Принципы графо-лучевого отображения строения систем с распределенными параметрами
Приведен краткий анализ структуры внутренних моделей деятельности человека–оператора. Предложен метод оптимизации процесса классификации диспетчером ситуаций в энергосистеме за счет мнемонического отображения ее строения в виде семейства подсистем, группируемых по принципу их функционально-ориентиро...
Збережено в:
| Дата: | 2003 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2003
|
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6384 |
| 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: | Принципы графо-лучевого отображения строения систем с распределенными параметрами / В.А. Черноморец, В.Г. Попов, С.К. Горбунов, Н.С. Сташкова // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2003. — № 2. — С. 80-87. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-6384 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-63842010-03-04T12:01:00Z Принципы графо-лучевого отображения строения систем с распределенными параметрами Черноморец, В.А. Попов, В.Г. Горбунов, С.К. Сташкова, Н.С. Приведен краткий анализ структуры внутренних моделей деятельности человека–оператора. Предложен метод оптимизации процесса классификации диспетчером ситуаций в энергосистеме за счет мнемонического отображения ее строения в виде семейства подсистем, группируемых по принципу их функционально-ориентированных связей. 2003 Article Принципы графо-лучевого отображения строения систем с распределенными параметрами / В.А. Черноморец, В.Г. Попов, С.К. Горбунов, Н.С. Сташкова // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2003. — № 2. — С. 80-87. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1817-9908 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6384 621.311:658.011.56 ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Приведен краткий анализ структуры внутренних моделей деятельности человека–оператора. Предложен метод оптимизации процесса классификации диспетчером ситуаций в энергосистеме за счет мнемонического отображения ее строения в виде семейства подсистем, группируемых по принципу их функционально-ориентированных связей. |
| format |
Article |
| author |
Черноморец, В.А. Попов, В.Г. Горбунов, С.К. Сташкова, Н.С. |
| spellingShingle |
Черноморец, В.А. Попов, В.Г. Горбунов, С.К. Сташкова, Н.С. Принципы графо-лучевого отображения строения систем с распределенными параметрами |
| author_facet |
Черноморец, В.А. Попов, В.Г. Горбунов, С.К. Сташкова, Н.С. |
| author_sort |
Черноморец, В.А. |
| title |
Принципы графо-лучевого отображения строения систем с распределенными параметрами |
| title_short |
Принципы графо-лучевого отображения строения систем с распределенными параметрами |
| title_full |
Принципы графо-лучевого отображения строения систем с распределенными параметрами |
| title_fullStr |
Принципы графо-лучевого отображения строения систем с распределенными параметрами |
| title_full_unstemmed |
Принципы графо-лучевого отображения строения систем с распределенными параметрами |
| title_sort |
принципы графо-лучевого отображения строения систем с распределенными параметрами |
| publisher |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| publishDate |
2003 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6384 |
| citation_txt |
Принципы графо-лучевого отображения строения систем с распределенными параметрами / В.А. Черноморец, В.Г. Попов, С.К. Горбунов, Н.С. Сташкова // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2003. — № 2. — С. 80-87. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT černomorecva principygrafolučevogootobraženiâstroeniâsistemsraspredelennymiparametrami AT popovvg principygrafolučevogootobraženiâstroeniâsistemsraspredelennymiparametrami AT gorbunovsk principygrafolučevogootobraženiâstroeniâsistemsraspredelennymiparametrami AT staškovans principygrafolučevogootobraženiâstroeniâsistemsraspredelennymiparametrami |
| first_indexed |
2025-07-02T09:17:36Z |
| last_indexed |
2025-07-02T09:17:36Z |
| _version_ |
1836526187922325504 |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2003, №2 80
Приведен краткий анализ струк-
туры внутренних моделей дея-
тельности человека–оператора.
Предложен метод оптимизации
процесса классификации диспет-
чером ситуаций в энергосистеме
за счет мнемонического отобра-
жения ее строения в виде семей-
ства подсистем, группируемых по
принципу их функционально-ори-
ентированных связей.
