Использование теоретико-игровой модели для представления и анализа навигационных ситуаций в системе поддержки принятия решений судоводителя

В статье рассматривается проблема разработки систем поддержки принятия решений судоводителя. Предлагается использование теоретико-игровой модели для описания навигационных ситуаций, что позволит адекватно представить динамику процессов расхождения судов и обеспечит возможность поддержки принятия...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2010
1. Verfasser:	Бень, А.П.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України 2010
Schriftenreihe:	Штучний інтелект
Schlagworte:	Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56568
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Использование теоретико-игровой модели для представления и анализа навигационных ситуаций в системе поддержки принятия решений судоводителя / А.П. Бень // Штучний інтелект. — 2010. — № 3. — С. 439-443. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-56568
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-565682014-02-20T03:08:05Z Использование теоретико-игровой модели для представления и анализа навигационных ситуаций в системе поддержки принятия решений судоводителя Бень, А.П. Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений В статье рассматривается проблема разработки систем поддержки принятия решений судоводителя. Предлагается использование теоретико-игровой модели для описания навигационных ситуаций, что позволит адекватно представить динамику процессов расхождения судов и обеспечит возможность поддержки принятия решений по управлению судном в режиме реального времени. У статті розглядається проблема розробки систем підтримки прийняття рішень судноводія. Пропонується застосування теоретико-ігрової моделі для опису навігаційних ситуацій, що дозволить адекватно подати динаміку процесів розходження суден і забезпечить можливість підтримки прийняття рішень щодо управління судном у реальному часі. In article the problem of system engineering of support of decision-making of the navigator is considered. Use of game theory model for the description of navigating situations that will allow to present adequately dynamics of processes of a ship divergence is offered and will provide an opportunity of support of decisionmaking on management of a ship in a mode of real time. 2010 Article Использование теоретико-игровой модели для представления и анализа навигационных ситуаций в системе поддержки принятия решений судоводителя / А.П. Бень // Штучний інтелект. — 2010. — № 3. — С. 439-443. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1561-5359 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56568 656.612 ru Штучний інтелект Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений
spellingShingle	Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений Бень, А.П. Использование теоретико-игровой модели для представления и анализа навигационных ситуаций в системе поддержки принятия решений судоводителя Штучний інтелект
description	В статье рассматривается проблема разработки систем поддержки принятия решений судоводителя. Предлагается использование теоретико-игровой модели для описания навигационных ситуаций, что позволит адекватно представить динамику процессов расхождения судов и обеспечит возможность поддержки принятия решений по управлению судном в режиме реального времени.
format	Article
author	Бень, А.П.
author_facet	Бень, А.П.
author_sort	Бень, А.П.
title	Использование теоретико-игровой модели для представления и анализа навигационных ситуаций в системе поддержки принятия решений судоводителя
title_short	Использование теоретико-игровой модели для представления и анализа навигационных ситуаций в системе поддержки принятия решений судоводителя
title_full	Использование теоретико-игровой модели для представления и анализа навигационных ситуаций в системе поддержки принятия решений судоводителя
title_fullStr	Использование теоретико-игровой модели для представления и анализа навигационных ситуаций в системе поддержки принятия решений судоводителя
