Способ интеллектуальной поддержки экипажа
METHOD FOR INTELLECTUAL SUPPORT OF THE CREW

Техническое решение относится к авиационной технике, а именно к способам функционирования комплексов навигации, управления и наведения летательных аппаратов (ЛА).
Такие способы направлены на повышение качества и безопасности выполнения полетного задания за счет снижения интеллектуальной нагрузки на экипаж ЛА при возникновении особых ситуаций, быстрого и заблаговременного реагирования на их опасное развитие.
Давно известны способы работы комплексов бортового оборудования ЛА (см., например, стр. 6-16, 391-507, Бабич О.А. Обработка информации в навигационных комплексах. - М.: Машиностроение, 1991 г.).
Широко известны системы, комплексы и способы функционирования бортового оборудования ЛА, описанные в книге: Августов Л.И., Бабиченко А.В., Орехов М.И., Сухоруков С.Я., Шкред В.К. Навигация летательных аппаратов в околоземном пространстве / Под ред. Г.И. Джанджгавы // М.: Научтехлитиздат. - 2015, на стр. 465-477; в книге: Авиационное оборудование. Андриевский Ю.А. и др. - М.: Воениздат. 1989 г., на стр. 5-299; в книге: Дорофеев С.С. Авиационные приборы. Учебное пособие. - М.: Воениздат, 1992 г., на стр. 19-246. С помощью этих систем и комплексов осуществляется непрерывный сбор и обработка информации, предоставление ее экипажу. Экипаж ЛА выполняет наиболее сложные интеллектуальные задачи: анализирует текущую информацию - как предъявляемую средствами комплекса, так и непосредственно воспринимаемую с помощью естественных органов чувств, на основе анализа идентифицирует текущую ситуацию и состояние объектов управления (ЛА и его вооружения), соотносит результат анализа с заданным планом полета, руководствуясь личным опытом, эксплуатационными документами, требованиями полетного задания, принимает решение, с помощью органов управления осуществляет его выполнение, контролирует результаты. Сложность решения таких задач в ограниченное время создает большую нагрузку на экипаж, что нередко приводит к ошибкам, принятию неверных решений, невыполнению задания и авариям.
Сложно добиться повышения уровня безопасности за счет введения в контуры диагностирования и принятия решений по выходу из особых ситуаций наземного вычислительного комплекса СППР, база знаний которого регулярно пополняется данными о новых возникших особых ситуациях и сценариями выхода из них в системе поддержки принятия решений экипажа воздушного судна по предотвращению особых ситуаций при выходе из эксплуатационной области (см., RU 2386569). К тому же внедрение такого устройства не позволит существенно повысить своевременность и объективность принятия решения по выходу из особой ситуации из-за необходимости привлечения к процессу выработки решения экспертов наземной части. Также уязвим к естественным и искусственным помехам канал обмена данными с наземной экспертной системой (ЭС), что приводит к утрате связи с наземной ЭС при маневрировании ЛА и удалении ЛА от наземного пункта, а сложная наземная часть системы затрудняет ее развертывание в полевых условиях. При этом ввиду естественных ограничений канала обмена данными (ограничение объема данных и запаздывание во времени) возможно формирование в наземной ЭС неадекватных ситуации и неактуальных во времени оценок и рекомендаций.
Система поддержки принятия решений с модульной структурой для операторов судов двойного действия по RU 2713077 учитывает влияние как внутренних, так и внешних возмущающих воздействий, однако ее оперативность недостаточна для применения на летательных аппаратах.
В Системе информационной поддержки экипажа вертолета (см., RU 2439584) повышение безопасности обеспечивается только на этапах предстартовой подготовки, запуска силовых установок, маневрирования по земной поверхности, взлета и висения за счет определения и отображения метеорологических параметров и параметров ориентации вертолета с учетом особенностей динамики его движения.
Также ограничена в функциональных возможностях и бортовая система информационной поддержки экипажа на этапе «Взлет» многодвигательного воздушного судна по RU 2550887, направленная на представление экипажу улучшенной внутрикабинной и закабинной обстановки на этапе взлета и повышение ситуационной осведомленности экипажа.
