авторефераты диссертаций www.z-pdf.ru
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
 

На правах рукописи

МУРАВЬЕВ Иван Станиславович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДОВ ОБУЧЕНИЯ

ПИЛОТОВ ВЕРТОЛЕТОВ НАВЫКАМ БЕЗОПАСНОЙ ПОСАДКИ ВНЕ

АЭРОДРОМА В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ВНЕШНЕЙ

ИНФОРМАЦИОННОЙ СРЕДЫ

05.22.14 – Эксплуатация воздушного транспорта

(технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт - Петербург2015

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

ЗУБКОВ Борис Васильевич

доктор технических наук, профессор,

профессор кафедры безопасности полетов и

жизнедеятельности ФГБОУ ВПО «Московский

государственный технический университет

гражданской авиации»

ЛЕБЕДЕВ Антон Александрович

кандидат технических наук,

начальник отдела авиации (авиационно-

спасательных технологий и организации

применения беспилотных летательных аппаратов;

Центра по применению БЛА) Дальневосточного

регионального центра МЧС России

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Ульяновское

высшее авиационное училище гражданской

авиации (институт)», г. Ульяновск

2

Работа выполнена на кафедре летной эксплуатации и профессионального

обучения

летного

персонала

ФГБОУ

ВПО

«Санкт-Петербургский

государственный университет гражданской авиации»

Научный руководитель:

КОВАЛЕНКО Геннадий Владимирович

заслуженный работник высшей школы РФ,

доктор технических наук, профессор,

заведующий кафедрой летной эксплуатации и

профессионального обучения летного персонала

ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский

государственный университет гражданской

авиации»

Защита состоится «19» февраля 2016 г. в 10:00 часов на заседании

диссертационного

совета

Д

223.012.01

на

базе

ФГБОУ

ВПО

«Санкт-

Петербургский государственный университет гражданской авиации» по адресу:

196210, г. Санкт-Петербург, ул. Пилотов, 38, ауд. 334

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте университета

http://spbguga.ru/530-ob-yavleniya-o-zashchite-dissertatsij

Автореферат разослан «

» декабря 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 223.012.01

Я.М. Далингер

кандидат технических наук, доцент

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Анализ научной литературы, нормативных

документов и имеющейся программы подготовки летного состава армейской

авиации показал, что при освоении летчиками захода на посадку на площадку с

самостоятельным подбором с воздуха, особенно на первоначальном этапе

обучения, отсутствует учет как когнитивного ресурса командира вертолета, так

и особенно важного информационного ресурса, хотя он не зависит от

индивидуальных особенностей пилота. Другим важным фактором, который

влечет за собой низкую эффективность профессиональной подготовки пилотов,

является неучет перехода пилотов вертолетов из ассоциативной фазы обучения

в автономную при выполнении тренировочных полетов с посадкой на

площадку вне аэродрома.

Проведение анализа авиационных событий с вертолетами армейской

авиации, связанных с ошибками в технике пилотирования за последние десять

лет, и анализа процесса обучения за последние семь лет подтвердило сложность

и недостаточную эффективность подготовки из-за отсутствия учета указанных

факторов в профессиональной подготовке (ПП) пилотов.

Степень разработанности проблемы. Несмотря на вклад в изучение

проблем совершенствования ПП летного состава многих ученых, среди

которых следует отметить работы Н.А. Бернштейна (CCCР), К.Э. Шеннона

(США), Г.А. Крыжановского, Е.А. Куклева, Ю.Е. Хорошавцева, В.Г. Ципенко,

С.Г. Косачевского, Б.В. Зубкова, В.А. Пономаренко, В.С. Новикова, проблема

подготовки экипажей вертолетов заходу на посадку вне аэродрома остается

недостаточно изученной.

Эта проблема оказывает непосредственное влияние на безопасность и

экономичность полетов, а также на боеготовность авиационных частей

государственной авиации в условиях перевооружения армии РФ.

В документах, регламентирующих летную работу, определен порядок

подготовки летного состава, в котором не всегда эффективно учитываются два

указанных фактора. Поэтому актуальными являются разработка метода,

позволяющего

организовать

обучение

с

учетом

когнитивного

и

информационного ресурсов, а также установление момента перехода пилотов

вертолетов из ассоциативной фазы обучения в автономную при выполнении

тренировочных полетов с посадкой на площадку вне аэродрома.

4

Диссертация базируется на работах автора, выполненных с 2010 года по

настоящее время в Санкт-Петербургском государственном университете

гражданской авиации и в войсковых частях армейской авиации Восточного

военного округа.

Объект исследования: процесс профессиональной подготовки летного

состава государственной авиации.

Предмет исследования: методы и алгоритмы предъявления информации

пилоту в ходе его профессиональной подготовки.

Цель

диссертационной

работы:

повышение

эффективности

и

надежности профессиональной подготовки летного состава при обучении

заходу на посадку вне аэродрома.

