Automated identification of an operator anticipation on marine transport

Abstract

EN: Context. The article discusses approaches to anticipation identification being an essential part of the decision-making process done by the operator by using the example of a sea captain in ergatic systems of critical infrastructures in the sea transport management. The mentioned above aspect of anticipation of operators can be regarded as being a complex form of human-machine interaction and, certainly, claims for further elaboration of information and tools to be used. Objective. The way to approach development is taken as being based on an information analysis of the full range of trajectories of decision-making by operators at the time of performing complex multi-stage actions. These items are rooting out of their adopted strategy of human-machine interaction. Besides, it leads to the formation of a metric being able to algorithmically represent the enormous number of variants. It can be done taking into account conditions of combinatorial representation in terms of the geometric theory of groups on the Cayley graph. Method. Being a part of the approach elaboration the having been obtained during the analysis of the database of navigation simulators mathematical model of experimental data collecting and processing succeeded to be constructed. To confirm the formal-algorithmic approach a simulation was challenged to be carried out helping to form the trajectory of the operator’s decision making in critical situations. It was felicitously performed basing on the three-factor ERO-AEA-EAPI model. Thus, the algebraic and software representation of the metric decision space is noticed to uncover approximate complex human-machine interactions in uncertain environments. As a result, the converting process of data of the main subject of critical infrastructure (i.e. the operator) into knowledge is able to be coped with. In addition, factors possible to be gauged in the proposed metric are able to be uncovered. Results. In order to carry out the feasibility assessment of the developed approach as well as formal-algorithmic ones, an experiment was performed by using the Navi Trainer 5000 navigation simulator (NTPRO 5000). During having one of the most troublesome operations i.e. mooring we wanted the server data to be analyzed. As a result, data about anticipation being shaped as triangular constructs in the quasi-isometric space of Cayley graph is reported to have been obtained. The automated neural networks being used for result obtaining led to delivering of the possibility to get multiple data regression and to analyze the relationships of many independent variables. It is considered to be clear evidence due to having found out results of scattering and reliability diagrams. Conclusions. The having been presented in the investigations formal-algorithmic approach together with the developed software tools and the approaches of converting data into knowledge about operator anticipation are said to embrace the possibility to classify and to identify individual decision-making strategies when managing a vessel and to predict the likelihood of poor consequences. With regarding to the cogency of the proposed approach and models these issues happen to have been successfully justified by means of the automated processing of experimental data. UK: Актуальність. У статті розглядається підхід ідентифікації антиципації як важливої складової процесу прийняття рішень оператора на прикладі капітана далекого плавання в ергатичних системах критичних інфраструктур при управлінні морським транспортом. Розглянутий аспект антиципації операторів є складною формою людино-машинного взаємодії і вимагає розробки підходів та відповідних інформаційних засобів. Мета. Підхід щодо розробки засобів грунтується на інформаційному аналізі повного спектра траекторій прийняття рішень операторів в моменти виконання складних багатоетапних дій заснованих на прийнятій стратегії людино-машинної взаємодії. Такий підхід передбачає формування метрики здатної алгоритмічним способом відобразити простір варіантів в умовах комбинаторного передуявлення в термінах геометричної теорії груп на графі Келі. Метод. В рамках розробки підходу визначена математична модель збору та обробки експериментальних-тальних даних в ході аналізу бази даних навігаційних симуляторів. З метою підтвердження прийнятих формально-алгоритмічних підходів проведено імітаційне моделювання що формує траєкторію прийняття рішень оператора в критичних ситуаціях заснованих на трехфакторной моделі ERO-AEA-EAPI. Таким чином алгебраїчне і програмне представлення метричного простору прийняття рішень дозволяє апроксимувати складні людино-машинні взаємодії в умовах невизначеності і отримати підхід трансформації даних в знання про суб’єкта критичної інфраструктури – оператора. Результати. З метою підтвердження доцільності розроблених формально-алгоритмічних підходів був проведений експеримент з використанням навігаційного симулятора Navi Trainer 5000 (NTPRO 5000). В ході експерименту були проаналізовані дані сервера при виконанні однієї з найбільш складних операцій – швартуванні, і сформовані знання про антиципацію операторів у вигляді триангулярних конструктів на квазіізометричному просторі графа Келі. Результати моделювання із застосуванням автоматизованої нейроної мережі дозволили отримати множинну регресію даних і провести аналіз зв’язків незалежних змінних про що свідчать результати діаграм розсіювання і надійності. Висновки. Формально-алгоритмічні підходи, представлені в дослідженні, в поєднанні з розробленими програмними засобами, підходи перетворення даних у метаданні про антиципацію операторів дозволили класифікувати і визначити індивідуальні стратегії прийняття рішень при управлінні судном що дало змогу прогнозувати ймовірність катастрофічних наслідків. Результативність запропонованого підходу і моделей була успішно обгрунтована за результатами автоматизованої обробки експериментальних даних.