Метод інформаційного забезпечення процесів прийняття рішень операторами автоматизованої системи управління повітряним рухом

Abstract

Мажаров В.С. Метод інформаційного забезпечення процесів прийняття рішень операторами автоматизованої системи управління повітряним рухом. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.13 "Навігація та управління рухом". – Льотна академія Національного авіаційного університету, Кропивницький, 2018. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної наукової задачі, пов'язаної з необхідністю розробки методу, який забезпечує підвищення оперативності та достовірності прийняття рішень операторами автоматизованої системи управління повітряним рухом за рахунок удосконалення інформаційного забезпечення процесів прийняття рішень особами, що приймають рішення. Наукова новизна отриманих результатів дисертаційної роботи полягає в наступному: 1. Удосконалено метод адаптивного формування повідомлень у системах підтримки прийняття рішень автоматизованих систем управління повітряним рухом, який, на відміну від відомих, враховує модель внутрішньої структури бази даних та бази знань, використовує обмежені природні мови взаємодії та формалізує процес формування природної мови повідомлень. 2. Вперше отримано метод формування інформаційних моделей підтримки прийняття рішень, в якому реалізується лінгвістичний супровід формування та управління складом інформації на різних етапах діяльності оператора. Практичне значення одержаних результатів полягає у тому, що запропоновані методи дозволяють: - зменшити часові витрати на оцінку обстановки в процесі підготовки прийняття управлінських рішень операторами автоматизованої системи управління повітряним рухом в середньому на 23% і, відповідно, підвищити ефективність процесів управління повітряним рухом; - здійснити перерозподіл часу на оцінку обстановки, який витрачається на виконання окремих функціональних операцій операторами автоматизованої системи управління повітряним рухом, що дозволяє вивільнити додатково 12% загального часу на процеси, які безпосередньо пов’язані з розумовою діяльністю по прийняттю рішень; - створити призначений для користувача інтерфейс системи підтримки прийняття рішень, що може бути реалізований у вигляді прикладних програм, у складі математичного та програмного забезпечення систем підтримки прийняття рішень автоматизованих систем управління повітряним рухом. Аналіз предметної галузі свідчить про те, що автоматизована системи управління повітряним рухом являє собою відкриту, складну, безперервнодискретну, стохастичну, динамічну систему управління, в якій процес оцінки обстановки операторами є складним комплексом заходів що передбачає надходження великих за обсягом потоків інформації, що формується та подається за різними фізичними принципами. В існуючих автоматизованих систем управління повітряним рухом система інформаційного забезпечення процесів оцінки обстановки в основному спирається на використання візуальної компоненти подання інформації і недостатньо уваги приділяється можливостям організації взаємодії людиниоператора з інтелектуальною системою, що входить до складу системи підтримки прийняття рішень. Це не дозволяє в достатньому ступені враховувати психофізіологічні властивості людини-оператора. Інформаційна модель обстановки, яка пропонується особі, що приймає рішення часто не повною мірою відповідає специфіці його діяльності внаслідок того, що в ній в недостатній мірі присутні лінгвістичні компоненти. Дослідження спрямовані на удосконалення засобів взаємодії людиниоператора з системою підтримки прийняття рішень, що є складовою лінгвістичного забезпечення будь-якої сучасної АСУ мають на меті істотно знизити часові витрати на оцінку ситуацій обстановки, підвищити достовірність подання інформації про ситуації, що виникли та в свою чергу підвищить ефективність діяльності осіб, що приймають рішення у цілому. Тому безсумнівною є актуальність питань, пов'язаних з необхідністю автоматизації процесів інформаційного забезпечення осіб, що приймають рішення за рахунок підвищення рівня інтелектуалізації взаємодії людиниоператора з системою підтримки прийняття рішень. Беручи до уваги досліджені недоліки існуючої системи інформаційного забезпечення процесів підготовки прийняття рішень в автоматизованих системах управління повітряним рухом було визначено шляхи підвищення рівня інтелектуалізації процесів взаємодії людини-оператора з системою підтримки прийняття рішень. На першому етапі досліджено стан існуючої системи інформаційного забезпечення діяльності операторів автоматизованих систем управління повітряним рухом та виявлено можливі шляхи підвищення якості подання даних обстановки за рахунок збільшення частки лінгвістичної складової в загальному інформаційному потоці. На другому етапі розроблено апарат формалізації бази знань про процеси управління повітряними рухом, що включає вибір підходу до структуризації знань предметної області та проведення формального опису моделі знань. На третьому етапі розроблено модель внутрішньої мови системи підтримки прийняття рішень автоматизованих систем управління повітряним рухом. До складу даного етапу входить: розробка словників термінальних та нетермінальних символів; побудова правил конструювання виразів внутрішньої мови системи; побудова функцій маніпулювання знаннями, а також розробка формальної граматики внутрішньої мови системи. На четвертому етапі розроблено моделі подання поверхневої структури повідомлень на обмеженій природній мові оператора, при цьому встановлено обмеження та припущення, визначено рівні взаємодії між обмеженою природною мовою оператора та внутрішньою мовою інтелектуальної системи, розроблено процедури переходу між рівнями взаємодії, розроблено процедури граматичного, семантичного та синтаксичного генерування повідомлень, що дозволило отримати подання сенсу повідомлень. На п’ятому етапі розроблено модель формування дискурсу, що передбачає семантичну інтерпретацію повідомлень, синтез синтаксичної структури повідомлень, графічне (та / або) звукове оформлення вихідного повідомлення та синтез морфологічної структури повідомлень. На шостому етапі проводиться дослідження діяльності оператора за допомогою імітаційної моделі, з метою оцінки ефективності розроблених методів, та обробляються отримані результати. Mazharov V.S. Method of information provision of decision-making processes by operators of automated