Обеспечение безопасного взлета и посадки воздушных судов в неблагоприятных метеорологических условиях представлено, также, в системах EFVS (Enhanced Flight Vision System) и ESVS (Enhanced Synthetic Vision System), Kollsman All Weather Window; системах компании Gulfstream Aerospace Corporation, а также HUD (Head Up Display) компании Honeywell с обработкой и визуализацией изображений.
Существуют системы датчик-дисплей, обеспечивающие передачу на кабинные индикаторы экипажа изображения, полученного от датчиков: компания BAE Systems с системой технического зрения «Enhanced and Synthetic Vision Integrated Technology Evaluation (FORESITE)»; компания CMC Electronics (Канада) разработала два вида систем: СМА-2600 I - Series™ и СМА-2610 М - Series™; Компания Max-Viz, Inc (США) разработала систему EVS2500; EVS система фирмы Rockwell Collins. Однако, упомянутые EVS системы не могут обеспечить экипаж изображением надлежащего качества и не решают задачи интеллектуальной поддержки экипажа в полной мере.
На повышение ситуационной осведомленности экипажа о текущем местоположении на аэродроме направлены технические решения US 2011022291 и 2011130963, а также ЕР 2355071.
Системы контроля и управления взлетом, например, ЕР №2328054, интегрированные системы контроля пилотажных и навигационных параметров, параметров работы СУ и систем, а также состояния ВПП и внезапных факторов (см., US 2008215198), а также система и способ контроля взлета по US 2011040431 содержат визуальные информационные устройства, расположенные в кабине экипажа и устройства авионики, выходы которых связаны со входами бортовой вычислительной системы (ВВС), пользовательский интерфейс в виде индикаторов, средства радиосвязи и радионавигации, а также аудиоустройства. Вычислитель таких систем может содержать базу данных рельефа местности, базу навигационных данных, а компоненты авионики имеют как аналоговые, так и цифровые выходы, которые подключены к входам вычислителя системы.
В интеллектуальной системе поддержки экипажа (см, RU 2598130) повышают безопасность посадки ЛА за счет адаптации системы торможения к условиям посадки ЛА, однако другие режимы не учтены.
Безопасность полета в интеллектуальной системе поддержки экипажа по RU 2541902, содержащей датчики состояния двигателей, топливной системы, гидросистемы, системы электроснабжения, системы выпуска шасси и торможения, противообледенительной системы, противопожарной системы, системы воздушных сигналов (СВС), спутниковую навигационную систему (СНС), инерциальную навигационную систему (ИНС), радиовысотомер (РВ), приборную систему посадки (ПСП), систему штурвального управления (СШУ), параллельно соединенные с системой сбора бортовой информации (ССБИ), систему отображения информации (СОИ), блок распознавания аварийных ситуаций (БРАС), систему контроля разбега (СКР), систему предупреждения об опасной близости земли (СПОБЗ), систему предупреждения о выходе на опасные значения угла атаки и перегрузки (СПВОЗ), систему контроля захода на посадку и посадки (СКЗП) и систему предупреждения о попадании в сдвиг ветра (СПОПСВ), повышают путем снижения уровня аварийных ситуаций, вызванных человеческим фактором, функциональными отказами и внешними воздействиями, ограничиваясь только лишь выдачей предупреждений.
В устройстве поддержки принятия решений по предотвращению особых ситуаций при выполнении полета на летательном аппарате (см., RU 2417394) за счет улучшенной обработкой данных и их индикации формируется дополнительная информация и, соответственно, дополнительная интеллектуальная нагрузка на экипаж. Анализ этой информации и соотнесение ее с другими источниками данных, при том, что идентификация ситуации и принятие решения по управлению остаются за экипажем, а также необходимость использования дополнительного индикатора, усложняет приборную доску кабины и логику работы с ней и требуют затрат времени на переключение внимания.
