Методи та моделі оптимізації взаємодії пілота та авіадиспетчера в процесі сумісного прийняття рішень в особливих випадках в польоті

Abstract

Касаткін М.В. Методи та моделі оптимізації взаємодії пілота та авіадиспетчера в процесі сумісного прийняття рішень в особливих випадках в польоті. – 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, 2021. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної наукової задачі, пов'язаної з необхідністю розробки методів та моделей оптимізації взаємодії операторів аеронавігаційної системи (АНС) – пілота та авіадиспетчера – в процесі сумісного прийняття рішень (СDМ – Collaborative Decision Мaking) в особливих випадках в польоті (ОВП). Наукова новизна отриманих результатів дисертаційної роботи полягає в наступному: вперше:  отримано детерміновані, стохастичні та нестохастичні моделі СDМ пілотом та авіадиспетчером в ОВП;  запропоновано метод та модель оптимізації стратегій CDM пілотом та авіадиспетчером в ОВП в конфліктній ситуації;  розроблено метод та модель інтелектуальної обробки даних при оцінюванні ризику CDM пілотом та авіадиспетчером в ОВП на основі штучної нейронної мережі; удосконалено:  методи CDM операторами АНС в умовах визначеності, ризику та нестохастичної невизначеності з урахуванням взаємодії пілота та авіадиспетчера при виникненні ОВП;  метод інтегральної оцінки ефективності інтелектуальної системи підтримки сумісного прийняття рішень (ІСПСПР) на основі своєчасності та безпомилковості прийняття рішень операторами АНС шляхом введення додаткового критерію узгодженості CDM; дістали подальшого розвитку:  еволюція моделей людського фактору в напрямку вдосконалення процесу CDM операторами АНС та впровадження інтелектуальних систем, що призведе до запобігання та мінімізації людських помилок в результаті їх своєчасного виявлення і якісного аналізу;  проблеми та особливості взаємодії пілота та авіадиспетчера в процесі CDM в ОВП. Практичне значення одержаних результатів визначається їх спрямованістю на підвищення безпеки польотів та полягає у доведенні теоретичних методів до їх практичної реалізації. Розроблені детерміновані, стохастичні, нестохастичні, нейромережеві моделі CDM дозволять доповнити базу сценаріїв розвитку польотних ситуацій в ІСПСПР та можуть бути використані в подальшому як в процесі спільної тренажерної підготовки операторів АНС для пошуку «слабких» місць в технологіях роботи пілота та авіадиспетчера з метою підвищення узгодженості та уникнення конкуренції або взаємного блокування їх дій, попередження несвоєчасного втручання авіадиспетчера в роботу екіпажу повітряного судна в позаштатних ситуаціях в умовах гострого дефіциту часу, так і в реальних умовах експлуатації пілотованих/безпілотних повітряних суден на основі використання концепцій SWIM (System Wide Information Management – загальносистемне управління інформацією) та FF-ICE (Flight and Flow Information for a Collaborative Environment – інформація про політ та потоки повітряного руху для сумісного використання повітряного простору). Проектування та розрахунок сценаріїв розвитку польотних ситуацій, прогнозування спільних дій операторів АНС у разі виникнення ОВП дозволить своєчасно попереджувати негативний розвиток аварійної ситуації до катастрофічної. Інтегральний показник, який враховує ймовірність своєчасності, безпомилковості та узгодженості CDM операторами АНС в ОВП, після впровадження прототипу ІСПСПР збільшився на 34-35%, що підтверджує ефективність функціонування системи. Рекомендується використання ІСПСПР в процесі спільної тренажерної підготовки пілотів та авіадиспетчерів до сумісних дій в ОВП, що дозволить підвищити ситуаційну обізнаність операторів АНС, створити єдиний образ польоту для вироблення умінь та навичок активного стеження за повітряною обстановкою, прогнозувати розвиток польотної ситуації та своєчасно попереджувати її розвиток у бік погіршення за рахунок удосконалення технологічної взаємодії пілот-авіадиспетчер. Kasatkin M.V. Methods and models for optimizing the pilot and air traffic controller interaction in the process of collaborative decision making in flight emergencies. – Qualifying scientific work on the rights of the manuscript. Dissertation for obtaining the scientific degree of the candidate of technical sciences in the speciality 05.22.13 «Navigation and Traffic Control». – Flight Academy of the National Aviation University, Kropyvnytskyi, 2021. The dissertation is devoted to solving a topical scientific problem related to the need to develop methods and models for optimizing the interaction of Air Navigation System (ANS) operators – pilot and air traffic controller – in the process of collaborative decision making (CDM) in flight emergencies (FE). The scientific novelty of the obtained results of the dissertation is as follows: for the first time:  deterministic, stochastic and non-stochastic CDM models by the pilot and air traffic controller in FE were obtained;  the method and model of optimization of CDM strategies by the pilot and the air traffic controller in FE in a conflict situation are offered;  the method and model of intelligent data processing for risk assessing of CDM by the pilot and air traffic controller in FE based on an artificial neural network are developed; were improved:  CDM methods by ANS operators in conditions of certainty, risk and non-stochastic uncertainty, taking into account the interaction of the pilot and the air traffic controller in FE;  a method of integrated assessment of the effectiveness of the intelligent support system of collaborative decision making (ISSCDM) based on the timeliness and correctness of decision making by ANS operators by introducing an additional criterion of CDM coordination; werte received further development:  evolution of human factor models in the direction of improving the CDM process by ANS operators and the introduction of intelligent systems, which will lead to the prevention and minimization of human errors as a result of their timely detection and qualitative analysis;  problems and features of interaction between the pilot and the air traffic controller in the CDM process in FE. The practical significance of the obtained results is determined by their focus on improving flight safety and is to bring theoretical methods to their practical implementation. The determined, stochastic, non-stochastic, neural network CDM models developed by the pilot/air traffic controller will allow to supplement the base of flight situations scenarios development in the ISSCDM and can be used later in the process of joint training of ANS operators to find "weaknesses" in pilot and air traffic controller technologies in order to increase consistency and avoid competition or mutual blocking of their actions, to prevent untimely interference of the air traffic controller in the work of the aircraft crew in FE in conditions of acute shortage of time and in real conditions of manned/unmanned aircraft operation based on SWIM (System Wide Information Management) and FF-ICE (Flight and Flow Information for a Collaborative Environment) concepts. Designing and calculating of the scenarios of the flight situations development, forecasting joint actions of ANS operators in FE will allow preventing the negative development of an emergency situation to a catastrophic one. The integrated indicator, which takes into account the probability of timeliness, accuracy and coordination of CDM by ANS operators in FE, after the introduction of the ISSCDM prototype increased by 34-35%, which confirms the effectiveness of the system. It is recommended to use ISSCDM in the process of joint training of the pilots and air traffic controllers for joint actions in FE, which will increase situational awareness of ANS operators, create a unified flight image to develop skills of active air surveillance, predict the development of the flight situation and timely warning flight situation deterioration due to the improvement of the pilot-air traffic controller technological interaction.