МЕТОД АНАЛИЗА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАТОРА АВТОМАТИЗИРОВАНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ

УДК 623.765:681.513.6

М.А. Павленко1, П.Г. Бердник2, И.Ю. Хромов1

1Харківський університет Повітряних Сил ім. І. Кожедуба, Харків2Харківський национальный університет им. каразина, Харків

МЕТОД АНАЛИЗА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАТОРА АВТОМАТИЗИРОВАНЫХ СИСТЕМУПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ

В данной статье предложен метод анализа деятельности оператора при обработкеинформации о состоянии объекта управления и выработке решений вавтоматизированной системе информационного обеспечения управления воздушнымдвижением, с учетом решаемых задач управления и свойств информационныхмоделей

Введение. Разработка и внедрениеновейших информационных технологий всистемы человек-машина, установкановых автоматизированных системуправления (АСУ) влечет за собойизменение структуры системыинформационного обеспечения (СИО)деятельности оператора или отдельныхеё элементов. Анализ деятельностиоператора проводился в СИО, приразработке которой главное вниманиеуделялось антропометрическим,физиологическим и психофизиологическимособенностям оператора. Это в своюочередь определило структуру СИО,состав средств отображения, наборинформационных моделей (ИМ) и формпредставления информации о состоянииобъекта управления (СОУ) и другойинформации необходимой для ее оценки.Оператору представляется та информацияо объекте, которая обработана в АСУ,без учета:

необходимости данной информацииоператору;

возможностей оператора по обработкеинформации;

способов обработки информацииоператором;

соответствия информации задачам,которые он решает;

условий деятельности оператора.В современных же АСУ, СИО

разрабатываются с учетомперечисленных особенностей. В такомслучае, использование существующихметодов анализа деятельностиоператора при проектированииперспективных АСУ не возможно, в силутого, что многие особенности каксовременных СИО, так и структурыдеятельности лиц расчетов не учтены.Становится актуальным вопросразработки новых методов анализадеятельности оператора, в современныхАСУ, учитывая такие особенности, какмногоцветовое кодирование информации,

состав динамических информационныхэлементов (ИЭ) и использованиединамически изменяющейся ИМ. Анализ литературы. В литературе[1-3] представлено несколько группметодов, которые использовались дляисследования деятельности операторовАСУ предыдущего поколения, основныеиз них указаны ниже. Операционно-логические методы [1,2]анализа деятельности имеют цельюанализ и синтез структур деятельностина основе языковых средствтехнической кибернетики, вероятностейлогики и теории алгоритмов, теориивероятностей, теории информации,массового обслуживания и исследованияопераций, теории графов и матриц.

Назначение соматографических методов- это оптимизация рабочей позы, атакже компоновки рабочих мест.Языковые средства обеспечиваютсябиомеханикой, антропометрией итехническим черчением.

Психофизиологические методы, с однойстороны, имеют целью устранениеинформационных и кинетическихперегрузок (недогрузок),профессиональный отбор, ориентацию иобучение, а с другой стороны,поставляют необходимые сведения, какдля предметно-функциональных, так идля личностных методов. Здесьиспользуются знания психологических ифизиологических дисциплин,математический аппарат теорииалгоритмов и графов.

Личностные методы предназначены дляпрофориентации и профотбора. Оницеликом основываются на понятийномаппарате дифференциальной психологии,психологии способностей и личности,на многомерном статистическом анализеи психометрическом шкалировании.

Цель статьи. Представлениерезультатов разработки метода анализа

деятельности оператора АСУ пунктауправления воздушным движением.

Основная часть. Наиболееобъективные результаты оценкидеятельности оператора могут бытьполучены на основании проведенияисследований его деятельностинепосредственно на ПУ. Однакопроведение таких исследованийпрактически невозможно в силу большихэкономических затрат.