air traffic control system. - Qualifying scientific work on the rights of manuscripts. The thesis for a candidate of technical science degree in speciality 05.22.13 «Navigation and traffic control». – Flight academy of the National aviation university, Kropivnitskyi, 2018. The dissertation is devoted to the solution of the actual scientific problem related to the need to develop a method that provides increased efficiency and reliability of decision-making by operators of the automated air traffic control system by improving the information provision of decision-making processes by decision makers. The scientific novelty of the results of the dissertation work is as follows: 1. Improved method of adaptive message formation in decision support systems of automated air traffic control systems, which, unlike the known ones, takes into account the model of the internal structure of the database and knowledge base, uses limited natural interaction languages and formalizes the process of forming the natural language of messages. 2. For the first time a method of formation of decision support informational models was developed, in which linguistic support for the formation and management of the information structure at different stages of the operator's activity is realized. The practical value of the results obtained is that the proposed methods allow: - to reduce the time costs for assessing the situation in the process of preparing management decisions by operators of the automated air traffic control system by an average of 23% and, accordingly, improving the efficiency of air traffic control processes; - to redistribute the time to assess the situation, which is spent on the implementation of individual functional operations by operators of the automated air traffic control system, which allows to free up an additional 12% of the total time on processes that are directly related to mental activity in decision making; - to create a user interface for a decision support system that can be implemented in the form of applications, in the form of mathematical and software support systems for decision-making automated air traffic control systems. The analysis of the subject field shows that the automated air traffic control system is an open, complex, continuous-discrete, stochastic, dynamic management system in which the process of assessing the situation by operators is a complex set of measures that involves the receipt of large volumes of generated information flows and served according to different physical principles. In the existing automated air traffic control systems, the information provision system for assessing the environment mainly relies on the use of the visual component of the presentation of information and insufficient attention is paid to the possibilities of organizing the interaction of human operator with the intelligent system, which is part of the decision support system. This does not allow sufficiently to take into account the psycho-physiological properties of human-operator. The information model of the situation offered to the person making the decision often does not fully correspond to the specifics of his activity due to the fact that there is insufficiently present the linguistic components. Research aimed at improving the means of interaction between the operator and the decision support system, which is part of the linguistic support of any modern ACS, are aimed at significantly reducing the time costs for assessing situation situations, increasing the reliability of reporting information about situations that have arisen and in turn will increase the efficiency of decisionmakers in general. Therefore, it is undoubted the urgency of the issues related to the need to automate the processes of information provision of decision-makers by raising the level of intellectualization of the interaction of human-operator with the decision support system. Taking into account the shortcomings of the existing system of information provision of decision-making processes in automated air traffic control systems, the ways of raising the level of intellectualization of human-operator interaction processes with the decision support system have been identified. In the first stage, the state of the existing information support system of the operators of automated air traffic control systems was investigated and possible ways of improving the quality of presentation of the situation due to increasing the share of the linguistic component in the general information flow were identified. In the second stage, the apparatus for formalizing the knowledge base on air traffic control processes has been developed, including the choice of approach to structuring knowledge of the subject area and the formal description of the model of knowledge. In the third stage a model of the internal language of the decision support system for automated air traffic control systems was developed. The structure of this stage includes: development of dictionaries of terminal and nonterminal characters; construction of rules for constructing the expressions of the internal language of the system; the construction of knowledge manipulation functions, as well as the development of a formal grammar of the internal language of the system. At the fourth stage, the models of representation of the surface structure of messages in the limited natural language of the operator were developed, while restrictions and assumptions were established, the levels of interaction between the limited natural language of the operator and the internal language of the intellectual system were determined, the procedures of transition between the levels of interaction were developed, grammatical, semantic and syntactic procedures were developed. the generation of messages, which allowed the reception of meaning messages. At the fifth stage, a model for the formation of discourse is developed, which involves semantic interpretation of messages, syntax of message syntactic structure, graphical (and / or) sound design of an outgoing message and synthesis of the morphological structure of messages. At the sixth stage, the operator's research with the help of the simulation model is carried out, in order to evaluate the effectiveness of the developed methods, and the obtained results are processed.