Введение в искусственный интеллект в авиации

В истории развития бортового оборудования наблюдался ряд этапов, каждому из которых соответствовал свой облик бортовых комплексов, определявшийся характерными для того времени техническими возможностями и технологической базой. Изначально в бортовом оборудовании применялись разрозненные измерительные и исполнительные устройства, не имевшие информационных коммуникаций друг с другом. Вычислители на борту отсутствовали; информация, получаемая от датчиков, обрабатывалась экипажем вручную, с использованием штурманских инструментов и приспособлений (карт, линеек и т.п.).

Дальнейшее развитие КБО характеризовалось появлением на борту различных независимых функционально законченных систем на базе аналоговых вычислителей с весьма ограниченными возможностями и простейшим программно-алгоритмическим обеспечением. Информационная интеграция систем в составе бортового оборудования отсутствовала – как при обработке измерений, так и при отображении данных экипажу. По сравнению с прежними КБО технологическая база была несколько углублена и расширена.

Анализируя состав и характеристики БРЭО многоцелевых ЛА, определявших лицо отечественных военно-воздушных сил в 60…70-е годы ХХ века, можно сделать следующий вывод: БРЭО данных АК представляло собой набор функционально обособленных и не связанных между собой аппаратно отдельных агрегатов и систем. Это предопределило ряд существенных недостатков:

1. Высокая степень загрузки экипажа, обусловленная как несовершенством ИУП кабины, так и низкой степенью автоматизации управления работой бортового оборудования ЛА.

2. Низкая надежность оборудования, обусловленная невозможностью организации единой автоматизированной встроенной системы контроля и реконфигурации оборудования в полете.

3. Отсутствие комплексной обработки информации, поступающей от датчиков, что определило низкие точностные характеристики навигационного обеспечения целевых действий АК, сложность организации целевого управления, точного целеуказания и т.д.

4. Низкие тактико-технические характеристики систем БРЭО АК, обусловленные несовершенством элементной базы.

Благодаря созданию БЦВС для ЛА военного назначения стало возможным решение задачи информационной интеграции оборудования. Это послужило исходной точкой развития ИКБО.

Наличие БЦВС позволило сформировать «ядро» БРЭО – прицельный пилотажно-навигационный комплекс, смысл организации которого заключается в объединении функций отображения прицельной и навигационной информации на основе единых алгоритмов обработки данных.

Ограниченные вычислительные ресурсы и сложность задач, решаемых ИКБО, потребовали структуризации бортовых алгоритмов по функциональной принадлежности, по составу входных и выходных данных, по степени важности (приоритетности), по частотам выполнения. Кардинальным решением проблемы отставания вычислительных ресурсов от развития методов решения задач на рубеже 80-90-х годов стало появление в составе ИКБО мощных БЦВМ с процессорами класса Intel 386, Intel 486. Практически в то же время на борту появились жидкокристаллические многофункциональные пульты-индикаторы, радикально изменившие содержание и форму взаимодействия экипажа с ИКБО. Все эти изменения существенно преобразили облик бортового оборудования, расширили его функциональные возможности и перспективы.

В настоящее время в качестве центрального звена ИКБО можно выделить бортовые информационно-управляющие системы, которые отвечают за сбор и обработку информации от бортового оборудования и управление его работой. В результате подобной обработки различных параметров информационного пространства ЛА, экипаж получает существенную интеллектуальную поддержку в виде навигационных и целевых данных, данных о параметрах состояния элементов ИКБО, параметрах объекта и окружающей среды.

Однако, развитие ИКБО связано с постоянным усложнением и появлением новых задач, решаемых ЛА. Содержание работы экипажа в воздухе при решении целевых и навигационно-тактических задач характеризуется высокой степенью операционной напряженности. Это обусловлено такими особенностями полета как организация одиночных и групповых полетов в условиях сложной навигационной, тактической и часто метеорологической обстановки, необходимость поиска малоразмерных целей и своевременного применения различных отделяемых средств целевого назначения, действие на малых и предельно малых высотах, на больших скоростях, на пределе тактического радиуса действия ЛА. Быстроменяющийся характер целевых действий современного многофункционального АК делает актуальной задачу предоставления экипажам всей оперативно-тактической обстановки в достаточно большом районе применения. Это позволяет летчикам более эффективно решать задачи целевого назначения, группового взаимодействия, ухода от возможных угроз.