Для достижения указанной цели поставлены следующие

задачи

исследования:

- провести анализ научных и методологических особенностей процессов

формирования у оператора навыков захода на посадку вне аэродрома в ходе

обучения в реальных полетах и на тренажерах с учетом неопределенности

информации о предполагаемой ситуации;

-

исследовать

проблему

зависимости

момента

приобретения

профессионального уровня обученности от применяемых методов и моделей, и

проблему определения длительности периода состояния пилота в первичной

ассоциативной фазе обучения в процессе подготовки к заходу на посадку вне

аэродрома;

- провести анализ существующих принципов и моделей обработки

информации, используемых для описания процессов обучения операторов по

управлению техническими системами на основе традиционных подходов;

- обосновать применимость модели Бэйеса и принципа Шеннона – Винера

для

совершенствования

системы

обучения

по

критериям

снижения

трудоемкости

обучающих

процедур

и

снижения

сроков

обучения,

в

особенности при и их использовании в войсковых частях;

- разработать алгоритм расчета параметров предъявляемой пилоту

приборной и иной информации, позволяющий оценивать меру воспринимаемой

информации в условиях избыточности;

-

разработать

метод

формирования

полноты

(достаточности)

предъявляемой

пилоту

информации

на

основе

модели,

учитывающей

особенности информационного канала связи «летчик – внешняя среда»;

5

- разработать методику обучения командира вертолета заходу на

площадку с подбором режимов и своевременного принятия решения для

успешного выполнения посадки.

Методы исследования. При выполнении диссертационной работы

использовались методы моделирования информационных процессов, метод

имитационного моделирования, вероятностно-статистические методы, метод

обучения парным ассоциациям, экспериментальный метод, метод групповой

экспертизы.

Положения, выносимые на защиту:

1. Метод формирования полноты (достаточности) предъявляемой пилоту

приборной и иной информации, необходимой для выполнения безопасной

посадки, позволяющий точно оценивать количество воспринимаемой пилотом

информации за счет использования принципа Шеннона – Винера и модели

Бэйеса.

2. Математическая

модель

и

результаты

обработки

эксперимента

обучения в полете, основанные на применении принципа парной ассоциации,

которые позволяют установить, что период первичной ассоциативной фазы

обучения при подготовке пилотов к полетам на площадку заканчивается, как

правило, с 45-й по 50-ю посадку, что в свою очередь сокращает объем

программы специальной подготовки.

3. Методика обучения заходу на посадку, основанная на методе

формирования полноты (достаточности) предъявляемой пилоту приборной и

иной информации, с учетом величины ее избытка, позволившая повысить

эффективность обучения летного состава приблизительно в 2,3 раза.

4. Разработанный алгоритм расчета параметров предъявляемой пилоту

приборной и иной информации, повысивший эффективность использования

обучаемым пилотом информации приблизительно в 1,5 раза, отличающийся от

известных алгоритмов тем, что применена модель Бэйеса.

Научная новизна работы. В диссертации получены следующие новые

научные результаты:

1. Метод формирования полноты (достаточности) предъявляемой пилоту

приборной и иной информации, необходимой для выполнения безопасной

посадки, отличающийся от существующих подходов и методов тем, что в нем

удалось реализовать принцип Шеннона – Винера и модель Бэйеса, благодаря

чему появилась возможность точно оценивать количество воспринимаемой

6

пилотом информации в условиях избыточности внешней информационной

среды.

2. Математическая

модель

и

результаты

обработки

эксперимента

обучения в полете, с помощью которых, в отличие от существующих моделей и

методов, удалось реализовать метод парных ассоциаций (ПА) в ПП летчиков.

Реализация метода ПА позволила установить, что период первичной

ассоциативной фазы (АФ) обучения при подготовке пилотов к полетам на

площадку заканчивается, как правило, с 45-й по 50-ю посадку, это в свою

очередь позволяет сократить объем программы специальной подготовки в

среднем на 10 полетов.

3. Предложенная методика обучения заходу на посадку позволила

повысить эффективность обучения приблизительно в 2,3 раза благодаря

применению метода поиска способов повышения количества восприятия

пилотом приборной информации, отличающаяся от существующей программы

подготовки возможностью учета величины избытка предъявляемой летчику

информации.

4. Разработанный алгоритм расчета параметров предъявляемой пилоту

информации, отличающийся от известных алгоритмов тем, что впервые модель

Бэйеса была адаптирована для первичного состояния АФ обучения пилотов,

позволил

повысить

эффективность

использования

обучаемым

пилотом

информации приблизительно в 1,5 раза.

Достоверность

результатов

исследования

подтверждается

их

согласованием с научными достижениями и результатами экспериментов по

проверке предложенных в работе принципов, моделей, алгоритмов и методов,

их эффективной реализацией на практике, а также успешного применения

разработанного в диссертации метода для решения других задач.

Практическая

значимость

работы

направлена

на

повышение

эффективности обучения летчиков заходу на посадку вне аэродрома:

- за счет использования математической модели парных ассоциаций и

основанной на ней организации эксперимента, позволивших определить

момент перехода ассоциативной фазы обучения в автономную у пилотов

вертолета при подготовке к заходу на площадку вне аэродрома;

- за счет метода, позволяющего оценить полноту (достаточность)

предъявляемой пилоту информации на основе модели канала связи «летчик –

внешняя среда», при котором удается учитывать количество предъявляемой

7

информации и порядок ее предъявления на протяжении всего периода обучения

заходу на посадку вне аэродрома;

- за счет применения алгоритма оценки параметров предъявляемой

пилоту информации от внешней среды, удалось разработать метод увеличения

полезной

информации

при

одновременном

понижении

невоспринятой

информации при обучении заходу на посадку на площадку вне аэродрома на

различных типах вертолетов.

