ИНТЕРФЕЙС ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКОГО СОПРЯЖЕНИЯ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПОДГОТОВКИ ПОЛЁТНЫХ ЗАДАНИЙ НА ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ ПОЛЁТЫ Российский патент 2025 года по МПК G06F15/04 G06F15/16 

Заявленное изобретение относится к информационным системам в авиации и может быть использовано для информационно-технического сопряжения составных частей автоматизированной системы подготовки полетных заданий (ПЗ) на испытательные полеты, а также реализации функции анализа и обработки текстовой информации.

В процессе подготовки ПЗ на испытательный полет возникает необходимость в анализе большого количества текстовой информации нормативно-технической документации, хранящейся как в электронной, так и в бумажной форме. Зачастую, такие информационные источники слабо структурированы и имеют значительный информационный объем, что существенно затрудняет поиск необходимых сведений и увеличивает время подготовки ПЗ. Процесс усложняется тем, что информация об одном и том же объекте поиска может содержаться одновременно в нескольких разнотипных документах или в одном документе, но в различных его частях. В таких условиях при составлении ПЗ возникают предпосылки к возникновению ошибок и неточностей, связанные с человеческим фактором. Такие ошибки отражаются на качестве выполнения экипажем испытательного полета, а также могут повлиять на безопасность его выполнения.

Указанных недостатков можно избежать посредством создания автоматизированной системы подготовки ПЗ на испытательные полеты, которая будет состоять из множества автоматизированных рабочих мест, объединенных в единую сеть передачи данных, и электронного хранилища нормативно-технической документации. Электронное хранилище должно обеспечивать оперативный доступ к любой технической и нормативно-технической документации с любого автоматизированного рабочего места подготовки ПЗ на испытательные полеты. Для реализации информационно-технического сопряжения указанных технических средств необходимо создание интерфейса сопряжения, обеспечивающего физическую циркуляцию данных в сети «электронное хранилище - автоматизированные рабочие места», а также их информационный анализ и обработку. Обработка и анализ текстовой информации в интерфейсе сопряжения осуществляется за счет реализации функции интеллектуального поиска. Под понятием «интеллектуальный поиск» подразумевается семантический анализ исследуемого текста, проводимый с целью определения смысловой нагрузки и взаимосвязи каждой его значимой единицы (слова, предложения, абзаца...) с последующей выдачей по запросу совокупности значимых единиц исследуемого текста, объединенных семантикой пользовательского запроса (Цитульский A.M., Иванников А.В., Рогов И.С. Интеллектуальный анализ текста // StudNet. 2020. №6. URL:https://cyberleninka.m/article/n/intellektualnyy-analiz-teksta). Таким образом, для осуществления возможности интеллектуального поиска текстовой информации, интерфейс информационно-технического сопряжения должен реализовывать алгоритмы решения NLP-задач (Natural Language Processing, обработка естественного языка).

Для решения указанных задач в заявленном изобретении применяются вычислительные модели нейронных сетей типа Transformer. Такие вычислительные модели являются наиболее прогрессивными и показывают наилучшие результаты при решении задач обработки и анализа больших объемов текстовой информации. Вычислительные модели типа Transformer строятся на принципах теории конечных автоматов, что позволяет им обрабатывать элементы входной последовательности данных параллельно. Это существенно ускоряет процесс обучения нейронной сети и позволяет эффективно работать с большими объемами входных данных. Кроме того, благодаря принципам теории конечных автоматов в вычислительных моделях типа Transformer удалось реализовать механизм self-attention («внимание на себя»), который позволяет обращаться в любой момент времени к любому элементу обрабатываемой последовательности данных без необходимости хранить промежуточные шаги обработки.

Наиболее распространенной предварительно обученной вычислительной моделью типа Transformer, используемой для обработки текстовых данных, является модель BERT (Bidirectional Encoder Representations from Transformers, двунаправленная нейронная сеть-кодировщик), разработанная учеными из Google (Vaswani A., ShazeerN., Parmar N., Uszkoreit J., Jones L., Gomez A.N., Kaiser L.U., Polosukhin I. Attention is all you need // Advances in neural information processing systems. 2017. Vol.30. 15 p.DOI: 10.48550/arXiv. 1706.03762). Отличительной особенностью модели BERT является возможность двунаправленного «внимания» при анализе текстовой последовательности, то есть работа, как с левосторонним, так и с правосторонним контекстом, что существенно улучшает качество определения семантики анализируемого текста. Кроме того, модель BERT является предварительно обученной на большом русскоязычном корпусе лингвистических данных и имеет открытый код, что делает возможным ее использование в заявленном изобретении.

