ИЗВЕСТИЯ РАН. ТЕОРИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ, 2015, № 3, с. 57-71
ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ
УДК 517.11; 004.81
ОПЕРАТИВНОЕ ЦЕЛЕПОЛАГАНИЕ В АНТРОПОЦЕНТРИЧЕСКИХ ОБЪЕКТАХ С ПОЗИЦИИ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ "ЭТАП". I. СТРУКТУРЫ АЛГОРИТМОВ ПОДДЕРЖКИ ПРОЦЕССА РЕШЕНИЯ
ЗАДАЧИ ЭКИПАЖЕМ*
© 2015 г. С. Ю. Желтов, Б. Е. Федунов
Москва, ФГУП ГосНИИАС Поступила в редакцию 05.11.14 г., после доработки 11.11.14 г.
С позиций управления современными сложными антропоцентрическими объектами их удобно описывать концептуальной математической моделью "Этап". Модель формализует как сферу функционирования антропоцентрического объекта, так и сферу задач, которые решаются на объекте. Оперативное целеполагание — первичная фаза управления антропоцентрическим объектом. В терминах модели "Этап" — это оперативная смена типовой ситуации текущего сеанса функционирования объекта. Предлагаемый алгоритм оперативного целепо-лагания использует априорную информацию (заданная последовательность типовых ситуаций, обеспечивающая решение генеральной задачи предстоящего сеанса функционирования антропоцентрического объекта; априорно заданное множество угроз, которые могут возникнуть в процессе сеанса функционирования; матрица знаний с термами лингвистических переменных для каждой пары "типовая ситуация —угроза") и текущую информацию (информация от экипажа антропоцентрического объекта и от бортовых измерительных систем). При описании задачи оперативного целеполагания используются следующие понятия: осмотрительность экипажа, его ситуационная осведомленность, ситуационная уверенность экипажа.
DOI: 10.7868/S0002338815020134
Введение. Антропоцентрический объект (Антр/объект) — некоторая физическая оболочка, содержащая совокупность: бортовых измерительных систем (Б/Изм/Системы), бортовых исполнительных систем (Б/Исп/Системы); развитую бортовую цифровую вычислительную систему (БЦВС) с входящими в нее бортовыми цифровыми вычислительными машинами (БЦВМ), где реализуются БЦВМ-алгоритмы; экипаж и его кабину с современным информационно -управляющем полем (ИУП). ИУП включает в себя информационное поле (многофункциональные индикаторы, речевые информаторы) и управляющее поле ( органы управления и взаимодействия с самим Антр/объектом, его Б/Изм/Системами и Б/Исп/Системами).
Антр/объект готовится к каждому сеансу функционирования, получая на борт генеральную задачу сеанса функционирования (ГЗФ), последовательность планируемых этапов выполнения сеанса, ожидаемые угрозы (см., например, [1]). Эта информация заносится в БЦВМ-миссии (иногда называемую БЦВМ "верхнего уровня"), которая входит в БЦВС.
Антр/объекты с позиций проектирования состава алгоритмов бортового алгоритмического и индикационного обеспечения (АиИО) задач верхнего уровня удобно описывать концептуальной математической моделью "Этап" [2, 3].
1. Модель "Этап" для Антр/объекта. Модель формализует сферу деятельности Антр/объекта и классифицирует задачи, которые решаются на борту Антр/объекта.
Формализация сферы деятельности Антр/объекта включает в себя модель процесса функционирования Антр/объекта (рис. 1). Модель содержит набор назначенных (в техническом задании на разработку Антр/объекта) к алгоритмизации сеансов функционирования (с описанием ГЗФ
* Статья написана по материалам докладов авторов на 16-th International Workshop on Computer Science and Information Technologies (CSIT-2014), Sheffield, England и на XIV национальной конференции по искусственному интеллекту с международным участием". Казань, 2014.
Системообразующее ядро: IГлУУи IIГлУУ
Рис. 1. Модель Антр/объекта "Этап" для проектирования бортового АиИО системообразующего ядра
Антр/объекта
каждого сеанса); представление каждого сеанса через семантическую сеть типовых ситуаций (ТС) и представление каждой ТС в свою очередь через семантическую сеть проблемных субситуаций (ПрС/С). Семантические сети строятся по причинно-следственному отношению.
Множество ТС конечно и строится по всей совокупности заданных (при разработке Антр/объекта) сеансов функционирования.
Классификация задач Антр/объекта включает в себя выделение на его борту трех глобальных уровней управления (ГлУУ), на каждом из которых определяется ведущая роль в решении соответствующих задач или алгоритмов деятельности экипажа (АДЭ) или БЦВМ-алгоритмов (рис. 1):
а) первый ГлУУ — уровень оперативного целеполагания (I ГлУУ), в терминах модели "Этап" результатом решения этой задачи является назначение текущей ТС. На рис. 1 это показано в виде "обратной связи" от I ГлУУ к строке ТС;
б) второй ГлУУ — уровень конструирования рационального способа достижения цели ТС, назначенной на I ГлУУ. В терминах модели "Этап" задача II ГлУУ интерпретируется как оперативное построение конкретного фрагмента семантический сети ПрС/С этой ТС. На рис. 1 это показано в виде "обратной связи" от II ГлУУ к строке ПрС/С упомянутой ТС;
в) третий ГлУУ — уровень реализации способа достижения цели, сконструированного на II ГлУУ.