title_full_unstemmed	Использование теоретико-игровой модели для представления и анализа навигационных ситуаций в системе поддержки принятия решений судоводителя
title_sort	использование теоретико-игровой модели для представления и анализа навигационных ситуаций в системе поддержки принятия решений судоводителя
publisher	Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56568
citation_txt	Использование теоретико-игровой модели для представления и анализа навигационных ситуаций в системе поддержки принятия решений судоводителя / А.П. Бень // Штучний інтелект. — 2010. — № 3. — С. 439-443. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series	Штучний інтелект
work_keys_str_mv	AT benʹap ispolʹzovanieteoretikoigrovojmodelidlâpredstavleniâianalizanavigacionnyhsituacijvsistemepodderžkiprinâtiârešenijsudovoditelâ
first_indexed	2025-07-05T07:52:09Z
last_indexed	2025-07-05T07:52:09Z
_version_	1836792603459190784
fulltext	«Штучний інтелект» 3’2010 439 5Б УДК 656.612 А.П. Бень Херсонский государственный морской институт, г. Херсон, Украина ben@kmi.kherson.ua Использование теоретико-игровой модели для представления и анализа навигационных ситуаций в системе поддержки принятия решений судоводителя В статье рассматривается проблема разработки систем поддержки принятия решений судоводителя. Предлагается использование теоретико-игровой модели для описания навигационных ситуаций, что позволит адекватно представить динамику процессов расхождения судов и обеспечит возможность поддержки принятия решений по управлению судном в режиме реального времени. Введение Рост интенсивности морских перевозок в последние десятилетия привел к значитель- ному увеличению количества морских аварий, в том числе с человеческими жертвами и сложными техногенными последствиями, поэтому повышение безопасности судовож- дения становится одной из наиболее важных проблем современного судоходства. Как показывает анализ причин возникновения аварий на море, главным их фактором яв- ляется и остается человеческий (около 75 процентов всех случаев) – большинство навига- ционных аварий происходят не по отказу технических средств навигации или управления движением судна, а ввиду неготовности судоводителей своевременно принимать реше- ние в соответствии со складывающейся ситуацией. Снижение влияния человеческого фактора на уровень аварийности на море представляет актуальную научно-практиче- скую проблему, которую необходимо решать в разрезе оптимизации взаимодействия су- доводителя с современными техническими средствами судовождения. Одним из наибо- лее перспективных путей поставленной проблемы является разработка систем под- держки принятия решения (СППР) судоводителя. Целью работы является разработка математической модели представления навига- ционных ситуаций в СППР на основе теоретико-игрового подхода и определение базовых принципов создания и функционирования таких СППР. Анализ исследований и предшествующие публикации Анализ ряда работ, посвященных теории и практике создания СППР в судовож- дении [1-3], показывает, что важнейшим фактором, который необходимо учитывать при описании процесса расхождения судов, является характер их взаимодействия. При этом необходимо принять во внимание принцип общности интересов взаимодействующих судов, состоящий в избежании столкновения, и нормативную координацию их пове- дения в соответствии с Международными правилами предотвращения столкновений су- дов (МППСС-72). Существенным недостатком МППСС-72 является то, что правила рег- ламентируют действия судоводителя только для случаев бинарного взаимодействия и не рассматривают ситуации одновременного расхождения нескольких судов. Кроме того, МППСС-72 сами по себе являются источником неопределенности в описании ситуации расхождения ввиду неоднозначности трактовки некоторых предписаний правил. Бень А.