Заявленное изобретение позволяет реализовать информационно-техническое сопряжение электронного хранилища нормативно-технической документации и автоматизированного рабочего места подготовки ПЗ на испытательные полеты путем объединяя их в единую систему. Применение в заявленном изобретении технических средств, реализующих алгоритмы семантического анализа и обработки текстовой информации посредством вычислительной модели BERT, позволяет существенно повысить уровень автоматизации процесса подготовки ПЗ на испытательные полеты и сократить время его выполнения.

При этом, наиболее близким аналогом, известным из уровня техники, является изобретение «Комплексная система подготовки и корректировки полетных заданий, навигации и управления летательного аппарата» (патент на изобретение RU 2747760), состоящее из наземной системы подготовки полетного задания и бортового навигационного комплекса, связь между которыми осуществляется посредством переносного носителя данных, причем система подготовки полетного задания состоит из универсального устройства записи информации на переносной носитель данных, универсального видеомонитора и комплекта универсальных устройств управления, соединенных входами-выходами с электронным блоком, включающим взаимосоединенные входами-выходами по универсальной магистрали информационного обмена вычислительно-логический функциональный модуль базы данных картографической информации, вычислительно-логический функциональный модуль базы данных аэронавигационной информации, вычислительно-логический функциональный модуль интерактивного формирования маршрута полета летательного аппарата, вычислительно-логический функциональный модуль формирования полетного задания и вычислительно-логический функциональный модуль записи полетного задания на переносной носитель данных, а навигационный комплекс состоит из взаимосоединенных входами-выходами по каналу информационного обмена устройства считывания информации с переносного носителя данных, комплекта навигационно-пилотажных систем, радиотехнической системы связи и бортовой цифровой вычислительной системы, включающей взаимосоединенные входами-выходами по бортовой магистрали информационного обмена (БМИО) вычислительно-логический функциональный модуль объединенной базы данных (ОБД), вычислительно-логический функциональный модуль формирования управляющих сигналов (ФУС), вычислительно-логический функциональный модуль ввода-вывода и управления информационным обменом, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена программно-аппаратным комплексом анализа реализуемости полетного задания, в состав которого входят универсальные интерфейсные устройства, в том числе универсальный видеомонитор и комплект универсальных устройств управления, соединенные входами-выходами с электронным вычислительным блоком (ЭВБ), включающим универсальную магистраль информационного обмена, вычислительно-логический функциональный модуль базы данных картографической информации, вычислительно-логический функциональный модуль базы данных аэронавигационной информации, вычислительно-логический функциональный модуль интерактивной корректировки полетного задания, вычислительно-логический функциональный модуль расчета потребного запаса топлива для полета по скорректированному маршруту, причем электронный вычислительный блок программно-аппаратного комплекса анализа реализуемости полетного задания посредством проводных линий связи соединен с вычислительно-логическим функциональным модулем формирования полетного задания из состава наземной системы подготовки полетного задания, а вычислительно-логический функциональный модуль интерактивной корректировки полетного задания из состава электронного вычислительного блока программно-аппаратного комплекса анализа реализуемости полетного задания соединен с наземной радиотехнической системой связи.

Недостатками этого решения является то, что система, в силу ограниченных функциональных возможностей, не позволяет организовать информационный обмен с электронным хранилищем нормативно-технической документации, а также не использует наиболее актуальные вычислительные модели нейронных сетей в своих вычислительно-логических функциональных модулях, что существенно увеличивает время информационного взаимодействия между элементами системы.

Технической задачей заявленного изобретения является автоматизация процесса разработки ПЗ на испытательные полеты, а также создание задела для реализации концепции единого информационного пространства обеспечения летных испытаний.