Апробация

работы.

Основные

положения

работы,

научные

и

практические результаты исследований докладывались на межвузовской

конференции

в

Ульяновске,

международных

научно-практических

конференциях в Кургане, научно-практической конференции в Санкт-

Петербурге, где были представлены доклады. Итоговые результаты работы

были заслушаны на межкафедральном семинаре кафедры летной эксплуатации

и профессионального обучения летного персонала ФГБОУ ВПО Санкт-

Петербургского государственного университета гражданской авиации.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 печатных

работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства

образования и науки РФ для опубликования основных научных результатов

диссертаций.

Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены в

учебно-летный процесс воинской части № 42838 Восточного военного округа,

учебный процесс ФГБОУ ВПО СПбГУ ГА, в производственный процесс Санкт-

Петербургского ОАО «НИИ командных приборов».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех

глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка

используемых

источников,

включающего

117

источников,

и

четырех

приложений. Диссертация изложена на 175 страницах, включает 33 рисунка и

30 таблиц. Основная часть работы изложена на 148 страницах, приложения

изложены на 27 страницах.

Во

введении

обоснована

актуальность

диссертационной

работы,

определены цель и задачи исследования. Представлены научная новизна и

практическая значимость работы, указаны методы исследования. Даны краткое

содержание диссертации и положения, выносимые автором на защиту.

Изложены сведения об апробации работы, публикациях по теме диссертации и

реализации результатов работы.

8

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе обоснована актуальность проблемы обучения летчиков

армейской авиации заходу на посадку на площадку с самостоятельным

подбором ее с воздуха вне аэродрома. Рассмотрены особенности формирования

ПП оператора в процессе обучения управлению техническими системами и

предложены пути повышения эффективности обучения пилотов армейской

авиации заходу на посадку на площадку с самостоятельным подбором ее с

воздуха.

Изучение статистических данных экспресс-бюллетеней об авиационных

событиях,

связанных

с

ошибками

экипажей

вертолетов

в

технике

пилотирования

за

последние

десять

лет,

и

обзор

документов,

регламентирующих

летную

работу

подразделений

армейской

авиации,

позволили сделать следующее предположение: подготовка летчиков к полетам

на площадку с самостоятельным подбором с воздуха (ПСПВ) требует глубокого

анализа существующих недостатков, а действующая программа подготовки не

обеспечивает

достаточный

уровень

эффективности

обучения.

Это

предположение подтвердилось после проведения групповой экспертизы

опытных летчиков-инструкторов, результаты которой говорят о том, что после

прохождения обучения по программе подготовки летчиков только около 30%

пилотов выпускают в самостоятельный полет на ПСПВ.

Во

второй

главе

проведен

анализ

математических

моделей,

применяемых для описания процесса обучения операторов по управлению

системами «человек – машина», который позволил обосновать выбор

математической модели Бэйеса и принципа Шеннона – Винера для расчета

неопределенности внешней информационной среды в процессе захода на

посадку, с учетом противоречия между когнитивными возможностями летчика

и количеством предъявляемых ему информационных ресурсов.

Проведенный анализ научных источников по данной проблеме позволил

выдвинуть гипотезу о том, что в период прохождения первоначального

обучения на месте командира вертолета оператор находится в ассоциативной

фазе обучения. Был проведен эксперимент, результаты которого основывались

на математической модели парных ассоциаций при обучении командиров

вертолетов (КВ) заходу на посадку на ПСПВ.

Эксперимент проводился при соблюдении следующих условий:

Номер пробы

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

1

1

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Номер

стимульной пары

1

2

3

4

5

6

9

- экспериментальная группа пилотов выполняла последовательно 60

посадок с закрытием определенных групп приборов;

- закрытие приборов осуществлялось таким образом, что на шесть

посадок летчику предъявлялось 6 пар параметров (по паре на посадку), на один

из которых он мог реагировать общим шагом, а на другой – циклическим;

- каждые шесть посадок, которые выполнялись без повторений пар,

именовались

пробами.

Для

каждой

пробы

использовалось

случайное

чередование пар параметров для посадки с целью исключения запоминания и

формирования ложного навыка;

- каждая посадка оценивалась опытным летчиком-инструктором. При

выходе за предельные параметры допустимых отклонений от расчетной

глиссады хотя бы один раз посадка не считалась успешной. При этом

отклонение исправлялось инструктором, и испытуемый продолжал снижение.

При правильном прохождении глиссады посадка считалась успешной, и

испытуемый получал устное подкрепление об отсутствии замечаний;

- летчик, выполнивший две пробы подряд (12 посадок) безошибочно,

считался успешно обученным.

После проведения эксперимента по протоколам выполненных полетов,

составленных летчиками-инструкторами, была построена матрица, в которой

строками являлись номера пар параметров, предъявляемых в эксперименте, а

столбцами – номера проб (таблица 1), где «0» – успешно выполненный полет,

«1» – полет, не отвечающий требованиям.