Построение аналитической моделидеятельности оператора при оценкевоздушной обстановки невозможно всилу отсутствия адекватных способовформализованного описанияинтеллектуальной деятельностиоператора, отсутствия строгогоалгоритма его деятельности,невозможности учета всех факторов,влияющих на процесс его деятельности.В таком случае единственным

доступным способом проведенияисследования деятельности оператораявляется проведение имитационногомоделирования его деятельности.

Имитационная модель позволит учестьгрупповой характер деятельности приоценке ВО, свойства оператора пообработке и декодированию информации,отразить особенности его работы сразличными устройствами отображения(УО) информации, учесть необходимыезатраты времени на выполнениедействий по преобразованию ИМ вконцептуальную модель.

Модель деятельности оператора прирешении задачи определения положенияВО, количественного состав, курсаполета, диапазонов высот и скоростей,может быть представлена следующимграфом (рис. 1).

В представленном графе вершинысоответствуют событиям, например,"информация, представленная на БЭ,воспринята", "ввод команд в ЭВМосуществлен", в то время как ребрамсоответствуют вероятности перехода отодного события к другому, а такжевремя, затрачиваемое на такойпереход. Определим содержание вершинданного графа, а так же смысл ипоследовательность переходов междувершинами (таблицы 1, 2).

При рассмотрении моделидеятельности оператора можно выделитьнесколько ее фрагментов,соответствующих различнойдеятельности оператора: А - работаоператора с другими лицами смены, В -работа оператора с СОИ коллективногопользования, С – работа оператора сСОИ АРМ, D – работа оператора с таблои планшетами, Е – действияоператора, связанные с вводом командв ЭВМ.

Такое выделение фрагментов моделидеятельности позволит провести ееболее полное и всестороннееисследование с учетом особенностейдеятельности оператора при оценкеразличных простых, сложных икритических ситуаций ВО.

Таблица 1.1

Рисунок 1. Модель деятельностиоператора при оценке ВО на ПУВД

События Содержание события

1 Начало работы оператора на ПУ

2,3 Взаимодействие оператора с другими лицами смены

4Анализ информации, которая отображается на большом экране выполнен

5Анализ общей информации, которая отображается на экране АРМ выполнен

6 Анализ обобщенной информациина экране АРМ выполнен

7 Анализ информации, которая представлена ИМ выполнен

8 Введение информации с клавиатуры произведено

9Введение информации с использованием манипулятора мышь произведено

10 Дополнительная информация с планшетов и табло воспринята

11 Оценка информации о ВО выполнена

12 Решение не принято13 Решение принято14 Кнопка подтверждения нажата15 Решение задачи завершено

Таблица 1.2

Рассматриваемая модель деятельностиоператора при оценке различныхситуаций ВО формально может бытьзадана следующим образом [1]:

(1)

(2) где – матрица вероятностейпереходов между событиями ; – матрица времени,затрачиваемого на работу при переходеот события к событию ; - вероятность перехода отсобытия к событию ;

- время, затрачиваемое напереход от события к событию ;

– и соответствуютколичеству состояний, в которых можетнаходиться оператор.

На рис. 1 значения и

заданы как , где .При проведении имитационного

моделирования процесса оценки ВО былииспользованы следующие допущения иупрощения [5].

Для рассматриваемого видадеятельности процесс восприятияинформации фактически сводится кинформационному поиску – нахождению вИМ объектов (признаков),характеризующих свойства сложившейсяВО. Такими признаками, могут быть,например, нарушение одиночнымилетательными аппаратамигосударственной границы Украины илинарушения отдельными воздушнымисуднами режима полёта. Наряду сосновными операциями восприятия иоценки отображаемой информацииоператор отдает распоряжения ипринимает доклады о результатахрешения частных задач другими лицами

Переходы

Действия, которые выполняет оператор при переходе из одного состояния в другоеВосприятие оператором информации на большом экране и экране АРМВосприятие оператором информации, которая отображается с помощью планшетов и таблоПринятие решенияПодтверждение команды на принятие решенияКонец решение задачи

смены ПУ. Условно назовем этидействия вспомогательными [1,2,4].

