Многоагентное моделирование окружающей обстановки морского судна Специальность: 05.13.18 - «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ» (стр. 1 )

На правах рукописи

ПАВЛЫГИН ЭДУАРД ДМИТРИЕВИЧ

МНОГОАГЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

ОКРУЖАЮЩЕЙ ОБСТАНОВКИ

МОРСКОГО СУДНА

Специальность: 05.13.18 –

«Математическое моделирование, численные методы и

комплексы программ»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ульяновск, 2010

Работа выполнена на кафедре «Вычислительная техника»

Ульяновского Государственного Технического Университета

Научный руководитель:        

Официальные оппоненты:        

Ведущая организация:

Защита состоится  « 09 »  февраля 2011 г. в 15:00 на заседании диссертационного Совета Д212.277.02  при Ульяновском государственном техническом университете в 211 ауд. Гл. корпус.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Ульяновского государственного технического университета.

Автореферат разослан «  »_____________ 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д. т.н., профессор        

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Любое современное морское судно решает навигационные и другие задачи, используя разнородную и богатую первичную информацию, поступающую в его систему управления из многочисленных источников. Одной из важнейших форм интеграции поступающей информации является представление окружающей обстановки судна (ООС), ориентированное на лиц, принимающих оперативные решения. За осуществление интеграции в форме ООС и принятие решений на ее основе обычно несет ответственность специализированная подсистема, включенная в систему управления судном.

По сути дела на такую подсистему интеграции информации возложена задача моделирования ООС с обязательным ее визуальным представлением, способствующим результативному управлению судном и его потенциалом. При этом в текущем состоянии ООС(t) особый интерес представляют надводные и воздушные динамические объекты разных типов, которые пересекают географические границы обстановки, решая собственные задачи, возможно групповые, причем для судна интересны объекты, находящиеся внутри  выделенного окружения.

Необходимо отметить, что результативность моделирования в существенной мере зависит от адекватности представления окружающей обстановки и от форм интерактивного взаимодействия лиц, принимающих решения, с моделями динамических объектов, находящихся в границах ООС.

Множество типов морских судов и разнообразие задач, которые приходится решать, используя информацию об ООС, привело к разработкам разнообразных, чаще всего специализированных, комплексов систем управления (КСУ), настроенных на получение информации от определённых идентификационно-измерительных средств, размещённых как на судне, так и находящихся вне его. 

В то же время, непрекращающееся развитие средств идентификации, измерения и компьютеризации, а также расширение круга решаемых задач управления судном регулярно приводит к повторным разработкам КСУ и созданию новых  комплексов такого типа, повышающих требования к адекватности и качеству освещения ООС. По названным причинам исследования и разработки методов и средств адекватного и результативного освещения ООС являются актуальными.

Обеспечение заданной степени адекватности, включая ее визуальное отражение,  приводит к ряду существенных требований, предъявляемым к программным комплексам моделирования как системам реального времени. Важнейшими из таких требований являются использование единого информационного источника данных и многозадачное распараллеливание процессов, вносящих существенный вклад в спецификацию реального времени. Рациональная реализация этой спецификации имеет принципиальное значение для систем реального времени.

На основании вышесказанного в диссертационной работе была выбрана область исследований, содержание которой определяют методы и средства оперативного представления окружающей надводной и воздушной обстановки судна в открытом море для вахтенного наблюдения, а также для использования в системе управления судном.

Функции объекта исследований в работе выполняют средства моделирования, обеспечивающие сбор первичной информации об окружающей обстановке судна, её обработку, визуализацию и использование в информативных и управляющих целях.

Предметом исследования диссертационной работы является многоагентное моделирование в системах освещения окружающей обстановки  морского судна, нацеленное на достижение приемлемого быстродействия и способствующее оперативному информированию о характеристиках динамических надводных и воздушных объектов в окружении судна, а также развитию систем освещения ООС и повторному использованию программных агентов.

Цель диссертационной работы: Улучшение спецификаций реального времени и повторного использования комплексов программных средств, обслуживающих освещение ООС; повышение адекватности представления и восприятия окружающей обстановки морского судна за счёт использования единого информационного источника данных и возможности как автоматического, так и интерактивного взаимодействия с данными и задачами.

