ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МАСУ ’’БЕЗОПАСНОСТЬ”
Автоматизированная система управления безопасностью полетов в ГА создается для повышения эффективности существующей системы в решении главной задачи — исключить аварийность в ГА при минимальных затратах ресурсов. Теория и практика повышения БП тесно связаны с информацией и информированием. Процессы информирования и управления неразрывны: полная и достоверная информация необходима как для разработки мероприятий и принятия обоснованных решений по БП, так и для организации работ по реализации этих мероприятий.
Таким образом, важнейшим условием повышения качества разработки мероприятий и принятия оптимальных решений является наличие полных достоверных ранных о всех событиях, характеризующих БП В качестве научного метода информационного обеспечения используется общая методология и ряд конкретных методик авиационной информатики.
Понятийный аппарат авиационной информатики. Авиационная информатика. Авиационная информатика предполагает разработку • информационного обеспечения систем управления деятельностью ГА, в частности, организацию процессов сбора информации, ее обработку и обеспечение исходными данными решения задач в заданные сроки и в определенных формах как в традиционной системе, так и в условиях АСУ.
Поскольку проблема БП затрагивает все основные сферы деятельности ГА, то в задачах автоматизации управления безопасностью полетов
используется в той или иной’степени весь понятийный аппарат авиационной информатики. Поэтому при разработке информационного обеспечения МАСУ ’’Безопасность” авиационная информатика используется в полном объеме.
Целью авиационной информатики при автоматизации управления безопасностью полетов является организация информационного обеспечения всех основных функций управления деятельностью ГА, отвечающего современному уровню развития науки об управлении и информатике. Можно выделить следующие функции управления БП: анализ, оценивание, исследования и прогнозирование состояния БП, планирование мероприятий по БП, разработка мероприятий и введение их в действие, организация и координация выполнения мероприятий, контроль выполнения и оценка эффективности мероприятий по повышению БИ.
Важное значение для решения проблемы повышения БП имеет прогнозирование состояния БП, которое позволяет устанавливать причины аварийности в ГА и факторы, влияющие на БП, намечать перспективные направления исследований, рассматривать варианты возможных путей повышения БП.
При построении системы информационного обеспечения МАСУ ’’Безопасность” полезно рассмотреть отдельные функции руководителей, действующих по неформальным алгоритмам, среди которых можно выделить следующие:
планирование мероприятий — выбор целей и направлений, программ работ, путей и методов их достижения и реализации;
организация — подготовка исполнителей и распределение ресурсов для обеспечения выполнения намечаемых программ, установление взаимодействия между организациями и исполнителями, их прав и обязанностей;
управление — руководство работой в соответствии с планом, контроль и корректировка плана;
связь — обмен информацией между центрами обработки данных, руководителями, организациями и исполнителями.
Информационное обеспечение МАСУ ’’Безопасность” является основой при выполнении системой следующих функций:
сбор, ввод в ЭВМ, хранение, своевременная обработка и представление данных по БП, а также нормативно-справочной информации;
создание основных (базовых) массивов для всех подсистем;
формирование таблиц, построение графиков, блок-схем и т. д,;
представление потребителям исходных данных для использования их в моделях при разработке мероприятий, оптимизация структур авиационных эрготинеских систем, средств обеспечения безопасности и выбор их параметров;
логическая обработка мероприятий по БП в целях контроля сроков их выполнения и оценки эффективности.
При построении информационного обеспечения МАСУ ’’Безопасность” важно учитывать следующие принципы:
при минимальных исходных данных получать максимум информации о событиях, характеризующих БП;
удовлетворять потребности командно-руководящего состава всех направлений деятельности и уровней управления отраслью;
обеспечивать информацией научные исследования и разработки, которые проводят НИИ, вузы ГА и организации промышленности по повышению БП;
получать такие данные и характеристики,’ которые не могут быть получены без использования ЭВМ или требуют больших трудозатрат;
выполнять функции слежения за состоянием БП и систематического информирования руководителей.