Комплекс поддержки принятия решений диспетчерским персоналом электроэнергетических систем по RU 2638632 направлен на формирование решений-рекомендаций для диспетчера по эффективному и оптимальному управлению их состоянием при разных режимах работы.
На универсальность претендует способ принятия единого согласованного решения в распределенной системе ЭВМ по RU 2706459, который заключается в оптимизации порядка согласования общего решения между независимыми равноправными автоматическими (компьютеризированными) центрами, необходимого для получения согласованного результата раунда в распределенной сети.
На повышение быстродействия путем исключения поиска оптимального плана действий в чрезвычайной ситуации по всей базе данных сервера и локализации поиска только по временным и отличительным признакам создавшейся ситуации направлена автоматизированная система поддержки принятия решений в условиях чрезвычайных ситуаций (см., RU 57481), однако она ограничена по области действия.
Представленная в RU 123991 система контроля и оповещения для принятия решений в автоматизированных системах управления технологическими процессами обладает возможностями получения дополнительной информации о ходе технологического процесса, что повышает надежность технологического процесса за счет непрерывного контроля состояния режущего инструмента, введения на основе результатов контроля коррекции в параметры технологического процесса и оповещения эксплуатационного и обслуживающего персонала в предаварийной ситуации, что в совокупности обеспечивает снижение экономических затрат на выполнение технологического процесса. Однако ее состав ограничивает сферу применения. Это же относится и к автоматизированной системе контроля по RU 119906.
Существуют технические решения, направленные на сокращение времени принятия решения в боевых условиях. Так, например, повышение быстродействия системы путем исключения поиска данных по всей базе данных сервера системы и локализации поиска данных только по идентификаторам ситуационной обстановки противостоящих группировок войск предложено в системе поддержки принятия решений по огневому поражению группировки противника RU 117665. Повышение помехозащищенности распознавания класса, типа, состава, степени угрозы, опасности и других характеристик воздушных целей и надежности автоматического принятия решения по ним представлено в RU 84997. Те же задачи решает и автоматизированная геоинформационная система поддержки принятия решения командира зенитного ракетного полка (см., RU 194853).
Автоматизированная система информационной и аналитической поддержки принятия решений в сфере авиаперевозок (см., RU 133632) позволяет получать, структурировать, анализировать и сопоставлять информацию из различных источников, что упрощает работу с информационными массивами, но не применимо для повышения безопасности полетов.
На автоматизацию процесса выбора оптимальных планов ремонтов и реконструкции гидротехнических сооружений (ГТС) и организации единого информационного пространства для всех участников процессов управления безопасностью и надежностью ГТС как при нормальной их эксплуатации, так и в случаях возникновения чрезвычайных ситуаций за счет включения в систему блока управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС и базы данных портфеля ГТС всех ГЭС или иных эксплуатируемых объектов, направлена система по RU 114186.
Повышению надежности технологического процесса за счет своевременного оповещения эксплуатационного и обслуживающего персонала служат системы оповещения для принятия решений в автоматизированных системах управления технологическими процессами (см., RU 74226 и 107599).
Экспертная система поддержки принятия решений по управлению морским роботизированным технологическим комплексом по RU 181258 позволяет производить разработку задания на выполнение подводных работ, контролировать перемещения подводных аппаратов МРТК в процессе выполнения задания, выявлять нештатные ситуации и выдавать рекомендации по их преодолению.
Расширение возможностей прогнозирования поведения системы обеспечивает система поддержки принятия решений для дистанционного обучения специалистов в области навигационной аппаратуры пользователя ГЛОНАСС (см., RU 113386), однако точность прогнозирования недостаточна для применения в ЛА.
