Макарчук Александра Васильевна — кандидат технических наук
198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7
Makarchuk Alexandra V. — Candidate of Technical Sciences
5/7, Dvinskaya Str., St. Petersburg, 198035
Макарчук Наталия Васильевна — кандидат технических наук
198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7
Makarchuk Natalia V. — Candidate of Technical Sciences
5/7, Dvinskaya Str., St. Petersburg, 198035
Голубов Никита Константинович — аспирант
198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7
Golubov Nikita K. — Postgraduate Student
5/7, Dvinskaya Str., St. Petersburg, 198035
Темой исследования является разработка динамической математической модели надежности эргатической системы «судоводитель – информационная система» и алгоритма адаптивной перенастройки человеко-машинного интерфейса. Рассмотрены существующие подходы к учету человеческого фактора в судовождении, включая модели экспоненциального снижения бдительности, двухуровневые структуры эргатических систем и статические шкалы оценки сложности навигационной обстановки. Установлено, что комплексная модель, интегрирующая эти факторы с адаптивным интерфейсом, в настоящее время отсутствует. В результате формализован коэффициент бдительности судоводителя с введением множителя когнитивной нагрузки, предложена вероятностная оценка ошибок оператора в зависимости от навигационной ситуации, разработан алгоритм адаптивного управления, снижающий прирост ошибочных действий за время вахты. Цель исследования заключается в разработке математической динамической модели надежности указанной эргатической системы и алгоритма адаптивной перенастройки человеко-машинного интерфейса. Для достижения цели решены следующие задачи: формализован коэффициент бдительности судоводителя с введением множителя когнитивной нагрузки; предложена вероятностная оценка ошибок оператора в зависимости от сложности навигационной ситуации; разработан алгоритм адаптивного управления, снижающий прирост ошибочных действий за время вахты; проведено имитационное моделирование с использованием метода Монте-Карло для трех типовых сценариев судовождения. Научная новизна состоит в создании динамической модели с обратной связью, обеспечивающей адаптацию интерфейса к текущему состоянию оператора. Практическая значимость результатов заключается в возможности применения разработанной модели при проектировании систем поддержки принятия решений на судовом мостике и в тренажерной подготовке судоводителей.
The subject of the study is the development of a dynamic mathematical model of the reliability of the ergatic system “navigator–information system” and an algorithm for adaptive reconfiguration of the human–machine interface. Existing approaches to accounting for the human factor in ship navigation are considered, including models of exponential decline in vigilance, two-level structures of ergatic systems, and static scales for assessing the complexity of the navigational situation. It has been established that a comprehensive model integrating these factors with an adaptive interface is currently lacking. As a result, the navigator’s vigilance coefficient has been formalized by introducing a cognitive-load multiplier; a probabilistic assessment of operator errors depending on the navigational situation has been proposed; and an adaptive control algorithm has been developed that reduces the increase in erroneous actions during a watch. The aim of the study is to develop a dynamic mathematical model of the reliability of the specified ergatic system and an algorithm for adaptive reconfiguration of the human–machine interface. To achieve this aim, the following tasks have been accomplished: the navigator’s vigilance coefficient has been formalized by introducing a cognitive-load multiplier; a probabilistic assessment of operator errors depending on the complexity of the navigational situation has been proposed; an adaptive control algorithm has been developed that reduces the increase in erroneous actions during a watch; and simulation modeling using the Monte Carlo method has been carried out for three typical ship-navigation scenarios. The scientific novelty lies in the development of a dynamic model with feedback that ensures adaptation of the interface to the operator’s current state. The practical significance of the results lies in the possibility of applying the developed model in the design of decision support systems on the ship’s bridge and in simulator training for navigators.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.