Концептуальные основы создания систем поддержки принятия решений в судовождении
В статье представлена концепция создания интеллектуальных систем поддержки принятия решений в судовождении. Проведен сравнительный анализ существующих теоретических подходов к созданию интеллектуальных систем управления движением судна и выявлены особенности процессов принятия решений судоводителем....
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України
2012
|
| Назва видання: | Штучний інтелект |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57171 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Концептуальные основы создания систем поддержки принятия решений в судовождении / А.П. Бень // Штучний інтелект. — 2012. — № 3. — С. 222-227. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-57171 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-571712015-08-05T20:23:42Z Концептуальные основы создания систем поддержки принятия решений в судовождении Бень, А.П. Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений В статье представлена концепция создания интеллектуальных систем поддержки принятия решений в судовождении. Проведен сравнительный анализ существующих теоретических подходов к созданию интеллектуальных систем управления движением судна и выявлены особенности процессов принятия решений судоводителем. Предложены базовые принципы построения и функционирования интеллек- туальных систем поддержки принятия решений в судовождении. Розглянуто концептуальні засади побудови систем підтримки прийняття рішень в судноводінні. Проведено порівняльний аналіз існуючих теоретичних підходів до побудови інтелектуальних систем управління рухом суден та виявлені особливості процесів прийняття рішень судноводієм. Запропоновані базові принципи побудови і функціонування інтелектуальних систем підтримки прийняття рішень в судноводінні. In the article, the concept for creation of intelligent decision support systems in navigation is considered. The com- parative analysis of the current theoretical approaches to the creation of the intelligent systems of ship movement control is made and peculiarities of the process of the deck officer’s decision are defined. The basic principles for building and functioning of the intelligent decision support systems in navigation are given. 2012 2012 Article Концептуальные основы создания систем поддержки принятия решений в судовождении / А.П. Бень // Штучний інтелект. — 2012. — № 3. — С. 222-227. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1561-5359 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57171 681.31 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. Концептуальные основы создания систем поддержки принятия решений в судовождении Штучний інтелект |
| description |
В статье представлена концепция создания интеллектуальных систем поддержки принятия решений в судовождении. Проведен сравнительный анализ существующих теоретических подходов к созданию интеллектуальных систем управления движением судна и выявлены особенности процессов принятия решений судоводителем. Предложены базовые принципы построения и функционирования интеллек- туальных систем поддержки принятия решений в судовождении. |
| format |
Article |
| author |
Бень, А.П. |
| author_facet |
Бень, А.П. |
| author_sort |
Бень, А.П. |
| title |
Концептуальные основы создания систем поддержки принятия решений в судовождении |
| title_short |
Концептуальные основы создания систем поддержки принятия решений в судовождении |
| title_full |
Концептуальные основы создания систем поддержки принятия решений в судовождении |
| title_fullStr |
Концептуальные основы создания систем поддержки принятия решений в судовождении |
| title_full_unstemmed |
Концептуальные основы создания систем поддержки принятия решений в судовождении |
| title_sort |
концептуальные основы создания систем поддержки принятия решений в судовождении |
| publisher |
Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57171 |
| citation_txt |
Концептуальные основы создания систем поддержки принятия решений в судовождении / А.П. Бень // Штучний інтелект. — 2012. — № 3. — С. 222-227. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Штучний інтелект |
| work_keys_str_mv |
AT benʹap konceptualʹnyeosnovysozdaniâsistempodderžkiprinâtiârešenijvsudovoždenii |
| first_indexed |
2025-07-05T08:25:44Z |
| last_indexed |
2025-07-05T08:25:44Z |
| _version_ |
1836794715964440576 |
| fulltext |
«Искусственный интеллект» 3’2012222
4Б
УДК 681.31
А.П. Бень
Херсонская государственная морская академия
Украина, 73034, г. Херсон, просп. Ушакова, 20
Концептуальные основы создания систем
поддержки принятия решений в судовождении
A.P. Ben
Kherson State Maritime Academy
Ukraine, 73034, c. Kherson, Ushakov ave., 20
Conceptual Basis for Creation
of Decision Support Systems in Navigation
А.П. Бень
Херсонська державна морська академія
Україна, 73034, м. Херсон, просп. Ушакова, 20
Концептуальні засади створення систем підтримки
прийняття рішень в судноводінні
В статье представлена концепция создания интеллектуальных систем поддержки принятия решений в
судовождении. Проведен сравнительный анализ существующих теоретических подходов к созданию
интеллектуальных систем управления движением судна и выявлены особенности процессов принятия
решений судоводителем. Предложены базовые принципы построения и функционирования интеллек-
туальных систем поддержки принятия решений в судовождении.