В процессе разработки информационного обеспечения МАСУ ’’Безопасность” могут использоваться:
методы классификации и идентификации информации,,такие, как иерархический, многоаспектный, фасетный и др.;
методы построения языков обращения к базам данных и логической обработки информации;
индексация и различные указатели;
способы построения форм документов и их реферирования; словари, тезаурусы, ключевые слова и термины; методы организации массивов и распределения информации в базах данных;
методы агрегирования информации; средства и методы отображения информации.
Все информационные понятия, применяемые в МАСУ ’’Безопасность”, их количество, полезность и ценность должны рассматриваться совместно с задачами, решаемыми системой с учетом уровней управления и функциональной специфики деятельности командно-руководящего состава предприятий ГА, УГА и МГА.
Изложенное показывает, что развитие авиационной информатики и, в частности, информационного обеспечения системы управления БП в настоящее время связано с использованием вычислительной техники, информационно-вычислительной сети и связи. Следовательно, авиационную информатику можно рассматривать как научное направление об информации деятельности ГА и одном из важнейших ее показателей — безопасности полетов, ее сбора, хранении, переработке и использовании в условиях применения вычислительной техники, обеспечивающей создание информационного обеспечения МАСУ ’’Безопасность”.
Авиационная семиотика как инструмент исследования информации по БП. Авиационная семиотика является отдельным направлением в авиационной информатике, которое использует информацию о деятельности ГА, в том числе и о БП, при проектировании автоматизированных информационных систем управления. Авиационная семиотика использует в исследованиях авиационной информации методы и подходы обшей науки о знаках и знаковых системах — семиотики. Она изучает обмен информацией в авиационных системах и служит инструментом теоретических исследований по созданию методологии проектирования информационного обеспечения.
Применение авиационной семиотики в исследовании информации по БП может осуществляться для решения следующих задач.
1. Разработка методов формализованного описания событий, процессов и явлений, характеризующих БП, с целью более адекватного их моделирования.
2. Создание форм отображения информации по БП в виде показателей БП, таблиц, документов, специальных текстов, позволяющих более целенаправленное использование информации для разработки мероприятий и принятия решений по повышению БП, а также для организации хранения и обработки данных на ЭВМ в МАСУ ’’Безопасность”.
3. Разработка методологии построения языков, диалога между человеком и машиной.
4. Исследование процессов агрегирования информации при передаче с низших иерархических уровней на высшие, обеспечивающие реализацию требуемых воздействий на факторы БП, характерных для каждого уровня.
5. Осуществление унификации понятия, показателей, документов в различных подсистемах комплексной МАСУ ’’Безопасность”.
6. Выполнение внутримашинной логической сортировки показателей и формирование требуемых форматов данных, подлежащих обработке по алгоритмам анализа, оценивания и исследований БП.
7. Исследование потоков информации по БП в целях выбора комплекса технических средств, при этом определяются объемно-временные характеристики информации.
Используются все три аспекта семиотического анализа: синтаксический, семантический и прагматический.
При синтаксическом анализе информации по БП исследуются сочетания знаков в слове, слов в показателе и показателей в документе. Синтаксический подход применяется в задачах определения числа передаваемых или перерабатываемых знаков.
Семантический анализ осуществляется для ведения документов и языков описания событий, при которых производится обновление понятий и значений отдельных терминов по мере развития авиационной техники, систем ее летной и технической эксплуатации с учетом изменений в организационно-штатной структуре ГА и др.
Прагматический аспект анализа информации по БП предусматривает непрерывное изучение новых постановок задач исследований факторов БП, для которых необходимо обеспечить удобство использования исходных данных, целесообразность введения новых понятий с учетом повышения эффективности решаемых в подсистемах МАСУ ’’Безопасность” задач. Для каждой конкретной задачи определяются объемы исходных данных, поступающих из других подсистем АСУ ГА.
По характеру решаемых задач авиационная семиотика может быть разделена на теоретическую, описательную и прикладную.
Теоретические исследования проводятся в целях количественной оценки полезности информации для разработки мероприятий и принятия решения по повышению БП, регламентирования обеспечения данными различных организаций и должностных лиц, рационализации систем обработки информации с учетом экономической эффективности.