Задачи I ГлУУ и II ГлУУ решаются в системообразующем ядре Антр/объекта.
В модели "Этап" устанавливается, что в решении задач I ГлУУ и II ГлУУ обязательно участвует экипаж. На рис. 1 это указано аббревиатурой АДЭ. При этом процесс решения экипажем задач этих ГлУУ поддерживается в той или иной степени БЦВМ-алгоритмами. Полная поддержка этого процесса возможна только при размещении на борту Антр/объекта интеллектуальных систем, которые должны решать соответствующие задачи и предъявлять экипажу рекомендуемый способ решения. Реализация этого способа через Б/Исп/Системы наступает только после согласия экипажа. В силу этого такие системы относят к классу оперативно советующих систем.
Модель "Этап" позволяет классифицировать такие бортовые интеллектуальные системы, выделяя:
интеллектуальные системы, решающие задачи I ГлУУ, интеллектуальные системы, решающие задачи II ГлУУ.
Задачи II ГлУУ могут решать создаваемые в настоящее время интеллектуальные системы класса бортовых оперативно советующих экспертных систем типовых ситуаций (БОСЭС ТС) сеансов функционирования Антр/объекта [3]. Вырабатываемые ими решения предъявляются на ИУП экипажу в качестве рекомендаций. Экипаж их анализирует и санкционирует их исполнение.
Интеллектуальные системы, решающие задачи I ГлУУ, должны учитывать следующие составляющие процесса решения этих задач экипажами Антр/объектов (см., например, [1]): осмотрительность, ситуационная осведомленность экипажа, ситуационная уверенность экипажа. Проанализируем эти составляющие.
А. Осмотрительность экипажа обеспечивается предъявлением ему на ИУП потенциальных угроз Антр/объекту или выполнению им заданной ГЗФ. Для этого на ИУП создается информационная модель внешней и внутрибортовой обстановки с выделением в ней потенциальных угроз. Модель реализуется бортовыми БЦВМ-алгоритмами интегральной/комплексной обработки первичной информации [4], поступающей от Б/Изм/Систем, и БЦВМ-алгоритмами опознавания обнаруженных потенциальных угроз с классификацией их по типу. Работа названных БЦВМ-алгоритмов не требует ни диалоговых процедур с экипажем, ни информации от него с ИУП.
Для иллюстрации обеспечения осмотрительности экипажа покажем информационную модель внешней обстановки на ИУП Антр/объекта "Самолет-истребитель F-16M3" [5] .
На информационном кадре осмотрительности, реализованном на многофункциональном индикаторе (МФИ) информационно-управляющего поля самолета (рис. 2), воздушные угрозы и угрозы с земли поступают из БЦВМ-алгоритма интегрированной обработки информации от следующих Б/Изм/Систем:
бортовой радиолокационной станции (БРЛС), контейнерной системы Carapace,
внешних (внебортовых) источников по каналу Link16 (Канал 16) от другого самолета группы и/или от воздушного командного пункта,
контейнерной системы предупреждения о ракетном нападении (Missile Warning System (MWS)),
навигационной системы.
На рис. 2 угрозы обозначаются символами желтого цвета, ориентиры — символами голубого цвета, самолеты в составе своей группы — зеленого. Класс угрозы обозначается своим цветом и соответствующим символом (рис. 3). Как видим, каждый воздушный объект описывается определенным термом лингвистической переменной (ЛП) "Самолет" = {самолет в группе, дружественный самолет, неопознанный самолет, самолет в группе за пределами зоны обзора, неизвестный самолет за пределами зоны обзора}. На индикаторе приписанный к объекту терм предъявляется специальным символом и цветом.
Б. Ситуационная осведомленность экипажа обеспечивается интеллектуальной информационной системой "Ситуационная осведомленность экипажа" (ИИС СОЭ). Эта система среди потенциальных угроз, выделенных в информационной модели внешней и внутрибортовой обстановки (см. выше п. А), определяет те, которые непосредственно угрожают выполнению текущего этапа функционирования Антр/объекта. Обозначим их через аббревиатуру НУЦ — непосредственно угрожающие цели. Обнаруженные НУЦ предоставляются экипажу на ИУП кабины Антр/объекта в информационной модели внешней и внутрибортовой обстановки. Экипаж использует информацию с ИИС СОЭ для решения задачи оперативного целеполагания в соответствии с выполняемой ГЗФ и рангом Антр/объекта в группе (при выполнении ГЗФ группой
° Idabld3@
Самолеты противника
Самолеты группы
цель
Рис. 2. МФИ: воздушные угрозы (самолеты противника)
Самолет в 3
группе А 20 Cyan
Дружественный в 1
самолет £ Green
Неопознанный 2 1
самолет Г"1 Yellow
Самолет в группе 2
за пределами обзора А Cyan
Неизвестный самолет 2 Yellow
за пределамими обзора
Yellow
Запланированные
угрозы
© Red
Рис. 3. Символика обозначений на МФИ воздушных объектов
Антр/объектов). Работа ИИС СОЭ не требует ни диалоговых процедур с экипажем, ни информации от него с ИУП. Пример ИИС СОЭ дан в [6].
Часто системы типа ИИС СОЭ выделяют только определенный тип угроз. Упомянем некоторые из них:
американская система предупреждения о приближении самолета к земной поверхности (Enhanced Ground Proximity Warning — EGPWS ) оповещает экипаж самолета об опасном сближении, в частности при посадке самолета;
на истребителе F-16M3 непосредственн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.