Ключевые слова: система поддержки принятия решений, судовождение, человеческий фактор.
In the article, the concept for creation of intelligent decision support systems in navigation is considered. The com-
parative analysis of the current theoretical approaches to the creation of the intelligent systems of ship movement
control is made and peculiarities of the process of the deck officer’s decision are defined. The basic principles for
building and functioning of the intelligent decision support systems in navigation are given.
Key words: decision support system, navigation, human factor.
Розглянуто концептуальні засади побудови систем підтримки прийняття рішень в судноводінні. Проведено
порівняльний аналіз існуючих теоретичних підходів до побудови інтелектуальних систем управління
рухом суден та виявлені особливості процесів прийняття рішень судноводієм. Запропоновані базові
принципи побудови і функціонування інтелектуальних систем підтримки прийняття рішень в судноводінні.
Ключові слова: системи підтримки прийняття рішень, судноводіння, людський фактор.
Введение
Вопросы построения систем поддержки принятия решений (СППР) в судовож-
дении в настоящее время приобретают особую значимость в связи с существенно
возросшим уровнем автоматизации современных судов и увеличением числа морских
аварий, возникающих по причине «человеческого фактора». По имеющимся статисти-
ческим данным, фактор ошибки судоводителя при принятии решений по управлению
Концептуальные основы создания систем поддержки принятия решений...
«Штучний інтелект» 3’2012 223
4Б
судном является основной причиной более 80% морских аварий. Подтверждением тому
становится все большее количество морских происшествий, в частности, печально
известная авария круизного лайнера «Коста Конкордиа» у берегов Италии и тепло-
хода «Булгария» на Волге.
Снижение влияния человеческого фактора на уровень аварийности представляет
актуальную научно-практическую проблему, которую необходимо решать путем совер-
шенствования процессов взаимодействия судоводителя с современными техническими
средствами управления судном.
Сложность процессов взаимодействия судоводителя и технических средств обу-
словлена существенным увеличением объемов навигационной информации, которая
доступна в режиме реального времени благодаря применению современных инфор-
мационных технологий. С другой стороны, стремительное развитие информационных
технологий и активное применение принципов искусственного интеллекта в технике
создают благоприятные предпосылки для разработки и внедрения СППР в судовождении.
Необходимость внедрения и совершенствования таких систем и обуславливает
цель данной работы.
Цель работы – определение концептуальных основ создания СППР судоводи-
теля, базовых принципов их построения и функционирования, а также перспективных
направлений и путей дальнейшего развития.
Анализ исследований и предшествующие публикации
Проведенный анализ публикаций [1-4] позволяет сделать вывод, что в настоящее
время исследователями при создании систем управления процессами расхождения
судов используются различные теоретические подходы, в частности: теория нелиней-
ной дифференциальной инвариантности, методы статических и дифференциальных
игр, теория оптимальных дискретных процессов, теория фильтрации, теория динами-
ческих n-управляемых систем. В работах [3], [4] рассмотрены особенности указанных
подходов, показаны их ограничения и недостатки, сдерживающие широкое практи-
ческое использование.
На основе проведенного в [2-4] анализа работ в области создания систем управ-
ления движением судов можно сделать вывод, что наиболее перспективным и интен-
сивно развивающимся в настоящее время направлением в данной области является
создание интеллектуальных систем, решающих задачи поддержки принятия решения
судоводителя. Эффективность использования таких систем существенно возрастает
при использовании в сложных навигационных условиях, стесненных водах и узкостях,
наличии навигационных опасностей и районах интенсивного судоходства.