На описательном уровне разрабатываются формализованные документы сбора информации и представления ее в центры обработки, классификаторы, показатели, вспомогательная документация, выходные формы, методы унификации документов и их формирования.
Прикладное направление связано с конструированием информационных языков для подсистем МАСУ ’’Безопасность”, совершенствованием существующих форм документов, проектированием документов для вновь разрабатываемых подсистем и комплексов задач, созданием систем кодирования с учетом требуемой надежности и достоверности обработки данных, требований со стороны техники и обслуживающего ЭВМ персонала.
Таким образом, авиационная семиотика является эффективным средством разработки МАСУ ’’Безопасность” как обеспечивающей ее части, так и математических методов исследований и анализа факторов БП с использованием вычислительной техники.
Языки системы управления безопасностью полетов. Одним из объектов изучения авиационной семиотики являются язык системы управления БП в целом и языки отдельных подсистем. С помощью языков реализуются функции обмена информацией как внутри подсистем, так и между ними при решении комплексов задач управления факторами БП. При этом языки характеризуются возможностью передачи необходимого объема информации, т. е. способностью отображать весь набор данных, описывающих события, информативностью (способностью минимальным количеством символов передавать требуемые данные о событиях, характеризующих БП, и количественными характеристиками: числом знаков и комбинаций из них).
Язык системы управления БП, являясь подъязыком общего национального языка, отличается наличием специфических показателей и терминов. Он характеризуется следующими специфическими особенностями: специальной терминологией; узким набором понятий; самостоятельностью слов и словосочетаний в текстах; преобладанием наименований; возможностью создания тематических списков; наличием сокращений при выражении показателей.
Основную информацию управления факторами БП составляют детерминированные понятия, которые образуют определенные наборы показателей и формы документов, характеризующие функциональную структуру системы. Язык системы управления БП является основой информационного обеспечения комплексной МАСУ ’’Безопасность”.
Рассмотренный выше понятийный аппарат, введение понятия дете — , рминированной информации системы, языка системы управления факто — ( рами БП и авиационной семиотики позволяют:
Ї произвести упорядочение и минимизацию исходной информации
путем определения наиболее характерных для данной подсистемы информационных показателей, терминов и понятий с целью подготовки информации для автоматизированной обработки и использования методов и алгоритмов авиационной информатики в решении задач повышения уровня БП;
использовать единый подход при разработке и совершенствовании информационного обеспечения подсистем комплексной МАСУ ’’Безопасность”;
создать методологию разработки информационных языков подсистем на основе моделирования языка системы управления факторами БП.
При создании информационного языка МАСУ ’’Безопасность” можно выделить следующие этапы.
1. Разработка перечней документов, показателей, словарей и классификаторов информации по БП.
2. Систематизация компонентов языка системы и установление связей между ними.
3. Выбор языка для каждой конкретной подсистемы.
4. Разработка информационного языка как средства логической обработки данных в автоматизированной подсистеме.
Источником экономического эффекта от применения языка управления факторами БП является уменьшение количества знаков, обрабатываемых на ЭВМ и средствах подготовки, и передачи данных.
Состав информационного обеспечения МАСУ ’’Безопасность”. Под информационным обеспечением АСУ, в том числе и МАСУ ’’Безопасность”, понимается совокупность систем показателей, классификаций информации, языков описания данных, структур массивов и документации. При разработке информационного обеспечения МАСУ ’’Безопасность” учитывались следующие аспекты существующей системы:
состав информации, т, е. перечень показателей, описывающих события, которые характеризуют БП. Кроме того, все необходимые для анализа, количественных оценок и исследований БП константы, коэффициенты уравнений АЭС, ограничения параметров, характеристики производственной (летной) деятельности — все это объединяется понятием нормативно-справочной информации (НСИ);
форматы отображения информации и алгоритмы ее переработки, декомпозиция и методы агрегирования на различных иерархических уровнях;
объемно-временные характеристики по всем маршрутам движения информации по БП, схемы документооборота;
показатели качества информации (полнота, достоверность, значимость, оперативность и др);
методы сбора и получения информации, источники.