Таким образом, время оценки ВО -

зависит от времени поиска

информации - и временивыполнения вспомогательных действий -

:

(3)Время информационного поиска

является сложной функцией рядааргументов [1,3,4]:

(4)где - объем информационного поля

(общее число объектов); –априорная вероятность успеха на 1-м

шаге поиска; , где – число

искомых объектов, обладающихзаданными признаками; –психологические факторы, касающиесяорганизации средств отображения иработы ЛПР с ними (яркостьизображения , контрастность ,угловые размеры поля и знаков ,тактика поиска и т.д.).

Аргументы последней группы могутсчитаться постоянными длярассматриваемой системы.Следовательно, необходимо установитьзависимость времени отследующих аргументов:

.(5)

При обработке информации,представленной на СОИ, время,затрачиваемое оператором на однуфиксацию взгляда на объекте, почти независит от того, целевой объектфиксируется глазом или фоновый. В

зависимости от условий восприятиявремя фиксации взгляда составляет:

= 0,025, …, 0,65с и более [1].В ряде работ [1,2] показано, что

для ориентировочной оценки временипоиска информации в ИМ, можноиспользовать выражение:

.

(6)Время выполнения вспомогательных

действий ( ) также является сложнойфункцией ряда аргументов:

,(7)

где - время выдачираспоряжений боевому расчету оподготовке необходимых данных и приемдокладов при решении – ойвспомогательной задачи при оценке ВО( = 1, 2, …, ); - времярешения – ой вспомогательной задачилицами дежурной смены ПУ; –априорная вероятность возникновения– ой вспомогательной задачи.

Многочисленные исследования,например, [1,4], показывают, чтораспределение случайных значенийвремени решения задач при работеоператора с ИМ является, как правило,усеченным, унимодальным инесимметричным.

С сохранением достаточной точностиможно использовать частный случайбета-распределения, плотностькоторого описывается выражением (8):

(8)В этом случае математическое

ожидание времени решения задачоператором ( ) и дисперсия ( )

равны:

(9)Следовательно, для оценки

параметров распределения достаточноиметь информацию только о и .

Таким образом, для оценкиматематического ожидания временивыполнения вспомогательных задачдостаточно знать априорные оценкивероятности их возникновения, а такжеминимальные и максимальные значениявремени выдачи распоряжений и решениячастных задач лицами дежурной смены.

При разработке программнойреализации имитационной моделипроцесса деятельности операторакаждой дуге графа поставлено всоответствие определенное значениевероятности перехода из состояния всостояние, а также время навыполнения работы для такогоперехода. Время нахождения в данномсостоянии находилось из выражения(9). Значения верхнего и нижнегопределов времени нахождения вразличных состояниях были получены из[1].

На основании выделенных группдействий оператора проведемисследование затрат времени при ихвыполнении, а также исследуемдеятельность оператора в условияхвозникновения в воздухе различных посложности ситуаций ВО.

В предложенной моделидеятельности оператора установитьпорядок и последовательностьвыполняемых действий непредставляется возможным. Поэтому вобщем случае, переходы междусостояниями - равновероятны.Однако если предположить

возникновение нарушения режима полетаодиночным судном или группой, то ВОбудет относительно простой, оператордостаточно информирован о ней испособен самостоятельно провести ееанализ и принять решение поинформации, представленной на БЭ. Втаком случае предположим, что переход

имеет следующие характеристики

(0,25; ). При этом суммавероятностей перехода из состояния 1в другие состояния равна 1.

Разработано программное средство,которое позволяет реализовать иисследовать разработанную модельдеятельности оператора по обработкеинформации представленной насредствах отображения информации.Используя эту модель удалось получитьоценку временных затрат, связанных сотдельными действиями оператора,которые направлены на обработкуинформации. Результаты проведенныхисследований с помощью этогопрограммного средства представлены нарис.2 Можно уточнить некоторые аспектыработы оператора, проведядополнительные исследованияпредставленной модели деятельности.Распределение затрат времениоператора на обработку информации,представленной на СОИ получены сиспользованием разработанной моделидеятельности оператора и сиспользованием выражений (1,2,6,8), вусловиях возникновения различных посложности ситуаций ВО. Результатыпредставлены на рис. 5 -7.