Для достижения цели необходимо решить следующие научно-технические задачи:

1. Оценить возможности адаптации многоагентного подхода к программной обработке информационных потоков значений измеряемых и идентифицируемых  характеристик надводных и воздушных объектов, находящихся в пространстве ООС.

2. Разработать систему моделей для типовых агентов надводных и воздушных объектов, а также для агентов информационных объектов, порождаемых потоками входной первичной информации из доступных источников.

3. Разработать методы многоагентных расчётов в задачах отождествления и группирования надводных и воздушных объектов, в условиях, допускающих их различное именование в формулярах различных РЛС.

4. Разработать совокупность визуальных моделей ООС,  обеспечивающих её интегральное и дифференциальные представления с возможностью не только автоматического и визуального, но и интерактивного доступа к  информационным моделям надводных и воздушных объектов.

5. Разработать программный комплекс «Система многоагентного моделирования окружающей обстановки морского судна», обеспечивающий его использование в тренажёрном режиме и открытый для построения на его базе эксплуатационной версии.

Научную новизну составляют:

Математическая модель информационных потоков в ООС, обеспечивающая унификацию в информационные представления характеристик объектов, поступающих из различных и дублирующих источников, а также их привязку к модельному времени таким образом, что обработку информационных потоков можно распараллелить, нацелив её на формирование единого источника адекватных данных об окружающей обстановке судна. Система типовых программных агентов, осуществляющих обработку информационных потоков об ООС и моделирующих не только надводные и воздушные объекты, находящиеся в текущий момент времени в  окружающей обстановки судна, но и их информационные характеристики в форме, обеспечивающей единообразное представление и взаимодействие агентов  с их программным окружением, что упрощает оперативную настройку системы обработки информации на реально доступные источники первичной информации. Метод многоагентного расчётного отождествления информационных представлений динамических объектов, поступающих от совокупности  радиолокационных станций, в основу которого положены проверка статистических гипотез и решение задачи о приписывании системных имён венгерским методом, что повышает  вероятность корректной идентификации объектов. Метод многоагентного расчётного группирования, выявляющий группы надводных и воздушных объектов и специфицирующего характеристики групп объектов, в который включены эвристические решения, способствующие распараллеливанию вычислений для их исполнения совокупностью программных агентов. Набор визуальных моделей ООС,  представляющих её интегрально и разделяющих интегральную картину на надводную и воздушную составляющие, каждая из которых способствует визуальному оцениванию и интерактивному доступу к объектам обстановки.

Методы исследования

В диссертационной работе применены методы системного анализа, методы математического моделирования, численные методы, методы теории вероятностей и математической статистики, методы объектно-ориентированного и агентно-ориентированного программирования.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается  корректным применением математических методов, согласованностью новых результатов с известными теоретическими положениями, а также опытной эксплуатацией разработанных средств в тренажёрном режиме.

Основные положения, выносимые на защиту:

Математическая модель информационных потоков об ООС, ориентированная на многоагентный подход к структуризации задач моделирования окружающей обстановки морского судна, обеспечивает не только формирование единого информационного источника данных, но и  создание библиотеки программных активов, упрощающих их повторное использование с учётом специфики судна или при модернизации КСУ. Система моделей агентов, включающая агентов для решения задач отождествления и группирования, в которой каждый агент представлен его задачей существования, вводит единообразные средства для взаимодействия с программным окружением и пользователями вахтенной службы.

3. Совокупность визуальных моделей надводных и воздушных объектов  пространства ООС, способствует визуальному оцениванию обстановки без расчётов.

Практическая ценность. В инструментальной вопросно-ответной среде разработано приложение «Система Многоагентного Моделирования Окружающей Обстановки Судна (СММООС)», обеспечивающее его использование в тренажёрном режиме и открытое для построения на его базе эксплуатационной версии.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные программные средства и комплекс методик их использования реализованы в рамках НИОКР, выполненной в ФНПЦ «Марс».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной конференции «Intelligent Systems 2008» (г. Дивноморск) .