционального состояния судоводителя
Анализ содержания международных и национальных документов по обеспечению безопасности мореплавания
До середины XIX века безопасность мореплавания основывалась на морских традициях, например, право судна искать убежище от шторма в любом порту, обязанность судов идти на помощь терпящим бедствие судам, независимо от их государственной принадлежности.
Развитие экономики наиболее развитых стран того времени (Великобритания, Франция, Испания и другие) привело к усилению зависимости от поставок сырья из колоний, сбыта в них товарной продукции, излишка национальной рабочей силы и инвестиций. Появилась необходимость перевода судоходства на четкую правовую основу.
Усилия большого количества стран, направленные на создание международной организации, которая бы обеспечивала сотрудничество в области правительственного регулирования и мероприятий, относящихся к вопросам международного судоходства, окончательно оформились только в 1982 году. В этом году была создана ИМО – независимая организация при ООН (путем переименования существовавшей до этого Международного морского консультационного органа, с расширение функций и полномочий).
Созданию ИМО способствовала и крайне неблагоприятная статистика происшествий на море: количество погибших судов достигло цифры 360, в среднем по одному судну в день (по данным страховой компании Ллойд). А.Б. Юдович [2] так охарактеризовал этот период: «В 60-х и в первой половине 70-х годов ХХ века аварийность мирового флота была чрезвычайно высока: практически каждое третье или четвертое судно валовой вместимостью 500 рег. т ежегодно терпело аварию».
В период с 1969 по 1979 год, усилиями ИМО и ИМКО были приняты конвенции, содержащие международные требования и правила, нацеленные на повышение безопасности международного судоходства (таблица 1). Основные задачи Организации отражены в девизе ИМО: «безопасное, защищенное и эффективное судоходство в условиях чистых океанов» [3].
Принятые ИМО документы, определяющие международные морские стандарты и правила, носят обязательный характер. Право толкования требований конвенций передается Государству порта, которое отвечает за проверку судов на предмет соответствия требованиям ИМО и обеспечивает устранение недостатков. Государство флага – отвечает за выдачу свидетельств и гарантирует, что судно под его флагом соответствует конвенциям ИМО.
В работе ИМО и в подготовке конвенций активно принимают участие международные организации, тесно сотрудничающие с ИМО: Международная организация труда (ILO), Конференция ООН по торговле и развитию (UNCTAD), Конференция ООН по охране окружающей среды (UNEP), Всемирная организация здравоохранения (WHO), Международная палата судоходства (ICS), Международная федерация судовладельцев (ISA), Международная организация по стандартизации (ISO), Международная торговая палата (ICC) и др. Предпринятые ИМО меры позволили существенно снизить гибель судов в море и сохранить жизни тысячам моряков.
Наша страна является членом ИМО, ею ратифицированы все основные, вышеперечисленные конвенции.
Национальные документы постоянно совершенствуются, в наибольшей степени согласия их требования с требованиями международных документов. К основополагающим национальным документам, рассматривающие вопросы безопасности судоходства, можно отнести [4]: Конституция Российской Федерации - Ст.15 ч.4 Федеральные законы:
1994г. №51-ФЗ – «Гражданский Кодекс РФ»;
2001г. №24-ФЗ – «Кодекс внутреннего водного транспорта РФ»;
2006г. N 74-ФЗ – «Водный Кодекс РФ»;
1999 г. № 81-ФЗ - «Кодекс торгового мореплавания»;
2007 г. № 261-ФЗ «О морских портах в Российской Федерации». Нормативно правовые акты президента и правительства России: постановление правительства №172 2015 г. «О порядке аттестации сил транспортной безопасности»
Нормативно-правовые акты федеральных органов исполнительной власти:
приказ № 308.Минтранса России 2013 г. – «Положение о расследовании аварий или инцидентов на море»;
приказ № 140.Минтранса России 2009 г – «Общие правила плавания и стоянки судов в морских портах Российской Федерации и на подходах к ним».
Проблема безопасности на морском и внутреннем водном транспорте исследована в трудах авторов: Прусс В. М. [5], Войтенко М. [6], Иванов Г., Гуцуляк В. Н. [7], Дмитриев В.И., Песков Ю.А. [8], Развозов С.Ю. [9], Снопков В.И., Ко-нопелько Г.И., Васильева В.Б. [10].
Анализ документов и выполненных исследований позволяет выделить три направления деятельности в области безопасности судоходства: нормативное - разработка правил, требований и стандартов; конструкторское - разработки новых конструкций, оборудования, технологий; организационное - организация службы на судне, состав экипажа, распределение ответственности.