В Автоматизированной высокоинтеллектуальной системе обеспечения безопасности полета летательного аппарата (см., RU 2388663) не удается обеспечить повышение безопасности полетов только лишь за счет контроля за точностью выполнения пилотом заданных параметров различных режимов полета по маршруту с отслеживанием рельефа местности при выводе из КС. Область применения системы ограничена полетом по заданному маршруту, для которого построены эталонные параметры управления, в случае более сложного маневрирования построение таких эталонов невозможно. Ограничен перечень парируемых особых ситуаций, а также свобода действий экипажа (блокирование ручного управления). Также невозможно обеспечить учет оперативной информации, воспринимаемой экипажем посредством естественных органов чувств.
Информационно-управляющий комплекс по RU 2232376 направлен на расширение функциональных возможностей и повышение эффективности многофункциональных ЛА (МЛА), снабженных таким комплексом, однако введение упомянутых блоков в состав вычислительной системы комплекса усложняет систему в целом, что снижает ее надежность. При этом не обеспечивается формирование и выдача на индикаторы действенных рекомендаций с учетом прогнозных значений.
На повышение безопасности полетов за счет повышения эффективности восприятия и переработки информации, уменьшения вероятности ошибочных действий экипажа и обеспечения контроля за деятельностью экипажа ЛА по парированию ОСП направлен способ интеллектуальной поддержки деятельности экипажа летательного аппарата по RU 2018966.
В способе по RU 2205442 повышение надежности за счет поддержки оператора летательного аппарата в опасных ситуациях не удается обеспечить в полной мере.
На работу с неограниченным количеством опасных ситуаций претендует способ интеллектуальной поддержки деятельности экипажа (см. RU 2244343) по обеспечению безопасности корабля в вычислительном комплексе используется экспертная система, позволяющая на основе общих правил в процессе анализа параметров вырабатывать упреждающие рекомендации по предотвращению опасных ситуаций, не ограничиваемых их определенным количеством. В нем измеряют параметры движения корабля, работы технических средств, состояние внутренней среды, вводят их в вычислительный комплекс и обрабатывают по программе экспертной системы, выявляющей отклонения параметров от штатных, и представляют на дисплеях информацию о действиях экипажа по предотвращению угрозы безопасности корабля, отличающийся тем, что производится определение психофизиологического состояния и перемещений по кораблю личного состава с последующим анализом указанных параметров с помощью экспертной системы вычислительного комплекса, выявление сочетаний параметров, уменьшающих безопасность корабля за счет учета дестабилизирующих составляющих человеческого фактора, и выработка для неограничиваемого определенным количеством опасных ситуаций упреждающих рекомендаций командному составу по обеспечению безопасности.
При прекращении работы автопилота летательного аппарата просто, но не эффективно решаются проблемы посредством способа для выработки звукового сигнала оповещения по RU 2368951.
При реализации способа технического контроля и диагностирования бортовых систем (БС) беспилотного летательного аппарата (БПЛА) с поддержкой принятия решений (см. RU 2557771) не в полной мере обеспечено повышение точности и достоверности результатов комплексной проверки БС БПЛА, снижение трудоемкости, увеличение производительности и экономичности технического контроля и диагностирования путем организации интеллектуальной поддержки принятия решений.
В способе по RU 2557757, основные подходы которого могут быть применимы и для авиации, решается частная задача объективного ранжирования территории по степени эпидемиологического риска. Это способствует повышению информативности, объективности оценки эпидемиологического риска и точности эпидемиологического районирования.
Способ поддержки принятия решений на базе случаев (см. RU 2494458) включает в себя этап вычисления отдаленности от подобия между введенным случаем запроса и набором случаев для извлечения подобных случаев, используя набор типовых признаков и их весов для оценки подобия. Он направлен на создание базисной системы вводных оценок подобия для адаптации истинного значения подобия к различным пользователям с другим опытом и/или другим мнением.
Способ по RU 2389659 дает возможность вычислять диапазоны значений скорости и угла захода на посадку, позволяющих осуществить полную остановку летательного аппарата, находить нижний и верхний пороги общей энергии, приемлемой для летательного аппарата, и сравнивать общую текущую энергию летательного аппарата с порогами для получения индикации о теоретической возможности остановки летательного аппарата на посадочной полосе.