В.А. Черноморец, В.Г. Попов,
С.К. Горбунов, Н.С. Сташкова,
2003
ÓÄÊ 621.311:658.011.56
Â.À. ×ÅÐÍÎÌÎÐÅÖ, Â.Ã. ÏÎÏÎÂ,
Ñ.Ê. ÃÎÐÁÓÍÎÂ, Í.Ñ. ÑÒÀØÊÎÂÀ
ÏÐÈÍÖÈÏÛ ÃÐÀÔÎ-ËÓ×ÅÂÎÃÎ
ÎÒÎÁÐÀÆÅÍÈß ÑÒÐÎÅÍÈß ÑÈÑÒÅÌ Ñ
ÐÀÑÏÐÅÄÅËÅÍÍÛÌÈ ÏÀÐÀÌÅÒÐÀÌÈ
В настоящее время в топливно-энергети-
ческом комплексе Украины идет процесс сме-
ны поколений технологического и информа-
ционного оборудования. Учитывая особую
важность данной отрасли, большие затраты и
продолжительность этого процесса очевидно,
что все эти работы должны носить систем-
ный характер и базироваться на перспектив-
ных методологиях. Существующие в этом
отношении проблемы и перспективы так или
иначе относятся к совершенствованию ин-
формационной поддержки деятельности дис-
петчерского персонала [1].
Современные системы отображения ин-
формации (СОИ), как правило, мнемонически
воспроизводят принципиальную схему строе-
ния энергосистемы и ориентированы на под-
держку ее штатных режимов эксплуатации.
В нештатных режимах первичные данные
о ситуации в системе обычно поступают по
разным каналам, являются зашумленными и
противоречивыми, поэтому для оценки си-
туаций диспетчеру приходится выполнять
большой объем вспомогательных информа-
ционных преобразований, связанных с лока-
лизацией объектов, − их первоисточников
[2]. Учитывая объективно возникающий при
этом дефицит времени на принятие решений
и все возрастающую цену его ошибок, есть
все основания ориентировать СОИ новых
поколений на преимущественную поддерж-
ПРИНЦИПЫ ГРАФО-ЛУЧЕВОГО ОТОБРАЖЕНИЯ СТРОЕНИЯ СИСТЕМ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2003, №2 81
ку именно таких режимов. Для выбора перспективных в этом отношении мето-
дологий следует рассмотреть некоторые фундаментальные аспекты самой про-
блемы взаимодействия человека с информационной моделью управляемой сис-
темы.
Энергетическая система по определению относится к классу человеко-ма-
шинных систем с распределенными параметрами, поэтому качество решений
диспетчера, в первую очередь, определяется способом группировки первичных
исходных данных о текущих ситуациях [3].
Гипотетически возможные способы группировки этих данных могут варьи-
ровать в пределах диапазона, границами которого являются:
• предметность, агрегированность данных, порождающая дефицит информа-
ции о характеристиках ее конкретных подсистем (объектов), что затрудняет
локализацию первоисточника отклонений в ее работе (идентификацию причин);
• конкретность, излишняя детализация данных, порождающая избыточность
информации, поступающей к человеку и затрудняющей оценку динамики
развития текущих ситуаций (оценку следствий).
Соответственно оптимально спроектированная СОИ должна поддерживать
паритет между конкретностью и предметностью отображения первичных дан-
ных, достаточный для того, чтобы человек мог устойчиво классифицировать ка-
ждую ситуацию и принимать решение об адекватной форме реагирования на нее.
Организацию взаимодействия человека и такой СОИ условно можно разде-
лить на два последовательных этапа, ориентированных на реализацию необхо-
димых и достаточных условий сопряжения его рабочих характеристик с управ-
ляемой системой.