Следует отметить, что обязанности принятия решений по управлению судном, как
и ответственность за их последствия, на текущий момент и в ближайшем будущем
будут возложены на судоводителя, а интеллектуальные системы будут исполнять роль
средств поддержки принятия таких решений. Таким образом, СППР становятся сред-
ством информационной поддержки, но не освобождают капитана и вахтенных помощ-
ников от обязанностей постоянного контроля за навигационной обстановкой, а также
от ответственности за принятые решения по управлению судном [5].
Указанные обстоятельства обуславливают необходимость определения концеп-
туальных основ создания таких систем, а также принципов их построения и функ-
ционирования.
Бень А.П.
«Искусственный интеллект» 3’2012224
4Б
А
Основная часть
Концепция создания СППР судоводителя предполагает решение следующих задач:
– выявление и анализ особенностей предметной области;
– анализ принципов формирования и принятия решений судоводителем;
– формулирование принципов интеллектуальной поддержки принятия решений
в судовождении;
– определение базовых принципов построения СППР судоводителя;
– определение задач, решаемых СППР судоводителя.
Необходимо отметить, что при создании СППР судоводителя важно учитывать
особенности рассматриваемой предметной области, а именно:
– стохастичность и недетерминированность процессов управления движением
судов;
– наличие факторов неопределенности и неполноты исходной информации о
рассматриваемых навигационных ситуациях;
– наличие временных ограничений на процессы ввода информации, ее анализ и
выработку возможных решений;
– необходимость учета влияния внешних условий, в частности гидрометеороло-
гических, гидрографических факторов и навигационных опасностей;
– наличие фактора субъективности суждений лица, принимающего решение (ЛПР),
обусловленного сложившимися стереотипами выработки решений для определенных
ситуаций;
– существенное влияние на качество принимаемых решений психофизиологи-
ческого состояния ЛПР;
– соответствие принимаемых решений действующей нормативно-правовой базе,
регламентирующей правила судоходства (Международные правила по предотвраще-
нию столкновений судов – МППСС-72);
– процессы принятия решений при расхождении судов носят распределенный и
кооперативный характер в условиях целенаправленного поведения участников.
Указанные особенности предметной области затрудняют использование в СППР
только лишь математических моделей, характеризующих процессы движения судов,
и обуславливают необходимость создания гибридных СППР, использующих принципы
динамических экспертных систем.
Следующей важной составляющей концепции построения СППР является опреде-
ление основных принципов формирования и принятия решений судоводителем. Анализ
процессов принятия решений судоводителем позволяет выявить пять базовых прин-
ципов, используемых им на практике:
– внимание судоводителя концентрируется преимущественно не на вариантах
решения задачи расхождения, а на условиях протекания процесса управления судном,
которые он анализирует, опираясь на свой опыт практической деятельности;
– при благоприятных условиях (небольшое количество объектов, хорошая види-
мость, отсутствие усталости) судоводитель способен самостоятельно преодолевать фак-
торы неточности и неопределенности описания навигационной ситуации и оперативно
принимать правильное решение на основе имеющегося опыта;
– при неблагоприятных условиях, наличии внешних воздействий, усталости, судо-
водитель решает задачу расхождения на основе наиболее значимых, с его точки зрения,
факторов и системы обобщенных оценок, не принимая во внимание многие «несущест-
венные» детали и сознательно огрубляя задачу для более быстрого ее выполнения;
Концептуальные основы создания систем поддержки принятия решений...
«Штучний інтелект» 3’2012 225
4Б
– анализируя информацию о навигационной ситуации в зоне маневрирования,
судоводитель подсознательно оценивает динамику навигационных параметров, экстра-
полируя их ожидаемое изменение во времени и формируя единую модель ее даль-
нейшего развития;
– в сложных условиях судоводитель постоянно оценивает не только динамику
развития событий, но и вероятность достижения поставленной цели, проявляющуюся
в виде эмоционального ощущения успеха или тревоги.
Указанные обстоятельства обуславливают возникновение «человеческого фактора»
как одной из основных причин аварийности в судовождении. Необходимость мини-
мизации его влияния путем использования СППР судоводителя позволяет сформули-
ровать основные требования, предъявляемые к таким системам.
1. Для снижения влияния «человеческого фактора» в условиях потенциального
столкновения судов необходимо применять СППР, основанные на принципах дина-
мических экспертных систем.