Для реализации способа определения высотно-скоростных параметров вертолета (ВСПВ) и метеорологических параметров воздушной среды, окружающей вертолет (МПВС) (см. RU 2730814) формируют аэрометрическую информацию набегающих, образованных пропульсивными силами вертолета воздушных потоков, а также ветра, обеспечивают интеллектуальную информационную поддержку экипажа по ВСПВ и МПВС для всех этапов и режимов летной эксплуатации вертолета определенным образом, обеспечивая экипаж необходимой информацией. Но это не всегда осуществимо.
На уменьшение сложности механизма принятия решений за счет сокращения количества данных, вводимых в механизм принятия решений направлено решение по RU 2616985. В нем предложен постоянный машиночитаемый носитель данных, на котором хранится совокупность команд, исполняемых процессором, при этом совокупность команд приводится в действие.
Решение похожих задач обеспечивает способ поддержки принятия клинического решения по RU 2560423, где в компьютерный механизм принятия решений вводят данные, указывающие группу носителей аллергена и значения носителя аллергена, которые получают путем количественного определения антител IgE в биологической жидкости.
Известен Способ формирования полетной траектории летательного аппарата (ЛА) по RU 2611453. Он направлен на расширение функциональных возможностей ЛА за счет повышения степени автоматизации процессов управления ЛА при полете по траектории, имеющей сложную геометрическую форму.
Несмотря на многочисленные приведенные технические решения, совокупность их признаков при использовании не позволяет создать способ снижения интеллектуальной нагрузки на экипаж ЛА при повышении безопасности и сокращении времени реагирования на особые ситуации.
Задача, на решение которой направлено данное техническое решение и достигаемый при этом технический результат заключаются в создании способа снижения интеллектуальной нагрузки на экипаж ЛА при повышении безопасности и сокращении времени реагирования на особые ситуации.
Создание способа снижения интеллектуальной нагрузки на экипаж ЛА при повышении безопасности и сокращении времени реагирования на особые ситуации обеспечено рациональным выбором производимых действий и их последовательностью.
Для этого в способе интеллектуальной поддержки экипажа, содержащем информационный обмен систем информационно-управляющего комплекса с информационно-измерительными, исполнительными, информационно-управляющими устройствами, вычислительной системой комплекса, осуществляющей комплексную обработку информации и формирование параметров состояния объекта и сигналов управления, прогнозирование развития ситуаций в составе вычислительной системы комплекса, идентификацию ситуации в вычислительной системе комплекса, формирование рекомендаций для экипажа по действиям в складывающейся ситуации с учетом прогноза ее развития, при идентификации ситуации и формировании рекомендаций наряду с текущей информацией, измеренной и вычисляемой системами комплекса, используются экспертные знания, внесенные в базу знаний, при этом используются несколько каналов связи с экипажем (звуковой, речевой, визуально-символьный, визуально-текстовый), в каждом из которых сигнал синтезируется применительно к текущей ситуации, для идентификации ситуации и формирования рекомендаций осуществляется оперативный ввод информации, воспринимаемой экипажем.
Технический результат достигается также тем, что внесение в базу знаний экспертных знаний проводится путем записи в энергонезависимую память сформированных рекомендаций и исходных данных, используемых при их формировании, совместно с послеполетным анализом этой информации и корректировкой экспертных знаний в базе знаний по результатам анализа;
Тому же способствует то, что формирование экспертных рекомендаций реализовано с режимом тренажа и имитацией сценариев развития ситуаций.
На достижение технического результата направлено также то, что дополнительно задействованы процедуры наращивания базы знаний путем формализации экспертных знаний, ввода новых правил в базу знаний и редактирования имеющихся правил, тестирования правил.
Способ интеллектуальной поддержки экипажа осуществляется следующим образом.
