Диссертация (Разработка системы поддержки принятия решения при обеспечении безопасности космонавтов в длительном космическом полете)

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТНАУЧНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАИ НИУ)На правах рукописиЛИТВИНА ДАРЬЯ ВЛАДИМИРОВНАРАЗРАБОТКА СИСТЕМЫПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯПРИ ОБЕСПЕЧЕНИИ БЕЗОПАСНОСТИ КОСМОНАВТОВВ ДЛИТЕЛЬНОМ КОСМИЧЕСКОМ ПОЛЕТЕСпециальность 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации(авиационная и ракетно-космическая техника),Специальность 05.26.02 Безопасность в чрезвычайных ситуациях(авиационная и ракетно-космическая техника)Диссертация на соискание учёной степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорСтрогонова Любовь БорисовнаНаучный консультант:доктор технических наук, профессорЕвдокименков Вениамин НиколаевичМ О СК В А  2 0 172ОглавлениеОглавление ...............................................................................................................

2ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 4ГЛАВА 1.Анализ особенностей обеспечения безопасности космонавтов вусловиях длительного космического полета, постановка задачи оценки состояниякосмонавтов и предотвращение чрезвычайных ситуаций .......................................... 91.1.Анализ особенностей обеспечения безопасности космонавтов в условияхдлительного космического полета.........................................................................

91.2.Постановка задачи оценки состояния космонавтов и предотвращениечрезвычайных ситуаций в длительном космическом полете ........................... 221.3.Выводы по главе 1 ..................................................................................... 24ГЛАВА 2.Автоматизация оценки состояния космонавтов в условияхдлительного космического полета............................................................................... 252.1.Постановка задачи классификации .........................................................

252.2.Методы решения задачи классификации ................................................ 302.2.1.Дискриминантный анализ ........................................................................... 312.2.2.Байесовский классификатор........................................................................ 332.3.Общие положения при моделировании систем поддержки принятиямедицинского решения ......................................................................................... 372.4.Описание экспериментальных данных ...................................................

392.5.Выводы по главе 2 ..................................................................................... 53ГЛАВА 3.Описание программного комплекса...................................................... 543.1.Общая структура алгоритма реализации байесовского классификатора543.2.Структура системы поддержки принятия решений ............................... 593.3.Выводы по главе 3 ..................................................................................... 65ГЛАВА 4.Результаты тестирования программного комплекса ...........................

6634.1.Тестирование системы поддержки принятия решений на примереконцентраций биохимических параметров, характеризующих состояниесердечно-сосудистой системы ............................................................................. 664.2.Тестирование системы поддержки принятия решений на примерерасширенного перечня параметров, характеризующих состояние сердечнососудистой системы ..............................................................................................

704.3.Тестирование системы поддержки принятия решений на примереамплитудно-частотных параметров речи человека, характеризующихпсихофизиологический статус и качество работы человека-оператора.......... 784.4.Возможность применение системы поддержки принятия решений дляпредупреждения чрезвычайных ситуаций в экстремальных условияхпрофессиональной деятельности на наземных объектах ..................................

874.4.Выводы по главе 4 ..................................................................................... 93ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................................. 94СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ................................ 95СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................................................. 964ВВЕДЕНИЕВ диссертационной работе рассматриваются вопросы совершенствования существующейсистемы медицинского обеспечения, являющейся составной частью комплекса системобеспечения жизнедеятельности космонавтов при длительных космических полетах к другимпланетам.Дляобеспечениянадежностиоператорскойдеятельностиибезопасностипилотируемого полета необходимо проводить мониторинг и анализ параметров с цельюпредупреждения чрезвычайных ситуаций и выявления опасных состояний для обеспечениябезопасности экипажа и предотвращения нештатных и чрезвычайных ситуаций на бортукосмического аппарата.

Автономный характер межпланетной экспедиции требует созданияновых средств медицинского контроля для космонавтов, работающих в экстремальныхусловиях профессиональной деятельности. Рассматриваются вопросы разработки системыподдержки принятия решений для автоматизированной оценки состояния членов экипажа длясвоевременного предотвращения чрезвычайных ситуаций в пилотируемом полете.Актуальность темы исследованияУспешное выполнение программы полёта зависит от физического состояния членовэкипажа в экстремальных условиях длительного космического полёта (ДКП). Причинамивозникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС) могут являться как технический, так ичеловеческий факторы.

