Устройство для распознавания аварийных ситуаций Советский патент 1979 года по МПК G06K9/00 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в электрон ных системах сигнализации о возникно вении аварийной ситуации на борту летательного аппарата. Известно устройство для распознавания образов, которое присваивает соответствующий класс некоторому неизвестному событию (ситуации), относящемуся к множеству событий различных классов. В этом устройстве предъ явленной для распознавания ситуации присваивают класс, которому соответствует кратчайшее векторное расстояние между вектором признаков неизвестной ситуации и эталонными векторами дЛя каждого класса ситуаций в многомерном пространстве признаков, характеризующих ситуации l. Недостатком данного устройства является малая достоверность резульTaiTOB распознавания ситуаций при случайных искажениях вектора признаков распознаваемой ситуации.Наиболе е близким по технической сущности к предложенному является устройство, содержащее блок датчиков блок сравнения, один вход которого соединён с выходом блока памяти, а выход - со входом блока контроля аварийности ситуации, блок определения класса аварийной ситуации и блок пороговых элементов 2. Сигналы с блока датчиков поступают на вход блока пороговых элементов, который осуществляет формирование двоичного вектора признаков дпя распознавания, координаты которого представляют собой сигналы с выходов пороговых элементов. Затем в блоке сравнения производят вычисление меры сходства между входным вектором и эталонными векторами каждого класса путем сложения по mod 2 рассматриваемого вектора с каждым из эталонных векторов всех классоваварийных ситуаций объекта, значения которых хранятся в блоке памяти, и определения суммы нулевых координат в полученных векторах сопоставления. При этом считается, что ситуация, описываемая вектором и , относится к некоторому v -у классу, если окажется выполненным условие t ф(й.С.,.) ,(ь,и,г ). (П Vu.uiv)T,,

где n порог срабатывания устройства распознавания, определяюгдий границы класса ситуаций при и-мерном пространстве

R описаний объекта контроля;

С - величина, характеризующая степень произвольности при распознавании ситуаций, принадлежность которых, к тому или иному классу ситуаций не выражена достаточно четко; „(П,(0,( метрики 9 пространстве R , представляющие собой число нулевых координат И-координатных векторов сопоставления.

В блоке проверки аварийности ситуации осуществляют разбиение его множества R ситуаций объекта на два подмножества Р к Q , к первому из которых относят все возможные-ситуации принадле;-;ащие работоспособному объекту Ujo , а ко второму - аварийные ситуации, характерные для объекта, потерявшего работоспособность, и устанавливают по формуле (1), к какому из подмножеств Р и Q относится данная ситуация О . Если окажется что ОеР , то процесс распознавания прекращается (ситуация не аварийная) если О е Q , то производят разбиение всего подмножества Q на классы ситуа-ций от первого до К-го и сигналы, соответствующие вычисленным векторам сопоставлений, подаются на блок определения класса аварийной ситуации. В этом блоке устанавливают, к какому из классов аварийных ситуаций относится распознаваемая ситуация, также в соответствии с выражением (1), и производят сигнализацию оператору о возникновении аварийной ситуации определенного класса.

Недостатком данного устройства является малая достоверность распознавания аварийных ситуаций при случайных искажениях вектора признаков .распознаваемой ситуации или векторов сопоставления, так как результатраспознавания зависит от мгновенных значений этих векторов, римбка в распознавании аварийных ситуаций изза случайных погрешностей может усугубить развитие аварийной ситуации . или сама по себе явиться причиной Возникновения аварийной ситуации изза ложной сигнализации, за которой могут проследовать неправильные дейвтзия оператора.

Целью изобретения является повышение достоверности распознавания аварийных ситуаций.

Указанная цель достигается тем, что устройство содержит прогнозирующий фильтр, вычислитель и блок отсчета резервного времени, вход которого подключен к .выходу блока контроля aв pийнocти ситуации, а выход к одному из входов вычислителя, другой вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход - со входом

блока определения класса аварийной ситуации, причем выход блока датчиков подключен через 11оследовательно соединенные прогнозирующий фильтр и блок пороговых элементов к другому входу блока сравнения. 5 Устройство (см.чертеж) содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков, прогнозирующий фильтр 2, блок 3 пороговых элементов, блок 4 сравнения, один вход которого соединен с выходом блока 3 пороговых элементов, другой с блоком 5 памяти, блок 6 контроля аварийности ситуации, вход которого соединен с первым выходом блока 4 сравнения, а выход со

5 входом блока 7 отсчета резервного времени, вычислитель 8, один вход которого соединен со вторым выходом блока 4 сравнения, управляющий вход соединен с выходом блока 7 отсчета

0 резервного времени, а выход со. входом блока 9 определения класса аварийной ситуации.

