Экспертная система расследования лётных происшествий

Экспертная система расследования летных происшествий.

Полезная модель относится к области контрольно-вычислительной техники и может быть использована при разработке требований и норм летной годности.

Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в разработке структуры баз данных и баз знаний, охватывающих полный и расширенный диапазон расследования летных происшествий.

Экспертная система (ЭС) расследования летных происшествий (ЭС РЛП), содержит базу знаний (правил) (БЗ), машину логического вывода (МЛВ), рабочую память, блок объяснения, пользовательский интерфейс, блок приобретения знаний, причем выход блока БЗ и выход блока рабочей памяти (БРП) соединены с первым и вторым входами МЛВ, третий вход МЛВ соединен с выходом блока приобретения знаний, первый и второй выходы МЛВ соединены с входом блока БЗ и первым входом БРП, третий выход МЛВ соединен с первым входом блока объяснения, выход блока объяснения и первый выход блока приобретения знаний соединены с первым и вторым входами пользовательского интерфейса, первый и второй выходы пользовательского интерфейса соединены со вторым входом блока объяснения и входом блока приобретения знаний, дополнительно в систему включены БД режимов полета ЛА, вход которой соединен с четвертым выходом МЛВ, а выход связан со вторым входом БРП, БД по работе операторов управления воздушным движением (УВД), вход которой соединен с пятым выходом МЛВ, а выход связан с третьим входом БРП, БД по внешним воздействиям, вход которой соединен с шестым выходом МЛВ, а выход связан с четвертым входом БРП, БД по человеческому фактору экипажа ЛА, вход которой соединен с четвертым выходом МЛВ, а выход связан со вторым входом БРП, БД по разрушению конструкции ЛА, вход которой соединен с пятым выходом МЛВ, а выход связан с третьим входом БРП, БД по обслуживанию ЛА, вход которой соединен с шестым выходом МЛВ, а выход связан с четвертым входом БРП, в нее также введены блоки БЛОК расчета и моделирования ЛП, БД по заявлениям очевидцев, БД по крокам, БД по проявлению терроризма, БД по аварийным регистрациям, БД по невероятным случаям практического расследования ЛП, входы которых соединены с выходами МЛВ, а выходы связаны с входами БРП.

Область техники.

Экспертная система (ЭС) расследования летных происшествий (ЭС, РЛП) относится к области контрольно-вычислительной техники и может быть использована в разработке требований и норм летной годности.

Уровень техники.

Известна связанная экспертная система (см. патент РФ на полезную модель 29597, 7 G06F 1/00, 2002), включающая базу знаний (БЗ), базу данных (БД), процессор с динамическим запоминающим устройством, соединенный с машиной логического вывода (МЛВ), включающий интерпретатор и селектор, блок объяснений, блок организации взаимодействия с пользователем, введенный в МЛВ блок проверки двойственности, а БЗ выполнена в виде нейронной сети на основе парсептрона, соединенного с селектором МЛВ, вход блока проверки двойственности соединен с селектором МЛВ, а выход его соединен с интерпретатором. Однако предметная область баз данных (БД) известной ЭС ориентирована на задачи опознавания образов и не может решать проблемы расследования авиационных катастроф.

Известна ЭС расследования летных происшествий (ЛП) (см. Improvement of aircraft accident investigation through expert systems. Milosovsky, G 2008, PhD Thesis. School of aerospace. Mechanical and Manufacturing Engineering, RMI Т University. Research Repository), взятая за аналог.

В диссертации PhD рассматривается разработка ЭС для расследования ЛП летательных аппаратов (ЛА). Исследовательский проект содержит обзор проведенных ранее работ и новые исследования по данной теме. Анализируются процессы расследования ЛП в целях повышения безопасности полетов ЛА.

Рассмотрен метод прогнозирования ЛП при использовании статистических данных. Показано использование при разработке ЭС среды быстрого программирования (метод Дельфи), который формирует процесс разработки больших программных комплексов с использованием ранее созданных модулей, выделенных в специальные компоненты.

Однако БД данной ЭС не отличается полнотой предметных областей расследования ЛП, содержит ограниченное число их возможных факторов.