Содержательно необходимые условия заключаются в обеспечении адекват-
ности восприятия человеком характеристик физических носителей информации
о переменных состояния системы и относятся к согласованию характеристик
рабочего места с его психофизиологическими, сангигиеническими, эстетиче-
скими и другими характеристиками. По смыслу эти условия являются скорее
объективными предпосылками для успешной деятельности некоторого стати-
стически среднего человека в рамках ожидаемых классов ситуаций. В эргономи-
ке накоплен достаточный опыт решения подобных задач [4].
Условия достаточности относятся к адаптивной поддержке информацион-
ной деятельности конкретного человека в конкретных ситуациях и сводятся к
обеспечению его исходными данными, адекватными каждому этапу поиска ре-
шений возникающих задач.
Если исходить из определения термина «адекватность» (от лат. аdaequantus
− приравненный), то это означает, что СОИ должна обеспечить тождественность
отображения первичных данных о ситуациях в системе характеристикам соот-
ветствующих информационных технологий, используемых человеком при их
анализе. Поэтому задача поддержки информационной деятельности человека
адекватными данными, в первую очередь, относится к разработке количествен-
ных методов ее описания как таковой.
В.А. ЧЕРНОМОРЕЦ, В.Г. ПОПОВ, С.К. ГОРБУНОВ, Н.С. СТАШКОВА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2003, №2 82
За полувековую историю работ в этом направлении были проверены воз-
можности использования практически всех известных методов, первоначально
разработанных для решения задач теории информации, теории автоматического
управления, теории обслуживания, распознавания образов, структурного анали-
за, принятия решений и т.д. [5]. Общие выводы заключались в следующем. Че-
ловек гибко изменяет характеристики своей информационной деятельности в
зависимости от текущих ситуаций в системе, поэтому в его реакциях всегда
можно выделить фрагменты, относящиеся к базовым постулатам любого метода
анализа сложных систем. Следовательно, области корректного применения мо-
делей, которые разрабатываются по принципу «от метода — к объекту», отно-
сятся только к тем ситуациям, в которых деятельность человека близка к про-
цессам функционирования соответствующих технических средств (сервомеха-
низмов, каналов связи, регуляторов и т.д.). Для разработки более универсальных
моделей этой деятельности требуются формализованные описания закономерно-
стей в функционировании психофизиологических механизмов, обеспечивающих
ее формирование и реализацию.
Иными словами, для того, чтобы СОИ новых поколений могли обеспечить
адресную поддержку профессиональной деятельности человека, их функциони-
рование должно быть организовано на тех же принципах, что и функционирова-
ние его памяти. Между тем, естественные науки пока что не располагают исчер-
пывающими и однозначными описаниями этих механизмов. Поэтому в качестве
их рабочих характеристик используются конструктивные обобщения разнопла-
новых результатов их исследований в форме непротиворечивых общепринятых
соглашений (парадигм, принципов и пр.), из которых в контексте настоящей за-
дачи можно выделить следующие [6]:
– память человека имеет иерархическую структуру;
– отражение человеком картины внешнего мира является целостным;
– предметная деятельность человека и сопутствующие психические процес-
сы обладают тождественными характеристиками.
Кроме того, предполагается, что структура памяти человека и ее программ-
но-алгоритмическое обеспечение эволюционно сформировалась как многоуров-
невая система обработки информации, предназначенная для когнитивной под-
держки двух режимов его взаимодействия с внешней средой. Один из них ориен-
тирован на формирование внутренних описаний причинно-следственных связей
между событиями в среде, а второй — на организацию целенаправленных воз-
действий на атрибуты этих событий.
Из этих уровней в качестве основных выделяют три, которые в порядке воз-
растания уровня общности отображения первичных чувственных данных обо-
значают как сенсорно-перцептивный, представленческий и понятийный.