Эти аспекты необходимо рассмотреть и с позиции семантических уровней анализа информации: прагматического, семантического и синтаксического. На прагматическом уровне анализируется модель существующей системы, выявляются задачи, подлежащие автоматизации, и определяется состав исходной информации для каждой задачи. На семантическом уровне исследуется исходная информация на соответствие требованиям автоматизации процессов управлений факторами П. На семантическом уровне определяются пути и методы сбора исходных данных и их агрегирования.
Описание информационного обеспечения в предпроектных работах и проектной документации на подсистемы МАСУ ’’Безопасность” осуществляется в следующих аспектах.
Функциональный аспект предусматривает описание внутреннего информационного обеспечения и информационного обеспечения управления факторами БП. К функциям внутреннего информационного обеспечения относятся ведение массивов информации, их хранение, обработка по алгоритмам анализа, оценки и исследований факторов БП и распределение массивов по вычислительным центрам. Ведение может осуществляться постоянно, периодически, по требованию с запаздыванием или опережением. При ведении определяется объект, оператор, источник информации и метод ведения (ввод, вывод). При хранении может производиться фильтрация информации, т. е. отбор данных в соответствии с требованиями решаемых задач анализа информации массивов длительного хранения, а также сортировка, размещение по принятым признакам в массивах, обновление и изменение отдельных записей и показателей. Процесс обработки информации связан с решением задач поиска данных в массивах, логических преобразований, сопоставления текущих значений с константами, группировки, сортировки, аналитических и математических операций по расчету показателей БП. Для распределения результатов обработки информации создается специальная программа, которая осуществляет формирование выходных документов и отображение информации на видеотерминалах. Передача выходных данных производится как по каналам электросвязи, так и по почте с учетом требований защиты от несанкционированного доступа.
Структурный аспект отражает описание знаковых характеристик информационного обеспечения, которые включают в себя классификацию информации, систему показателей, информационный язык, организацию массивов, языки обращения к массивам. Центральным звеном классификации информации является показатель, так как он служит для наполнения форматов документов и массивов хранимой информации. От классификации информации зависит способ записи показателей в массивах, структура массивов, способ поиска и процедуры переработки информации. Следовательно, классификация представляет хобой информационный язык системы. В МАСУ ’’Безопасность” основным средством передачи информации являются записи событий, характеризующих БП и совокупности отдельных показателей летной деятельности. Эти записи выполняются в виде документов на бумаге или на машинном носителе. Формы документов должны быть удобны для автоматизированной обработки. Поэтому ряд форм, используемых для сбора и передачи информации по БП, подвергаются переработке.
Язык общения пользователя с системой (оператора, администратора базы данных с массивом) определяется структурой и содержанием информационного языка, структурой массивов, функциями подсистем и возможностями технических средств.
Основные принципы разработки типовых проектных решений по информационному обеспечению следующие:
единый методологический подход при разработке информационного обеспечения всех подсистем комплексной МАСУ ’’Безопасность”;
совместимость информационных языков подсистем и языков общений пользователей с массивами;
единство структур построения подсистем, предусматривающее использование типовых блоков;
унификация построения форматов документов, предназначенных для сбора, передачи и анализа информации, с учетом требований автоматизированной обработки.
Этапность разработки информационного обеспечения МАСУ ’’Безопасность” такая же, как и для всех АСУ, т. е. работа начинается с обследования существующей системы: изучаются информационные потребности организаций, разрабатывающих мероприятия, и лиц, принимающих решения по повышению уровня БП.
На основании анализа функциональных задач, решаемых в подсистемах МАСУ ’’Безопасность”, определяется состав показателей, описывающих события, которые характеризуют БП. При этом устанавливаются перечни событий, используемые в каждой подсистеме и описывающие их характеристики. Это исходная информация для формирования основных массивов длительного хранения на машинных носителях.
В результате упорядочения и структуризации создаются классификаторы характеристик событий, составляющих исходную информацию по БП. При рассмотрении путей сбора и передачи информации в центры обработки данных определяются временные характеристики потоков этой информации.
