Россия
Россия
Россия
Показатели результативности управления состоянием безопасности судов компании на промысле зависят от рациональной организации информационных потоков в сетях систем управления состоянием безопасности. Проиллюстрирована модель зависимости от рациональной организации информационных потоков между капитанами судов и назначенным лицом компании в виде направленного графа. Отмечено, что информационная избыточность в каналах «капитан – назначенное лицо» и «назначенное лицо – капитан» обычно приводит к перегрузке и пропускам важных промысловых и навигационных сообщений. Доказано, что при заданной точности прогнозирования параметров состояния безопасности судна и заданных скоростных характеристиках передачи данных можно достаточно точно оценить необходимую тактность в трансляции информации по каналам связи системы управления безопасностью. Рассматриваются два варианта, при которых случайная составляющая подчиняется либо нормальному закону, либо экспоненциальному закону распределения. Проанализированы полученные соотношения для определения объема информации и тактности в ее передаче по некоторым техническим и эксплуатационным параметрам судна на промысле от капитана судна к назначенному лицу компании. Оценив объем информации и необходимую скорость ее передачи по каналам связи системы управления состоянием безопасности для каждого судна, можно построить рациональную систему управления состоянием безопасности судов компании на промысле.
параметры состояния безопасности судна, передача информации в системе управления безопасностью промысла, рациональная организация связи, капитан судна, назначенное лицо компании
Введение
Эффективность управления состоянием безопасности судов компании на промысле зависит от рациональной организации информационных потоков между капитанами судов (КС) и назначенным лицом компании (НЛК). Модель такой организации потоков информации в системе управления безопасностью промысла (СУБ) можно представить в виде направленного графа (рис.).
КС НЛК
Система организации передачи сообщений в сетях СУБ компании
Тогда решение задач по обеспечению безопасного промысла может быть гарантировано, если исходная информация, транслируемая по каналам «капитан – назначенное лицо» и «назначенное лицо – капитан» (рис.), передается без потери своих основных информационных качеств. Однако информационная избыточность в этих каналах обычно приводит к перегрузке и пропускам важных промысловых и навигационных сообщений [1].
Управление безопасностью на промысле осуществляется на основе информации о техническом и эксплуатационном состоянии судов, передаваемой в суточных донесениях по всем параметрам промысловой обстановки. Такая организация связи обусловливает весьма большой объем передаваемой информации от каждого судна при достаточной степени ее избыточности. В то же время передача информации в наиболее компактной форме позволяет существенно снизить ее объем и использовать эту форму в качестве критерия эффективности СУБ промысла в целом.
Постановка задачи
Одним из вариантов создания рациональной организации информационных потоков является попытка обоснования периодичности передачи информации о параметрах технического, эксплуатационного и промыслового состояний судна на базе общих положений теории информации. С практической точки зрения математическая сторона вопроса заключается в том, что необходимо определить метод дискретизации параметров сообщений, идущих по линиям связи (рис.) и подчиняющихся закономерностям вида
, (1)
где x(t) – текущее значение измеряемого параметра; φ(t) – детерминированная составляющая этого передаваемого параметра; ψ(t) – его случайная составляющая.
Для оценки информативных качеств каждого сообщения вида (1) с общих информационных позиций необходимо рассматривать энтропию состояний промыслового судна [2]. Другими словами, такое состояние судна, когда фактическое значение наблюдаемого параметра x(t) будет существенно отличаться с точки зрения точности измерения δx от его ожидаемого значения, равного mx(t), и целиком определяться случайной составляющей ψ(t).
Известно, что прирост информации равен
, (2)
где Нε(х) – энтропия промыслового судна в конце интервала наблюдения; Н0(х) – энтропия промыслового судна в предыдущий момент наблюдения.
Оценка прироста информации в потоках в сетях системы управления безопасностью
Рассмотрим два варианта, когда числовые значения случайной составляющей ψ(t) подчиняются или нормальному закону, или экспоненциальному закону распределения. Если плотность распределения случайной величины подчинена нормальному закону распределения, то получим:
Тогда прирост количества информации может быть представлен в виде
, (3)
где σx(t) – текущее значение среднего квадратического отклонения наблюдаемого параметра; σx(0) – среднее квадратическое значение наблюдаемого параметра в момент предыдущего наблюдения.
