Содержание к диссертации
Введение
1 Столкновения судов и технологии их решения 11
1.1 Причины невыполнения МШ1СС-72 11
1.2 Традиционное решение проблемы навигационных аварий 13
1.3 Решение проблемы навигационных аварий методами искусственного интеллекта 15
1.4 Основные этапы когнитивного анализа 16
1.5 Выводы 17
2 Когнитивный анализ Системы предупреждения столкновения и принципы формирования управляющих алгоритмов 18
2.1 Структура процессов СПСС 18
2.2 Принципы формирования базы данных 20
2.3 Принципы управление судном в СПСС 23
2.4 Идентификация состояния Судна 25
2.5 Формирование целостного образа состояния Судна 36
2.6 Формализация Базы данных о состоянии Судна 50
2.7 Критерии безопасного состояния Судна 62
2.8 Прогнозирование поведения Судна 67
2.9 Выработка решения по предупреждению столкновения судов 71
2.10 Анализ и разрешение лингвистических и семантических адекватностей и неопределенностей 78
2.11 Формирование нечетких алгоритмов для МППСС-72 94
2.12 Анализ особенностей выполнения Правил крупнотоннажными судами 97
2.13 Требования к условиям выполнения маневра и управления 108
2.14 Выводы 117
3 Основы построения автоматизированной СВР 118
3.1 Структура и элементы СВР 118
3.2 Технологии выработки управляющего воздействия 127
3.3 Технические возможности создания СВР 136
3.4 Выводы 137
Заключение 139
Список использованных источников 141
- Традиционное решение проблемы навигационных аварий
- Решение проблемы навигационных аварий методами искусственного интеллекта
- Принципы управление судном в СПСС
- Технологии выработки управляющего воздействия
Введение к работе
Изучение степени разработанности проблемы показало, что практически все исследования на флоте рассматривают проблему навигационных аварий с точки зрения «гуманитариев» [4, 21, 31, 33, 54, 105, 108, 118, 124]. Результатом таких методов исследования является The International Safety Management Code (ISM Code) [119]. Он введен с 1 июля 2002 года для исполнения всеми моряками.
В СССР были выполнены значительные теоретические и прикладные исследования по автоматизации судовождения [20, 26, 71, 73, 77, 97, 101] по изучению динамических характеристик судов. IMO разработаны стандарты маневренных качеств некоторых судов [28].
Проблема автоматизации предотвращения столкновения судов приобрела особую актуальность в середине 70-х годов благодаря интенсивным попыткам развития вычислительной техники. Многообразные проблемы расхождения судов исследовались отечественными учеными в работах [13, 23, 49-51, 53, 54, 71-73, 87-91, 93-96, 101-103]. Особый вклад в решение вопросов предотвращения столкновения судов внесли А.И.Родионов и его школа, А.Е.Сазонов, А.В.Жерлаков, с применением интеллектуальных систем С.В.Смоленцев и другие.
В работе [72] рассматривается управление судном при расхождении с опасносближающимися целями. Формализация МППСС-72 с помощью алгебры логики предложена в работе [73], а в работе [77] процесс расхождения судов формализован как управляемый марковский дискретный процесс. Решение задачи в ситуации обгона судов рассматривается методами пропорциональной навигации в [26]. Вопросам управления судна посвящены исследования [49, 50], а особенности расхождения судов в стесненных условиях - в [51]. В исследованиях [87-90] предложена формализация некоторых ключевых понятий МППСС-72 с помощью методов теории вероятностей. В публикации [101] решается задача обгона по критерию минимума времени обгона и выхода в заданную точку с помощью методов оптимального управления с учетом требований МППСС-72. В работах [38, 97] задача поиска оптимальных значений позиционной стратегии сводится к задаче линейного программирования, для чего нелинейные ограничения по безопасности расхождения и учета навигационных опасностей линеаризуются. Применение дифференциальных игр к формализации процесса расхождения подробно рассмотрено в работе [122]. В восьмидесятые годы был выполнен ряд исследований [61, 68, 78, 103], посвященных применению метода нелинейной интегральной инвариантности для создания систем предупреждения столкновений. В 1985 году зарегистрировано изобретение системы предупреждения столкновения судов «Антикон» [19] со способом определения допустимых маневров методом нелинейной интегральной инвариантности. В работе [15] представлены методы управления движением судна и конфигурацией зоны навигационной безопасности, обобщены системные понятия безопасности мореплавания [16]. Сотрудниками Томского университета [38] предложен подход к решению задачи синтеза оптимального управления судном при расхождении методами теории оптимальных дискретных процессов. Показан способ обработки траекторных данных маневрирования судна [104], кинематические параметры которых используются при параметрической идентификации модели судна. В работе [102] описаны программный и позиционный принципы управления судном.