Тем не менее, несмотря на предпринятые меры, по различным причинам суда продолжают гибнуть в море. Уровень безопасности мореплавания определяется количественными показателями аварийности: статистикой случаев, техническими убытками, потерянными жизнями и пр. Мировая статистика ведет учет гибели судов и аварийности на флоте с классификацией причин возникновения аварий. В число этих причин входят: непогода, потеря остойчивости, и непотопляемости, посадка на грунт, столкновение судов, навалы на стационарные объекты, пожары и взрывы, повреждения механизмов и другие причины. Ежегодно 3 – 4 судна пропадают без вести, несмотря на то, что были оборудованы всеми современными средствами связи и навигационными приборами.
Большое количество судов гибнет от пожаров и взрывов, примерно 60 судов в год. Пожары и взрывы часто сопровождаются человеческими жертвами и приводят к загрязнению окружающей среды, наибольшей степени этому подвержен танкерный флот.
Строительство новых типов судов, внедрение на судах вычислительной техники, радионавигационных систем, электронавигационных приборов и других средств автоматики позволили снизить величину риска, связанную с морским судоходством, но не избавили человечество от жертв и материальных потерь.
Принято считать, что около 10 % аварий возникает по причине форс-мажорных обстоятельств, 15 % являются следствием технического несовершенства судов и внезапного отказа судового оборудования. Остальные 75 % принято относить к субъективным факторам, таким как, пренебрежение мерами безопасности, отсутствие чувства ответственности у членов экипажа, недостаточная профессиональная подготовка, нарушение требований нормативных документов, слабая организация вахтенной службы, чрезмерная усталость экипажа.
В результате анализа причин возникновения многочисленных аварий на море ИМО в 1999 г. приняла Резолюцию А.884 (21) [11] «Руководство по расследованию человеческих факторов в авариях и инцидентов на море». В документе записано: «Анализ аварий и инцидентов на море, за последние 30 лет, вынудил международное морское сообщество и различные заинтересованные системы безопасности постепенно отойти от одностороннего подхода, сфокусированного на технических требованиях к конструкции и оборудованию судна, и обратить внимание на тот подход, который пытается признавать роль человеческих факторов в безопасности на море и более полно обращаться к нему, в рамках всей морской отрасли».
Характеристика способа газоразрядной визуализации фотонно-электронного поля человека
Основной источник формирования изображения фотонно-электронного поля вокруг биологического объекта – это газовый разряд вблизи поверхности исследуемого объекта. В большинстве случаев в процессе газоразрядной визуализации развиваются две формы газового разряда: лавинный разряд в узком зазоре, ограниченном диэлектрическими поверхностями объекта исследования и носителем изображения, а также скользящий по поверхности диэлектрика разряд.
Основная информация извлекается из характеристик излучения, которое представляет собой пространственно распределённую группу участков различной яркости. Заключение даётся не путём изучения анатомических структур организма, а на основании конформных преобразований и математической оценки многопараметрических образов, параметры которых зависят от психофизиологического и психологического состояния человека. При анализе результатов измерения фотонно-электронного поля нет однозначной привязки к традиционным диагнозам - они показывают распределение энергетического гомеостаза организма.
Принцип способа газоразрядной визуализации (ГРВ) заключается в следующем (рисунок 8): между исследуемым объектом (1) и диэлектрической пластиной (2), на которой размещается объект, подаются импульсы напряжения от генератора электромагнитного поля (5), для чего на обратную сторону нанесено прозрачное токопроводящее покрытие. При высокой напряжённости поля в газовой среде пространства контакта объекта (1) и пластины (2) развивается лавинный и/или скользящий разряд, параметры которого определяются свойствами объекта. Свечение разряда, в диапазоне 280 – 760 нм, с помощью оптической системы и ПЗС-камеры (3) преобразуется в видеосигналы, которые поступают в виде серии кадров в компьютер (4). Специализированный программный комплекс позволяет провести обработку изображений (ГРВ-грамм), представляющих собой пространственное распределение освещённости на ПЗС-матрице, зависящее от состояния исследуемого объекта.
При всём многообразии конкретных технических решений сущность процесса визуализации может быть сведена к некоторой теоретической схеме. Первичным процессом является процесс взаимодействия электромагнитного поля с объектом исследования, в результате которого при определенной напряжённости электромагнитного поля возникает эмиссия поверхностью объекта заряженных частиц, участвующих в инициировании начальных фаз газового разряда. Газовый разряд в свою очередь может влиять на состояние объекта, вызывая вторичные эмиссионные, деструктивные и тепловые процессы.