П. «Искусственный интеллект» 3’2010 440 5Б Важной особенностью СППР судоводителя является работа в режиме реального времени, что накладывает жесткие временные ограничения на процессы выработки и принятия решений и требует построения сценариев расхождения судов на весь период взаимодействия. Указанные обстоятельства обусловливают необходимость разработки адекватных требованиям МППСС-72 математических моделей, пригодных, вместе с тем, для описания ситуаций взаимодействия судов при расхождении и принятии решений по управлению судном в реальном времени, в условиях динамически изменяющейся навига- ционной обстановки. Сравнительный анализ ряда работ по указанной проблематике [1-7] показал перспективность дальнейшего развития и использования для этих целей дискрет- ных теоретико-игровых моделей взаимодействия. Основная часть Определим базовые требования, которым должна удовлетворять СППР судо- водителя: – движение каждого из судов-участников навигационной ситуации должно рассмат- риваться с позиций целенаправленного поведения, имеющего целью избежание столкно- вений с другими судами, максимально придерживаясь при этом требований МППСС-72; – для анализа процесса развития сложившейся навигационной ситуации необхо- димо строить многошаговые сценарии ее развития, принимая во внимание динамичес- кие модели поведения судов-участников движения; – следует учитывать, что реальный процесс расхождения судов проходит в усло- виях сложного кооперативного взаимодействия участников в случае, если их число более двух, а условия видимости отличаются от хороших; – количество возможных сценариев развития навигационных ситуаций, которые анализируются СППР, достаточно велико, и их число необходимо сокращать, исходя как из ограничений МППСС-72, так и из динамики изменений ключевых параметров дви- жения судов (линий относительного движения, пеленгов и скоростей). Для отмеченных целей наиболее целесообразно применять существующий каталог типовых ситуаций; – необходимо учитывать и накапливать в СППР информацию относительно пре- дыдущего опыта управления движением судна в аналогичных условиях, если тако- вой имел место. Указанные особенности функционирования СППР судоводителя обусловливают целесообразность использования теоретико-игрового подхода для построения матема- тической модели описания ситуаций расхождения. Рассмотрим навигационную ситуацию ( )S t , описывающую навигационную об- становку S в заданной зоне вокруг собственного судна в некоторый момент времени t . Пусть ( )S t характеризуется наличием в зоне расхождения n судов, где каждое i -е судно ( ],1[ ni∈ ) представлено множеством { },,,,,, iiiiiii VVyxM ψψ ∆∆= , состоящим из шести параметров: координаты ( )ii yx , , скорость iV , курс iψ и производные iV∆ , iψ∆ , определяющие динамику изменения iV и iψ . Значения ( )ii yx , , iV и iψ поступают от системы автоматической радиолокационной прокладки курса (САРП), а величины iV∆ , iψ∆ рассчитываются в СППР на основе предыдущих значений iV и iψ . Параметры движения i -го судна обозначим множеством { },,,,,, iiiiiii VVyxM ψψ ∆∆= . Тогда для любого дискретно заданного момента времени t навигационная ситуация )(tS будет представлена в виде: ( ) ( )ni MMMtS ,...,,...,0= . Каждое i -е судно в момент времени t характеризуется множеством возможных траекторий движения по отношению к собственному судну, представленных в виде матрицы чистых стратегий ( ))(0 tSU і . Использование теоретико-игровой модели для представления и анализа... «Штучний інтелект» 3’2010 441 5Б Движение судов в зоне расхождения осуществляется с учетом ряда статических и динамических ограничений Z , к которым относятся: – имеющиеся в настоящий момент навигационные ограничения движения в зоне расхождения – 1Z ; – выполнение требований МППСС-72 – 2Z ; – выполнение требований критериев безопасного расхождения по минимальной безопасной дистанции сближения крD , времени сближения крt , пеленга П или кур- сового угла KУ ЛОД [8] – 3Z ; – ограничения, обусловленные учетом кинематических параметров движения судов и их маневренных характеристик – 4Z . Общее множество ограничений Z может быть представлено как: 4321 ZZZZZ ∩∩∩= . Ограничения Z позволяют определить матрицы допустимых стратегий управле- ния ( ))(0 tSU і для собственного судна и каждого i -го судна-участника навигационной ситуации )(tS . Так как МППСС-72 регламентируют только попарное взаимодействие судов, реше- ние задачи расхождения с позиций теории кооперативных игр существенно осложнено, особенно если количество судов велико (более 5). Вместе с тем при анализе )(tS важно