Учитывая теоретические исследования в области искусственного интеллекта [14, 18, 25, 27, 34-36, 59, 64-67, 70, 74, 81-85] и современный технический уровень получения навигационной и идентификационной информации, в настоящее время складываются условия перспективного развития новых технических методов и технологий решения задач предупреждения столкновения судов.
Целью диссертации является анализ процессов, операций и действий по предупреждению столкновения судов когнитивными методами для формализации элементов системы поддержки принятия решений (СППР) судоводителем по безопасному управлению судном на принципах искусственного интеллекта. Для этого решаются следующие задачи, которые представляют личный вклад автора и выносятся на защиту:
Анализ основных проблем столкновений судов и технологий их решения;
Разработка методов поэтапного когнитивного анализа процессов и операций Системы предупреждения столкновения судов, формирования структуры и элементов базы знаний для принятия решений по управлению судном;
Формирование решающих правил и основных компонентов СППР судоводителем по предупреждения столкновения судов;
Разработка методов классификации и идентификации «Состояние Судна», влияние «Окружающей среды», формирования «Информационного портрета состояния Судна» в процессах предупреждения столкновения судов;
Формирование структуры и основных элементов Автоматизированной адаптивной СПП для предупреждения столкновения судов;
Разработка «Модели взаимодействия» подсистем с учетом входных параметров и различных факторов, их селективное влияние в ситуациях опасного сближения судов. Определение тенденции влияния факторов на свойство стабильности СПСС.
Область исследования — разработка методов, математических моделей и элементов СППР судоводителем по предупреждению столкновения судов в море.
Объектом исследования является формализация процессов и операций по управлению судном в соответствии с МППСС-72.
Методы исследования. В основу теоретических и прикладных исследований диссертации положены результаты и достижения автоматизации процессов навигации и управления судном [1, 15, 16, 20, 25, 26, 38, 49-51, 53, 68, 71-73, 77, 78, 97, 101-103, 122-123], международные и национальные нормы [28, 29, 56, 57, 114-
117, 119, 120, 121, 125-127], теория информации, распознавания образов, принятия решений в нечетких условиях, когнитивный анализ систем [1, 12, 14, 18, 22, 24, 25, 27,30, 34-37, 40-48, 52, 55, 58-61, 64-67, 70, 74-76, 81-86, 98-100].
Эмпирической* базой обеспечения достоверности теоретических положений, выводов являются материалы натурных исследований, проведенные на крупнотоннажных танкерах водоизмещением 300 тыс. тонн «Front Duke» (2001), «Front Lady» (2002-2003), «Front Maple» (2003), «Chelsea» (2004), «Front Shanghai» (2005), «Front Duchess» (2006-2009), «Energy Sprinter» (2010). Научная новизна исследований заключается в: - когнитивном анализе структуры и работы СПСС для выявления «лингвистических неопределенностей», нечеткой терминологии правил (МППСС- 72) и условий, их логической и семантической связей, разработке методов и алгоритмов выработки решений; - формулировке классификаций «Информационного портрета судна», влияниия «Окружающей среды» на процесс предупреждения столкновения судов и методов их идентификации; разработке структуры автоматизированной адаптивной СППР для предупреждения столкновения судов с «Моделью взаимодействия» подсистем, учитывающей входные параметры и различные факторы, их селективное влияние в ситуациях опасного сближения судов.
Теоретическая значимость полученных результатов заключается в создании современных научных технологий управления: «Нечеткое управление судном», «Цикл выработки решения по управлению судном», «Информационный портрет состояния Судна» и др., расширяющих представление о выработке решения по предупреждению столкновения судов.