В прикладных задачах эти принципы конкретизируются в виде разнообразных
проблемно-ориентированных концептуальных моделей [7]. В частности, систему
взаимосвязанных многоуровневых внутренних описаний человеком собствен-
ных характеристик, характеристик объекта деятельности и задач управления
рассматривают как его внутреннюю модель деятельности (ВМД). С этих пози-
ПРИНЦИПЫ ГРАФО-ЛУЧЕВОГО ОТОБРАЖЕНИЯ СТРОЕНИЯ СИСТЕМ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2003, №2 83
ций информационная модель объекта управления, которой оперирует человек в
процессе деятельности, и интуитивно принятая практика ее поддержки включают в
себя:
– нижний уровень – сенсорно-перцептивный – содержит отображение кон-
струкции отдельных элементов и их размещение во внутреннем пространстве
объекта. Адекватным этому уровню условным отображением реального объекта
является его чертеж, монтажная или принципиальная схема;
– средний уровень – представленческий – содержит описание назначения
элементов, их групп и причинно-следственные связи между ними. Адекватным
является условное отображение объекта в виде схемы функциональных связей
между его элементами или подсистемами;
– верхний уровень – понятийный – содержит концептуальные описание гло-
бальных переменных объекта и зависимостей между ними, например, тип ресур-
сов, экономические, социальные и прочие характеристики. Адекватным данному
уровню являются формальные описания этих зависимостей в виде фундамен-
тальных законов или эмпирических правил.
Аналогично представляются и другие компоненты задачи деятельности
(табл. 1).
ТАБЛИЦА 1. Форма представления некоторых компонентов задачи управления на различных
уровнях внутренней модели деятельности человека
Компонента /
уровень
Форма описания объекта
управления
Тип целей
управления
Способ достиже-
ния целей
Способ реа-
лизации
решений
Понятийный Концептуальная модель Глобальные Стратегии Знания
Представленческий Функциональная модель Промежуточ-
ные Алгоритмы Умения
Сенсорно-
перцептивный Монтажная схема Локальные Программы Навыки
Из приведенного краткого обсуждения общих принципов организации и функ-
ционирования памяти человека следует, что значительную часть операций, связан-
ных с идентификацией ситуаций в условиях неопределенности первичных данных,
можно исключить путем проектирования СОИ с учетом ориентации когнитивных
процессов на представленческом уровне его ВМД.
Основная идея конструктивной реализации данного метода заключается в уст-
ранении возможных неопределенностей в идентификации диспетчером причин-
но-следственных связей между энергообъектами за счет априорного преобразо-
вания принципиальной схемы энергосистемы (рис. 1) к графическому отображе-
нию иерархии функциональных связей между ее подсистемами (рис. 2). На рис.
1, 2 ПС новая − подстанция; РП 18 − распределительный пункт; 258, 735 и т.д.
− распределительные трансформаторы.
В.А. ЧЕРНОМОРЕЦ, В.Г. ПОПОВ, С.К. ГОРБУНОВ, Н.С. СТАШКОВА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2003, №2 84
∼ ∼ ∼ ∼ ∼
∼ ∼ ∼ ∼ ∼
∼∼∼ ∼ ∼ ∼ ∼
∼
∼∼
∼
525
685 502
258
735
309
∼
217
254
1035
313
227
306
717
195
1057
РП18
ПС
Новая
587 259 315
413
432
389
∼
419
317
388660430
Тяг-2
432
587
389
388
Тяг-2
•
•
•
РИС. 1. Представление типовой подстанции
мнемосхемой принципиального типа
РИС. 2. Представление типовой подстанции
мнемосхемой графо-лучевого типа
Когнитивный характер такой графики заключается в размещении элементов
мнемосхемы энергосистемы в виде их совокупностей (узлов), сформированных
по принципу функционального единства. Каждый такой узел содержит домини-
рующий элемент (генератор, преобразователь) и группу соподчиненных ему
элементов (потребителей). Их связи отображаются в виде ориентированных
графов, лучей. Кроме того, эти лучи, отображают направленность потоков энер-
гии и являются внутренними координатными осями, отражающими положение
потребителей относительно своего доминирующего элемента. Свойства целост-
ности структуры данной модели дополняются соразмерностью параметров
функциональных характеристик мнемосимволов и лучей. В итоге, вся принци-
пиальная схема энергосистемы преобразуется к виду сети визуально выражен-
ных узлов, относительное расположение которых, кроме того, конформно ото-
бражает их размещение на конкретной местности (рис. 3).