В результате комплексной обработки информации различных измерительно-информационных систем формируются параметры состояния ЛА, его оборудования и вооружения, внешних объектов и обстановки, а также параметры, характеризующие выполнение полетного задания. Эти данные используются также для прогнозирования поведения и состояния объектов, в результате чего формируются прогнозируемые значения некоторых параметров. На основе всех этих исходных данных осуществляется автоматическое решение логической задачи по идентификации складывающейся ситуации и формировании конкретных действенных рекомендаций для экипажа, нацеленных на безусловное выполнение полетного задания с максимальной эффективностью и безопасностью. Идентификация ситуации и формирование рекомендаций осуществляется с помощью записанных в базе знаний правил, представляющим собой формализованную запись конкретных экспертных суждений вида «Если А, то Б», где А - исходные данные (условия), Б - вывод (результат). При этом в темпе реального времени составляются логические последовательности таких суждений, соответствующие актуальному набору полученных исходных данных. Формирование логических последовательностей осуществляется иерархично: выводы, полученные при применении суждений одного уровня, в качестве новых исходных данных используются при применении суждений следующего уровня. Поиск окончательного вывода завершается при исчерпании всех наличных исходных данных и полученных на их основе промежуточных выводов всех возможных уровней. Результирующими выводами выстроенной последовательности экспертных суждений являются: идентификация складывающейся полетной ситуации и рекомендации по конкретным действиям в них. Идентификация ситуации имеет форму констатирующих утверждений, а рекомендации содержат описания необходимых действий.
Полученные констатирующие утверждения, идентифицирующие ситуацию, вместе с рекомендациями посредством индикационно-сигнальных устройств предъявляются экипажу. При этом, для максимальной эффективности задействуются все возможные каналы: звуковой и светосигнальный - для привлечения внимания экипажа, речевой и визуально-текстовый и визуально-символьный - для доведения содержания сообщения (рекомендации). Для обеспечения гибкости сообщений предусматривается их синтезирование из ограниченного количества фрагментов, предварительно записанных в виде словаря соответствующего формата в энергонезависимой памяти вычислителя. Порядок синтезирования сообщений из фрагментов определяется соответствующими правилами, записанными в базе знаний.
Для повышения эффективности предусматривается двунаправленное взаимодействие с экипажем: кроме предъявления экипажу рекомендаций предусмотрен также оперативный ввод экипажем дополнительной информации, используемой в качестве исходных данных при формировании рекомендаций, а также управление процессом формирования рекомендаций со стороны экипажа. Ввод информации и команд управления осуществляется с помощью информационно-управляющих устройств комплекса - пультов, органов управления, пультов-индикаторов.
Управление со стороны экипажа состоит в том, что он задает формат выдачи сообщений на различные устройства индикационно-сигнальные, в том числе - блокирует их выдачу, выбирает режимы формирования рекомендаций - основной, тренажный, тестовый, оперативный, справочный. В основном режиме осуществляется формирование и предъявление рекомендаций так, как описано выше. В тренажном режиме осуществляется имитация исходных данных в соответствии с задаваемым сценарием и формируются соответствующие рекомендации для экипажа, который получает возможность отработать свои действия в условиях, определенных данным сценарием. В тестовом режиме осуществляется оперативный контроль работоспособности контура формирования рекомендаций путем формирования тестовых значений исходных данных и сопоставления полученного результата с известными тестовыми значениями. Результатом выполнения тестового режима является информация о работоспособности контура. В справочном режиме экипажу в качестве сообщений предъявляется справочная информация - соответствующая экспертные знания из базы знаний. Оперативный режим предусмотрен для оперативного наращивания базы знаний путем непосредственного ввода новых правил и их корректировки, который осуществляется с помощью специальных шаблонов правил, предъявляемых в этом режиме оператору.
Для обеспечения контроля качества рекомендаций, а также актуализации базы знаний применительно к различным условиям эксплуатации и учета вновь возникающих факторов, предусматриваются действия по контролю и обновлению правил, записываемых в базу знаний, а именно: в процессе работы проводится запись всех исходных данных и сформированных по ним рекомендаций. Эта информация используется для послеполетного анализа качества сформированных рекомендаций, верификация правил, записанных в базе знаний, для добавления новых и корректировки существующих правил.