Таблица 1Пример протокола распределения ошибочных посадок одного из

испытуемых

10

0

0

0

1

0

0

Матрица строилась для определения с помощью модели искомых

параметров. Было рассчитано значение среднего числа ошибок, допущенных

, где N1 – количество

N1

Nпр

летчиками в ходе проведения эксперимента –

E(T) 

Pr(xn) = Pr(C

-вероятности того, что все пробы будут безошибочными

Pr(T = 0) = gb,

где b – вероятность дальнейших безошибочных посадок после совершения

некоторых ошибочных;

- распределения номеров последних ошибочных проб

Pr(L = k) (1-c) k-1(1-g) b,

где L – номер пробы, в которой была сделана последняя ошибка.

Для

определения

надежности

связи

экспериментальной

выборки

обучаемых пилотов со всей совокупностью КВ, осваивающих данный вид

подготовки, была произведена оценка уровня статистической значимости по

критерию t-Стьюдента:

10

допущенных всеми летчиками ошибок в эксперименте; Nпр – количество

выполненных посадок за весь эксперимент.

В дальнейшем значение среднего числа ошибок использовалось для

следующих расчетов:

- выраженности признака с, характеризующей то, что испытуемый

перейдет в процессе выполнения посадки из состояния необученности ( C ) в

состояние обученности (С) с

, где g – вероятность того, что испытуемый

E(T)

летчик пройдет по глиссаде правильно наугад, будучи необученным, g = 0,5 по

условиям математической модели;

- зависимости вероятности ошибки от номера пробы

|�� - ��|

58 - 71

=

= 6,84,

��э =

��

8,4

где М – значение средней арифметической величины экспериментальной

выборки; �� – среднее квадратическое отклонение, N – количество наблюдений;

B – значение средней арифметической величины статистической обработки

результатов ПП.

По таблице критических значений критерия t-Стьюдента для уровня p-

значимости p = 0,5 значение критерия не должно быть менее 2,023, а поскольку

6, 84 2,023, следовательно, данный выборочный результат мог быть получен

случайно с вероятностью p = 0,5.

1 g

)(1 – g) = (1 – c)n-1(1 – g);

n

��

40

11

Проведенные расчеты позволили построить зависимость вероятности

допущения ошибки испытуемым летчиком от номера пробы для пилота

вертолета при обучении заходу на посадку вне аэродрома (рисунок 1).

Рисунок 1 Зависимость вероятности ошибки от номера пробы

Таким образом, результаты проведенного эксперимента, основанного на

модели

парных

ассоциаций, позволили

определить, действительно

ли

обучаемый находится в ассоциативной фазе обучения. Минимальное значение

вероятности

допущения

летчиками

ошибок

в

процессе

прохождения

испытуемыми десятой пробы (45-50 посадок), свидетельствует о том, что

обучаемый перешел во вторичную автономную фазу обучения в процессе

выполнения этих пяти посадок. Из рисунка видно, что в период с восьмой

пробы

по

десятую

пробу

вероятность

допущения

пилотом

ошибки,

уменьшается по сравнению с первой до 0,025.

В ходе проведения эксперимента было установлено, что из 40 пилотов 13

вышли с ошибочными действиями за порог 48-и посадок, что составляет около

30% от общего числа обучаемых. Результаты групповой экспертизы опытных

летчиков-инструкторов, свидетельствуют о том, что после выполнения 60

посадок на данном этапе ПП ошибочные действия допускали около 70%

обучаемого летного состава. Отличия между данными групповой экспертизы

опытных

летчиков-инструкторов

и

данными

эксперимента

позволили

установить, что применение в процессе обучения принципа парной ассоциации,

повышает количество летчиков, справляющихся с поставленной задачей

обучения в срок, отведенный программой подготовки приблизительно в 2,3

раза. Однако так как в математической модели не учитывалось количество

предъявляемой информации, и до проведения эксперимента нельзя было

12

говорить о том, насколько пригоден предлагаемый принцип парных ассоциаций

для повышения эффективности и надежности обучения, то это потребовало

проведения дальнейших исследований совершенствования ПП.

В третьей главе при использовании математической модели, созданной

на основе принципа Шеннона – Винера и модели Бэйеса, был разработан

алгоритм для программы на языке «С++», с целью определения уровня влияния

на

пилота

внешней

информационной

среды.

Используя

программу,

определялась степень полноты предъявляемой пилоту приборной и иной

информации для отработки навыков пилотирования. Это в свою очередь

позволило разработать метод определения полноты предъявляемой пилоту

информации в процессе обучения заходу на посадку на ПСПВ.

Особенность метода состоит в том, что выполняется предварительная

оценка полноты предъявляемой пилоту приборной и иной информации, в

процессе выполнения учебных заходов на посадку. Кроме того, с помощью

математического расчета количества источников отображения информации от

внешней среды планировалась последовательность предъявления информации.

Существо расчета состояло в следующем. Бралось общее количество

источников информации, которые находятся в визуальном секторе обзора

летчика. Один заход на посадку условно разделили на пять этапов. Учитывая

ограничения,

существующие

при

выполнении

захода

на

посадку

и

аэродинамические характеристики вертолета для каждого этапа, была

��

��

успешного выполнения j-го этапа в i-м заходе,

где m – необходимое число параметров, которое должен контролировать и

выдерживать летчик, чтобы успешно выполнить этап захода на посадку, k

число параметров, которое может наблюдать летчик на данном этапе. После

чего для j-го этапа i-го захода на посадку были вычислены вероятности

выполнения заходов с учетом заданных m и k по формуле:

pj(xi)×pj-1(xi,yi)

( )

(

)

1

(

)

( )

произведена оценка pj xi =

(

)

pj xi, yi =

,

(1)

pj xi ×pj-1 xi,yi +pj+1(xi)×pj-1(yi,xi)

(

)

где pj xi, yi – априорная вероятность текущего этапа захода на посадку и

апостериорная вероятность последующего захода на посадку.