Известна экспертная система (см. патент РФ на полезную модель 83638 G06F 17/00, 2006), взятая за прототип, система определения параметров рационального сокращения должностных лиц в организации, содержащая базу знаний (БЗ), машину логического вывода (МЛВ), рабочую память, блок объяснения, пользовательский интерфейс, блок приобретения знаний, выход БЗ и выход рабочей памяти соединены со входами МЛВ, другой вход МЛВ соединен с выходом блока приобретения знаний, входы МЛВ соединены с входом БЗ и входом рабочей памяти, следующий выход МЛВ соединен с выходом блока объяснений, а выход его и выход блока приобретения знаний соединены со входами пользовательского интерфейса, выходы которого соединены с выходом блока объяснения и входом приобретения знаний, другие вход и выход пользовательского дисплея являются входом и выходом ЭС. В состав ЭС включены блок определения параметров сокращения при отсутствии обязательств по отношению к увольняемым сотрудникам, блоки определения параметров сокращения при жестких обстоятельствах по социальному обеспечению увольняемых сотрудников.

Однако предметная область БЗ описанной ЭС ориентирована на решение организационных социальных задач и не может решать проблемы расследования летных происшествий (ЛП).

Технический результат, на решение которого направлена данная полезная модель, заключается в разработке структуры БД и БЗ, охватывающих расширенный диапазон расследования ЛП.

Существенные признаки.

В ЭС расследования летных происшествий ЛП (ЭСРЛП), содержащей базу знаний (правил) (БЗ), машину логического вывода (МЛВ), рабочую память, блок объяснения, пользовательский интерфейс, блок приобретения знаний, причем выход блока БЗ и выход блока рабочей памяти (БРП) соединены с первым и вторым входами МЛВ, третий вход МЛВ соединен с выходом блока приобретения знаний, первый и второй выходы МЛВ соединены с входом блока БЗ и первым входом БРП, третий выход МЛВ соединен с первым входом блока объяснения, выход блока объяснения и первый выход блока приобретения знаний соединены с первым и вторым входами пользовательского интерфейса, первый и второй выходы пользовательского интерфейса соединены со вторым входом блока объяснения и входом блока приобретения знаний, дополнительно в систему включены БД режимов полета ЛА, вход которой соединен с четвертым выходом МЛВ, а выход связан со вторым входом БРП, БД по работе операторов управления воздушным движением (УВД), вход которой соединен с пятым выходом МЛВ, а выход связан с третьим входом БРП, БД по внешним воздействиям, вход которой соединен с шестым выходом МЛВ, а выход связан с четвертым входом БРП, БД по человеческому фактору экипажа ЛА, вход которой соединен с четвертым выходом МЛВ, а выход связан со вторым входом БРП, БД по разрушению конструкции ЛА, вход которой соединен с пятым выходом МЛВ, а выход связан с третьим входом БРП, БД по обслуживанию ЛА, вход которой соединен с шестым выходом МЛВ, а выход связан с четвертым входом БРП, в систему также введены блоки БД по расчетам и моделированию ЛП, БД по заявлениям очевидцев, БД по крокам, БД по проявлению терроризма, БД по аварийным регистрациям, БД по невероятным случаям практического расследования ЛП, входы которых соединены с выходами МЛВ, а выходы связаны с входами БРП.

Описание фигуры

Для пояснения сущности полезной модели на фиг.1 приведена структура ЭС, где изображены:

1 - База знаний

2 - Машина логического вывода (МЛВ)

3 - Блок рабочей памяти (БРП)

4 - Блок объяснения

5 - Пользовательский интерфейс

6 - Блок приобретения знаний (БПЗ)

7 - База данных (БД) режимов полета летательного аппарата (ЛА)

8 - БД по работе операторов (УВД)