Решение технической задачи достигается тем, что интерфейс информационно-технического сопряжения составных частей автоматизированной системы подготовки полетных заданий на испытательные полеты включает: оперативно-запоминающее устройство, вход-выход которого соединен с первым входом-выходом системной шины; модуль анализа данных, вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом системной шины; модуль обработки пользовательских запросов и формирования ответных сообщений, первый вход-выход которого соединен с третьим входом-выходом системной шины; второй вход-выход модуля обработки пользовательских запросов и формирования ответных сообщений, соединенный со входом-выходом сетевого коммутатора, при этом, сетевой коммутатор обеспечивает подключение по локальной сети передачи данных нескольких автоматизированных рабочих мест подготовки полетных заданий на испытательные полеты; адаптер питания, выход которого соединен с пятым входом-выходом системной шины; криптошлюз, первый вход-выход которого соединен с четвертым входом-выходом системной шины; второй вход-выход криптошлюза, соединенный с первым входом-выходом межсетевого экрана; второй вход-выход межсетевого экрана, соединенный с входом-выходом порта подключения к внешней сети передачи данных, при этом, порт подключения к внешней сети передачи данных обеспечивает подключение к закрытому каналу обмена данными с электронным хранилищем нормативно-технической документации.

Технический результат, достигаемый совокупностью признаков заявленного изобретения, заключается в сокращении времени информационного взаимодействия между элементами автоматизированной системы подготовки ПЗ на испытательные полеты.

Функционирование заявленного изобретения иллюстрируется фигурой, на которой обозначены:

1 - оперативно-запоминающее устройство (ОЗУ);

2 - модуль анализа данных;

3 - модуль обработки пользовательских запросов и формирования ответных сообщений;

4 - сетевой коммутатор;

5 - системная шина;

6 - порт подключения к внешней сети передачи данных WAN (World Area Network);

7 - межсетевой экран;

8 - криптошлюз;

9 - адаптер питания.

Блок 1 - оперативно-запоминающее устройство представляет собой набор микросхем памяти (https://mikron.m/products/high-rel-ic/memory/ram/) и управляющего микроконтроллера (https://mikron.ru/products/high-rel-ic/microprocessors-dsp/dsp/). Модуль обеспечивает промежуточное хранение информационных сообщений, формируемых модулем анализа данных (блок 2), модулем обработки пользовательских запросов и формирования ответных сообщений (блок 3), а также информационных сообщений, подступающих по внешней сети передачи данных (через блок 6).

Блок 2 - модуль анализа данных представляет собой вычислительно-логический модуль, состоящий из микропроцессора и набора вспомогательных радиокомпонентов. Алгоритмы работы микропроцессора построены на основе вычислительной модели предварительно обученной нейронной сети по типу модели BERT, которые позволяют реализовать решение задач семантического анализа текста пользовательского запроса. Описание алгоритмов приведено в https://rdc.grfc.ru/2021/09/semantic_analysis/.

Блок 3 - модуль обработки пользовательских запросов и формирования ответных сообщений, представляющий собой микропроцессор и набор вспомогательных радиокомпонентов. Модуль реализует преобразование информационных сообщений, поступающих через локальную сеть передачи данных (через блок 4) в виде запросов на естественном языке, в форму, воспринимаемую модулем анализа данных (блок 2). Также, осуществляет преобразование указанных сообщений в обратной последовательности для передачи пользователю.

Блок 4 - сетевой коммутатор, обеспечивающий обмен информацией по локальной сети передачи данных между заявленным изобретением и внешним рабочим местом пользователя. Может быть реализован в рамках известного технического решения (https://www.industrialnets.ru/promyshlennye-ethernet-kommutatory/)

Блок 5 - системная шина выполнена в виде проводящих слоев на печатных платах и навесного монтажа между печатными платами и функциональными элементами заявленного изобретения. Обеспечивает обмен информацией между функциональными элементами заявленного изобретения (блоки 1-8), а также обеспечивает их питание от адаптера питания (блок 9).

Блок 6 - представляет собой порт подключения к WAN, в которой находится электронное хранилище нормативно-технической документации. Информационное взаимодействие осуществляется на основе стека протоколов TCP/IP совместно с шифрованием и фильтрацией информационных потоков, которую обеспечивает межсетевой экран (блок 7) и криптошлюз (блок 8).