Системы показателей для описания событий, характеризующих БП. Нет единого установившегося понятия показателя. Для информационного языка МАСУ ’’Безопасность” под показателем следует понимать регламентируемую характеристику события, объекта, участвующего в событии, явления, сопровождающего событие, и причины (факторы) события.
Событиями, характеризующими БП, являются АП, ПАП, ПВС, ЧПа — это крупные события, а более детальные — это отказы авиационной техники, ошибочные действия, нарушения и временная потеря работоспособности личным составом.
В качестве объектов этих событий выступают авиационные комплексы, включающие авиационную технику, личный состав, средства (системы) обеспечения полетов и управления воздушным движением. К явлениям здесь относятся всякого рода внешние воздействия, природные, климатические и другие условия, в которых произошло событие.
Причины (факторы) событий определяются комиссиями и должностными лицами, которые расследовали и анализировали событие. Перечень причин (факторов) регламентируется и осуществляется их классификация по различным признакам, основным из которых является принадлежность к объекту, прямо или косвенно участвовавшему в событии.
Показатели событий, хранимых в массивах МАСУ ’’Безопасность”, характеризуются иерархической структурой, которая определяет глубину анализа и описания событий. Описания событий диктуются целями и задачами, решаемыми подсистемами, При этом используется связь между показателями. Например, при описании адреса неисправности в подсистеме ’’Надежность АТ” указываются: тип• воздушного судна, наименование системы, блока, узла, детали. Таким образом под системой показателей в данном случае понимается состав показателей, их классификация и взаимосвязь,
Одним из важных требований к системе показателей МАСУ ’’Безопасность” является обеспечение агрегирования информации при передаче ее по иерархическим уровням ГА, при которой производится интегрированная обработка показателей разных подсистем. При интегрированной обработке накладываются дополнительные требования на условия хранения и поиска информации, поскольку выполняются многократные перегруппировки данных, необходимых для решения конкретных задач, сопоставления с едиными требованиями любых данных
независимо от того, как они были получены. Эти операции должны обеспечить возможность избавиться от больших объемов информации, передаваемой на верхние уровни, и громоздких форматов ее отображения при — достаточной для решения задач на данном уровне информативности.
Система показателей отображается в виде формализованного описания информационных совокупностей, т. е. групп сведений, описывающих события, которые характеризуют БП. Информационные совокупности, используемые в подсистемах МАСУ ’’Безопасность”, различаются по объему и составу информации. Наибольшее применение нашли следующие формы записей информационных совокупностей: последовательное перечисление (список) показателей, например, формализованный отчет об АП, ПАП, ПВС, ЧПа; карточка учета отказов и неисправностей АТ; таблица или матрица показателей, граф показателей, многомерный вектор или предикат Р(х^, х2, ■ ■ ., хп), тлех. — координаты или показатели, отражающие значения или признаки с определенным лексическим содержанием.
В информационных совокупностях МАСУ ’’Безопасность” существуют взаимные связи между показателями. Описание этих связей производится на основе анализа синтаксико-семантической структуры показателей. При этом рассматривается процесс порождения последующего символа из предыдущего (правило порождающей грамматики). В результате получим показатель, составленный из исходного символа, например, ’’Номер события” — а (первого порожденного символа), например, ’’Описаниеместа события” — Ъ (второго порожденного символа) , например, ’’Рельеф местности” — с (третьего порожденного символа), например, ’’Холмистая” — d, т. е. abed.
Принципы классификации информации в МАСУ "Безопасность”. Во временном аспекте различаются информации длительного и кратковременного хранения. Массивы информации длительного хранения должны содержать данные, необходимые для оценивания, анализа и исследований состояния БП за любые периоды календарного времени. Вся прочая информация не нуждается в длительном хранении, она выводится из памяти ЭВМ (уничтожается) сразу после решения задачи. К этому виду информации относятся и такие данные, которые подвергаются периодическому изменению или обновлению.
По назначению всю информацию, используемую в МАСУ ’’Безопасность”, можно разделить на два класса.
1. Исходная информация, содержащая данные, которые используются для описания события, характеризующих БП, и мероприятий, проводимых по повышению БП. К ней относятся также значения параметров полета и критериев оценки, полученные по результатам обработки записей бортовых регистраторов по алгоритмам диагностики и прогнозирования состояния БП.
