Введение к работе
- з -
Многие сложные задачи управления в современной практической деятельности человека не могут быть решены с помощью имеющихся традиционных средств. К факторам, определяющим особенности задач подобного рода, относятся, в первую очередь, уникальность и разнообразие проблемных ситуаций, нечеткий характер целей, критериев, ограничений задачи, сложность количественного выражения всех ее элементов, громоздкость существующих описаний объектов и протекающих в них процессов, отсутствие подходящей готовой теории.
Одним из примеров задач, характеризующихся столь высокой сложностью, является система управления воздушным движением (УВД), которая представляет собой комплекс средств и мероприятий по распределению воздушного пространства, управлению и контролю, планированию и координированию воздушного движения с целью обеспечения безопасности, регулярности и эффективности полетов. Значительная сложность этой системы, помимо упомянутых особенностей, обусловлена также огромным количеством рассматриваемых ею факторов. Кроме того, специфические требования к решению предъявляются режимом реального времени и повышенной ответственностью диспетчера за свои действия, непосредственно связанные с безопасностью сотен и тысяч людей, и т.п.
Анализ результатов многочисленных исследований показал, что современные системы УВД функционируют со значительными перегрузками и на настоящий момент практически достигли предела своих возможностей. Наиболее
уязвимое их место - диспетчерское обеспечение воздушного движения, в особенности в районе аэродрома. В крупных аэропортах движение в этой зоне отличается чрезвычайно высокой плотностью и интенсивностью, динамикой воздушной обстановки, наличием множества пересечений маршрутов и, как следствие, значительной вероятностью возникновения конфликтных ситуаций. Характер движения воздушных судов (ВС) в зоне может быть расценен как крайне нестабильный в связи с непрерывными изменениями скорости, высоты и направления полета. Между тем уровень автоматизации диспетчерского обеспечения аэродромной зоны сегодня весьма низок.
Наиболее слабо автоматизированы такие сложные и ответственные функции диспетчера, как анализ воздушной обстановки и принятие соответствующих решений. До сих пор при решении этих задач диспетчер пользовался методами, основанными в первую очередь на субъективной оценке воздушной обстановки и личном опыте. В современных условиях возрастающей интенсивности воздушного движения у диспетчера образуется дефицит времени на решение стоящих перед ним задач. В силу ряда факторов погашение дефицита осуществляется за счет сокращения времени именно на анализ и принятие решений. В этом случае субъективные методы, применяемые диспетчером, не могут гарантировать безопасность воздушного движения, что подтверждается и результатами расследования авиационных происшествий в мире.
Поэтому чрезвычайно актуальной представляется задача разработки на основе компьютерной техники специальных
средств, автоматизирующих наиболее сложные и ответственные элементы деятельности авиадиспетчера. Выполняя функции подсистемы непосредственного управления основной системы УВД, эти средства должны взять на себя решение всех задач, связанных с анализом и прогнозированием ситуации, а также выработкой соответствующего решения. При этом решение должно отвечать требованиям, предъявляемым нормативными документами ГА и ИКАО, режимом реального времени, технологией работы диспетчера аэродромной зоны и сложившейся практикой осуществления УВД в нашей стране и за рубежом. В результате разработки и внедрения таких средств появится возможность повысить пропускную способность системы УВД в целом и сократить количество диспетчеров при обеспечении необходимого уровня безопасности.
Цель данного исследования состоит в разработке программной системы, автоматизирующей деятельность авиадиспетчера по анализу воздушной обстановки в районе аэродрома и принятию решения по управлению перемещением ВС в воздушном пространстве аэродромной зоны.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить такие задачи, как:
-
Исследование особенностей функционирования сложных систем на примере системы УВД в районе аэродрома.
-
Выявление наиболее "узких мест" диспетчерского обеспечения УВД и возможностей их устранения.
-
Формальная постановка задачи выработки бесконфликтных планов движения воздушных судов на основе имеющихся
данных с учетом накладываемых ограничений.
-
Построение формальной модели системы текущего планирования воздушного движения в аэродромном районе.
-
Оптимизация полученной модели и разработка на ее основе системы планирования воздушного движения, пригодной для практического применения.
-
Разработка интерактивных программных средств, реализующих интерфейс между автоматизированной системой планирования воздушного движения и диспетчером аэродромного диспетчерского центра.
Методы исследования, применявшиеся при решении поставленных задач, основаны на использовании аппарата логики 1-го порядка, теории сложности, методологии системного подхода.
Научная новизна работы и положения, выносимые на защиту, заключаются в следующем:
-
Впервые обоснована необходимость и поставлена задача автоматизированного поиска бесконфликтных планов при движении ВС в аэродромной зоне.
-
Разработан оригинальный подход к моделированию систем управления воздушным движением, который предусматривает:
а) построение общей модели системы в рамках языка
исчисления предикатов 1-го порядка, обеспечивающего
эффективное описание системы в целом и во
взаимодействии ее компонентов;
б) интерпретацию модели как системы исполняемых
спецификаций;
в) исследование модели с позиций теории сложности,
декомпозиция ее на фрагменты в соответствии с их
вкладом в общую сложность и разработка отдельных подмоделей, обеспечивающих снижение сложности до приемлемого уровня.
-
Поставлена задача и разработана модель движения воздушного судна вдоль гладкой траектории в аэродромной зоне.
-
Разработано алгоритмическое и программное обеспечение системы планирования воздушного движения, предназначенное для исполнения в операционной среде UNIX System V на различных ЭВМ, поддерживающих ее.
Практическая ценность работы состоит в разработке
программного комплекса, позволяющего повысить
безопасность, эффективность и регулярность воздушного движения в зоне подхода, а также снизить интенсивность и повысить производительность труда диспетчера УВД.
Реализация результатов работы. Научные и практические результаты, изложенные в диссертации, использованы в научно-экспериментальной работе по Государственному заказу Департамента воздушного транспорта Министерства транспорта Российской Федерациии (договор N 1513/92-33-5 3 0) а также в плановой госбюджетной НИР в МИФИ по теме "Разработка системы оптимального планирования" (договор N 91-3-022-500) и внедрены в ГосНИИ "Аэронавигация" и АДЦ "Минеральные Воды", что подтверждено соответствующими актами о внедрении.
Апробация работы. Основные результаты работы апробированы на Всесоюзном семинаре по логическому программированию (Новосибирск, п. Листвянка, 1990), Всесоюзном семинаре по систолическому программированию
\
(Львов, 1991), Second Russian Conference on Logic Programming (С.-Петербург, 1991), семинаре "Аппаратная поддержка интеллектуальных систем. Параллелизм в интеллектуальных системах" в рамках Ассоциации искусственного интеллекта (Москва, 1992).
Публикации. По результатам диссертации опубликованы 4 печатные работы, материалы исследования использованы в 5 научно-технических отчетах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов и библиографического указателя литературы. Работа изложена на 183 страницах машинописного текста, иллюстрирована 24 таблицами, 34 рисунками. Библиографический указатель включает 167 источников, в том числе 100 отечественных и 67 зарубежных авторов.
Похожие диссертации на Автоматизация деятельности авиадиспетчера: подход на основе исполняемых спецификаций
