Введение к работе
Актуальность работы. Необходимость увеличения производительности при
выполнении задач по контролю показателей технологических процессов привело к
применению широкого класса человеко-машинных интерфейсов для работы с
информационно-управляющими системами (ИУС) различного назначения. С
возрастанием сложности решаемых задач и вовлеченностью человека в процесс
принятия решений, растет и необходимость повышения организационной и
технической гибкости таких систем.
Существует ряд специальных требований к профессии оператора
диспетчерского пульта с мнемосхемами, важнейшими из которых являются
способность переработки значительных объемов многомерной информации,
поступающей от разнородных источников по независимым каналам, и мгновенного
принятия решения на основе полученных данных и совершения в крайне короткий
промежуток времени значительного числа операций с электронной техникой
(компьютером) преимущественно манипулятивного характера. Основными
характеристиками оператора следует назвать быстродействие, безошибочность,
надежность и точность. Оценкой быстродействия оператора является время
решения задачи, которое, вместе с аналогичными показателями информационно-программно-технической части, определяет быстродействие всей системы "человек-машина".
Разработка и реализация современных ИУС требует организации взаимодействия человека и ЭВМ. От организации этого процесса зависит эффективность всей системы в целом. Структура взаимодействия оператора и ЭВМ при решении задач оперативного управления в зависимости от сложности решаемых задач, квалификации операторов, уровня автоматизации процессов управления может быть достаточно гибкой.
В связи с этим возросла потребность в интеллектуализации интерфейсов ИУС для снижения нагрузки на оператора и повышения его эффективности.
Работая с мнемосхемами диспетчерского пульта подстанции
теплоэлектроцентрали, на оператора ложится большая информационная нагрузка, при этом он должен отслеживать информацию в нескольких областях с несколькими диалоговыми окнами. Часть действий по контролю можно переложить на бесконтактную систему управления, например, с помощью биометрических характеристик головы. Такими действиями могут быть переключения между окнами и управление информационными потоками.
Повышение эффективности ИУС диспетчерского пункта подстанции
теплоэлектроцентрали за счет разработки методов бесконтактного управления,
интеллектуальной системы распознавания ситуационной обстановки
и распределенной системе принятия решений является необходимой и актуальной научно-технической задачей. Данная тематика так же соответствует Указу Президента Российской Федерации от 7 июля 2011 г. № 899 «Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации.
Целью диссертационной работы является повышение качества
организации функционирования ИУС за счет создания и внедрения
распределенной системы принятия решений для анализа ситуации и обработки команд от бесконтактного интегрального интерфейса.
Для достижения поставленной цели требуется решение следующих основных задач:
-
Провести анализ современных методов и моделей построения мультиагентных систем для обработки управляющей команды и принятия решения управления для ИУС мнемосхем подстанции теплоэлектроцентрали.
-
Разработать оригинальную математическую модель построения базы знаний для распределенной системы принятия решений в интерфейсах ИУС мнемосхем подстанции теплоэлектроцентрали.
-
Разработать алгоритм идентификации текущего набора активных процессов в оперативной памяти ИУС мнемосхем подстанции теплоэлектроцентрали в режиме реального времени.
-
Разработать алгоритм принятия решения распознавания жеста управления информационными потоками ИУС мнемосхем подстанции теплоэлектроцентрали с учетом набора активных процессов в оперативной памяти.
-
Разработать функциональную схему мультиагентной системы для обработки управляющей команды и принятия решения управления для ИУС мнемосхем подстанции теплоэлектроцентрали с использованием интеллектуальных агентов на основе нечеткого представления информации о наборе активных процессов в оперативной памяти
-
Выполнить программную реализацию разработанных алгоритмов и провести ее комплексную проверку работоспособности в режиме реального времени.
Методы исследования.