Практическая значимость научных результатов исследования состоит в том, что предложенные технологии дают возможность создания Адаптивной системы выработки решений (СВР) для предупреждения столкновения судов в море.
Достоверность и реализация результатов исследования. Достоверность результатов исследований подтверждается расчетами на натурных испытаниях крупнотоннажных судов для реальных условий плавания, внедрением в виде научно-технической продукции для предрейсовой подготовки судоводителей в ООО «Альфа Марин Крю Сервисес» (г.Новороссийск ул. Малоземельская д.4), в учебно-тренировочных программах судовладельческой компании "Enterprises Shipping and Trading S.A." Греция, а также в учебном процессе МГА имени адмирала Ф.Ф.Ушакова.
Апробация результатов исследования. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: на ежегодных региональных научно-технических конференциях (НТК) «Проблемы безопасности морского судоходства, технической и коммерческой эксплуатации морского транспорта» (Новороссийск, 2005-2010); семинаре норвежской судовладельческой компании Фронтлайн «Frontline Quality Safety Seminar 2006» March 24-26 (Novorossiysk 2006); - на НТК 28-29 августа 2006 года посвященной 20-летию со дня гибели теплохода «Адмирал Нахимов» «Современное состояние безопасности мореплавания на южных бассейнах России» (Новороссийск 2006); на первой международной НТК и шестой региональной НТК «Стратегия развития транспортно-логистической системы Азово-Черноморского бассейна. Проблемы безопасности морского судоходства, технической и коммерческой эксплуатации морского транспорта» 14-17 сентября*2007 года (Новороссийск 2007); международной НТК «Водный транспорт России: Инновационный путь развития» 6-7 октября 2010 года (Санкт-Петербург 2010).
Публикации. Содержание диссертации опубликовано в 10 статьях, из них две - в изданиях рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация объем 152 страниц, включая 43 иллюстрации и 21 таблицу, состоит из содержания на 2 страницах, списка сокращений- на 2 страницах, введения на 5 страницах, основной части из трех глав на 128 страницах, заключения на 2 страницах, списка литературы из 127 наименований источников, из них 18 на английском языке на 12 страницах.
Традиционное решение проблемы навигационных аварий
Традиционную структурную схема процессов предотвращения аварий и инцидентов согласно социологическим исследованиям, рассмотренным на конференции [118] можно представить на рисунке 1.2.
IMO, обеспокоенная растущей аварийностью на флоте, предложила способ решения проблемы аварийности флота с помощью- стандартизации и контроля комплекса организационных и технических мероприятий, направленных на реализацию национальных и международных требований в области безопасности мореплавания и предотвращения загрязнения окружающей среды (ISM Code) [119]. На решение этой проблемы были призваны, психологи, социологи, врачи, специалисты, по организации труда и т.д. Основная идея решения проблемы аварийности флота - создание «защитных барьеров». Ошибки человека должны «разбиваться о «защитные барьеры» различных Процедур Компании в области безопасности и защиты окружающей среды, формируемой по следующим основным направлениям: - обеспечение безопасности судовождения; - предупреждение загрязнения окружающей среды; - обеспечение должного технического состояния судна; - обеспечение безопасной перевозки грузов; - обеспечение личной безопасности; - политика в области наркотиков и алкоголя; - кадровая политика; - структурно-управленческая политика.
Считается, чем больше барьеров на пути ошибок человека, тем меньше вероятность возникновения аварии или инцидента. Насколько последовательно и эффективно реализуются Процедуры Компании, зависит успех или неудача Системы управления безопасностью.
Проблема ошибок человека решается как в гуманитарных, так и технических областях. В процессе деятельности Судоводитель испытывает на себе ряд негативных факторов. В случае влияния последних, известно, что адекватность принятого Судоводителем решения напрямую зависит от его психологического и физиологического состояний. Однако, само понятие «известно» существенно различается в гуманитарной и в технической областях, т.е. в каждой приняты различные критерии классификации закономерностей на «известные» и «неизвестные». Как правило, «гуманитариев» устраивает качественная оценка связи «человек-машина». В результате они оперируют нечеткими высказываниями типа: «нормирование отдыха», «повышение квалификации», «негативное влияние судовых условий» и т.д. Это для них приемлемо.
