Введение к работе
Актуальность темы.
Основной целью морского судоходства является своевременж удовлетворение спроса на морские перевозки при обеспечении безопасное! транспортного процесса, прибыльности работы отрасли и соблюдет экологических требований.
Анализ материалов расследований аварийных ситуаций, итоги проверс судоходных предприятий, изучение причин задержания судов в иностранны портах, показывают, что на флоте наблюдается тенденция к снижению уровь безопасности. Поэтому в плане научных исследований по отрасли определен! такие приоритетные направления как безопасность функционированн транспортных средств и совершенствование управления на транспорте.
Прямая зависимость безопасности на море от качества управлени выявлена и подтверждается анализом аварийности морского флота, причем подавляющем большинстве случаев предпосылки к потенциальным авариям катастрофам закладываются еще в порту до выхода судна в море. Поэтом Ассамблея ИМО включила в свою долгосрочную программу раздел "Судовое береговое управление" в котором намечается выработать согласованны требования и стандарты на системы управления. В соответствии с этш Ассамблея ИМО приняла "Международный Кодекс по управлению безопасно; эксплуатацией судов и предотвращению загрязнений морской Среды". Дл исполнения требований Кодекса в нашей стране разработана целевая научно техническая программа "Система управления безопасной эксплуатацией судої и предотвращения загрязнения в национальном масштабе".
В соответствии с принятыми документами необходимо вьіработаті концепцию единого комплексного подхода к проблеме управления і обеспечения безопасности мореплавания Теоретической базой такой концепцш
южет быть использование современных фундаментальных исследований в )бласти теории искусственного интеллекта, супервычислений и самоорганизации. В рамках этой теории может быть решен широкий спектр :адач, охватывающих проблему безопасности.
Одним из важнейших звеньев обеспечения безопасности и повышения ффективности эксплуатации судна является его загрузка - ключевая задача, в іешении которой на различных этапах участвуют порт, судовладелец и экипаж удна. Планирование, технологически правильная и рациональная загрузка удна в порту, мониторинг параметров состояния судна в рейсе, корректировка агрузки для обеспечения требуемых мореходных качеств и предотвращения варии должны рассматриваться как составные взаимоувязанные части единой истемы обеспечения безопасности мореплавания за счет управления загрузкой удна. В настоящее время таких систем пет и решение задач, связанных с їгрузкой судна, сводится ,в основном, лишь к эпизодическим проверочным асчетам параметров посадки, остойчивости и прочности и использованию приори заготовленных типовых схем расходования запасов и балластировки. >собенно остро проблема выработки управляющих воздействий по эрректировке загрузки судна стоит в аварийных, нетиповых ситуациях, когда риходится оперировать ненадежными данными и в минимальные сроки ринимать решения , от которых часто зависит жизнь людей и безопасность /дна.
Проблема управления загрузкой судна и обеспечения безопасности ореплавания в общем случае является сложной, решить которую судоводителю гз системы интеллектуальной поддержки очень грудно. В то же время временные достижения в области искусственного интеллекта, в частности уіможносги воспроизведения интеллектуальной деятельности на ЭВМ, лволяют перейти к построению интел.іект\а'іі.і(их систем поддержки ПШЯІПЯ решений и управления, способных обрабаїмиаіь большие объемы
исходной информации в сжатые сроки и обеспечивать человека надежные рекомендациями по управлению судном и его технологическими процессам исходя из реальных условий плавания.
Создание системы управления загрузкой - интеллектуальной поддержи судоводителя выполняется в соответствии с принятыми постановлениями документами национального и мирового уровня по обеспечению безопасност мореплавания, а также в соответствии с Общеакадемической Приоритетно программой фундаментальных исследований по проблемам транспорта до 200 года (постановление Президиума РАН №101 от 31.01.89г.) по теме "Разработк основных направлений развития математического и программного обеспечени судовых систем управления".
Целью работы является разработка теоретических и методологически основ нового научного направления - построения интеллектуальных систеї обеспечения безопасности мореплавания.
В рамках этого направления автором решен ряд теоретических і прикладных задач. Основой концепции синтеза интеллектуальной системі обеспечения безопасности мореплавания является разработанная aBTOpot теория и методология построения интеллектуальных систем управлени загрузкой судна, как важнейшего элемента обеспечения безопасности і повышения эффективности работы морского флота.
Научная новизна работы заключается в следующем: - разработаны методологические и теоретические положения нового научной направления в области построения интеллектуальных систем обеспеченш бе {опасности мореплавания;
в работе впервые сформулирована концепция, разработаны теоретические и методологические основы построения систем управления загрузкой судна с элементами искусе гвенного интеллекта; получены новые оригинальные результаты в теории построения интеллектуальных систем обеспечения требуемых мореходных качеств судна и безопасности мореплавания;
разработаны теоретические основы синтеза статистической модели судна, как объекта управления загрузкой, и построения систем управления загрузкой", предложена методология разработки проблемной базы знаний, а также унифицированного математического, алгоритмического и программного обеспечения задачи планирования и корректировки загрузки судна; предложена методика решения задачи о загрузке судна на нейро - ЭВМ, сформулированы принципы синтеза нейро - сетей для решения задачи оптимального аіанироваиия и адаптивного управления параметрами состояния судна.