Адекватная оценка тактической обстановки и принятие правильных решений при выполнении режимов и этапов полетного задания является важным условием высокоэффективного функционирования современных и перспективных АК. При выполнении полетного задания экипажи АК должны одновременно решать задачи управления объектом и прицельными средствами, распознавания целей, выбора и применения оружия. Деятельность экипажа включает в себя: оперативное и правильное обнаружение и осознание возникшей проблемы, выявление возможных способов ее разрешения, выбор среди них оптимального (наиболее рационального) способа разрешения этой проблемы, реализацию выбранного способа, контроль результатов своей деятельности. При этом ни отсутствие нужной информации, ни недостаток времени для ее анализа не освобождают летчика от необходимости к определенному моменту времени принять определенное решение.

В результате, присутствие экипажа определяет широкий спектр особенностей и ограничений, накладываемых на процесс управления ЛА. Человеку свойственна небольшая скорость восприятия и переработки информации, малая пропускная способность, ограниченная скорость реакции, недостаточная надежность при выполнении однообразных функций, низкая помехоустойчивость, большая зависимость функционирования от внешних условий и психофизиологического состояния, нестабильность, ухудшение характеристик при продолжительной работе (утомляемость). При решении задач полета экипаж современного ЛА взаимодействует с бортовым оборудованием в сложной, постоянно меняющейся тактической обстановке. Все это приводит к значительным задержкам и высокой вероятности ошибок при принятии и реализации решений в условиях неполной информации о взаимодействующих ЛА и наземных объектах, дискомфорту вследствие отказов отдельных систем и дефицита времени.

По мере появления более сложных задач это положение может еще больше обостриться, если экипажу не будет обеспечена соответствующая информационная и аппаратная поддержка. Исследования показали, что количество информации, получаемой экипажами современных АК, легко может превысить возможности летчика по ее восприятию и пониманию. Особенно это справедливо для одноместных ЛА, где в критических ситуациях летчик решает только те проблемы, которые он считает в данный момент наиболее приоритетными. Отсюда понятно стремление переложить ряд функций, традиционно выполняемых экипажем, на «плечи» бортовых средств вычислительной техники, не отнимая их при этом у человека совсем и сохраняя за человеком приоритет в принятии решений.

Развитие современной АТ требует повышения уровня совершенства и степени автоматизации решаемых на борту задач управления, а также всестороннего учета особенностей, ограничений и возможностей ЛА и его систем. В отличие от бортовых систем предыдущих поколений, где экипажу отводилась центральная роль в управлении достижением целей применения объекта, в настоящее время имеют место тенденции к повышению роли бортовых систем управления с применением методов и технологий управления знаниями. Многомерность, сложность и неоднозначность задач, требующих решения в полете, требуют новых подходов к разработке средств обеспечения вычислительной и информационной помощи экипажам перспективных АК. Для повышения общей эффективности целевых действий ЛА на современном этапе развития АТ складывается необходимость в разработке бортовых ИС, вобравших в себя интегрированный опыт многих квалифицированных специалистов, которые можно назвать «электронными помощниками» экипажа.

Под ИС [Пупков] понимается объединенная информационным процессом совокупность технических средств и программного обеспечения, работающая во взаимосвязи с человеком или автономно, способная на основе сведений и знаний при наличии мотивации синтезировать цель, вырабатывать решение о действии и находить рациональные способы достижения цели.

Традиционные детерминированные и статистические методы обработки данных не справляются с объемами перерабатываемой информации и со сложностью задач, решаемых на борту. Совершенствование известных алгоритмов управления в силу их постоянного усложнения не всегда дает желаемый результат, что требует их реализации с помощью новых технологий и способов. Традиционные методы уже не могут обеспечить повышения качества управления сложными объектами, поскольку не учитывают всех неопределенностей, которые воздействуют на систему и в условиях которых приходится осуществлять поиск решений. Проектирование новой АТ требует разработки и внедрения бортовых ИС с привлечением нетрадиционных способов разработки бортового ПО с использованием методов обработки знаний и современных интеллектуальных технологий.