Таким образом, в ходе развития газоразрядной визуализации формируется некоторая последовательность информационных преобразований: состояние биологического объекта характеризуется физиологическими процессами и медико-биологическими показателями, среди которых определяющую роль с точки зрения процесса ГРВ играют физико-химические и эмиссионные процессы, а также процессы газовыделения, которые зависят от изменений полного импеданса биологического объекта, импеданса участков его поверхности, структурных и эмиссионных свойств биологического объекта. Неоднородность поверхности и объема, процессы эмиссии заряженных частиц или выделения газов оказывают влияние на параметры электромагнитного поля, за счёт чего изменяются параметры газового разряда. Характеристики газового разряда критически зависят от наличия примесей в газе, поэтому этот фактор также вносит существенный вклад в параметры свечения.
При подаче импульса напряжения на электроде возникает электрическое поле. Это поле «вытягивает» электроны с поверхности объекта, например, человеческого пальца или мениска жидкости. Попадая в воздух, электроны ускоряются в электрическом поле, набирают энергию, но очень быстро сталкиваются с молекулой воздуха. От удара «энергичного» электрона молекула испускает несколько фотонов и электронов. Остается ион с положительным зарядом. Этот ион очень тяжелый, и в приложенном электрическом поле он практически не двигается. Образовавшиеся электроны, в свою очередь, ускоряются в поле и, столкнувшись с молекулой воздуха, выбивают новые фотоны и электроны. Таким образом, каждый родившийся электрон дает жизнь еще нескольким. Этот процесс называется «лавинное размножение электронов». Образовавшаяся электронная лавина подобна лавине в горах – она распространяется по прямой, по силовой линии электрического поля. По мере удаления от пальца поле ослабевает, и на каком-то расстоянии энергии электрона оказывается уже недостаточно для ионизации. Лавина прекращается.
За время развития лавины на поверхности стекла остается канал положительного заряда, и к этому каналу с боков притягиваются новые небольшие электронные лавинки, как ручейки стекают в большую реку. Лавина приобретает характерную «волосатую» структуру. В то же время, этот канал положительного заряда тормозит «свои собственные» электроны, способствуя прекращению лавин.
Электрическое поле распространяется во все стороны радиально от пальца, поэтому лавины распространяются от пальца по радиусам. Распространение электронной лавины сопровождается свечением, которое регистрируется оптической системой ГРВ прибора.
Так как палец эмитирует электроны по-разному с различных точек поверхности, картина имеет неоднородный характер. Если палец заменить металлическим цилиндром, свечение будет гораздо более однородным. А если подвесить каплю жидкости с идеально ровным мениском, свечение примет вид ровной окружности.
Таким образом, способ газоразрядной визуализации (ГРВ) представляет собой компьютерную регистрацию и последующий анализ газоразрядного свечения любых биологических объектов, помещенных в электромагнитное поле высокой напряженности.
Нейрофизиологам хорошо известен факт широкой представленности нервных окончаний кончиков пальцев руки человека в головном мозгу человека [87, 88]. Измерение электрической активности на кончиках пальцев руки характеризует активность работы головного мозга и его высших корковых (когнитивных) функций, поэтому для анализа функционального состояния судоводителя необходимо проанализировать ГРВ граммы пальцев его рук (рисунок 9).
ГРВ грамма представляет собой сложную двумерную фигуру, каждый пиксель которой характеризуется своей яркостью, кодируемой целым числом в диапазоне от 0 («черное») до 255 («белое»). ГРВ граммы представляют собой черно-белые изображения. Это связано с тем, что значимой информацией на ГРВ грамме является распределение интенсивности или яркости по изображению. К тому же существуют определенные технические сложности при работе с цветными изображениями, потому что информация о цвете принципиально зависит от используемых устройств: телекамеры, оцифровщика, компьютера, что сводит значимость сохраненного цвета к нулю. Калибровка цвета является сложнейшей технической задачей. Напротив, яркость точек или, точнее, пикселей изображения однозначно говорит об интенсивности свечения на данном участке. Следовательно, черно-белые изображения позволяют получать более точную и воспроизводимую информацию об объекте, изучаемом способом ГРВ.
Все пиксели изображения ГРВ граммы делятся на шумовые и информативные. Шумовые пиксели обладают низкой интенсивностью и возникают вследствие особенностей работы камеры. Они не несут никакой информации и не учи тываются алгоритмом вычисления характеристик ГРВ грамм. Процесс определения шумовых точек называется «фильтрация шума». Оставшиеся после фильтрации шума пиксели отображают форму ГРВ свечения и несут информацию об исследуемом объекте. Эта информация получается путем вычисления различных характеристик изображения, получивших название «параметры ГРВ грамм». Именно на основе параметров ГРВ грамм основано исследование объектов способом ГРВ.