Блок 7 - межсетевой экран представляет собой техническое устройство в виде печатной платы с микропроцессором, блоками энергонезависимой памяти и соединительными разъемами предназначенное для фильтрации трафика, передаваемого по внешней сети передачи данных (от электронного хранилища нормативно-технической документации), и ограничения доступа к локальной сети передачи данных (к рабочим местам подготовки ПЗ на испытательные полеты). Может быть выполнен в рамках известного технического решения (Прудников А.И., Шахов В.Г., Особенности использования технологии ViPNet для защиты информации в корпоративных сетях // ОНВ. 2012. №2 (110). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/osobennosti-ispolzovaniya-tehnologii-vipnet-dlya-zaschity-informatsii-v-korporativnyh-setyah).

Блок 8 - криптошлюз представляет собой техническое устройство в виде печатной платы с микропроцессором, блоками энергонезависимой памяти и соединительными разъемами предназначенный для шифрования и дешифровки информации, передаваемой по внешней сети передачи данных, туннелирования канала передачи данных, а также аутентификации пользователей электронного хранилища. Может быть реализован в рамках известного технического решения в среде ViPNet (https://vipnet-hw.ru/pak-vipnet-xfirewall/), использующего криптоалгоритмы соответствующие ГОСТ 34.12-2018 Криптографическая защита информации.

Блок 9 - адаптер питания представляет собой печатную плату с размещенной на ней микросхемой и пассивными радиокомпонентами, обеспечивает питание внутренних элементов устройства В напряжением требуемого, номинала через системную шину (блок 5), а также выполняет функции стабилизатора напряжения. Может быть реализован в рамках известного технического решения («Однотактный преобразователь постоянного напряжения», патент на изобретение RU 2573433).

Функционирование заявленного изобретения заключается в следующем.

На рабочем месте подготовки ПЗ на испытательные полеты формируется запрос к электронному хранилищу нормативно-технической документации о выдаче требуемых для составления ПЗ сведений. Сформированный запрос, через локальную сеть передачи данных по логике стека протоколов TCP/IP, передается на сетевой коммутатор (блок 4). При этом, использование сетевого коммутатора обусловлено тем, что к нему могут быть подключены несколько рабочих мест, что позволяет организовать многопользовательский доступ к электронному хранилищу в пределах локальной вычислительной сети (группа специалистов одной организации, чьи рабочие места объединены в локальную сеть).

Принятый по локальной сети передачи данных запрос попадает в модуль обработки пользовательских запросов и формирования ответных сообщений (блок 3), где происходит его преобразование к форме, воспринимаемой модулем анализа данных (блок 2). Таким образом, пользовательский запрос, сформированный на языке программирования Python 3.11, транслируется в язык программирования С++. Это обусловлено тем, что С++ имеет большее быстродействие и ориентированность на работу с микропроцессорной техникой, что является важными качествами при решении задач анализа больших объемов текстовой информации. Преобразованный пользовательский запрос через системную шину (блок 5) передается в модуль анализа данных (блок 2), где происходит его дальнейшая обработка.

В первую очередь осуществляется классификация информационного запроса по двум признакам: запрос структурированной информации (табличная информация); запрос неструктурированной информации (текст нормативно-технического документа). Классификация осуществляется посредством специальных алгоритмов, запрограммированных в микропроцессоре модуля (Щеголев А.А., Азарова Э.Р. Методы и алгоритмы рубрикации текстов // Евразийский Союз Ученых. 2016. №1-2 (22). URL: https://cyberleninka.m/article/n/metody-i-algoritmy-rubrikatsii-tekstov).

Получение признака «структурированный» означает, что пользовательский запрос относится к разделу электронного хранилища, представляющего собой реляционные базы данных (таблицы). Такой пользовательский запрос, через системную шину (блок 5) передается в криптошлюз (блок 8) для его шифрования и дальнейшей отправки через внешнюю сеть передачи данных к электронному хранилищу нормативно-технической документации. При получении ответного сообщения от электронного хранилища, модуль анализа данных (блок 2) по формальным признакам проверяет соответствие его содержания исходному запросу и направляет его через системную шину (блок 5) в модуль обработки пользовательских запросов и формирования ответных сообщений (блок 3). При возникновении несоответствия осуществляется повторная отправка пользовательского запроса или выдача сообщения об ошибке.