Методы исследования. Решение теоретических и прикладных вопросов азируется на методах системного анализа, теории управления и искусственного нтеллекта. Практическая апробация осуществлялась методами атематического моделирования.
При разработке систем, основанных на знаниях по загрузке судна, спользовался декларативный язык логического программирования Prolog, а ікже объектно - ориентированные языки Pascal и С""".
Практическая ценность и внедрение результатов. Практическая гнность рабоїьі заключается в том, что на базе комплексной постановки роблемы построения интеллектуальных систем обеспечения безопасности оренлавання. сформулированных теоретических положений синтеза блока
управления загрузкой судна, разработана методология построения систс основанных на знаниях, которая может быть использована для широкого клас систем искусственного интеллекта как на морском транспорте, так и в друг областях, связанных с управлением сложными объектами и процессами.
Использование предложенных методов синтеза систем управлен позволит обеспечить безопасность и повысить эффективность эксплуаташ судна за счет улучшения качества и надежности принимаемых решений і изменению загрузки судна для обеспечения требуемых мореходных качеств предотвращения аварийных ситуаций.
Основные теоретические результаты диссертационных исследований полученные в работе выводы позволили осуществить внедрение следующі разработок, выполненных лично автором и под его руководством:
программный комплекс по оптимизации загрузки судов типа Ро-Р неоднородным грузом с выработкой рекомендаций по балластировке (г договору ЛВИМУ с БМП);
комплект программ для судовых ПЭВМ моделирования и проверки і допустимость загрузки, включая прогнозирующие расчеты непотопляемое! и выдачу рекомендаций по балластировке для многоцелевых, навалочных судов, перевозящих генеральные грузы (по договорам ЛВИМУ с БМП ЛитМП);
программное обеспечение и база данных для задач составлени коррекгировки и проверки исполнительного грузового плана для различны типов судов, программы расчета начальной метацентрической высоты и периоду качки судна, а также программный комплекс по обеспеченш безопасности и оптимизации параметров посадки судна при плавании і мелководье и в каналах (по договорам с ТОО Neva Software Systems Ltd);
демонстрационный прогонні классификационной экспертной системы її восстановлению остойчивости аварийного судна;
программный комплекс по эмулированию на ЭВМ систем управления на базе многослойных, иолносвязных и самоорганизующихся нейросетей, а также систем с нечеткой логикой;
база знаний и программное обеспечение задачи оптимизации загрузки судов с горизонтальным способом грузообработки (по договору ИПТ РАН с ОАО "Морской порт С.-Петербург");
программный комплекс по проверке знаний судоводителей с открытой объектно - ориентированной базой знаний, (по договору ГМА с Администрацией порта С.-Петербург).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были редставлены на:
Конференции по проблемам мореходных качеств судов (XXXVII Крыловские чтения) (СПб, 1995);
Международной конференции по морским интеллектуальным технологиям "Моринтех" (СПб, 1995, 1997);
IV научно - техническом отраслевом семинаре "Применение ЦВМ для автоматизации судов " (Киев, 1983);
Международном симпозиуме "Информатика - 89" (INFO - 89) (Минск, 1989); 16 межрегиональном семинаре "Эргономика и эффективность систем человек - техника" (Игналина, ! 990):
XVI межотраслевой конференции по обработке информации (Киев, (990); Дальневосточном семинаре "Применение новых информационных технологий в обучении" (Владивосток, 1991);
Международной конференции по проблемам моделирования в Бионике (БИОМОД - 92) (СПб, 1992):
Международной конференции 'Разработка и внедрение новых технологий на транспорте" (Москва. 1993).
Всероссийской конференции "Параметры перспективных транспортам: систем России" (Москва, 1994);
Международной научно - технической конференции "Диагностика информатика и метрология" (ДИМ - 94) (СПб, 1994);
Международной конференции "Региональная информатика" (РИ - 95 (СПб, 1995);
Научном семинаре по автоматизации судовождения в ГМА им. Макарова (СПб, 1997);
Международной конференции по информатике и управлению (СПб, 1997).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 30 работ. Кроме того, результаты исследований отражены в 14 отчетах по НИР, выполненные автором в ЦНИИ Морского Флота, ЛВИМУ им. Макарова и Институте проблем транспорта РАН.
Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 205 страницах машинописного текста, включая 18 рисунков и 1 таблицу, списка литературы из 95 наименований.