2. База знаний интеллектуальной системы судна должна содержать и накапливать
информацию по трем направлениям: декларативная информация, которая регламен-
тирует законодательную базу управления процессами расхождения судов МППСС-72,
экспертная информация – формализированные знания экспертов в предметной отрасли –
опытных судоводителей, и база прецедентов – информация относительно развития со-
бытий в навигационных ситуациях, которые уже имели место в прошлом.
3. СППР судоводителя должна строиться на принципах траекторно-целевого мо-
делирования движения судов, имеющих целенаправленное поведение по избеганию
столкновения и выполнению требований МППСС-72. Необходимо наличие средств
прогнозирования развития навигационной ситуации и визуального представления
такого прогноза.
4. Применяемые в СППР формальные модели должны отвечать требованиям адек-
ватности, неизбыточности и технической осуществимости – перспективным является
сочетание моделей, базирующихся на принципах искусственного интеллекта с мате-
матическими моделями, описывающими процессы движения судов.
5. Функционирование СППР судоводителя осуществляется в режиме реального
времени, что требует их интеграции с имеющимися на судне средствами контроля
движения и навигационной ситуации.
6. Формы отображения информации в СППР должны обеспечивать ее быстрое
восприятие и высокий уровень осознания судоводителем, потому при визуализации
навигационных ситуаций является целесообразным применение методов когнитивной
графики.
7. Необходимо обеспечить возможность информационного взаимодействия между
береговыми системами управления движением и СППР, что обуславливает необходи-
мость разработки унифицированных протоколов обмена информацией в таких системах.
Выполнение указанных требований возможно в случае использования гибридных
СППР, содержащих несколько информационных баз знаний: нормативную, экспертную
и прецедентную.
Реализация процесса расхождения нескольких судов представляет собой сложную
задачу кооперативного неантагонистического взаимодействия с распределенным при-
нятием решений, для которой крайне важным становится обеспечение координации
такого взаимодействия в условиях целенаправленного поведения участников, стремя-
щихся избежать столкновения.
Решение этой задачи в СППР судоводителя может быть реализовано с исполь-
зованием принципов траекторно-целевого подхода к прогнозированию движения судов
Бень А.П.
«Искусственный интеллект» 3’2012226
4Б
А
в рамках кооперативного управления интеллектуальными логико-динамическими объек-
тами. Сущность траекторно-целевого подхода состоит в формировании СППР предпо-
лагаемых траекторий движения судов исходя из заданных целевых позиций, а также
критериев и зон безопасности движения. Каждое судно представляется в виде взаимо-
действующего логико-динамического объекта, обладающего целенаправленным поведе-
нием и реализующего траекторию своего движения исходя из принципов безопасности
в условиях выполнения требований МППСС-72.
Процесс функционирования СППР судоводителя в таком случае предполагает
циклическое решение следующей последовательности задач [6]:
– идентификация судов, находящихся в зоне возможного столкновения;
– мониторинг параметров движения судов и динамики их изменения;
– оценка погрешности получаемых параметров движения;
– классификация судов по степени опасности;
– определение множества взаимодействующих судов, для которых формируются
возможные сценарии движения;
– определение областей взаимных обязанностей судов, их соответствия МППСС-72
и границ зоны безопасности собственного судна;
– формирование множества возможных сценариев (стратегий) движения судов;
– определение стратегий движения, отвечающих заданным критериям безопас-
ности;
– моделирование возможных сценариев развития навигационной ситуации на
основе принципов траекторно-целевого управления;
– выработка возможных альтернатив по управлению судном и предоставление
их судоводителю.
Судно исключается из рассмотрения СППР при формировании сценариев взаимо-
действия в случае идентификации его как безопасного, но мониторинг параметров
движения такого судна продолжается при нахождении его в пределах зоны действия
автоматизированной системы. Для опасных и потенциально опасных судов СППР
формирует многошаговую стратегию расхождения на весь прогнозируемый период
их нахождения в зоне взаимных обязанностей, с последующей коррекцией стратегии
в случае, если текущее развитие ситуации будет отличаться от прогнозируемого. В про-
цессе формирования стратегии расхождения учитывается предполагаемое изменение
параметров движения судов, обусловленное их взаимодействием друг с другом в соот-
ветствии с МППСС-72. Результатом работы СППР судоводителя является графическая
визуализация ситуации с указанием рекомендуемых изменений параметров движения
собственного судна [7].