Среднее квадратическое значение контролируемого параметра целиком определяется средним квадратическим значением случайной составляющей:
Среднее квадратическое значение случайной составляющей может быть определено через среднее квадратическое значение скорости изменения случайной составляющей:
Очевидно, что прирост количества информации должен быть меньше 1 двоичной единицы. Следовательно, это условие можно использовать при определении интервала Т, через который необходимо отправлять сообщения как по прямому, так и по обратному каналу связи. За этот интервал должен наблюдаться прирост информации в 1 двоичную единицу. Тогда выражение (3) под знаком логарифма будет иметь вид:
двоич. ед.
В этом случае выражение под знаком логарифма определится так:
,
или
откуда рациональный интервал между очередными сообщениями в каналах связи СУБ очевидно равен
При таком интервале между двумя отправленными по каналам связи сообщениями погрешность интерполяции в определении математического ожидания контролируемого параметра состояния судна будет не более
Если плотность распределения случайной величины подчинена экспоненциальному закону, описываемому функцией
где Мх – математическое ожидание случайной величины х, то энтропия переданного по каналам связи СУБ сообщения может быть представлена выражением
.
Третьим возможным законом распределения, которому может подчиняться часть показателей по безопасности судна рыбопромысловой компании, является нестационарный пуассоновский поток с плотностью распределения вида:
(4)
Несомненный интерес представляет знание энтропии сообщений, периодически идущих по каналам связи СУБ, которые подчиняются закону (4). Исходя из общего определения дифференциальной энтропии получим
а учитывая основные свойства математического ожидания и принимая некоторые дополнительные допущения, путем сравнительно несложных преобразований можно найти значение энтропии периодических сообщений, передаваемых по каналам СУБ, для случая нестационарного пуассоновского потока:
где x0, a и b определяются выражениями
Анализ статистических характеристик динамики производственных показателей в СУБ промысловой компании свидетельствует, что со временем энтропийное состояние сообщений, как правило, меняется практически линейно. В этом случае энтропия сообщения о состоянии безопасности промыслового судна в конце интервала наблюдения Нε(х) отличается от энтропии сообщения в предыдущий момент измерения в соответствии с уравнением
Учитывая выражение (2) и принимая условие, что прирост количества информации должен быть не менее 1 двоичной единицы (бит), можно записать:
двоич. ед. (5)
Из выражения (5) легко определяется период следования сообщений по каналам в СУБ, при которых наблюдается прирост количества информации в 1 бит:
(6)
Обсуждение полученного результата
Формулу (6) можно считать центральной при формировании рациональной организации системы информационных потоков по безопасности промысла. Кроме того, следует учитывать, что в любой системе управления для рациональной организации передачи дискретной информации следует использовать выражение (6), особенно при закономерностях нестационарных случайных процессов (1).
При передаче сообщения о техническом и эксплуатационном состоянии судна через интервалы времени Т, естественно, должно передаваться не отклонение случайной составляющей измеряемого параметра, а полное изменение этого параметра. В таком случае каждое сообщение несет информацию:
Скорость передачи этой информации должна быть равной
Производя суммирование прироста информации по всем параметрам состояния безопасности судна, подлежащим передаче назначенному лицу компании через интервал времени Т, можно оценить полный объем информации и максимальную скорость ее передачи:
Пропускная способность канала связи с определяется из условия c ≥ R.
Рассмотрим полученные выше соотношения для определения объема информации и тактности в ее передаче по некоторым техническим и эксплуатационным параметрам судна на промысле от КС к НЛК. Пусть задана относительная допустимая погрешность по передаче любого параметра состояния безопасности судна не более 0,5–0,6 %. Тогда δx / xmax = 0,01, а учитывая, что сообщения о состоянии безопасности судна капитан передает в форме бланка суточного донесения, например для позиции «дизельное топливо», то получим рациональную периодичность передачи информации с учетом выражения (6), равную T = 2,5 сут при полном объеме информации Iп = log2N ≈ 7 бит.
Заключение
Таким образом, имея в качестве исходного материала заданную точность прогнозирования контролируемого параметра состояния безопасности судна, а также скоростные характеристики передачи данных, можно достаточно точно оценить необходимую тактность в передаче информации по каналам связи СУБ. Кроме того, можно определить объем информации и необходимую скорость ее передачи данных для каждого судна, построив тем самым рациональную систему управления состоянием безопасности судов компании на промысле.
1. Гладышевский М. А., Пасечников М. А., Пеньковская К. В. Организационно-технические структуры, обеспечивающие безопасную эксплуатацию судна. Мурманск: Изд-во МГТУ, 2008. 212 с.
2. Кукуи Ф. Д., Анисимов Н. А., Анисимов А. А. Основные процессы в структурах безопасной эксплуатации судна. Мурманск: Изд-во МГТУ, 2008. 185 с.