Далее

выполнялся

расчет

полезной,

т.е.

воспринятой

летчиком

информации

Т ��, y ,

информационного

шума

H(x|y)

и

невоспринятой

информации H(y|x) по формулам:

(

)

( | )

∑��

(

)

�� �� �� =

pj xi, yi log2

,

(2)

pj xi,yi

1

(

)

pj xi,yi

Используя формулы (1-4), был составлен алгоритм для программы на

языке «С++». Подставляя различные значения m и k на каждом из пяти этапов

захода на посадку, можно подобрать такое их взаимное соотношение, что будет

наблюдаться рост воспринимаемой пилотом информации на фоне понижения

информационного шума и невоспринятой информации (таблицы 2,3).

Таблица 2 – Результаты расчетов предъявляемой информации при обучении

по действующей программе подготовки

Номер

упражнения

(посадки)

Значения параметров

Невоспринятая

Информационный

Воспринятая

информация

шум

информация

0.404

0.404

0.404

0.404

0.404

0.404

2.422

1

2.407

2.530

2

2.407

2.530

3

2.407

2.530

4

2.407

2.530

5

2.407

2.530

6

2.407

2.530

Суммарное

14.440

15.182

значение

Таблица 3 – Результаты расчетов предъявляемой пилоту информации в

ограниченном объеме

13

( | )

∑��

(

)

∑��

(

)

Значения параметров

Невоспринятая

Шум

информация

Номер

упражнения

(посадки)

Воспринятая

информация

0.371

0.561

0.711

0.662

0.680

0.711

3.697

1

2.343

2.561

2

2.346

2.526

3

2.320

2.504

4

2.273

2.502

5

2.275

2.514

6

2.320

2.504

Суммарное

13.877

15.111

значение

Из таблиц видно, что при предъявлении пилотам одного из вариантов

ограниченного объема информации суммарное значение невоспринятой

информации и шума снижается на фоне роста воспринимаемой информации, в

отличие

от

расчетов

предъявляемой

информации

при

обучении

по

�� �� �� =

pj yi, xi log2

��(��, ��) =

pj xi, yi log2

,

(3)

pj yi,xi

(

)

(

)

.

(4)

pj-1 xi,yi

14

действующей

программе

подготовки.

В

количественном

соотношении

предлагаемый в работе объем предъявляемой пилоту информации повышает

воспринимаемую летчиком информацию на фоне понижения неопределенности

приблизительно в 1,5 раза. Таким образом, следует, что алгоритм расчета

предъявляемой

информации,

позволяет

повысить

эффективность

использования обучаемым пилотом информации приблизительно в 1,5 раза.

Разработанный на основе алгоритма расчета неопределенности внешней

информационной среды метод определения степени полноты предъявляемой

пилоту приборной и иной информации позволяет определить очередность

закрытия

приборов,

которая

обеспечивает

наиболее

эффективное

формирование летчиком ПП. Очередность предъявления необходимых

объемов информации зависит от этапа обучения (соответствующего захода на

посадку), а расчет производится по разработанной и указанной компьютерной

программе.

В четвертой главе на основании разработанного метода определения

степени полноты предъявляемой пилоту информации и алгоритма расчета

неопределенности внешней информационной среды была разработана методика

обучения летчиков заходу на посадку вне аэродрома.

Разработанная методика обучения состояла из 12 упражнений, входящих

в состав 60, предусмотренных курсом подготовки летчиков. С первого по

шестое упражнение летчику давали возможность выполнять посадку в

произвольную точку взлетно-посадочной полосы (ВПП). При этом в процессе

выполнения упражнений №1 и №2 закрывали указатель вертикальной скорости

и указатель высоты. В упражнениях №3 и №4 закрывали только указатель

высоты. В упражнениях №5 и №6 открытыми оставляли все приборы. С

седьмого по двенадцатое упражнение летчика обязывали выполнять посадки в

назначенную точку ВПП. В процессе выполнения упражнений №7 и №8

закрывали авиагоризонт и указатель высоты, при выполнении упражнений №9

и №10 закрывали только указатель высоты, а для упражнений №11 и №12

открытыми оставляли все приборы (рисунок 2).

Разработанная методика использовалась для обучения летного состава

войсковых частей Восточного военного округа. Был проведен типологический

отбор 20-ти летчиков-штурманов в экспериментальную группу, которые были

готовы к вводу в строй в качестве командиров экипажей. Кроме того, была

сформирована контрольная группа из 20 человек с учетом тех же

типологических характеристик, что и экспериментальная, из тех же и других

15

войсковых частей, но уже прошедших обучение заходу на посадку в

соответствии с существующей программой подготовки.

Рисунок 2 Исходный вариант приборной доски командира вертолета

После прохождения программы подготовки летчиков экспериментальной

группы по разработанной методике, был проведен эксперимент на аэродроме,

который являлся внебазовым для летчиков обеих опытных групп. Эксперимент

состоял из двух этапов.