Для отображения функционального состояния отдельных участков энерго-
системы были разработаны специальные мнемосимволы индикаторов–переклю-
чателей, положение указателей которых может управляться вручную или авто-
матически − от базового компьютера или сигналами телеметрии (рис. 4) [8].
ПРИНЦИПЫ ГРАФО-ЛУЧЕВОГО ОТОБРАЖЕНИЯ СТРОЕНИЯ СИСТЕМ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2003, №2 85
РИС. 3. Фрагмент диспетчерского щита город-
ских кабельных сетей г. Николаева с гра-
фо-лучевой компоновкой мнемосхемы
РИС. 4. Индикаторы–переключатели с руч-
ным и дистанционным управлением
положением указателя
Графо-лучевое отображение строения энергосистемы существенно упроща-
ет процесс идентификации диспетчером текущих ситуаций, поскольку позволяет
ему заменить информационный поиск причинно-следственных связей между
активированными объектами на процедуры считывания этих данных с СОИ.
При этом одновременно с возрастанием качественных показателей деятельности
диспетчера резко снижается относительный уровень его психофизиологической
напряженности (табл. 2) [9].
ТАБЛИЦА 2. Сравнительные данные о характеристиках восприятия диспетчером информа-
ции о ситуациях в одной и той же системе, представленной в виде мнемосхем
принципиального типа (см. рис. 1) и графо-лучевого (см. рис. 2)
Диспетчерский щит Показатели мнемосхемы принципиального типа графо-лучевого типа
Количество подстанций на щите, шт. 1400 1400
Суммарная длина линий, км 1,26 0 36
Коэффициент заполнения поля щита 0.6 0.1
Количество изломов линий на мнемосхеме, шт. 2340 Нет
Относительная скорость уверенного чтения
сложной схемы фидера, раз 1 ≈ 200
Процент ошибок при чтении мнемосхемы, % ≈ 8 Нет
Относительный уровень психофизиологической
напряженности, раз 1 ≈ 0, 3
Опытная эксплуатация СОИ на основе графо-лучевой компоновки мнемо-
схемы городских кабельных сетей показала, что ориентировочно можно устано-
вить следующие правила конструирования графо-лучевых отображений мнемо-
нических схем энергосистем.
Для отдельных лучей:
– связи между объектами отображаются лучами либо кривыми;
– лучи являются ориентированными, начало − точка связи с энергогенери-
рующим объектом, конец − энергопотребитель;
В.А. ЧЕРНОМОРЕЦ, В.Г. ПОПОВ, С.К. ГОРБУНОВ, Н.С. СТАШКОВА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2003, №2 86
– каждый луч имеет индивидуальный признак (графический, цифровой,
символический и др.);
– разграничение линий на пересечениях лучей − контрастное;
– отображение точек сложения и разложения потоков энергии − векторное;
– мнемосимволы кольцевых подключений потребителей − кривые;
– крутизна кривой зависит от количества соединяемых подстанций;
– размещение подстанций вдоль луча и кривой − неравномерное.
Для семейств лучей:
– два однонаправленных луча − параллельны;
– расстояние между двумя параллельными лучами определяется разре-
шающей способностью зрения и принимается за базовое для всей мнемосхемы;
– расстояние до третьего параллельного луча пропорционально базовому;
– относительная ширина линий каждого из лучей пропорциональна отноше-
ниям передаваемых мощностей.