Для решения поставленных задач в ходе диссертационного исследования использовались методы логического вывода, методы исследования дискретных систем, методы оптимизации, математического моделирования, методы и средства теории распознавания образов, технологии разработки алгоритмов и программного обеспечения, объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработана оригинальная математическая модель идентификации признаков
жеста на основе фильтрации Хаара, позволяющая управлять
информационными потоками мнемосхем подстанции теплоэлектроцентрали в режиме реального времени
-
Создан алгоритм принятия решений управления информационными потоками ИУС на основе решетки Биркгофа позволяющий организовывать базу знаний полностью удовлетворяющей требованиям ИУС мнемосхем подстанции теплоэлектроцентрали
-
Создан алгоритм представления информации о наборе активных процессов в оперативной памяти ИУС мнемосхем подстанции теплоэлектроцентрали, позволивший использовать программного окружение для распознавания ситуации
-
Разработана структурная схема организации интеллектуального агента, которая позволяет использовать нечеткое представление информации о наборе активных процессов в оперативной памяти ИУС мнемосхем подстанции теплоэлектроцентрали
Значение полученных результатов исследования для практики
подтверждается тем, что:
разработан и внедрен в промышленную эксплуатацию пакет прикладных программ, использование которого позволило внедрить бесконтактное управление ИУС мнемосхем подстанции теплоэлектроцентрали;
даны указания по разработке интуитивно понятного интерфейса, определено максимальное количество информационных окон на экране и объем текстовой информации, отображаемый в них, для применения методов бесконтактного управления ИУС;
даны методические рекомендации по применению мультиагентных систем принятия решения ИУС мнемосхем подстанции теплоэлектроцентрали, заключающиеся в характере подаваемых жестов, положении человека относительно видеосистемы и скорости подачи команды управления;
проведена апробация предлагаемой системы бесконтактного управления, которая дает возможность управлять информационными потоками ИУС мнемосхем подстанции теплоэлектроцентрали в режиме реального времени.
Положения, выносимые на защиту.
-
Оригинальная математическая модель базы знаний распределенной системы принятия решений ИУС мнемосхем подстанции теплоэлектроцентрали
-
Алгоритм идентификации процессов в оперативной памяти ИУС мнемосхем подстанции теплоэлектроцентрали
-
Алгоритм принятия решения по выдачи управляющей команды и распознаванию жеста для управления информационными потоками ИУС мнемосхем подстанции теплоэлектроцентрали
-
Функциональная схема информационно-измерительной и управляющей системы для обработки управляющей команды и принятия решения управления с учетом нечеткого представления информации о наборе активных процессов в оперативной памяти ИУС мнемосхем подстанции теплоэлектроцентрали
Личный вклад автора состоит в проведении анализа существующих способов разработки интегральных интерфейсов; создании математической модели бесконтактного управления интерфейсом ИУС; разработке алгоритма формирования команд управления от человека; личном участии во внедрении разработанного пакета прикладных программ в эксплуатацию в ИУС; непосредственной подготовке основных публикаций по выполненной работе.
Реализация результатов. Разработанные программные средства входят в
состав программного обеспечения модернизируемых информационно-
управляющих систем, используемых для управления информационными потоками ИУС мнемосхем подстанции теплоэлектроцентрали.
Разработанные методы, алгоритмы и программное обеспечение для распределенной системы принятия решений ИУС использованы:
- в учебном процессе кафедры «Персональные компьютеры и сети» ФГБОУ
ВПО «Московский государственный университет приборостроения и
информатики» при реализации образовательной программы по направлению
подготовки (специальности) 230101 в дисциплинах «Сети ЭВМ и
телекоммуникации», «Инновационные методы проектирования встраиваемых
систем»;
- в КБ «ЭлектронСистема» – при разработке интерфейса новой многоуровневой
информационной системы на энергетических объектах.
Достоверность полученных результатов подтверждена:
экспериментальными данными и математическим моделированием предложенных алгоритмов и методов повышения эффективности ИУС;
апробированием программных средств для ИУС при внедрении бесконтактного управления.
Апробация работы.
Наиболее важные результаты докладывались на ХV Всероссийской научно-технической конференции «Новые информационные технологии» (Москва, 17-19 апреля 2012 г.), XI Международной научно-методической конференции (Воронеж, 2011 г.)
Основные положения и результаты докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедр «Автоматизированные системы управления и информационные технологии» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет приборостроения и информатики».
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано девять научных работ, в том числе, две – в научных рецензируемых изданиях, рекомендуемых ВАК
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений.
Основная часть диссертации содержит 116 страницы машинописного текста, включая 30 рисунков и 9 таблиц.