54%

16%

16%

7%5% 2%

Работа с большим экраномРабота с СОИ АРМРабота с лицами дежурной сменыРабота с планшетом и таблоВведение данных манипулятором мышьВведение данных с клавиатуры

Полученные распределения затратвремени работы оператора с БЭ при

оценке различных по сложностиситуаций ВО, показывают, чтонаименьших затрат времени удаетсядостичь при условии использования какБЭ, так и дополнительной информацииот лиц дежурной смены. Если жеделается попытка самостоятельнойоценки оператором ВО, то затратывремени увеличиваются в 10-12 раз. Проведенный анализ деятельностиоператора позволяет выявить следующиенедостатки существующей системыинформационного обеспечения, влияющиена эффективность его работы:1. Значительная часть времени при

оценке ВО (до 16%), затрачиваетсяоператором на получениедополнительной информации от лицдежурной смены о ВО и информационныхэлементах, отображаемых в составеСИМ. Данные затраты времениобусловлены низкой информативностьюИЭ, представленных в составе ИМ.2. Значительные затраты времени на

ввод команд изменения параметровотображения ИМ на АРМ.3. Необходимость проведения большого

количества операций декодированияинформации при создании КМ, чтовызвано несоответствием способаотображения информации в СИМособенностям обработки информацииоператором.4.Ограниченное использование средств

автоматизации ПУ для отбора и ИП иформирования ИМ, управленияпараметрами отображения информации наБЭ; получение и уяснение полученныхзадач лицами дежурной смены. Низкаяавтоматизация решения данных задачприводит к большим затратам временина их решение оператором. На основании выявленных проблем

можно определить дальнейшие путисовершенствования информационногообеспечения деятельности оператора,которые могут включать

Рисунок 2. График распределениявремени, которое затрачивает

оператор для решения

совершенствование методов кодированияинформации, формы отображенияинформации, методов отбора икомпоновки информационных элементов,методы построения систем отображенияинформации, совершенствование АРМ,выявить недостатки подготовкиоператоров АСУ.ВЫВОДЫ. Предложенный метод анализа

деятельности оператора позволит

учитывая групповой характердеятельности оператора при оценке ВО,свойств оператора по обработке идекодированию информации, отразитьособенности его работы в системеинформационного обеспечения исформировать требования к методампредставления и отображенияинформации в современных АСУ.

Список литературы1. Хрестоматия по инженерной

психологии / Сост.: Б.А. Душков, Б.Ф.Ломов, Б.А. Смирнов / Под ред. Б.А.Душкова. – М.: Высшая школа, 1991. – 287с.2. Середа Г.К., Бочаров Г.В.,

Репкина Г.В. Инженерная психология. –К.: Вища школа,1976. – 307 с.3. Венда В.Ф. Инженерная психология

и синтез систем отображения информации. –

М.: Машиностроение, 1975. – 398с.4. Пятков Ю.П., Войтович

А.С. и др. Теоретические основыуправления аоенно-техническимисистемами. Учебное пособие(рукопись), ХУПС, 2005г.5. Эргономика. Мунипов

О.В., Зинченко В.П. Моска-2003г.351 с.

Рецензент кандидат техн. наук, проф. Б.Н. Судаков, Харківський національний технічний університет«ХПІ», Харків.

Авторы: ПАВЛЕНКО Максим Анатольевич, Харьковский Университе Воздушных Сил, областьнаучных интересов – применение методов искусственного интеллекта в системахуправления., e-mail: [email protected].БЕРДНИК Полина Геннадьевна, преподаватель ХНУ им. Каразина, область научных интересов –математическое моделирование сложных систем.ХРОМОВ Игорь Юрьевич Харьковский университет Воздушных Сил им. Ивана Кожедуба,курсант.