9 - БД по внешним воздействиям, действующих на ЛА

10 - БД человеческого фактора экипажа ЛА

11 - БД по разрушению конструкции ЛА

12 - БД по обслуживанию ЛА

13 - БЛОК расчета, и моделирования ЛП

14 - БД по заявлениям очевидцев

15 - БД по крокам

16 - БД по проявлению терроризма

17 - БД по аварийным регистрациям

18 - БД по невероятным случаям ЛП

ЭС расследования ЛП (ЭСРЛП) содержит БЗ-1 (правил), МЛВ-2, рабочую память-3, блок объяснений-4, пользовательский интерфейс-5, блок приобретения знаний-6. Выход блока БЗ-1 и выход БРП-3 соединены с первым и вторым входами МЛВ-2, третий вход МЛВ-2 соединен с выходом блока приобретения знаний-6, первый и второй выходы МЛВ-2 соединены с входом блока БЗ-1 и первым выходом БРП-3, третий выход МЛВ-2 соединен с первым выходом блока объяснения 4, выход блока объяснения 4 и первый выход блока приобретения знаний-6 соединены с первым и вторым входами пользовательского интерфейса-5, первый и второй выходы пользовательского интерфейса-5 соединены со вторым выходом блока объяснения 4 и выходом блока приобретения знаний 6. Вход БД-7 режимов полета ЛА соединен с четвертым выходом МЛВ-2, а выход связан со вторым входом БРП-3. Вход БД-8 по работе операторов УВД соединен с пятым выходом МЛВ-2, а выход связан с третьим входом БРП-3. Вход БД-9 по внешним воздействиям соединен с шестым выходом МЛВ-2, а выход связан с четвертым входом БРП-3. Вход БД-10 по человеческому фактору экипажа ЛА соединен с четвертым выходом МЛВ-2, а выход связан со вторым входом БРП-3. Вход БД-11 по разрушению конструкции ЛА соединен с пятым выходом МЛВ-2, а выход связан с третьим входом БРП-3. Вход БД-12 по обслуживанию ЛА соединен с шестым выходом МЛВ-2, а выход связан с четвертым входом БРП-3. Входы БЛОК 13 по расчетам и моделированию ЛП, БД-14 по заявлениям очевидцев, БД-15 по крокам, БД-16 по проявлению терроризма, БД-17 по аварийным регистрациям, БД-18 по невероятным случаям практического расследования ЛП соединены с выходами МЛВ-2, а выходы связаны с входами БРП-3.

Система работает следующим образом.

БЗ в начале работы содержит формулировки поставленной задачи, а затем появляется множество фактов, которые программа смогла установить к текущему моменту времени. Рабочее пространство в базе фактов 1 играет роль кратковременной памяти, а факты, которые оно содержит, являются утверждениями описания задачи и способами обращения к долговременной памяти. БЗ-1 состоит из операторов преобразования, выраженных в формате правил. Правила содержат переменные, которые уточняются и приводятся в соответствии известными фактами с помощью процедур квазиунификации или фильтрации в процессе работы МЛВ-2. Унификация является механизмом, который лежит в основе продукционных систем. Она позволяет ответить на вопрос, существуют ли такие комбинации переменных, которые позволяют получить логически идентичные формулы и является составным элементом алгоритма резолюции. При выполнении унификации в МЛВ-2 происходит разрешение конфликтов, управление приоритетами, распространение ограничений, выполняется доступ к памяти. МЛВ-2-интерпретатор, являющийся основной частью ЭС, управляет порядком выводов, выполнение которых представляется в виде последовательности элементарных циклов.

Элементарный цикл МЛВ состоит в следующем:

- Определения: определить правила и относящимся к ним фактам путем унификации (сопоставления с образцом);

- Выбор: выбрать те же правила, которые следует выполнять для эффективного решения задачи;

- Вывод: выполнить действия, используя результаты определения унификации правил, построить новую базу фактов.

Управление ЭС состоит в разрешении конфликтов между правилами, готовыми к выполнению. Выбор правила несет важное значение не только для производительности ЭС, но и для того, чтобы она могла совершенствоваться и «понимать» то, что она делает.

После сбора информации, необходимой для расследования ЛП, вычислительные усилия ЭС направлены на определение причины возникновения ЛП. Использование такой информации требует исследование человеческого фактора БД-10, летательного аппарата БД-7, погодных данных окружающей среды БД-9.

Относительно человеческого фактора исследуются аспекты: данные летного экипажа БД-10, УВД БД-8, качество наземного обслуживания ЛА БД-12, действия, предпринятые летным экипажем в течение ЛП, экологические аспекты.

При работе ЭС БД-10 могут потребоваться данные, связанные с временем полета и категориями летчиков, медицинских анализов и свидетельств, например, если они носили корректирующие очки. Проблемы технического обслуживания и ремонта требуют тщательного анализа.

Экологические аспекты БД-9 возникают при неточных прогнозах, опасных погодных условиях, особенно важных в работе УВД.

ЭС определяет, что выключение в полете одного или нескольких двигателей БД-8, прерванный взлет, слив топлива, требует производить вынужденную посадку, приводит к ЛП. Такие вопросы должны быть отражены в работе УВД БД-10 и учтены в учебе летного состава.