Целью первого этапа являлась проверка достижения уравнивания

опытных групп по типологическим характеристикам. На этом этапе летчики

выполняли по десять посадок в начало взлетно-посадочной полосы после

обычного полета по кругу с закрытием всех приборов, кроме указателей

скорости и высоты. При этом в кабине находились опытный летчик-инструктор

и экспериментатор, которые фиксировали ошибки в пилотировании при

снижении вертолета по глиссаде и наличие или отсутствие ошибок в

пилотировании по кругу. Результаты выполнения первого этапа эксперимента

(таблица 4) показывают, что условия отбора летчиков по выбранным

параметрам в основном обеспечили уравнивание групп по типологическим

характеристикам. На втором этапе эксперимента определялось отличие в

навыках летчиков справляться с усложненной ситуацией при выполнении

захода на ПСПВ между пилотами, прошедшими подготовку по разработанной

методике, и пилотами, проходившими существующую программу подготовки.

Кроме того, проверялась гипотеза о том, что экспериментальная и

контрольная группы принадлежат к одной генеральной совокупности (см. стр.

18-19). В процессе второго этапа эксперимента каждый летчик выполнял 20

посадок в район, который имел три площадки, расстояние между которыми

было 250 метров друг от друга (рисунок 3).

допущенных

ошибок

0

3

5

7

9

11

13

15

Контрольная группа

Экспериментальная группа

7

8

-

-

3

2

6

3

1

5

2

1

1

-

-

1

16

Таблица 4 – Результаты проведения первого этапа

Количество

Количество человек, допустивших ошибки

На удалении 1500-2000 метров от района посадки пилоту указывали

площадку, в которую необходимо было выполнить приземление. После того

как до назначенной площадки оставалось примерно 1000 метров, летчика

перенацеливали на дальнюю или ближнюю площадку, либо подтверждали

информацию о том, что посадку необходимо производить на назначенную

ранее площадку.

Рисунок 3 Схема выполнения второго этапа эксперимента: 1 – назначаемое

место посадки в п.4; 2 – перенесенное место посадки вперед от назначенного; 3 –

перенесенное место посадки назад от назначенного; 4 – точка назначения места

посадки; 5 – точка перенесения места посадки

Упражнения были распределены таким образом, что в случайном порядке

летчик выполнял по восемь посадок с перенацеливанием на дальнюю площадку

и восемь посадок с перенацеливанием на ближнюю и четыре посадки в

Изменения

Общего шага более

чем восемь раз

(кол-во раз)

Количество летчиков,

допустивших отклонения

Контрольная

Экспериментальная

группа

группа

на 0-1

2

6

на 2-3

4

8

на 4-5

7

6

на 6-7

3

-

на 8-9

4

-

Таблица 6 – Отклонения, допущенные летчиками в выдерживании угла

тангажа

Изменения угла

Количество летчиков, допустивших отклонения

17

назначенное место приземления без перенацеливания. Летчики оценивались по

материалам объективного контроля. Учитывались два параметра: превышение

количества движений общим шагом более восьми раз с момента начала

снижения и превышение угла тангажа более чем на пять градусов в процессе

зависания. В результате эксперимента получены данные (см. таблицы 5, 6).

Таблица 5 – Отклонения, допущенные летчиками в движении общим шагом

тангажа более

чем на 5 ̊

(градусы)

Контрольная

Экспериментальная

группа

группа

на 0-1

1

9

на 2-3

4

7

на 4-5

9

4

на 6-7

6

-

Для того чтобы выяснить, принадлежат ли выборки к одной генеральной

совокупности, был вычислен коэффициент корреляции r-Пирсона. Из расчетов

видна положительная устойчивая связь выборок по исследуемому признаку

(общему шагу):

= √134 = 2,65 ;

19

= √63 = 1,82;

19

80

2,65×1,82×19

= 0,873.

������ =

=

Аналогичные вычисления были произведены и для выявления связи

выборок по выраженности отклонений по углу тангажа в процессе зависания:

2

√∑��(����-����)

��-1

2

√∑��(����-����)

��-1

���� =

���� =

=

���� =

√��

��

∑�� (����-����) (����-����)

(����-����)2

(����-����)2

��=1

∑��

∑��

= √50,26 = 1,62 ;

19

39,88

1,62×1,61×19

= 0,804.

������ =

=

Расчеты показали, что коэффициент корреляции имеет устойчивую

положительную

взаимосвязь

между

контрольной

и

экспериментальной

группами по двум исследованным признакам, это дало основания утверждать,

что обе выборки, исследуемые в эксперименте, можно отнести к одной

генеральной совокупности.

Для проверки эффективности методики обучения, который использовался

при подготовке летчиков в экспериментальной группе, рассчитывался критерий

t-Стьюдента исследуемых признаков (таблицы 5, 6). Пусть X – это отображение

выраженности исследуемого признака в контрольной группе, а Y – в

экспериментальной, тогда по выраженности отклонений общего шага имеем

следующие результаты: общее количество человек Nx= 20, Ny

= 20,

математическое ожидание Mx = 5, My = 2,5, дисперсия σx2 = 3,31, σy2 = 2,72.

Гипотеза проверялась для вероятности ошибки первого рода α = 0,01.

Эмпирическое значение критерия вычислялось следующим образом:

18

2

√∑��(����-����)

��-1

|5 - 2,5|

=

= 4,56.

