Asystent pilota jako system wieloagentowy

Współpraca dwóch bardzo róŜniących się elementów, jakimi są człowiek i system techniczny, stanowi duŜe wyzwanie. Wprowadzenie opisu współpracy jako systemu agentowego heterogenicznego pozwala na zaprezentowanie ogól-nej struktury powstałego systemu, wykorzystując analogie pomiędzy modelem sytuacyjnym a obrazem stanu innych agentów oraz procesami przetwarzania informacji przez człowieka i przez agenta.

Realizacja asystenta jako systemu wieloagentowego wynika z przydziału zadań do realizacji autonomicznym jednostkom. KaŜdemu zadaniu cząstkowe-mu, które ma realizować asystent pilota (sterowanie, kształtowanie charaktery-styk interfejsów oraz układów sterujących, analiza stanu, generowanie wartości dla wskaźników, ocena waŜności informacji i wybór, co i jak prezentować), zostaje przypisany agent. Dzięki takiemu podejściu następuje strukturalne wyod-rębnienie zadań cząstkowych, rozwiązanie kaŜdego z tych zadań indywidualnie i określenie związków pomiędzy zadaniami cząstkowymi. Elementami łączący-mi agentów podczas realizacji zadań są modele wewnętrzne, które kaŜdy z agen-tów wykorzystuje do opisu stanu innych agenagen-tów.

Ogólna idea systemu agentowego nie precyzuje tego, jak działają poszcze-gólne elementy systemu (agenci), a w szczególności, jak jest realizowany przy-dział zadań i kooperacja. W zadaniach o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeń-stwa zarówno sposób realizacji, jak i rozwiązania na poziomie struktury systemu muszą być przewidywalne i weryfikowalne. Znacznym ułatwieniem w ocenie tego, jak w róŜnych sytuacjach zachowa się system, jest przyjęcie sztywnej struktury realizacji zadań. Przez sztywną strukturę w koncepcji agentowej nale-Ŝy rozumieć taką realizację, w której sposób działania kaŜdego z agentów oraz to, jak współpracuje z innymi, jest jednoznacznie określony. Sztywną strukturą będzie takŜe taka, w której następują algorytmiczne zmiany trybów skutkujące przewidzianą na etapie projektowania rekonfiguracją, w odróŜnieniu od takich mechanizmów wykorzystywanych w systemach wieloagentowych, jak tworzenie koalicji czy konkurowanie. Warto jednak zwrócić uwagę, Ŝe o ile w rozwiąza-niach technicznych (a więc dotyczy to wewnętrznej struktury asystenta) jest moŜliwa realizacja struktury sztywnej, to współdziałanie w załodze składającej się z pilota lub pilotów oraz asystenta będącego układem technicznym z natury swojej wiąŜe się ze zmianami struktury systemu jako całości.

Podstawową cechą asystenta róŜniącą go od dotychczasowych rozwiązań jest wprowadzenie elementów dokonujących oceny intencji pilota. Ocena inten-cji słuŜy do:

• określenia, jak interpretować sygnały sterujące,

• oceny skutków działań pilota oraz oceny stanu samolotu w kontekście działań pilota.

Interpretacja sygnałów sterujących zaleŜna od oceny intencji (czyli od stanu modelu wewnętrznego w części odzwierciedlającej stan pilota) słuŜy do wyboru

sposobu kształtowania samych sygnałów sterujących oraz zmiany struktury ste-rowników. Rozdzielenie funkcji oceny stanu i określania reakcji prowadzi do dwóch rodzajów agentów:

• agent oceniający,

• agent działający.

Uwzględnienie ocen cząstkowych w ocenie całościowej (pkt 4.3.2) impli-kuje wprowadzenie agentów wypracowujących diagnozę całościową stanu z wykorzystaniem efektów pracy innych agentów. PoniewaŜ jednak na etapie oceny całościowej istotny jest kontekst sytuacyjny, to naleŜy wprowadzić cztery zadania:

• określenie i ocenę celu działania,

• ocenę efektów sterowania,

• ocenę stanu systemu i otoczenia,

• ocenę intencji pilota (a ogólniej ocenę stanu pilota).

Efektem oceny stanu jest diagnoza, którą moŜna przełoŜyć na ostrzeŜenie oraz działanie. W sytuacjach krytycznych często konieczna jest szybka i odpo-wiednia do zaistniałej sytuacji reakcja. W wielu sytuacjach nie jest konieczne ostrzeganie człowieka, który sam prawidłowo ocenia sytuację (np. stwierdza konieczność zatrzymania pojazdu, przerwania procedury lądowania i szybkiego oddalenia się od powierzchni Ziemi), lecz wspomaganie prawidłowej realizacji działania. DuŜym ułatwieniem w interpretacji jest wykorzystywanie przez czło-wieka ekstremalnych wartości bądź szybkich zmian sygnałów zadawanych. Ta-kim sygnałem jest gwałtowny ruch sterownicą, szybkie wciśnięcie pedału lub osiągnięcie wartości granicznych, gdyŜ sprowadza proces oceny intencji do re-akcji na odpowiedni bodziec. Jeśli natomiast intencje (oczywiście w ocenie agenta) są niezgodne z oceną stanu (takŜe realizowaną przez agenta), to ma się do czynienia z nierozstrzygniętym dylematem, czy przekazać ostrzeŜenie, czy wygenerować reakcję.