С технической точки зрения, решением проблемы «уменьшения влияния человеческого фактора», т.е. выработки решений по предупреждению столкновения судов в условиях негативного влияния окружающей среды, является создание Адаптивных автоматизированных систем выработки решений основанных на принципах искусственного интеллекта (СВР). Задача таких систем - поменять стиль управления судном, исключить или почти исключить из системы управления влияние человеческих эмоции, утомляемости, невнимательности; исправить опшбки судоводителей, вызванные пробелами в образовании; помочь при выполнении Правил маневрирования и т.д.
Основные этапы когнитивного анализа СПСС, на основе исследований [22, 42-47], можно представить последовательностью действий в виде структурной схемы на рисунке 1.3.
В соответствии с исследованием [14], суть когнитивной концепции «смысла» состоит в том, что факты рассматриваются как причины, и их смысл считается известным, если известны последствия данного факта. Таким образом, понимание смысла определенных конкретных событий СПСС заключается в выявлении причинно-следственных взаимосвязей между этими событиями. Такая когнитивная
концепция «смысла» является убедительной и хорошо обоснованной. Поэтому за основу исследования предлагается проблему аварийности флота изучать с точки зрения анализа соответствия «причинно-следственных связей», «закономерностей поведения судов» и, как следствие, «выполнимости МППСС 72». Для этих целей терминологии выраженной в лингвистической форме недостаточно, требуется также количественная формулировка, а значит, ставится вопрос о проведении специальных исследований для выявления и количественного измерения величины и направления влияния подобных связей. Для этих целей предлагается в качестве эмпирической базы использовать статистические данные, характеристики, особенности и натурные испытания особенно крупнотоннажных судов, чтобы на основании сопоставительного анализа сделать выводы об адекватности, существующей СПСС и предложить модель СВР, основанную на принципах искусственного интеллекта. 1. СПСС нуждается в эффективном механизме выработки корректирующих действий при принятии решений судоводителем в условиях неопределенности. 2. Традиционное решение проблемы навигационных аварий в значительной мере зависит от «человеческого фактора», а разработанные процедуры СУБ носят формальный характер. 3. Автоматизировать процесс выработки решения значительно сложнее, чем отдельные операции процесса познания. Для познания процесса необходимо выявить все операции и найти место каждой из них в системе. Когнитивные концепции анализа СПСС должны удовлетворять следующим требованиям:. - адекватность, т.е. точное отражение сущности процесса предупреждения столкновения судов, уточнения смысла терминов и понятий; - высокая степень детализации и структурированности процесса предупреждения столкновения судов; - возможность математического описания, формализации и автоматизации.
Решение проблемы навигационных аварий методами искусственного интеллекта
Например, при поломке винто-рулевого комплекса, повреждения: корпуса Судна, неадекватного поведения Судоводителя или влияния неизвестных факторов Окружающей среды, функции предупреждения; столкновения судов, могут выполняться; в ограниченном; объеме или вообще не выполняться.
Исторически на;флоте для предупреждения столкновения судов формировались понятия-типа:; «меры по недопущению столкновения» («Код Висби» 1505 г.)-«ограниченная скорость; при плавании в плохую видимость» («Свод Тринити Хауз» 1840г.), «чтобы судаі идущие противными курсами; оставляли один другого? елевой; от себястороны» («Правила8для\плавания;.... вморяхРоссийскойшмперии» 1846 іф В; основе: современной СПСС сохранены; исторические традиции; приближенного описаниям объектов; событий иіявлений; И6методологииг[75; 76] неопределенности или? нечеткости» СПСС предлагается классифицировать » в І виде схемы, изображенной;; на рисунке.2.2:по двум главным: направлениям: физические и лингвистические., .
