РЕАЛИЗАЦИЯ ПРИНЦИПА КОНКУРЕНЦИИ ПРИ

РЕАЛИЗАЦИЯ ПРИНЦИПА КОНКУРЕНЦИИ ПРИ ИНТЕРПРЕТАЦИИ
ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СИТУАЦИЙ В ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
О.П. Анищенко, Ю.И. Нечаев
Институт высокопроизводительных вычислений и информационных систем, СанктПетербург
Тел.: (812) 389-63-37, e-mail: [email protected]
Создание интеллектуальных систем (ИС) новых поколений для управления динамическими объектами (ДО)
в различных условиях эксплуатации является одной из актуальных задач практических приложений методов
искусственного интеллекта. При функционировании ИС открывается возможность накопления информации по
реализации сложного взаимодействия ДО с внешней средой в различных условиях эксплуатации, в том числе в
нештатных и экстремальных ситуациях. Разработка адаптивных моделей формализации знаний предметной
области на основе этой информации позволяет совершенствовать алгоритмы функционирования
вычислительных комплексов и модели поведения оператора при принятии решений по управлению ДО.
Накопление информации о нештатных и экстремальных ситуациях осуществляется методами
имитационного моделирования в процессе тестирования и отладки программной системы. Особую сложность
представляет моделирование нестандартных ситуаций из-за отсутствия необходимых экспериментальных
данных, а в некоторых случаях – вследствие чрезвычайного сложного математического описания ситуации,
реализация которого возможна только на основе различных гипотез. В результате оператор в нештатной
ситуации не может принять правильное решение по управлению ДО из-за отсутствия в базе данных ИС
необходимой информации об особенностях ситуации, неточностей при разработке математических моделей и
их ограничений при формализации встроенных процедур порождающих правил, а также – при реализации
соответствующих динамических сцен на базе трехмерной компьютерной графики, в том числе и когнитивной
графики. Таким образом, при разработке ИС нового поколения необходимо проведение фундаментальнопоисковых исследований в области создания методов, технологий и инструментария для адекватного описания
и отображения реальных ситуаций, возникающих в практике эксплуатации.
В данной работе обсуждается реализация принципа конкуренции при функционировании динамической
базы знаний ИС на основе методов адаптивного резонанса, позволяющих формализовать поток информации
при возникновении сложных (нештатных и экстремальных) ситуаций. На основе этих данных осуществляется
моделирование динамических картин взаимодействия с использованием критериальных соотношений, методов
и моделей формализованной базы знаний. Процедуры моделирования в рамках принципа конкуренции
позволяют выбирать именно ту вычислительную технологию, которая кратчайшим путем приводит к получению
результата.
В качестве объекта моделирования рассматриваются экстремальные ситуации для типичных
математических моделей динамики внешней среды и управляемых объектов. Анализ ведется применительно к
задачам оценки одного из важнейших мореходных качеств – потере устойчивости колебательного движения
(остойчивости) при функционировании бортовых ИС реального времени. Моделирование экстремальных
ситуаций осуществляется при движении ДО при различных волновых режимах. Одна из таких ситуаций связана
с движением ДО на нерегулярном попутном волнении. Она характеризуется полной потерей остойчивости,
резонансными режимами (основной и параметрический резонанс), «захватом» ДО, потерей управляемости и
внезапным разворотом («брочинг»). Другая ситуация представляет собой сложное гидроаэродинамическое
взаимодействие ДО с внешней средой в условиях разрушающегося волнения. Реализация встроенных процедур
анализа и интерпретации информации ведется на базе методов и моделей, разработанных в результате
теоретико-экспериментальных исследований.
Оценка динамики объекта при функционировании ИС в рассматриваемых ситуациях производится на базе
встроенных процедур после выполнения логических правил, связанных с оценкой колебательных режимов при
качке ДО на волнении, глубины воды, курсового угла волны и внешних условий. Алгоритм анализа для
разрушающегося волнения построен с использованием принципа конкуренции, предполагающего рассмотрение
двух альтернативных гипотез. Процедура валидации математической модели проведена с использованием
критериев безопасности ДО при движении на попутном волнении в различных экстремальных ситуациях. Анализ
проведен в рамках классической схемы Балчи, расширенной за счет включения цикла, связанного с физическим
моделированием исследуемого явления. Результаты сравнительного анализа используют данные испытаний
самоходных радиоуправляемых моделей на естественном волнении.
В основу анализа динамики объекта на разрушающем волнении в бортовой ИС положена встроенная
процедура, основанная на сопоставлении (в рамках принципа конкуренции) результатов моделирования,
основанных на двух различных гипотезах: первая гипотеза, сформулирована на основе результатов
физического моделирования ситуации и рассматривает динамику взаимодействия как результат развития
стремительного дрейфа от удара разрушающейся волны. Вторая гипотеза рассматривает динамический
процесс как внезапное наклонение ДО в результате удара разрушающейся волны. Начальные условия и
действующие силы в обоих случаях одинаковы. Однако за счет использования различных моделей
взаимодействия результаты моделирования оказываются различными. При анализе альтернатив предпочтение
всегда отдается модели, обеспечивающей большую точность в рамках принятых допущений. При этом ошибка в
опасную сторону не допускается, так как результаты моделирования связаны с оценкой важнейшего
мореходного качества, определяющего безопасность ДО. Математическое описание ситуации согласно первой
гипотезе дается на основе системы дифференциальных уравнений, описывающих бортовую и поперечногоризонтальную качку, тогда как в рамках второй гипотезы используется только дифференциальное уравнение
бортовой качки. Процедура валидации математических моделей проведена с использованием критериев
безопасности ДО при движении на попутном волнении в различных экстремальных ситуациях. Анализ проведен
в рамках классической схемы Балчи, расширенной за счет включения цикла, связанного с физическим
моделированием исследуемого явления. Приведены результаты сравнительного анализа с использованием
данных испытаний самоходных радиоуправляемых моделей на естественном волнении.
При анализе альтернатив на основе разработанных моделей был реализован волновой сценарий и
соответствующий алгоритм оценки изменения скорости ДО, позволяющий определить потерю скорости на
волнении и время движения ДО в порт-убежище в условиях развивающегося шторма. На экране оператора
представляется общий характер зависимостей, определяющих величину падения скорости и абсолютного ее
значения с учетом фактических данных о динамике внешней среды в процессе развития экстремальной
ситуации. При анализе динамических сцен большое внимание уделяется организации интерфейса «Оператор –
ИС». Особенно сложной является разработка адекватного диалога. Компоненты такого диалога связаны с
разработкой, редактированием и генерацией сценариев диалога в нестандартных и экстремальных ситуациях,
требующих привлечения графической информации, в том числе и когнитивной компьютерной графики.
Эффективность разработанной информационной технологии анализа и интерпретации экстремальных
ситуаций в значительной степени определяется согласованностью процесса интеграции информации –
формализованной информации, представленной в базе знаний ИС и текущей информации, поступающей от
датчиков измерительной системы. Обладая полнотой сведений о текущем состоянии объекта управления и его
элементах, оператор заблаговременно преобразует назревающую аварийную ситуацию в нормальную
(штатную) путем поиска творческих решений при информационной и интеллектуальной поддержке по критериям
максимальной эффективности.