Получение пользовательским запросом признака «неструктурированный» означает, что пользователь рабочего места запрашивает информацию, размещенную в электронном хранилище в не реляционных базах данных (в виде файлов или массивов слабоструктурированного текста). Для получения результата выполнения такого запроса модуль анализа данных (блок 2) переходит к выполнению алгоритмов «интеллектуального поиска». На первом этапе, модуль анализа данных (блок 2), посредством алгоритмов нейронной сети реализованной по типу вычислительной модели BERT (Vaswani A., Shazeer N., Parmar N., Uszkoreit J., Jones L., Gomez A.N., Kaiser L.U., Polosukhin I. Attention is all you need // Advances in neural information processing systems. 2017. Vol.30. 15 p.DOI: 10.48550/arXiv. 1706.03762), осуществляет семантический анализ текста пользовательского запроса и на его основании формирует запрос к электронному хранилищу. Результат семантического анализа пользовательского запроса через системную шину (блок 5) записывается в ОЗУ (блок 1) в виде матрицы весовых коэффициентов каждого значащего (не считая предлоги, союзы и т.д.) слова. На втором этапе анализа, полученная в ответном сообщении от электронного хранилища выборка текстовой информации также подвергается семантическому анализу посредством алгоритмов нейронной сети. Результат семантического анализа текстовой выборки в виде матрицы весовых коэффициентов сравнивается с результатом анализа пользовательского запроса, изъятым из ОЗУ (блок 1). В ходе сравнения матриц весовых коэффициентов делается вывод о наиболее релевантных и важных частях текстовой выборки ответного сообщения электронного хранилища, из которых формируется ответ на первоначальный пользовательский запрос. Тем самым, реализуется функция «интеллектуального поиска» неструктурированной текстовой информации.

Сформированный ответ через системную шину (блок 5) направляется в модуль обработки пользовательских запросов и формирования ответных сообщений (блок 3), где он преобразуется в форму представления, воспринимаемую рабочим местом подготовки ПЗ на испытательные полеты (транслируется с языка программирования С++, на Python 3.11), и отправляется через локальную сеть передачи данных (через блок 4) к рабочему месту.

Процесс отправки сообщений (запросов) от модуля анализа данных (блок 2) к электронному хранилищу нормативно-технической документации происходив следующим образом. Сформированные сообщения (запросы) через системную шину (блок 5) поступают в криптошлюз (блок 8), где с помощью криптоалгоритмов происходит шифрование. передаваемой информации и аутентификация пользователей информационного хранилища. Зашифрованное сообщение (запрос) проходит через модуль межсетевого экрана (блок 7) где сохраняются его признаки с целью фильтрации ответных сообщений и через внешнюю сеть передачи данных посредством порта WAN (блок 6) отправляется в электронное хранилище. Кроме того, криптошлюз (блок 8) организует туннелирование канала передачи данных во внешней сети, с целью обеспечения конфиденциальности передаваемой информации.

Использование внешней сети передачи данных обусловлено тем, что информационное хранилище, в силу значительных объемов хранимой информации и конфиденциальности ее содержания, целесообразно выполнять в единичном экземпляре, который может физически находиться на значительном удалении от рабочих мест специалистов, выполняющих работы по подготовке ПЗ. Тем самым, организация многопользовательского доступа к информационному хранилищу может быть реализована лишь по внешней сети передачи данных с использованием средств криптографического шифрования.

Сформированное электронным хранилищем ответное сообщение, передается по внешней сети передачи данных (через блок 6). Принятое ответное сообщение проходит через межсетевой экран (блок 7), где на основе хранящихся признаков исходного запроса производится анализ ответного сообщения, с целью определения достоверности данных и недопущения несанкционированного доступа в локальную сеть передачи данных (через блок 4). После прохождения межсетевого экрана (блок 7) принятое ответное сообщение попадает в криптошлюз (блок 8), где происходит его дешифрация у. дальнейшая передача через системную шину (блок 5) в модуль анализа данных для выполнения вышеописанных алгоритмов.