Для мнемосимволов объектов:
– площадь мнемосимвола не больше 75% площади ячейки наборного поля;
– световые индикаторы нормального режима работы объекта − зеленый,
аварийного − красный;
– указатель состояния «включено–выключено» должен независимо управ-
ляться вручную, от компьютера или сигналами телеметрии;
– фиксация указателя за счет внутренних источников энергии.
Для мнемосхем подстанций:
– мнемосхемы подстанций представлены в виде правильных разомкнутых
шестиугольников, вложенных один в другой с кольцевым подключением отхо-
дящих линий;
– стороны многоугольников ориентированы в направлениях, перпендику-
лярных отходящим или подходящим лучам;
– расстояние между секциями равно ширине мнемосимволов секций;
– мнемосимволы секций нумеруются начиная с наименьшего многоугольника;
– межсекционные аппараты размещаются между торцами многоугольников;
– параллельные лучи подключаются к параллельным сторонам многоуголь-
ников.
Для узлов:
– узлы должны иметь индивидуальные графические особенности в виде
конфигурации общего вида, кривизны закольцовок и пр.
На размещение всей схемы и ее фрагментов:
– карта-схема местности под размещение мнемосхемы отображается со-
относительно взаимному расположению подстанций в зависимости от локальной
насыщенности участка мнемосхемы;
– карта-схема делится на большие зоны, границами которых являются есте-
ственные или административные ориентиры (реки, проспекты);
– мнемосхема на щите стилизовано ориентирована относительно карты–
схемы;
ПРИНЦИПЫ ГРАФО-ЛУЧЕВОГО ОТОБРАЖЕНИЯ СТРОЕНИЯ СИСТЕМ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2003, №2 87
– на щите должна быть тестирующая и аварийная звуко–световая индика-
ция участка поля расположения каждой подстанции;
– расположение диспетчерского щита с мнемосхемой в диспетчерском
пункте должно соответствовать ориентации мнемосхемы на местности.
Как следует из вышеизложенного, графо-лучевое отображение строения
системы, в основном, относится к функциональному уровню ее описания и по-
этому мало зависит от особенностей конкретной реализации системы. Это по-
зволяет использовать данную методологию для отображения систем водоснаб-
жения, газового хозяйства и других объектов или технологических процессов.
1. Чачко А.Г. Язык взаимодействия оператора с системой для атомного энергоблока
// Электрические станции. – 1996. – № 1. – С. 15 – 28.
2. Система диспетчеризации буровых работ КУБ–2м с использованием радиостанций типа
«Гранит» / П.А. Баранов, Н.Н. Харитонов, С.К. Горбунов и др. // Автоматизация в неф-
тедобывающей промышленности. – 1974. – C. 165 – 168.
3. Павлов В.В. Синтез стратегий в человеко-машинных системах. – Киев: Вища шк., 1989. –
162 с.
4. Справочник по инженерной психологии / Под ред. Б.Ф. Ломова. – М.: Машиностроение,
1982. – 368 с.
5. Шеридан Т.Б., Феррел У.Р. Системы человек–машина: Модели обработки информации,
управления и принятия решений человеком оператором: Пер. с англ. / Под ред.
К.В. Фролова. – М.: Машиностроение, 1980. – 400 с.
6. Системный анализ процесса мышления / Под ред. К.В. Судакова. – М.: Медицина,
1989. – 236 с.
7. Черноморец В.А. Принципы оценки функциональной антропоморфности когнитивного
автомата // Кибернетика и вычисл. техника. – 1998. – Вып. 116. – С. 25 – 29.
8. Пат. № 36866А Украина. Индикатор–переключатель / В.А. Черноморец, В.Г. Попов. –
Опубл. 16.04 2001. – Бюл. № 3.
9. Демьяненко П., Попов В., Федченко В. Надежность энергоснабжения и новые решения в
разработке мнемосхем диспетчерских щитов // Охрана труда. – 1998. – № 10. – С. 32
– 34.
Получено 15. 06. 2003
|