Для удобства просмотра изображений ГРВ грамм используют различные способы псевдоокрашивания или, иначе, палитры. Исходное черно-белое изображение преобразуется в цветное изображение. В новом изображении различным яркостям соответствуют определенные цвета, позволяющие разглядеть отдельные нюансы формы ГРВ свечения.
Формирование логической схемы применения методов статистического анализа
В зависимости от задач научного исследования: построение новых теорий или решение прикладных научных задач, модели можно разделить на описательные, объяснительные и предсказывающие.
Целями описательных моделей является описание некоторого феномена, формализация его теоретических понятий. Такие описательные построения и их формальные аналоги представляют лишь совокупность определений и не включают допущений содержательного характера о механизмах, лежащих в основе регуляции взаимосвязей между существенными переменными, включенными в эти определения. В целом такие модели не позволяют ни объяснить имеющиеся эмпирические данные, ни предсказать новые данные. Однако иногда анализ моделей такого типа может приводить к содержательным утверждениям на основе математической дедукции и постулирования конформизма между теорией и соответствующей математической структурой.
Объяснительные модели направлены на объяснение некоторого феномена. Часто такие модели опираются на описательные теории и модели, к которым добавляются содержательные допущения, постулирующие некоторые утверждения о взаимосвязи переменных, что приводит к математической гипотезе, подверженной эмпирической проверке, или устанавливается перечень аксиом, которым должны удовлетворять эмпирические данные, и доказываются теоремы, устанавливающие взаимосвязь между переменными. В этом случае проверке подвергаются выводы (теоремы), полученные из исходных аксиом. Объяснительные математические модели, исследующие объекты как системы, являются основными математическими методами, используемыми для разработки теорий. Построение таких моделей необходимо для получения ответов почему? и как? происходит то, или иное явление.
Решение прикладных задач психодиагностики осуществляется предсказательными (статистическими) моделями, которые отвечают в большей степени на вопрос ЧТО? и КАКОЙ РЕЗУЛЬТАТ? мы получаем при тех или иных ситуациях. В то же время предсказательные модели, в процессе теоретического и эмпирического исследования, стимулируют и содействуют генерированию гипотез, теоретических постулатов, которые позволяли бы объяснить найденные закономерности.
Чаще всего построение предсказывающих моделей, в виде уравнения регрессии, опирается на применение методов многомерного статистического анализа. Классическая схема применения этих методов при разработке моделей оценки уровня развития когнитивных психических функций представлена на рисунке 11.
Для исследования статистических характеристик распределения оценок рассчитывается:
средняя арифметическая оценка;
дисперсия;
среднее квадратическое отклонение;
коэффициент вариации;
показатель, характеризующий различия в скошенности (асимметрия), полигона распределения измеренной величины;
показатель, характеризующий различия в островершинности (эксцесс) полигона распределения измеренной величины.
На основании этих статистических характеристик, пользуясь критериями согласия [89], определяют возможность принятия гипотезы о распределении измеренной величины нормальному закону распределения. Если же гипотеза нормальности распределения не может быть принята, то данные можно так преобразовать, что их измененные значения будут подчиняться этому закону.
Необходимость нормализации оценок объясняется тем, что основные методы статистического анализа в своих теоретических предпосылках опираются на факт нормальности распределения случайной величины. В случае невозможности принять гипотезу о нормальном законе и после преобразования, возможно воспользоваться методами непараметрической статистики. Корреляционный анализ позволяет установить наличие связи между двумя или несколькими переменными, выразить количественно меру этой статистической связи. Существует большое количество формул для расчета коэффициента корреляции. Выбор ее определяется видом шкалы, на базе которой произведено измерение. Чаще всего используется парный коэффициент корреляции, характеризующий величину линейной связи переменных.
Матрица корреляций служит исходным уровнем для проведения следующих этапов исследования по разработке моделей. В зависимости от наличия отклика, исследование идет по одному из двух направлений. Под откликом понимается полученная другим, достоверным, но требующим несравненно больших трудозатрат и времени оценка уровня развития психических функций. Откликом может быть: результат психолого-педагогического эксперимента, вывод продолжительного целенаправленного наблюдения и изучения человека, результаты экспертного оценивания, результаты психодиагностического обследования и другие. Он позволяет построить наилучшую форму регрессионного уравнения [90].
В случае отсутствия отклика, дальнейшее исследование связано с использованием факторного анализа, целью которого является нахождение непосредственно не наблюдаемых переменных (факторов), в наибольшей степени объясняющих взаимосвязь показателей комплекса психодиагностических методик, отраженных в корреляционной матрице.