По данным из работ Овчарова В.Е. около 60-80% нештатных ситуаций результат ошибки экипажа. Важнейшей задачей, в связи с увеличением продолжительностикосмического полета, стало обеспечение безопасности экипажа в условиях негативныхфакторов ДКП. К настоящему времени Григорьев А.И. и Егоров А.Д. (1999 г.) обобщили,накопленный опыт, который заложен в принципе телеметрических систем, основанных насборе данных для получения поддержки принятия решения по предупреждению ЧС с Земли.Существующая система медицинского обеспечения (СМО) и средства медицинскогоконтроля (СМК) состояния космонавтов являются частью комплекса систем обеспеченияжизнедеятельности космонавтов (КСОЖ).

Негативные факторы космического полета к другимпланетам оказывают отрицательное влияние на здоровье космонавтов, вследствие чегонеобходимо осуществлять контроль физиологических параметров, регистрируя малейшиеизменения в состоянии с помощью совокупности медико-технических устройств дляпредупреждения внештатных ситуаций.

При межпланетном полете связь со специалистамиЦУПа в режиме реального времени невозможна, поэтому требуется совершенствование5существующей системы медицинского обеспечения и разработка системы поддержки принятиярешения (СППР) бортового специалиста.В диссертационном исследовании автоматизированная оценка физиологическогосостояниякосмонавтарассматривается,какспецифическаязадачаклассификациискомбинацией методов байесовской классификации и дискриминантного анализа. Подобноерешениепредлагаетсядляповышенияэффективностипрограммногообеспеченияиуниверсальности по отношению к типу исходных данных.

Особенностью СППР являетсяоценка состояния космонавтов с учетом двух значимых факторов: физического ипсихофизиологического. В работах академика Парина В.В. отмечается, что состояние сердечнососудистой системы является универсальным индикатором физического состояния организма вцелом, так как система взаимодействует со всеми органами и системами организма.

В ходеэксперимента «Контент», проводившегося в рамках модельного эксперимента «Марс-500»сотрудниками ГНЦ РФ ИМБП РАН были выявлены значимые амплитудно-частотныехарактеристики речи человека, которые свидетельствуют о психофизиологическом статусе икачестве операторской деятельности человека.Когда речь идёт о ДКП к другим планетам, вопросы безопасности встают особо остро.Существенную роль в системе обеспечения безопасности займет система поддержки принятиярешения (СППР) для прогнозирования ЧС, которая является новым средством медицинскогоконтроля в условиях полетов к другим планетам.Степень разработанностиВ литературе рассмотрено множество СППР.

Отдельно выделены алгоритмы, которыеформализуют знания экспертов, данные типы алгоритмов относят к экспертным системам,целью которых является решение сложных профессиональных задач в различных областях, набазе которых создаются проблемно-ориентированные СППР, в том числе и в областиавтоматизированной оценки состояния здоровья человека.Проведенныйанализлитературыпоказывает,чтоготовоерешениедлясовершенствования системы медицинского обеспечения космонавтов в межпланетном полете,отсутствует. Для обеспечения безопасности на борту космического аппарата необходимаразработка новых средств медицинского контроля в целях сохранения здоровья людей,работающих в экстремальных условиях профессиональной деятельности.6Цели и задачиЦелью работы является совершенствование системы медицинского обеспечения дляпредотвращения ЧС, обеспечения безопасности жизнедеятельности и профессиональнойдеятельности в экстремальных условиях ДКП.Основные решенные задачи:1.

Анализ структуры и особенностей медицинского контроля для обеспечения орбитальныхи межпланетных полетов;2. Разработка алгоритма СППР для предупреждения чрезвычайных ситуаций на основекомбинации методов классификации;3. Построение СППР для обеспечения профессиональной деятельности в целях сохраненияздоровья космонавтов в экстремальных условиях и ЧС в ходе межпланетного полета;4.