Неопределенности физического характера связаны с измерениями состояния Судна под возмущающим воздействием Окружающей среды (течений, ветра, волнения и т.д.) и внезапного появления плавающих или других объектов, угрожающих безопасности Судна. Физические неопределенности постоянно уточняются во времени по мере поступления информации. По результатам наблюдений с помощью визуальных, слуховых или технических средств — «источников информации» о данных состояниях Судна и Окружающей Среды -принимается решение о существовании опасности столкновения;
Важной составляющей лингвистических неопределенностей является понятие лингвистической переменной, значениями которой являются слова профессионального языка. Используемую в СПСС нечеткую, качественную, лингвистическую информацию можно-отнести к элементам Теории Нечетких множеств (ТЕМ) [24]. Вычисления с лингвистическими переменными дают результаты столь же неточные, что и исходные значения; В связи с этим возникают трудности понимания: и применения Правил маневрирования, где существенную роль в определении риска и опасности столкновения судов играет, способность Судоводителя оценивать нечеткий вид информации. В связи с этим необходима формализация всех понятий в структурированные базы данных. ;
Процесс формирования базы данных СПСС предлагается разбить на несколько этапов: - накопление исходных данных; - обобщение и преобразование этих данных; - поиск закономерностей в данных; -оценка, обобщение и структурирование найденных закономерностей в форму нечетких множеств.
Такой подход позволяет осуществить переход от отдельных числовых значений, характеризующих свойства процесса предупреждения столкновения судов, к интервалам элементов ситуации, каждое значение которых определяется нечеткой степенью их принадлежности некоторому свойству. Результатом обобщения численных данных являются лингвистические переменные. Структура лингвистической переменной представляется набором основных составляющих: где N - название этой переменной;
Т - терм-множество JV, т.е. совокупность ее лингвистических значений; Х- универсальное множество с базовой переменной х; G - синтаксическое правило; М- семантическое правило. Синтаксическое правило может быть задано в форме бесконтекстной грамматики, порождающей терм-множества лингвистических значений Т, а семантическое правило каждому лингвистическому значению t ставит в соответствие его смысл M(t).
Значениями лингвистической переменной являются нечеткие множества, служащие, как правило, некоторой элементарной характеристикой явления. Язык можно рассматривать как соответствие между множеством терминов Т и областью рассуждения X. Это соответствие характеризуется нечетким отношением переменной N из терм-множества лингвистических значений Т в универсальном множестве X, которое связывает с каждым термином t в терм-множества лингвистических значений Т и каждым элементом х в универсальном множестве X степень принадлежности каждого термина t к элементу JC, в виде функциональной зависимости: Рн( »х). Для фиксированного термина t степень принадлежности определяет нечеткое подмножество смысла M(t) из универсального множества X, которое является смыслом или значением t. Таким образом, значение термина t есть нечеткое подмножество M(t) из универсального множества X, для которого t служит символом. В соответствии с этим термин «длина судна» можно представить на рисунке 2.3 в виде лингвистической переменной
Принципы управление судном в СПСС
Структурная схема управления судном может быть представлена следующими основными блоками, показанными на рисунке 2.4 - блок входной информации; - tuzzy-регулятор (нечеткий регулятор - Судоводитель); - судно, как объект управления; - блок накопления информации, коррекция Правил.
Управление судном в условиях неопределенности сводится к следующему: информация, полученная «с помощью всех имеющихся средств», поступает в блок «fuzzy-регулятор». Так как управление судном осуществляет человек, то роль «нечеткого регулятора» выполняет Судоводитель. Основная задача Судоводителя состоит в переводе количественной и качественной информации (фаззификация) в-форму лингвистических переменных. Эти лингвистические переменные сравниваются с Правилами. С помощью механизма нечетких логических выводов принимается решение по управлению Судном.
Основой для адаптации «нечеткого регулятора» является наблюдение за ошибкой регулирования и/или выходной величиной 7 в зависимости от значения текущего «критерия навигационной1 безопасности». При этом возможна реализация алгоритма адаптации как fuzzy-алгоритма на основе правил типа если ..., то... . Далее информация (дефаззификация) представляется в численную форму и в виде приказа рулевому передается на управление Судном. Задача блока коррекции Правил или Адаптации - накапливать информацию и производить переформирование решающих правил.