учитывать не только взаимодействие собственного судна с другими судами, но и взаимо- действие других судов друг с другом, что существенно влияет на развитие ситуации )(tS . С ростом количества судов-участников )(tS количество необходимых для ана- лиза матриц взаимодействия факториально растет и их обработка не может быть реа- лизована в СППР в режиме реального времени. Компромиссным решением в этом случае является формирование матриц взаимодействия собственного судна с каж- дым опасным или потенциально опасным судном, а для взаимодействия судов друг с другом – построение только одной матрицы для каждого судна, которая представ- ляет возможные стратегии его движения по отношению к одному, наиболее опас- ному для него (т.н. «лимитирующему»), судну. Такой подход позволяет определить предполагаемые траектории движения всех судов-участников навигационной ситуации )(tS и уточнить границы зоны безопасно- сти собственного судна ( 2Z , 3Z ). Оценка уровня опасности судов осуществляется с использованием комплексного критерия безопасности, оценивающего величины крD , крt и КУ ЛОД. В случае пре- вышения заданных значений крD , крt судно рассматривается как опасное. На основании оценки изменения КУ ЛОД, согласно методике, предложенной в [9], судно считается потенциально опасным или безопасным. Для безопасных судов матрицы стратегий рас- хождения не формируются, осуществляется только мониторинг параметров их движения посредством САРП. Поиск оптимального маневра собственного судна в игровой постановке задачи расхождения состоит в определении таких изменений его курса и/или скорости, кото- рые обеспечивают минимальные отклонения от запланированной траектории движения при сохранении заданного уровня безопасности движения. Принимая во внимание вышеизложенные методы оценки опасности столкнове- ния, алгоритм работы СППР по предотвращению столкновений судов может быть пред- ставлен в следующем виде [10]: – идентификация судов, находящихся в зоне возможного столкновения; Бень А.П. «Искусственный интеллект» 3’2010 442 5Б – мониторинг параметров движения судов и динамики их изменения; – оценка погрешности получаемых параметров движения; – классификация судов по степени опасности; – определение областей взаимных обязанностей, в соответствии с МППСС-72, и границ зоны безопасности собственного судна; – формирование множества возможных стратегий движения судов; – определение стратегий движения, отвечающих заданным критериям безопасности; – выработка возможных альтернатив по управлению судном и предоставление их судоводителю. Возможный алгоритм работы СППР судоводителя, использующей теоретико- игровую модель представления навигационных ситуаций, представлен на рис. 1. начало Идентификация текущей навигационной ситуации ( )tS Определение предполагаемых траекторий движения судов по iiii VV ϕϕ ∆∆ ,,, Критерии классификации судов по степени опасности ( ,крD крt ) Судно опасно? Судно потенциально опасно? Да Да Нет Мониторинг параметров движения Нет Оценка уровня опасности по изменению КУ ЛОД Определение взаимных обязанностей судов по МППСС-72 и границ зоны безопасности собственного судна Формирование множеств возможных стратегий движения судов Определение множества допустимых стратегий движения по заданным критериям безопасности конец Рассмотрены все суда в )(tS ? Ранжированное множество опасных и потенциально опасных судов Нет Да Выбор оптимальной стратегии расхождения судов Расчет изменений параметров движения собственного судна и представление их судоводителю Принятие решения по управлению судном Рисунок 1 – Алгоритм работы СППР судоводителя, использующей теоретико-игровую модель представления навигационных ситуаций Судно исключается из рассмотрения СППР в случае идентификации его как без- опасного, но мониторинг параметров движения продолжается при нахождении его в пре- делах зоны действия САРП. Для опасных и потенциально опасных судов СППР фор- мирует многошаговую стратегию расхождения на весь прогнозируемый период их нахождения в зоне взаимных обязанностей, с последующей коррекцией стратегии в слу- чае, если текущее развитие ситуации будет отличаться от прогнозируемого. В процессе