В зависимости от целевых установок исследования, применяют или алгоритм компонентного анализа или алгоритм факторного анализа [91].
По результатам анализа матрицы факторных нагрузок определяется содержание выделенных факторов, их название. Использование метода множественного линейного регрессионного анализа дает возможность получить регрессионное уравнение для оценки уровня выявленных обобщенных факторов.
Этап математической обработки экспериментальных данных завершается анализом полученных моделей, проверки их адекватности. Сопоставление содержания качества, для которых получены модели с качествами теоретической модели психической функции позволяет оценить полноту и адекватность подобранного комплекса психодиагностических методик. В случае больших расхождений этапы подбора методик и разработки моделей оценки психических функций повторяются.
Таким образом, нужно отличать разработку «системы оценивания психических функций» от непосредственного их «оценивания». Система разрабатывается один раз под определенную теоретическую модель психической функции, а затем осуществляется ее использование.
Опыт применения классического подхода к использованию методов статистического анализа для прогноза данных психодиагностики выявил недостаточную устойчивость получаемых статистически достоверных математических моделей при их использовании на контрольной выборке или реальных условиях практики.
Для нахождения устойчивых моделей классическую схему применения дополняют процедурой, которая в математике получило название бутстреп [92], относящийся к группе методов «размножения выборок» [93]. Этот метод хорошо применим в новых областях со сложными алгоритмами, свойства которых недостаточно ясны, ситуациях, когда размер выборки (экспериментальных данных) недостаточен в сравнении с количеством переменных, которые надлежит учесть в анализе.
Суть метода заключается в следующем: [94] пусть дана экспериментально полученная выборка x1,x2,x3,...,xk_1,xk,xk+1,...,xn_1,xn. В вероятностно-статистической теории предполагаем, что это - набор независимых одинаково распределенных случайных величин. Необходимо определить некую статистику /„ (JC1,JC2,...,JC„) , в нашем случае коэффициент множественной корреляции.
Метод обеспечения безопасности плавания судов на основе оценки функционального состояния судоводителя
На основе разработанных критериев оценки функционального состояния судоводителя при обеспечении безопасности плавания судов, а именно:
уровень «потребителей» информации о состоянии – сам судоводитель
оценка операционного компонента психической активности – оценка параметров, характеризующих когнитивные функции мышление и внимание
уровень интегральной оценки – оценка динамики состояния когнитивных функций
оценка рефлексивного компонента в системе обеспечения деятельности – учет субъективной характеристик: эмоциональной окраски состояния, субъективных переживаний состояния
оценка результирующих характеристик поведения – учет субъектив ной оценки и мнения окружающих о качестве исполнения служенных обязанностей в ходе несения ходовой вахты самим судоводителем формируется итоговое заключение о самосостоянии по двум параметрам:
1. Состояние допустимое – состояние недопустимое (сформулированы причины) (пример, рисунок 16);
2. Динамика состояния (рисунок 17, объединяющий как результаты текущего состояния, так и данные за определенный отрезок времени, выбранные из архива измерений) – характеристика стадии на «кривой работоспособности».
Выработка судоводителем заключения о собственном состоянии является управляющим воздействием на рефлексивные компоненты системы обеспечения деятельности – мотивационную установку.
На рисунке 19 представлена реализация метода обеспечения безопасности судоходства, на основе оценке функционального состояния судоводителя при обеспечении безопасности плавания судов на основе процедуры использования чек листов в системе управления безопасности водного транспорта.
Как было показано ранее одним из неотъемлемых элементов метода обеспечения безопасности судоходства, на основе оценки функционального состояния судоводителя. В данном случае заступающий на вахту «1» рисунок 19, должен пройти оценку функционального состояния. Данные оценки позволят количественно оценить уровень его «мышления» и «внимания». После чего им должна быть выполнена процедура самооценки эмоционального состояния, в результате будет получена качественная оценка его эмоционального состояния. Полученные результаты фиксируются в Форме оценки состояния. Здесь необходимо отметить, что оценка внешних признаков заступающего на вахту «1» осуществляется передающим вахту «2». Результаты этой оценки также фиксируются в Форме оценки состояния. Форме оценки состояния является необходимым элементом, процесса передачи вахты, выполняемым с использованием Чек листа передачи вахты, который является неотъемлемой частью системы управления безопасности.
В случае выявления у заступающего на вахту неблагоприятного (недопустимого) функционального состояния, передача вахты ему не осуществляется. Формы оценки состояния аккумулируются и в последующем анализироваться назначенным лицом, с целью выработки управленческих решений, направленных на предотвращения негативной динамики профессионального выгорания у членов экипажа.