2. Нормативно-справочная информация, включающая данные, которые необходимы для расчета показателей БП, характеристики технических и организационных систем, а также объектов, использующиеся при анализе и исследованиях состояния уровня БП. К ним относятся значения часов налета и количества посадок ВС, количество перевезенных пассажиров, тонно-километров и другие данные о транспортной деятельности, данные об экипажах, о специалистах НАС и персонале УВД, социально-биографические, медицинские сведения, показатели проверок и тестирования, аэродинамические характеристики ВС и ограничения по условиям БП, установленные для технических систем и летно-диспетчерского состава.
Исходная информация разделяется на два уровня по значимости событий. Первый уровень — это крупные события АП, ПАП, ПВС, ЧПа. Второй уровень — менее значительные: отказы и неисправности авиационной и наземной техники, ошибочные действия, нарушения и временная потеря работоспособности на рабочем месте личным составом, принимающим участие в выполнении и обеспечении полетов.
Первый уровень характерен весьма обширным описанием всех аспектов события: общие данные, история полета, информация по личному составу о воздушном судне, сведения о наземных средствах обеспечения полета, об аэродроме, метеорологическая информация и т. д. Здесь представлена полная классификация информации по БП, выполненная по принципу принадлежности ее к объектам и условиям, причастным к событию.
На втором уровне используются только те данные, которые описывают рассматриваемое событие при формировании основного массива. Например, выход какого-либо параметра полета за установленное ограничение описывается показателями, характеризующими, с одной стороны, координаты (адрес) события (номер ВС, тип ВС, дата и др.), а с другой — экстремальное значение параметра и время пребывания за пределами допуска, При анализе БП по информации второго уровня требуются детальные данные о личном составе, технике и условиях полета. Поэтому создаются дополнительные массивы информации, с которыми взаимодействует основной массив.
По отношению к ЭВМ информация делится на внутреннюю и внешнюю; в свою очередь внешняя — на входную и выходную. В МАСУ ’’Безопасность” входная и выходная информация представлена на естественном языке, а внутренняя — на внутримашинном информационном языке системы.
Информационные языки МАСУ ’Ъезопасность”. Язык МАСУ ’’Безопасность” является сочетанием естественного языка алгоритмических, машинных языков, языков организации базы данных, обращения к массивам и информационных языков.
Под информационным языком (ИЯ) понимается совокупность правил предоставления информации, которая позволяет при обработке смысла использовать формальные процедуры. Поскольку ИЯ является промежуточным звеном между естественным ЯЗЫКОМ и ЯЗЫКОМ машины, при разработке ИЯ для подсистем, входящих в состав комплексной МАСУ ’’Безопасность”, необходимо добиваться следующего:
возложения на ЭВМ наибольшего числа задач, требующих выполнения логических операций и переработки смысла;
упрощения общения с машиной;
унификации, обеспечивающей обмен информацией между подсистемами,
возможности объединения всех подсистем в единую МАСУ ’’Безопасность”;
обеспечения длительного хранения информации.
Информационный язык должен быть достаточно гибким, точным и однозначным при описании событий, передаче информации. Он должен обеспечивать формализацию анализа и исследований факторов БП. Информационный язык является самым динамичным элементом системы, поскольку очень часто меняются в процессе своего развития авиационная техника, организационные звенья гражданской авиации и др. Поэтому ИЯ МАСУ ’’Безопасность” необходимо периодически корректировать, уточняя и обновляя его смысловые категории. Выбор вида ИЯ зависит от режима работы подсистемы и от организации базы данных.
Для массивов оперативной готовности, обеспечивающих оперативный режим, преимущество имеет некодированная информация. Следовательно, здесь предпочтительно использовать тезаурус или списковую форму записи информации. Эти языки целесообразно использовать в подсистемах, где объем используемых понятий очень большой. К такой подсистеме, в частности, относится ’’Эффективность”. Для формирования основных массивов длительного хранения, обеспечивающих пакетный режим, удобна кодированная информация. В этих случаях целесообразно использовать классификаторы.