Следует учитывать при проведении расследований ЛП ошибки при техническом обслуживании ЛА и его оборудовании (БД-12). Задаваемые вопросы ЭС: ЛП и его условия в возникновении авиакатастроф, возможные разрушения ЛА в воздухе (БД-11) и на земле (БД-15), по крокам-нанесения на карту останков, деталей ЛА, влияние режима полета, действия по управлению экипажем изменения давления и температуры топлива, течи жидкости из баков; ограниченный вес и выход за пределы центра тяжести. Рассматривать целесообразно ЛП, связанные с отказом двигателей, отказом топливной системы, системы электропитания (БД-8) с использованием аварийных регистраторов (БД-17). ЭС «рассматривает» ЛП комплексно: фюзеляж, кабину экипажа, гидросистему, систему управления и систему шасси. Анализирует состояние механизации крыльев, положение элеронов, закрылков, предкрылков (БД-8). Производится анализ работы силовой установки, системы управления, топливной и масляной системами, системы зажигания, давления топлива, температуры топлива и масла, работа измерителя числа оборотов двигателя. Анализируется круг вопросов, относящихся к системе антиобледенения, стеклоочистителей (БД-9).

В ЭС анализируется работа таких пилотажных приборов как: высотомер, указатель скорости полета, указатель числа М, тахометры, авиагоризонт, вариометр. ЭС запрашивает информацию о эксплуатации ЛА: времени, тип, число полетов, ремонта (БД-8) ЛА.

ЭС запрашивает информацию о кислородной системе, кондиционировании воздуха, герметизации кабины и самолета, сбоях пневматической системы (БД-8).

ЭС рассматривает погодные условия БД-9 при возникновении ЛП, с учетом их восприятия пилотом, свидетелей (БД-14), с учетом средств наблюдения, продолжительности, а также порывов ветра, воздушной бури, температуры, условий облачности, точки росы.

ЭС рассматривает ЛП, связанные с столкновением со стаями птиц, выбросами вулканического пепла и пыли, фиксируемыми системами предупреждения и столкновения (БД-18), а так же препятствия при движении ЛА на ВПП.

Сложный процесс определения и идентификации ЛП должен учитывать и показания экипажа о наблюдении дыма, огня, слуховые и обонятельные признаки, ощущения холода, изменения давления, удары и поражения электрическим током, вибрации.

БД-16 содержит сценарии и реальные факты по борьбе с терроризмом, зафиксированные при длительной эксплуатации парка самолетов.

Экспертная система (ЭС) расследования летных происшествий (ЭС РЛП), содержащая базу знаний (БЗ), машину логического вывода (МЛВ), рабочую память, блок объяснения, пользовательский интерфейс, блок приобретения знаний, выход блока БЗ и выход блока рабочей памяти (БРП) соединены с первым и вторым входами МЛВ, третий вход МЛВ соединен с выходом блока приобретения знаний, первый и второй выходы МЛВ соединены с входом блока БЗ и первым входом БРП, третий выход МЛВ соединен с первым входом блока объяснения, выход блока объяснения и первый выход блока приобретения знаний соединены с первым и вторым входами пользовательского интерфейса, первый и второй выходы пользовательского интерфейса соединены со вторым входом блока объяснения и входом блока приобретения знаний, отличающаяся тем, что дополнительно в нее введены БД режимов полета ЛА, вход которой соединен с четвертым выходом МЛВ, а выход связан со вторым входом БРП, БД по работе операторов управления воздушным движением (УВД), вход которой соединен с пятым выходом МЛВ, а выход связан с третьим входом БРП, БД по внешним воздействиям, вход которой соединен с шестым выходом МЛВ, а выход связан с четвертым входом БРП, БД по человеческому фактору экипажа ЛА, вход которой соединен с четвертым выходом МЛВ, а выход связан со вторым входом БРП, БД по разрушению конструкции ЛА, вход которой соединен с пятым выходом МЛВ, а выход связан с третьим входом БРП, БД по обслуживанию ЛА, вход которой соединен с шестым выходом МЛВ, а выход связан с четвертым входом БРП, в систему также введены блок расчета и моделирования ЛП, БД по заявлениям очевидцев, БД по крокам, БД по проявлению терроризма, БД по аварийным регистрациям, БД по невероятным случаям практического расследования ЛП, входы которых соединены с выходами МЛВ, а выходы связаны с входами БРП.