По таблице критических значений критерия t-Стьюдента был определен

p-уровень значимости. Для числа степеней свободы df = 38 эмпирическое

значение находилось после критического уровня p = 0,01. Следовательно,

p0,01.

По выраженности отклонений угла тангажа на зависании: Nx = 20, Ny = 20,

Mx = 4,85, My = 1,75, σx2 = 2,62, σy2 = 2,59. Гипотеза проверялась для вероятности

ошибки первого рода α = 0,01. Эмпирическое значение критерия было

следующим:

|4,85 - 1,75|

=

= 6,07.

���� =

���� =

√��

2

√∑��(����-����)

√49,26

1,61;

��-1

19

=

=

=

���� =

��

∑�� (����-����) (����-����)

(����-����)2

(����-����)2

��=1

∑��

∑��

|���� - ����|

��э =

��2

����

2

√���� +

��

����

2,72

√3,31 +

20

20

|���� - ����|

��э =

��2

����

2

√���� +

��

����

2,59

√2,62 +

20

20

19

По таблице критических значений критерия t-Стьюдента определили p-

уровень значимости. Для числа степеней свободы df = 38 эмпирическое

значение находилось после критического уровня значимости p = 0,01.

Следовательно, p0,01.

По результатам обработки данных второго этапа эксперимента был

сделан вывод, что полученная разница в результатах контрольной и

экспериментальной групп являлась статистически достоверной.

После обработки результатов эксперимента были получены данные по

отклонениям каждого из параметров и выведены средние варианты ���� и z

(рисунок 4), где z – преобразование для удобства сравнения уровня

выраженности исследованных признаков. Из графика легко вычисляется, что

среднее отличие (х, %) по двум признакам (общему шагу и углу тангажа)

составляет около 37%. Таким образом, среднее отличие по двум признакам

между выборками составило около 37%.

Vc

по общему шагу

8

6

4

2

-2

-1

x%

2

3 z

1

100%

Рисунок 4 Графическое представление сокращения количества движений в

экспериментальной группе по сравнению с контрольной группой

В диссертационной работе была проведена групповая экспертиза

опытных летчиков-инструкторов, оценивающих летчиков в ходе эксперимента

и по материалам объективного контроля. Групповая экспертиза установила, что

около 70% летчиков, прошедших подготовку по разработанной методике

можно допускать к самостоятельным полетам на площадку с самостоятельным

подбором с воздуха.

Таким образом, благодаря разработанной методике, эффективность

обучения пилотов повысилась приблизительно в 2,3 раза, что подтверждается

результатами второго этапа эксперимента.

20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

В диссертационной работе получены следующие научные и практические

результаты.

1. Проведенный анализ научных и методологических особенностей ПП

подразделений армейской авиации, нормативных документов и имеющегося

опыта показал, что программа подготовки пилотов не всегда доказывает свою

эффективность

из-за

недостаточного

учета

как

когнитивного,

так

и

информационного ресурсов системы «летчик – вертолет».

2. Применение

модели

парных

ассоциаций

в

ходе

проведения

эксперимента позволяет определить, что переход из первичного состояния

ассоциативной фазы при обучении заходу на площадку вне аэродрома

наступает у пилотов как правило с 45-й по 50-ю посадку с погрешностью ± 5

посадок. Это в свою очередь позволяет сократить объем программы летной

подготовки в среднем на 10 полетов.

3. Разработанный алгоритм расчета параметров предъявляемой пилоту

приборной и иной информации, основанный на применении модели Бэйеса,

позволяет повысить эффективность использования обучаемым пилотом

информации приблизительно в 1,5 раза.

4. Применение математической модели Бэйеса и принципа Шеннона –

Винера, а также разработанного в диссертационной работе алгоритма расчета

параметров предъявляемой пилоту информации позволило создать метод

формирования полноты (достаточности) предъявляемой пилоту приборной и

иной информации в процессе обучения заходу на посадку вне аэродрома.

5. Разработана методика обучения летчиков в реальных полетах на

вертолетах заходу на площадку вне аэродрома, а проведенный эксперимент

позволяет статистически достоверно утверждать, что предложенная методика

обучения повышает эффективность обучения приблизительно в 2,3 раза.

6. Проведенный эксперимент позволяет также статистически достоверно

утверждать, что предложенная методика обучения, на основе метода

формирования полноты (достаточности) предъявляемой пилоту приборной и

иной информации повышает надежность обучения на 37%.

21

СПИСОК РАБОТ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Научные

публикации

в

изданиях,

рекомендованных

ВАК

Министерства

образования

и

науки

Российской

Федерации

для

опубликования основных научных результатов диссертаций:

1. Муравьев, И.С. Экспериментальная проверка метода формирования

навыка в переработке информации при заходе на площадку вне аэродрома /

И.С. Муравьев // Транспорт Российской Федерации. – 2014. – №2 (51). – С.63-

66.

2. Муравьев,

И.С.

Структура

концептуальной

модели

оператора,

формируемой при заходе на посадку / Я.М. Далингер, Г.В. Коваленко,

И.С. Муравьев // Транспорт Российской Федерации. – 2014. – №6 (55). – С.56-

60.

3. Муравьев, И.С. Метод обучения пилотов заходу на посадку, основанный

на рациональном использовании информации / Г.В. Коваленко, И.С. Муравьев

// Научно-теоретический журнал «Ученые записки университета имени П.Ф.