Бортовые ИС способны взять на себя задачи, связанные с определением целесообразной тактики действий в штатных режимах и в экстремальных ситуациях. Это может быть достигнуто путем рационального распределения, сочетания и дублирования функций экипажа и проблемно-ориентированных «электронных помощников», решающих задачи обеспечения максимальной эффективности применения объекта, эффективной выживаемости, парирования отказов, повреждений и др.

Наиболее перспективными сферами применения ИС для объектов АТ являются следующие направления:
• интеллектуальная навигация и пилотирование (управление выполнением полетного задания, оценка и прогноз оперативной обстановки и т.д.)
• интеллектуальное планирование полетного задания;
• интеллектуальная обработка информации, сбор и анализ данных целевого назначения;
• управление отделяемыми средствами целевого назначения;
• групповые действия и групповое самолетовождение;
• контроль и диагностика КБО;
• техническое обслуживание и ремонт КБО;
• использование ИС в качестве тренажеров и обучающих систем.

Одним из основных путей интеллектуализации решения целевых задач экипажем ЛА является совершенствование информационного обеспечения деятельности экипажа при оценке сложившихся ситуаций и принятия решений в полете. С практической точки зрения на данном этапе развития АТ в условиях постоянно растущего объема информации, подлежащей обработке в полете, это направление представляет особый интерес. Поэтому исследования должны быть нацелены в первую очередь на вопросы роботизации выполнения режимов и этапов полетного задания и снижения напряженности летчика в процессе получения сведений, необходимых для построения информационной модели текущего состояния объекта и окружающей среды.

Появление технологий интеллектуального управления позволяет говорить о возможности принципиально нового подхода к построению программно-математического обеспечения (ПМО) перспективных бортовых вычислительных комплексов.

Разработка сложных систем выдвигает ряд вопросов, которые не могут быть решены средствами только традиционной теории управления. Главным образом, эти вопросы связаны с такого рода неопределённостью в условиях функционирования системы, которая требует реализации процедур принятия решений, подобных тем, что характерны для человека с его спо-собностью к построению эвристических рассуждений и к обучению на основе накопленного опыта. Создание более гибких и эффективных систем управления требует привлечения, наряду с алгоритмическими методами традиционной теории управления, и методов из таких областей, как логический вывод, построение рассуждений, использование эвристик.

Использование алгоритмов обработки знаний позволяет:
• расширить функциональные возможности системы;
• произвести оперативную адаптацию системы к изменившимся внезапно внешним условиям;
• сократить время реакции системы за счет распараллеливания решаемых задач;
• повысить вероятность того, что управляющие воздействия будут адекватными сложившейся ситуации;
• сформировать план решения нестандартной задачи на базе опыта предварительного обучения;
• коренным образом изменить свое внешнее поведение под влиянием внешней среды, отказавшись от решения одной задачи и взявшись за решение другой.

Решение задач интеллектуального управления в технических системах представляет собой активно развивающуюся область исследований междисциплинарного характера, основывающуюся на идеях, методах и средствах таких научно-технических направлений, как традиционная теория управления, искусственный интеллект, экспертные системы и системы общения, нечеткая логика, искусственные нейронные сети и структуры, генетические алгоритмы, ассоциативная память и другие поисковые и оптимизационные алгоритмы.

Сравнительный анализ различных интеллектуальных технологий [Лохин] позволяет выделить ряд общих для них черт, главная из которых связана с использованием классификации тех или иных понятий в качестве средства установления связей между отдельными явлениями рассматриваемой предметной области, наличием механизма представления знаний и логического вывода. Таким образом, особое значение приобретают вопросы разработки так называемых гибридных систем, характеризующихся объединением традиционных технологий с технологиями искусственного интеллекта.


Комментарии запрещены.





Статистика

Рейтинг@Mail.ru