Объектами СПСС являются суда, классифицированные по длине, видам деятельности, техническому состоянию и маневренным особенностям. Обстоятельства встречи судов сведены в стандартные ситуации, предписывающие свои стандартные решения и действия. Правила маневрирования построены в логической взаимозависимости терминов, характеризующих Судно и Окружающую Среду. Такая совокупность элементов.и связей между ними образуют структуру
Правил, обеспечивающую в реальном масштабе времени быстрый расчет решения по расхождению судов, которое должно гарантированно лежать в области допустимых критериев навигационной безопасности и может быть реализуемо системами управления Судна. Указанные обстоятельства дают основания отнести СПСС к классу нечетких систем основанных на Правилах и дать следующее определение: совокупность правил и предосторожностей, требующихся как обычной, так и хорошей морской практикой, обеспечивающих исключение рисков столкновения, и безопасное плавание судов в любых условиях являются СПСС.
Судоводители для обеспечения безопасности судна, в соответствии с МППСС-72, должны вести постоянное визуальное и слуховое наблюдение и наблюдение с помощью всех имеющихся средств.
Зрительная или визуальная информация воспринимается в виде объектов, символов или знаков и оценивается с использованием глазомерной оценки наблюдателя. На качество зрительной информации влияют метеорологические факторы и физиологические особенности наблюдателя.
Слуховая информация применяется на малых расстояниях (до 2 миль) и воспринимается в виде звуковых сигналов. Служит для взаимообмена информацией при следовании в условиях ограниченной видимости, в узкостях, для маневроуказания при расхождении судов, а так же для привлечения внимания.
Радио информация используется для взаимообмена речевой информацией и подтверждения действий судоводителей. Однако в процессе переговоров с использованием радиостанции имеются случаи непонимания судоводителями друг друга даже одной национальности и языка. Лексика переговоров судоводителей имеет высокую степень нечеткостей («отверну вправо», «пропущу вас вперед», «пройду по корме» и т.д.). Стандартный фразеологический словарь [120] для ведения радиопереговоров упорядочивает фразеологию и служит для улучшения понимания морской терминологии.
В последнее десятилетие развития Технических средств судовождения (ТСС) появились новые возможности получения точной параметрической информации: - с помощью многостороннего обмена между судами в режиме реального времени (AIS); - учета состояния среды - течений, ветра и волнения для прогноза движения судна (INS); - визуализации обстановки, состояния судна и опасностей на электронной карте (ECDIS), включая данные предупреждений; полученных по NAVTEX и т.д.
Судоводители 70-х годов, в период вступления в законную силу МППЄС-72, могли довольно точно-определить «на глаз» расстояние, курсовой угол встречного судна, направление слышимости звукового сигнала. В настоящее время с внедрением на судах точнейших радиотехнических и навигационных систем (GPS,. AIS, ECDIS) у судоводителей изменился, «стиль» оценки ситуаций и опасностей, и приобрел выраженный «параметрический тип» базирующийся на показаниях приборов: Постепенно с отсутствием глазомерной тренировки, точность визуального восприятия расстояний, курсовых углов, ракурсов объектов ухудшилась. Ошибка глазомерной оценки элементов, ситуации у современных судоводителей, например, дистанции- до встречного судна - довольно высока - до 30%, а на малых расстояниях, например, при швартовке крупнотоннажного танкера к SBM доходит до 100% и более.
СПСС является информационной системой, в которой информация представляется тремя способами: - числом — параметрами судна и окружающей среды; - лингвистическими терминами; - качественными характеристиками состояния судна/окружающей среды.