Использование во внешней сети передачи данных криптошлюзов и межсетевых экранов, шифрующих и фильтрующих передаваемые данные, обусловлено тем, что информация, циркулирующая между информационным хранилищем и рабочим местом подготовки ПЗ на испытательные полеты может иметь конфиденциальный характер и ее передача в открытом виде по открытым каналам передачи данных запрещена.

Электропитание осуществляется через адаптер питания (блок 9); который обеспечивает подключение питающего кабеля от бытовой электросети. Питающее напряжение через системную шину (блок 5) подается на все внутренние модули и элементы (питание от системной шины межсетевого экрана и сетевого коммутатора на фигуре не указанно), при этом, на различные функциональные модули и элементы подается различное питающее напряжение, но не более 12 В.

Достигаемый технический результат - сокращение времени информационного взаимодействия между элементами автоматизированной системы подготовки ПЗ на испытательные полеты - достигается за счет того, что технические средства, обеспечивающие информационно-техническое сопряжение, позволяют реализовать алгоритмы семантического анализа и обработки текстовой информации посредством вычислительных моделей нейронных сетей, что существенно сокращает время выполнения работ по подготовке ПЗ на испытательные полеты.

Изобретение относится к системам автоматизации проведения летных испытаний. Технический результат заключается в сокращении времени информационного взаимодействия между элементами системы подготовки полетных заданий. Технический результат достигается за счет того, что интерфейс автоматизированной системы подготовки полетных заданий включает: оперативно-запоминающее устройство, вход-выход которого соединен с первым входом-выходом системной шины; модуль анализа данных, вход-выход которого соединен со вторым входом выходом системной шины; модуль обработки пользовательских запросов и формирования ответных сообщений, первый вход-выход которого соединен с третьим входом-выходом системной шины; второй вход-выход модуля обработки пользовательских запросов и формирования ответных сообщений, соединенный с входом-выходом сетевого коммутатора; адаптер питания, выход которого соединен с пятым входом-выходом системной шины; криптошлюз, первый вход-выход которого соединен с четвертым входом-выходом системной шины; второй вход-выход криптошлюза, соединенный с первым входом-выходом межсетевого экрана; второй вход-выход межсетевого экрана, соединенный с входом-выходом порта подключения к внешней сети передачи данных. 1 ил.

Интерфейс информационно-технического сопряжения составных частей автоматизированной системы подготовки полетных заданий на испытательные полеты, характеризующийся тем, что он включает:

оперативно-запоминающее устройство, вход-выход которого соединен с первым входом-выходом системной шины, для промежуточного хранения информационных сообщений, поступающих по внешней сети и формируемых модулями анализа данных и обработки пользовательских запросов о выдаче требуемых для составления полетного задания сведений;

модуль анализа данных, вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом системной шины, для решения задач семантического анализа пользовательских запросов о выдаче требуемых для составления полетного задания сведений средствами обученной нейронной сети;

модуль обработки пользовательских запросов и формирования ответных сообщений, первый вход-выход которого соединен с третьим входом-выходом системной шины, для преобразования информационных сообщений, поступающих через локальную сеть передачи данных в виде запросов на естественном языке, в форму, воспринимаемую модулем анализа данных;

второй вход-выход модуля обработки пользовательских запросов и формирования ответных сообщений, соединенный со входом-выходом сетевого коммутатора, при этом сетевой коммутатор обеспечивает подключение по локальной сети передачи данных нескольких автоматизированных рабочих мест подготовки полетных заданий на испытательные полеты;

адаптер питания, выход которого соединен с пятым входом-выходом системной шины;

криптошлюз, первый вход-выход которого соединен с четвертым входом-выходом системной шины;

второй вход-выход криптошлюза, соединенный с первым входом-выходом межсетевого экрана;

второй вход-выход межсетевого экрана, соединенный с входом-выходом порта подключения к внешней сети передачи данных, при этом порт подключения к внешней сети передачи данных обеспечивает подключение к закрытому каналу обмена данными с электронным хранилищем нормативно-технической документации.