Ocena stanu pilota moŜe obejmować nie tylko efekty sterowania, ale takŜe ogólny stan psychofizyczny oraz aktualną świadomość sytuacyjną [62]. MoŜli-wość oceny stanu człowieka (obejmującej stan ogólny, obciąŜenie, nakierowanie uwagi) jest wskazywana jako istotny czynnik dla prawidłowości wspomaga- nia [148].

Dostępność planu lotu upraszcza ocenę poprawności celu i sposobu stero-wania. W pracy [237] wśród wielu elementów systemu wspomagania pilota (dla małego lotnictwa w ramach programu SATS) został opracowany klasyfikator segmentu lotu (flight segment interpreter), który został zrealizowany na podsta-wie logiki rozmytej. W zaleŜności od aktualnego segmentu oceniana jest po-prawność sterowania z zakresu czterech grup reguł:

• nawigacyjnych – związanych z trajektorią przez określenie obszaru do-zwolonego,

• prędkościowych – obejmujących prędkość powietrzną oraz pionową za-leŜnie od rodzaju samolotu oraz trajektorii,

• związanych z ruchem lotniczym (unikanie kolizji),

• proceduralnych (ocena prawidłowości realizacji procedur lotniczych).

Proponowane rozwiązanie ma umoŜliwić realizację rozproszonego systemu kontroli ruchu lotniczego dla małych samolotów.

Inna propozycja kompleksowego systemu kontroli w ruchu lotniczym skła-da się z trzech komponentów [277]:

• agenta oceniającego niepoprawne zachowania w ruchu lotniczym (na-ziemny),

• agenta oceniającego stan samolotu z uwzględnieniem predykcji,

• agenta monitorującego pilota.

Na uwagę zasługuje sposób monitorowania pilota. Wykorzystuje się tutaj porównywanie wzorców zachowań i na tej podstawie wnioskuje o błędach w działaniu i utracie świadomości sytuacyjnej.

Ogólną strukturę systemu wieloagentowego o strukturze hierarchicznej obrazuje rys. 7.8. Przedstawiony przepływ informacji jest pewną szczególną realizacją. W ogólności kaŜdy agent ma dostęp do wszystkich informacji do-stępnych z układów, z którymi współpracuje (sygnałów sterujących up, zmien-nych mierzozmien-nych y, obejmujących stan procesów dynamiczzmien-nych, stan otoczenia, informację o ruchu lotniczym, opis celu działania, jeśli jest przekazywany np.

przez FMS) oraz do tych przekazywanych przez innych agentów. Wykorzysta-nie informacji wynika z potrzeb realizacji określonego zadania. Przy sztywnej strukturze na etapie projektowania wymagane jest określenie niezbędnych po-wiązań kształtujących strukturę i format przepływu informacji.

Rys. 7.8. System wspomagający wieloagentowy

Proponowana struktura zawiera następujące elementy:

AOi – agenci analizujący wybrane charakterystyki stanu (pkt 4.3.2),

ASS – agent oceniający całościowo stan i określający sposób działania wyni- kający z tego stanu,

ADi – agenci realizujący działania (sterowanie automatyczne, generowanie in- formacji, sterowanie aktywnymi organami sterowymi),

ACD – agent określający cel i oceniający realizację celu, AIP – agent oceniający intencje i stan pilota,

AEF – agent oceniający efektywność działań.

Aktywowanie agenta określającego cel sterowania zaleŜy od istnienia takiej informacji. Cel moŜe być określony na poziomie ogólnym jako końcowy punkt trasy (lotnisko) lub kilka lokalizacji, w których powinien się znaleźć samolot.

Dokładne określenie celu odbywa się przez podanie trajektorii trasy. Ocena re-alizacji celu, uwzględniając poziom dokładności opisu, kształtuje charakte- rystyki funkcji przynaleŜności w zbiorze µe (zaleŜność (3.29)).

Ocena stanu pilota poszerza funkcjonalność adaptacji sterowania. Stwier-dzenie braku działania mimo jego konieczności prowadzi do konkluzji, Ŝe pilot nie radzi sobie ze sterowaniem. W tej sytuacji moŜliwe jest przełączenie symu w tryb sterowania automatycznego i ignorowanie sygnałów z organów ste-rowych¹¹. Zakładając jednak, Ŝe nieprawidłowe działanie jest efektem przemija-jącym, reakcja systemu przez aktywne organa sterowe stanowi wystarczające ostrzeŜenie dla pilota.

Ocena efektywności działań jest elementem oceniającym, czy podjęte przez poszczególnych agentów działania powodują redukcję poziomu zagroŜenia.

Agent ten współpracuje z agentem oceny pilota, określając, czy pilot reaguje na sygnały z systemu.