Технологии выработки управляющего воздействия
Алгоритм выработки управляющего воздействия, на основании исследований п.2, предлагается с обучающейся учителем - экспертом адаптивной модели СВР рисунок 3.4, что позволяет выявить информационные зависимости между факторами и целевыми состояниями объекта управления, т.е. конкретизировать СВР для конкретного судна. Алгоритм включает следующие шаги: Шаг 1-й (формальная постановка задачи): разрабатываются описательные и классификационные шкалы, необходимые для формализованного описания процесса предупреждения столкновения судов. Описательные шкалы описывают признаки прошлых и актуальных состояний Судна, а классификационные — все возможные, в том числе целевые, будущие состояния Судна. Шаг 2-й (формирование обучающей выборки): информация о состоянии Судна, а также вариантах управляющих воздействий поступает на вход подсистемы «обучения с учителем». Работа по преобразованию информации о вариантах управляющего воздействия в формализованный вид (кодирование) осуществляется оператором, обслуживающим систему. При этом используются описательные шкалы, позволяющие описать в формализованном виде варианты управляющих воздействий, а также состояния Судна. Экспертами с использованием классификационных шкал сообщается системе, к каким результатам на практике приводят те или иные управляющие воздействия на Судно в определенном актуальном состоянии. В результате ввода в базы данных получается так называемая «обучающая выборка». Шаг 3-й (обучение): формируются решающие правила, а также определяется ценность факторов для решения задач подсистемы идентификации, мониторинга и прогнозирования. Шаг 4-й (оптимизация): факторы, не имеющие особой прогностической ценности, корректным способом удаляются из системы. Шаг 5-й (подготовка данных): формирование решающих правил не является единственным результатом работы подсистемы обучения. Готовятся: информационный портрет, семантические сети, а также когнитивные диаграммы состояний Судна. Шаг 6-й (адаптация модели). Предусматривается возможность изменения распознаваемой выборки для дополнения обучающей выборки и переформирования решающих правил. Шаг 7-й (верификация модели): Для выполнения данной функции обучающая выборка копируется в распознаваемую, осуществляется ее автоматическая классификация (в режиме распознавания), результаты автоматической классификации сравниваются с независимой экспертной классификацией. На основе этого рассчитывается так называемая внутренняя дифференциальная и интегральная валидность, которая является, соответственно, детализированной и обобщающей характеристиками качества решающих правил.
Если модель признана недостаточно адекватной, то необходимо расширять перечень факторов (так как значимые факторы могли быть упущены из анализа), увеличивать объем обучающей выборки, исключать артефакты, пересматривать экспертные оценки и переформировывать коллектив экспертов, а также предпринимать другие действия для улучшения качества модели (повторять шаги 1 -7). Таким образом, методология и конкретный алгоритм применения системы распознавания образов и принятия решений, основанных на теории информации обеспечивают решение следующих задач: - формирование обобщенных образов состояний Судна на основе обучающей выборки (обучение); - идентификация состояния Судна на основе его выходных параметров (распознавание); - определение влияния входных параметров на перевод Судна в различные состояния (обратная задача распознавания); - прогнозирование поведения Судна в условиях полного отсутствия управляющих воздействий; - прогнозирование поведения Судна при различных вариантах управляющих воздействий. Выявленные в результате работы зависимости входных и выходных параметров состояния Судна позволяют, при условии статичности этих закономерностей, построить обобщенную схему этапов формирования СВР на рисунке 3.5. Применение предложенной методологии для идентификации состояния Судна и выработки управляющего воздействия начинается- с начальных условий: например, судно с механическим двигателем обнаружило опасно-сближающееся судно в узкости и должно избежать столкновения в условиях ограниченной видимости. Для моделирования такой ситуации должна быть четкая параметрическая информация и обозначены границы действий МППСС-72, исключающие неопределенности работы Координаторов (см.п.3.1). Факторы для выработки решения приведены в таблице 3.2: «Маневренные возможности встречного судна», «Скоростные возможности встречного судна» и «Курсовой угол обнаружения встречного судна».
В режиме распознавания работа по вводу информации осуществляется судоводителем-экспертом или автоматически. При этом используются описательные шкалы, позволяющие закодировать как виды управляющих воздействий, так состояние Судна и Окружающей среды. Далее на основании Правил (МППСС-72) вырабатываются алгоритмы множества траекторий расхождения судов.
В качестве Основного Координатора -МППСС-72 использовать известную диаграмму выбора маневра изменением курса, разработанного Английским институтом навигации, приведенную на рисунке 3.6 (Модель Правил маневрирования). Используя Правила, экспертами с использованием классификационных шкал сообщается системе, к каким результатам на практике приводят те или иные управляющие воздействия на судно, находящееся в определенном состоянии и в данной окружающей среде.
