В последнее время развивается и активно растет применение БПЛА (беспилотных летательных аппаратов) в различных сферах человеческой жизни: осуществляется геодезическая съемка, топография и многие другие виды географических исследований, они применяются на нефтеперерабатывающих и химических предприятиях, в экономическом и в сельскохозяйственном секторе [1]. Также высока частота использования таких комплексов в военных целях. В последние годы возникла необходимость применения целых комплексов таких беспилотников. Но вместе с тем статистика свидетельствует о том, что количество взлетов и посадок таких БПЛА часто не совпадает (по представленным Пентагоном данным, за 2001–2014 гг. США в общей сложности потеряли 418 беспилотных летательных аппаратов) [2].
Помимо технических неполадок и проблем, связанных с конструкцией, объективно существующих сейчас, открывается и другая, не менее важная проблема – проблема повышения функциональной надежности человека-оператора, управляющего комплексом БПЛА. Проблемы, связанные с человеческим фактором, являются не менее важными, так как внутреннее состояние человека-оператора, управляющего такими комплексами, его работоспособность, нагрузка, надежность, возникающие у него ошибки и вытекающие из этого вопросы – это то, что мы сейчас классифицируем как причины, связанные с человеческим фактором.
В статье представлены результаты исследования, целью которого является повышение функциональной надежности управления комплексом БПЛА, с помощью многофункциональной интерактивной системы [3], предназначенной для повышения надежности функционирования человека-оператора.
Материалы и методы исследования
Для проектирования интерактивной системы, обеспечивающей функциональную надежность оператора, управляющего БПЛА, как адаптивно целеустремленной системы со своей специфичностью, требуется решение комплекса задач. Эти задачи подразделяются на подгруппы, соответственно такие как профотбор, пропуск к текущей работе и слежение (мониторинг) за выполнением управления комплексом БПЛА. К этим задачам относятся основные этапы применения полипараметрической технологии:
– выбор информативных показателей для идентификации состояния;
– формализация состояния в виде «портрета»;
– графическое отображение состояния в виде «портрета»;
– комплексная оценка состояния, определения близости данного состояния с «желаемым»;
– выдача экспертного решения;
– объяснение выбранного решения.
Типы идентификационных «портретов», соответствующих трем типам задач, несмотря на различия в базовых параметрах, формируются на основе общих принципов, с использованием теории нечетких множеств [4]. Различные типы данных, как количественные, так и качественные (принадлежащие к различным типам шкал), приводят к единому диапазону, с построением функций принадлежности множества «желаемых состояний» для каждого показателя.
Результаты исследования и их обсуждение
Трехуровневая интерактивная система, обеспечивающая надежность системы управления комплекса БПЛА, с учетом человеческого фактора позволяет повысить психофункциональную надежность человека-оператора. Как видно из таблицы, данная система направлена на решение трех типов разных задач, таких как профессиональный отбор человека-оператора, допуск к выполнению текущей работы (определение готовности человека-оператора к работе), а также анализ непосредственного психофункционального состояния человека-оператора во время выполнения работы.
Задачи систем и их характеристики
|
Задачи |
Оценка состояния |
Параметры |
Образ |
Рекомендации |
|
Профотбор |
Пригодность к этой профессии |
Профессионально важные качества |
Обобщенный портрет |
Переподготовка |
|
Допуск к выполнению текущей работы |
Психофизиологическое состояние |
Вегетативные параметры: частота сердечного ритма, частота дыхания, кожно-гальваническая реакция и т.д. |
Психофизиологический портрет |
Отклонения от нормального/необходимого/требуемого уровня выполнения работы и рекомендации к психокоррекции |
|
Контроль непосредственного состояния человека-оператора во время выполнения работы |
Динамика текущей деятельности |
Дистантное определение параметров движения рук, движения глаз и др. |
Образ динамики изменения показателей, характеризующих состояние |
Включение обратной связи, информирование вышестоящих работников |
На первом уровне системы выполняется задача профессионального отбора оператора БПЛА. Реализация этой задачи выполняется в диалоговом режиме (рис. 1), где с помощью тестов формируется «обобщенный портрет» человека-оператора, управляющего комплексом БПЛА, на основе выбранных нами характеристик профессионально важных и психофункциональных качеств.
Психолог, управляющий этой системой, для оценки пригодности к работе оператора БПЛА имеет возможность в диалоговом режиме дополнить или уточнить состояние подключением других информативных недостающих признаков.
Человек – оператор БПЛА, объединяющий в себе необходимые качества, такие как качества диспетчера УВД (управление воздушным движением), так и собственно пилота, должен иметь еще и специфические качества в связи с заданной работой.
К профессионально важным качествам добавлены характеристики, которые соответствуют выполнению стратегических, тактических и реактивных функций человека-оператора. Эти функции соответствуют модели интеллектуальной системы управления БПЛА, работающей на трех уровнях, предложенной Д.А. Макаровым, А.И. Пановым и К.С. Яковлевым. Авторами описывается соответствующая архитектура – STRL (от англ. strategic, tactical, reactive, layered) «в условиях коллективного взаимодействия при решении общих и частных задач» [5]. На стратегическом уровне реализуются интеллектуальные функции самого сложного масштаба. Сообщения представлены в знаковой форме, что упрощает обмен информацией с остальными участниками коалиции. На тактическом уровне осуществляется прогнозирование, построение плана и мониторинг по навигации и управлению объектом в пространстве. Нижний уровень, реактивный, работает на построение траектории.