формирования стратегии расхождения учитывается предполагаемое изменение пара- метров движения судов, обусловленное их взаимодействием друг с другом в соответ- Использование теоретико-игровой модели для представления и анализа... «Штучний інтелект» 3’2010 443 5Б ствии с МППСС-72. Результатом работы СППР судоводителя является графическая ви- зуализация ситуации )(tS с указанием необходимых изменений параметров движения собственного судна. Выводы Предложенные принципы построения СППР судоводителя на основе теоретико- игрового подхода к представлению навигационных ситуаций обеспечивают возмож- ность реализации ее работы в режиме реального времени. Использование комплексного критерия оценки уровня опасности судов в сочетании с анализом процессов их взаимо- действия друг с другом в рамках ограничений МППСС-72 позволяет повысить точность определения границ зоны безопасности и минимизировать риски возможного столк- новения. Практическое применение СППР судоводителя в интеграции с САРП позволит снизить влияние человеческого фактора на процессы управления судном и уменьшить уровень аварийности на море. Литература 1. Алексейчук М.С. Основные принципы системы принятия оптимального решения при расхождении судов / М.С. Алексейчук // Судовождение : сб. науч. трудов ОГМА. – Вып. 1. – 1999. – С. 7-14. 2. Мальцев А.С. Интеллектуальные гибридные системы поддержки принятия решений при расхождении судов / А.С. Мальцев // Судовождение : сб. научн. трудов/ ОНМА. – Одесса : ИздатИнформ, 2006. – Вып. 11. – С. 74-86. 3. Цымбал Н.Н. Стратегии расхождения судов / Цымбал Н.Н., Бурмак. И.А., Тюпиков Е.Е. – Одесса : КП ОГТ, 2007. – 424 с. 4. Lisowski J. Mathematical modeling of a safe ship optimal control process / J. Lisowski // Polish Journal of Enviromental Studies. – 2005. – 14(1). – P. 68-75. 5. Мальцев А.С. Маневрирование судов при расхождении / Мальцев А.С. − Одесса : Морской тренажерный центр, 2008. − 235 с. 6. Мальцев А.С. Некоторые особенности применения АИС для предупреждения столкновений судов / А.С. Мальцев, Е.О. Орлов // Судовождение. – 2007. – № 14. – С. 71-78. 7. Мальцев А.С. Каталог ситуаций и видов маневра при относительном движении судов / А.С. Мальцев // ОНМА, кафедра «Управление судном». – 2005. – 38 с. 8. Бень А.П. Принципи побудови систем підтримки прийняття рішень судноводія / А.П. Бень // Сучасні інформаційні та інноваційні технології на транспорті (MINTT-2010) : матеріали Другої науково-практичної конференції, (Херсон, ХДМІ, 25 – 27 травня 2010 р.). – Т.1. – С. 8-11. 9. Патент України на корисну модель. Пристрій оцінки небезпеки зіткнення суден за курсовим кутом лінії відносного руху / Мальцев А.С., Бень А.П., Нгуен Тхан Шон. – № 40401. – 2009. 10. Бень А.П. Методы оценки опасности траектории движения судов в системах поддержки принятия решений / А.П. Бень // Вестник ХНТУ : сб. науч. трудов Херсонского национального технического университета. – 2009. – Вып. 1 (34), 9. – С. 429-433. А.П. Бень Застосування теоретико-ігрової моделі для подання та аналізу навігаційних ситуацій в системі підтримки прийняття рішень судноводія У статті розглядається проблема розробки систем підтримки прийняття рішень судноводія. Пропонується застосування теоретико-ігрової моделі для опису навігаційних ситуацій, що дозволить адекватно подати динаміку процесів розходження суден і забезпечить можливість підтримки прийняття рішень щодо управ- ління судном у реальному часі. A.P. Ben Use of game theory model for representation and the analysis of navigating situations in system of support decision-making of the navigator In article the problem of system engineering of support of decision-making of the navigator is considered. Use of game theory model for the description of navigating situations that will allow to present adequately dynamics of processes of a ship divergence is offered and will provide an opportunity of support of decision- making on management of a ship in a mode of real time. Статья поступила в редакцию 30.06.2010.

Использование теоретико-игровой модели для представления и анализа навигационных ситуаций в системе поддержки принятия решений судоводителя

Institution

Ähnliche Einträge