Выводы
Предложена концепция построения гибридной СППР судоводителя, основанная
на принципах кооперативного управления интеллектуальными логико-динамическими
объектами. Показано, что СППР судоводителя должна строиться на принципах траек-
торно-целевого моделирования движения судов, имеющих целенаправленное поведение
по избеганию столкновения в условиях выполнения требований МППСС-72. Приме-
няемые в СППР формальные модели должны отвечать требованиям адекватности,
неизбыточности и технической осуществимости – перспективным является сочетание
моделей, базирующихся на принципах искусственного интеллекта с математическими
моделями, описывающими процессы движения судов.
Концептуальные основы создания систем поддержки принятия решений...
«Штучний інтелект» 3’2012 227
4Б
Практическая реализация предложенных подходов при построении СППР позволит
сократить время на выработку решений по управлению судном и повысить их качество.
Использование СППР судоводителя обеспечит снижение влияния человеческого
фактора на процессы управления судном и уменьшение уровня 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. – 1999. – Вып. 1. – С. 7-14.
2. Мальцев А.С. Интеллектуальные гибридные системы поддержки принятия решений при расхождении
судов / А.С. Мальцев // Судовождение : сб. научн. трудов ОНМА. Вып. 11. – Одесса : ИздатИнформ,
2006. – С. 74-86.
3. Цымбал Н.Н. Гибкие стратегии расхождения судов / Цымбал Н.Н., Бурмака И.А., Тюпиков Е.Е. –
Одесса : КП ОГТ, 2007. – 424 с.
4. Вагущенко Л.Л. Поддержка решений по расхождению с судами / Л.Л. Вагущенко, А.Л. Вагущенко. –
Одесса : Феникс, 2010. – 229 с.
5. Бень А.П. Принципи побудови систем підтримки прийняття рішень судноводія / А.П. Бень // Мате-
ріали другої науково-практичної конференції «Сучасні інформаційні та інноваційні технології на
транспорті (MINTT-2010)», (Херсон, ХДМІ, 25. – 27 травня 2010 р.). – Т. 1. – С. 8-11.
6. Бень А.П. Использование теоретико-игровой модели для представления и анализа навигационных
ситуаций в системе поддержки / А.П. Бень // Искусственный интеллект. – 2010. – № 3. – С. 439-443.
7. 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). – С. 429-433.
Literatura
1. Aleksiitshuk M.S. Sudovojdenie. 1999. № 1. S. 7-14.
2. Ben A.P. Iskusstvennyj intellect. 2010. № 3. S. 439-443.
3. Ben A.P. MINTT-2010. 2010. T. 1. S. 8-11.
4. Ben A.P. Vestnik KHNTU. 2009. № 1(34). S. 429-433.
5. Maltsev A.S. Sudovojdenie. 2006. № 11. S. 74-86.
6. Tsimbal N.N. Burmaka I.A. Tupikov E.E. Gibkie strategii rashozdenija sudov. Odessa. 2007. 424 S.
7. Vagushenko L.L. Vagushenko A.L. Podderjka reshenij po rashojdeniju sudov. Odessa. 2010. 229 S.
RESUME
A.P. Ben
Conceptual Basis for Creation
of Decision Support Systems in Navigation
The article is devoted to the problems of creation of deck officer’s decision support
system (DSS). In this article the particular subject area is identified, the processes of deck
officer’s DSS are analyzed and the basic principles of intelligent DSS in navigation are
offered. The concept of building deck officer’s DSS is proposed, it is based on the usage of
the principles of trajectory-oriented approach within the framework of the cooperative
management of intellectual logic-dynamic objects.
It is defined the range of tasks, which can be solved during the operation of the
intelligent decision support system of a navigator. The proposed principles of the DSS will
reduce the time required for finding solutions to manage the vessel and reduce the impact
of human factor in navigation, which consequently leads to accidents reduction at sea.
Статья поступила в редакцию 02.07.2012.
|