К профессионально важным качествам добавлены характеристики, которые соответствуют выполнению стратегических, тактических и реактивных функций человека-опера-тора. Эти функции соответствуют модели интеллектуальной системы управления БПЛА, работающей на трех уровнях, предложенной Д.А. Макаровым, А.И. Пановым и К.С. Яковлевым. Авторами описывается соответствующая архитектура – STRL (от англ. strategic, tactical, reactive, layered) «в условиях коллективного взаимодействия при решении общих и частных задач» [5]. На стратегическом уровне реализуются интеллектуальные функции самого сложного масштаба. Сообщения представлены в знаковой форме, что упрощает обмен информацией с остальными участниками коалиции. На тактическом уровне осуществляется прогнозирование, построение плана и мониторинг по навигации и управлению объектом в пространстве. Нижний уровень, реактивный, работает на построение траектории.
Рис. 1. Одно из диалоговых окон при работе интерактивной системы
Помимо этого работа человека – оператора комплекса БПЛА имеет свои специфические особенности и условия: часто сопровождается монотонией (несколько часов наблюдать за работой фото- и видеосъемки), многозадачностью, которую необходимо осуществить в ограниченный промежуток времени, удержанием постоянного напряженного внимания на аудио и видеоинформации [6], ответственностью и тяжелыми последствиями ошибок, хронической усталостью и стрессом, вызываемыми всеми этими факторами. И это далеко не все причины. Такая деятельность требует от человека-оператора специфических качеств, свойств и умений.
Опираясь как на нормативные данные, так и на данные литературы, можно выделить несколько групп качеств, необходимых для эффективного выполнения деятельности диспетчера УВД и пилота [7–9]:
1) личностные (ответственность, решительность, предусмотрительность, педантичность, организаторские способности, умение работать в команде и др.);
2) интеллектуальные (оперативное и стратегическое мышление, способность планировать свою деятельность во времени, способность к концентрации, распределению и переключаемости внимания, высокий уровень развития пространственного мышления, хорошо развитые свойства памяти и т.д.),
3) психофизиологические (развитие глазомера, цветовое восприятие и др.),
4) психические (психоэмоциональная устойчивость (стрессоустойчивость), сохранение работоспособности при развивающемся утомлении, высокая помехоустойчивость деятельности и т.п.).
Назначением второго уровня данной системы является допуск человека-оператора к выполнению текущей работы в связи с функциональным состоянием, для выполнения эффективного управления БПЛА. Функциональное состояние не является постоянной характеристикой индивида, а обусловлено как внутренними, так и внешними факторами. Для оценки психофункционального состояния используются комплексные электрофизиологические дан-ные вегетативных систем, такие как ЭКГ, КГР, кривая дыхания и т.д., выбор, которых осуществляется автоматически или по усмотрению психолога. Комплекс программ, осуществляющих оценку функциональных состояний человека-оператора, выдает «психофизиологический портрет» (рис. 2) с соответственными количественными данными и их нормативами. Кроме этого, выдаются интегративные психофизиологические данные, такие как спектральные характеристики вариабельности сердечного ритма, хаотические составляющие других электрофизиологических данных вегетативной системы. На основе комплекса программ, включенных в интерактивную систему, анализируя электрофизиологические данные помимо оценки, выдаются консультативные решения. Ответ, передающийся психологу, является информацией о пропуске человека-оператора в данный момент к управлению комплекса БПЛА или нет. При необходимости дается консультация для прохождения соответствующих коррекционных процедур, связи с наличием трудных состояний (стресс, тревожность, апатия и т.д.) в виде медитации.
Рис. 2. Структурно-функциональная схема экспертной системы
Третий уровень обеспечивает слежение за человеком-оператором при управлении комплексом БПЛА [10, 11]. Слежение за психофункциональным состоянием является одной из труднейших задач оценки, так как во время работы при управлении БПЛА [12, 13] невозможно использование датчиков и внешнего воздействия, для определения реактивности. Адекватным методом для оценки состояния используются видеокамеры, с помощью которых определяются движения глаз, состояние зрачков, движение и положение головы и т.д. Психолог, получая информацию о динамике состояния через интерфейс, имеет возможность воздействовать на человека-оператора посредством обратной связи и при экстренных состояниях возможность доложить вышестоящему. Следует отметить, что при этом используются современные интеллектуальные технологии для распознавания психофункционального состояния человека-оператора.
Заключение
Предлагаемая экспертная трехэтапная система анализа работы человека-оператора в процессе управления БПЛА позволяет минимизировать количество разных типов ошибок, тем самым обеспечив повышение функциональной надежности. Три различные задачи – обеспечивающие профессиональный отбор, допуск к выполнению текущей работы и анализ состояния во время выполнения работы – позволяют оптимизировать деятельность человека-оператора БПЛА.
Использование интеллектуальных технологий на всех этапах позволяет усовершенствовать оценку, прогнозирование психофункциональных состояний и на их основе обеспечить своевременное принятие оптимальных решений, что является перспективным для снижения человеческого фактора и тем самым позволяет снизить коэффициент аварийности, связанный непосредственно с качествами человека-оператора.