Розробка методів та алгоритмів розпізнавання конфліктних ситуацій у розподілених системах управління динамічними об’єктами

Abstract

Розроблено низку нових методів виявлення та оцінки характеристик конфліктних ситуацій: - узагальнений стохастичний метод оцінки характеристик потенційних конфліктів керо- ваного повітряного руху, який дозволяє визначити ймовірність конфлікту, інтегральну оцінку ймовірності конфлікту, оцінку середнього часу до настання конфлікту. У методі відносний рух літаків розглядається як дифузійний багатовимірний процес загального вигляду, характеристи- ки якого визначаються на підставі прийнятих моделей випадкових відхилень літаків від заданих траєкторій. Основою методу є рівняння ймовірностей конфлікту в загальному вигляді багато- вимірного рівняння в частинних похідних параболічного типу. Врахування імовірнісного хара- ктеру процесу відхилення від заданих траєкторій і кореляційних зв'язків у часі дозволяє одер- жати більш адекватну оцінку конфлікту і вирішувати не тільки задачу оцінки ймовірності по- рушення норми безпечного розділення літаків, але і задачу оцінки ризику зіткнення. - метод оцінки ймовірності конфлікту, що заснований на прогнозуванні стохастичної не- визначеності положення літаків при цьому отримано новий аналітичний вираз для розрахунку імовірності конфлікту в кінцевому вигляді, що дає можливість отримувати високу точність об- числення. - ймовірнісно-імітаційний метод і алгоритм оцінки ймовірності потенційного конфлікту, що дозволяє істотно прискорити процедуру оцінки ймовірності конфлікту шляхом статистично- го моделювання. - композиційний метод оцінки імовірності конфлікту, у якому по-новому визначається імовірність конфлікту через композицію ймовірностей їх станів. Це усуває суттєве обмеження існуючих методів і дозволяє оцінювати ймовірність конфлікту при маневруванні літаків. Розроблено методи вирішення конфліктних ситуацій на основі оптимізаційних задач: - метод оцінки граничнодопустимих моментів прийняття рішення в системі запобігання конфліктів. - оптимізаційно-стохастичний метод розв'язання потенційно конфліктних ситуацій з га- рантованим рівнем безпеки польотів. У методі об'єднується оптимізаційний і стохастичний під- ходи, при цьому критерієм оптимальності може бути економічність, комфортність та ін., а мі- рою оцінки безпеки – ймовірність порушення норми безпечного розділення літаків. При розробці вказаних методів розроблено нові математичні моделі: - математичні моделі, яка описують об'єднаний процес відхилення пар літаків від заданої траєкторії для конкретних умов керованого польоту, які приведено до стандартного багатомір- ного дифузійного процесу. - математична модель рідкісних подій, на основі якої розроблено метод моделювання рі- дкісних подій, що дає адекватне моделювання ситуацій повітряної обстановки в екстремальних умовах руху. Розроблено метод каскадного планування безконфліктних траєкторій, якій дозволяє уни- кати появи вторинних конфліктів, що є характерним для умов „Free Flight”, а також враховує невизначеність прогнозованого положення літаків, що дозволяє підтримувати заданий рівень безпеки польотів. Метод базується на побудові обмежуючих поверхонь допустимих траєкторій і формуванні множини конфліктних областей для кожного повітряного корабля. Аналітичні ви- рази обмежуючих поверхонь допустимих траєкторій отримано як для детермінованої, так і для стохастичної моделей руху повітряного корабля у випадку маневрування в горизонтальній площині за курсовим кутом. Розроблено класифікатор небезпечності ситуацій повітряного руху, при цьому: - сформульовано загальні принципи побудови класифікаторів небезпечності та критерії побудови оптимального простору ознак; - математично сформульовано задачу класифікації та виконано аналіз найбільш важли- вих роздільних функцій, що складають основу класифікації; - розроблено імовірнісний метод багатоальтернативної класифікації небезпечних ситуа- цій, що враховує неточність завдання щільності розподілу ймовірності, в якому кожному з кла- сів ситуацій зіставляється деякий розподіл щільності імовірності. При цьому враховується, що у дійсності при виконанні вимірювань цей розподіл відомий неточно, а з деякою випадковою по- хибкою. У рамках запропонованого методу багатоальтернативної класифікації небезпечних ситу- ацій розроблено такі ймовірнісні методи: – метод класифікації повітряного стану; – метод розрахунку ймовірності правильного розпізнавання класу повітряної ситуації; – метод визначення похибки розрахунку ймовірності правильного розпізнавання класу повітряної ситуації при умові, що щільності розподілу ймовірності відомі неточно. Для кожного запропонованого методу розроблено алгоритм та комп’ютерну програму і проведено комп’ютерне моделювання з порівняльним аналізом з існуючими методами. Отри- мані результати довели коректність методів, їх більш високі показники в порівнянні з існуючими методами і наявність нових якостей, які дозволяють вирішувати задачу розв’язання конфліктних ситуацій в розподілених системах в складних умовах динамічного розвитку повітряної ситуації в умовах невизначеності.