Лесгафта», 2 (120) – 2015 год. - С.63-72.

4. Муравьев, И.С. Метод рационального предъявления пилоту информации

при обучении заходу на посадку / И.С. Муравьев, Г.В. Коваленко // Бюллетень

транспортной информации, № 9 (243) – 2015 год. - С.3-7.

Научные публикации в других изданиях:

5. Муравьев, И.С. Роль ситуативной осведомленности пилотов в летной

эксплуатации / Г.В. Коваленко, С.Г. Лобарь, И.С. Муравьев// Проблемы летной

эксплуатации и безопасность полетов: Межвуз. тематич. сб. науч. тр. Вып.IV. –

СПб., 2010. – С.70-73.

6. Муравьев, И.С. О необходимости исследования методики принятия

решения при полете на площадку ограниченных размеров вне аэродрома с

самостоятельным подбором с воздуха / Г.В. Коваленко, И.С. Муравьев,

А.И. Васьковский// Проблемы летной эксплуатации и безопасность полетов:

Межвуз. тематич. сб. науч. тр. Вып. VI /. – СПб., 2012. – С. 26-31.

7. Муравьев, И.С. Предложения по формированию образа захода на

посадку в процессе подготовки летного состава к полетам на площадку

ограниченных размеров вне аэродрома / Г.В. Коваленко, И.С. Муравьев,

А.И. Васьковский // Проблемы летной эксплуатации и безопасность полетов:

Межвуз. тематич. сб. науч.тр. Вып. VI/. – СПб., 2012. – С. 89-95.

22

8. Муравьев, И.С. О возможности математического моделирования

процесса подготовки пилота к полетам на площадку ограниченных размеров

вне аэродрома / И.С. Муравьев // Гражданская авиация: XXI век: сборник

материалов V Международной молодежной научной конференции, 11–12

апреля 2013 г. – Ульяновск : УВАУ ГА (И), 2013. – С. 23–25.

9. Муравьев, И.С. Структура концептуальной модели оператора и метода

формирования навыка по переработке информации при заходе на посадку с

самоподбором

с

воздуха

в

ассоциативной

фазе

/

Г.В.

Коваленко,

И.С. Муравьев// Проблемы летной эксплуатации и безопасность полетов:

межвуз. тематич. сб. науч. тр. Вып.VII /. – СПб., 2013. – С.20-29.

10.

Муравьев,

И.С.

Исследование

процесса

интерференции

поступающей к пилоту информации при заходе на посадку вне аэродрома / И.С.

Муравьев// Проблемы летной эксплуатации и безопасность полетов: Межвуз.

тематич. сб. науч. тр. Вып.VIII /. – СПб.: СПбГУ ГА, 2014. – С.20-26.

11. Муравьев, И.С. Разработка рационального метода использования

предъявляемой пилоту информации при обучении заходу на посадку вне

аэродрома / Г.В. Коваленко, И.С. Муравьев// Проблемы летной эксплуатации и

безопасность полетов: Межвуз. тематич. сб. науч. тр. Вып.VIII /. – СПб.:

СПбГУ ГА, 2014. – С.56-63.

12. Муравьев,

И.С.

Метод

и

математическая

модель

процесса

формирования навыка по переработке информации при заходе на площадку вне

аэродрома / И.С. Муравьев, С.Г. Нуждин // Инновации и исследования в

транспортном

комплексе:

II

международная

научно–практическая

конференция, посвященная 35-летию ЗАО «Курганстальмост», 5–6 июня

2014 г. – Курган, 2014. – С. 160–164.

13. Муравьев, И.С. Проверка метода формирования навыка захода на

площадку вне аэродрома / Г.В. Коваленко, И.С. Муравьев // Человек и

транспорт. (Эффективность. Безопасность. Эргономика). Секция «авиационный

и скоростной наземный транспорт»: материалы секции международной научно

– практической конференции, 15–18 сентября 2014 г., Санкт-Петербург, «Свое

издательство», 2014. – С. 53–58.

14. Муравьев, И.С. Разработка алгоритма расчета влияния приборной

информации на пилота вертолета в процессе захода на посадку / И.С. Муравьев

// Инновации и исследования в транспортном комплексе: III международная

научно–практическая конференция, 4–5 июня 2015 г. – Курган, 2015. – С. 214–

218.



Похожие работы:

«Козлова Людмила Евгеньевна РАЗРАБОТКА НЕЙРОСЕТЕВОГО НАБЛЮДАТЕЛЯ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ РОТОРА В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ ПО СХЕМЕ ТРН АД Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Томск – 2015 Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования Национальный исследовательский Томский политехнический университет Научный руководитель: кандидат...»

«РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ МЕТОДИКИ ОТБОРА ПРОБ ИЗ МАСЛОСИСТЕМЫ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ Специальность 05.22.14 Эксплуатация воздушного транспорта АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2015 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении Высшего профессионального образования Московский государственный технический университет гражданской...»

«МЕЛЕХОВА Анна Леонидовна УПРАВЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ ПАМЯТЬЮ ВИРТУАЛЬНОЙ МАШИНЫ Специальность 05.13.11 – математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва — 2015 Работа выполнена на кафедре информатики Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский физико-технический институт...»





 
© 2015 www.z-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.