Распознавание неизвестной ситуации ведется на интервале, соответствующем некоторому резервному времени Tfte Для ЭТОГО блок б контроля аварийности ситуации выдает сигнал на вход блока 7 отсчета резервного времени в случае, если неизвестная ситуация принадлежит к подмножеству

аварийных ситуаций. -Блок 7 отсчета резервного времени включает вычислитель на в.;емя Tpeg- , в течение- которого производится суммирование метрик в пространстве R по каждому классу

5 аварийных ситуаций. Сигналы, соответствующие величине суммй рных метрик, по истечении времени Тр. подаются на вход блока 9 определения класса аварийных ситуаций, который устанавливает, к какому классу аварийных ситуаций относится распознаваемая ситуация, в соответствии с определением максимальной усредненной меры сходства распознаваемого вектора О

5 с эталонными векторами каждого класса аварийных ситуаций. Таким образом, ситуация, характеризуемая вектором О , относи- ся к некоторому v -у классу, если выполняется условие

(.),4(0.-)p

,0-,)5Т„. г„(и,С,-.)гт„;

, Усреднение мер сходства на интервале 0,Тре позволяет исклю.чить влияние случайных искажений координат распознаваемого вектора.

Величина Tpej- выбирается из условия сохранения необходимого быстродействия устройства распознавания аварийных ситуаций. Для сохранения быстродействия в устройство введен прогнозирующий фильтр 2, осуществляющий прогноз значений характеристик

5 объекта на время Блок 3 пороговых элементов осуществляет формирование двоичного вектора для распознавания путем сравнения прогнозируемых с предельно допустимыми значениями характеристик объекта, определенными из условий его безопасного функционирования. В таком случае резервное время вычисляется по выражению

pej прогм Ъ

гцеТвьш - время, необходимое на осуществление одного цикла распознавания аварийной ситуации(вследствие высокого быстродействия современных элементов и п зостоты алгоритма распознавания оно достаточно мало).

Устройство работает следующим образом.

Сигналы с блока 1 датчиков поступают на прогнозирующий фильтр 2, после чего полученные прогнозируемые значения характеристик поступают на блок 3 пороговых элементов. Блок 3 пороговых элементов формирует двоичный вектор, соответствующий распознаваемой ситуации. Составляющие вектора являются сигналами на выходе пороговых элементов, получающимися в результате сравнения прогнозируемых с предельно допустимыми значениями характеристик объекта. Полученный двоичный вектор поступает на вход блока 4 сравнения, который производит последовательное сложение по mod 2 распознаваемого вектора с эталонными векторами каждого класса, извлекаемыми из блока 5 памяти. Векторы сопоставления с первого выхода блока 4 сравнения поступают на блок б контроля аварийности ситуации, который в соответствии с выражением (1) определяет, является ли распознаваемая ситуация.аварийной. Если ситуация не аварийная, цикл распознавания заканчивается. Если же устанавливается, что распознаваемая ситуаци принадлежит к множеству аварийных, подается сигнал на вход блока 7 .отсчета резервного времени, с выхода которого подается сигнал включения, на управляющий вход вычислителя 8. Вычислитель 8 производит суммирова ние метрик векторов сопоставления каждого класса аварийных ситуаций) поступающих на его вход со второго выхода блока 4 сравнения. По истечении резервного времени блок 7 отсчета резервного времени -подает управляющий сигнал на вычислитель 8, который останавливает процесс сложения,- и величины суммарных метрик поступают на вход блока 9 определения класса аварийной ситуации. Этот блок устанавливает класс распознаваемой

ситуации путем определения максимума меры сходства ее с каждым из классов аварийных ситуаций в соответствии с выражением (2).

Путем моделирования работы устройства распознавания аварийных ситуаций было установлено, что усреднение меры сходства распознаваемой ситуации с классами аварийных ситуаций на интервале, равном резервному времени, повышает достоверность распознавания аварийных ситуаций в условиях помех на 25f30%. При этом уменьшается вероятность усугубления развития аварийной ситуации, ,а также вероятность возникновения аварийной ситуации из-за ложной сигнализации, за которой могут последовать неправильные действи/1 оператора.

В случае использования предложенного устройства для распознавания аварийных ситуаций в системах управления и сигнализации на борту лета- тельных аппаратов достигаемое повышение достоверности распознавания может повысить безопасность полетов.

25

Формула изобретения

Устройство для распознавания аварийных ситуаций, содержащее блок дат11чиков, блок сравнения, один вход которого соединен с выходом блока памяти, а выход - со входом блока контроля аварийности ситуации, блок определения класса аварийной ситуации, и блок пороговьвс элементов, отл. и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности распознавания, устройство содержит прогнозирующий фильтр, вычислитель- и блок отсчета резервного времени, вход ко-, торого подключен к выходу блока контроля аварийности ситуации, а выход - к одному из входов вычислителя, другой вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход - со входом блока определения класса аварийной

5 ситуации, причем выход блока датчиков подключен через последовательно соединенные прогнозирующий фильтр. и блок пороговых элементов к другому .входу блока сравнения.

0

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СМА 3878384, НКИ 340-146,3, 1975.

5

2.Шибанов Г.П. Распознаваниев. системах автоконтроля. М., Машийостроение, 1973, с. 309.

.. .. J

ига

. ,