Систем счисления

Овладение ребенком системой счисления начинается еще до поступления его в школу — в детском саду и в семье, а затем продолжается в процессе усвоения систематического курса арифметики. Уже на самых первых этапах овладения понятием числа (до десяти) ребенок сталкивается со значительными трудностями. Анализу этих трудностей и путей их преодоления посвящено значительное количество исследований. Однако даже полноценное усвоение ребенком понятия числа в пределах десяти не снимает возникающих перед ним новых трудностей, связанных с необходимостью овладения (усвоения) позиционным принципом системы нумерации. Эти трудности отмечались многими методистами арифметики (Песталоцци, Грубе, Лай, Вол-ковский и др.) и известны в практике школы.

Примерами таких наблюдаемых в школе типичных фактов могут служить следующие:

1. Зная названия чисел, ученики не могут правильно их обозначать (пятьсот девяносто пять — 50 095, 5 905, 5 095; триста двадцать — 30 020; двести пять — 25, 2 005 и т. д.).

2. Продолжая числовой ряд от заданного до заданного числа, ученики делают много ошибок при необходимости перехода к единицам нового разряда: 329, 3 210 (вм. 330); 599,5 910 (вм. 600); 999,9 910 (вм. 1 000) и т. д.

3. Усвоив действия сложения и вычитания, умножения и деления, ученики оказываются не в состоянии их применять в случаях, когда необходимо «переходить» в соседний разряд или использовать соседний разряд. Так, например, при выполнении примера на вычитание

ученик правильно выполняет задание, но не может выполнить правильно такого задания, которое требует перехода в следующие разряды, записывая иногда

т. е. вычитая из больших цифр меньшие. Особые трудности возникают в тех случаях, когда разряд обозначен нулем (703—396 или 4008: 2) и т. д. Очевидно, что эти и подобные трудности связаны с особенностями овладения учеником позиционным принципом десятичной системы счисления.

Обозначение числа в позиционной системе счисления предполагает:

1) выделение абсолютного значения цифр в числе, основанное на усвоении начальных чисел-цифр (1,2,3,4,5,6,7,8,9);

2) выделение относительного (позиционного) значения цифр в числе, включающее ряд моментов:

а) выделение числового содержания позиции;

б) выделение отношений между разрядами;

в) выделение зависимости этих отношений от основания системы счисления.

На начальных этапах овладения понятием числа ребенок усваивает абсолютное значение цифр, составляющих первые числа числового ряда. Каждая цифра однозначно связана с определенным количеством предметов, ею обозначаемых (2 — два предмета, 5 — пять предметов и т. д.)

Однако по мере овладения числовым рядом и необходимостью обозначения количества предметов больше девяти, ребенок должен использовать те же начальные числа в других значениях (на этом этапе возникает также необходимость в цифре «0» как показателе «пустого» разряда) Ведь теперь с помощью тех же цифр нужно обозначать такие количества, для которых нет одного знака, но которые нужно обозначать с помощью уже известных чисел. Трудность заключается в том, что для ребенка эти числа приобрели совершенно определенное значение, они однозначно связаны с обозначаемым количеством предметов. И для того чтобы использовать эти начальные числа как цифры, нужно «абстрагироваться» от этой однозначной

16!

«предметной» связи и выделить их новое значение — значение цифр, числовое содержание которых определяется местом (позицией), занимаемым ими в числе.

Основная трудность, с которой здесь сталкивается ребенок, и заключается в необходимости преодоления этого противоречия между выделенным значением цифры и тем новым ее значением в числе, которого требует обозначение большого количества предметов и которым должен овладеть ребенок. (Как известно эта трудность не полностью совпадает с трудностями словесного называния чисел, хотя слова и фиксируют специфику позиционного построения числового ряда. Между процессами овладения системой названий и системой обозначений существует взаимозависимость, но она не является определяющей в нормальных условиях. Называние чисел, являясь предпосылкой процесса овладения системой обозначения, не определяет его существа.)

Перед ребенком на этом этапе возникает проблема (задача), заключающаяся в невозможности обозначения чисел с помощью известных ему способов и требующая овладения новым способом обозначения, основанным на позиционном принципе. «Потребность» в новом способе обозначения возникает из отсутствия знаков для обозначения и определяется необходимостью осуществлять действия счета в отношении большого числа предметов, необходимостью продолжения числового ряда. Обозначение числа оказывается действием, включенным в другое действие, которому оно служит и через которое оно приобретает свои «смысл». И если, с одной стороны, арифметические действия всегда включают обозначение числа, то с другой в реальной жизни, — обозначение числа всегда включено в состав действий, с помощью которых человек преобразует количество. Типичная ошибка ребенка, с которой приходится постоянно встречаться в школе, заключается в том, что для него при традиционной системе обучения все числа, стоящие и после 9, фактически выступают, лишь как обозначения недифференцированного количества. Они различаются лишь по обозначаемому количеству и определяются местом, занимаемым ими в числовом ряду. Так, числа 10,11,12 и т. д. выступают по-прежнему в однозначной связи с обозначаемым количеством, так же, как и 3 или 4, 7 или 8. И хотя эти числа состоят из цифр, последние никак не соотносятся с обозначаемым ими коли-

чеством. Позиция цифр в числе не приобретает (для ребенка) какого-либо числового значения. Психологическим основанием этой типичной ошибки является неадекватное использование знакомого способа действия (обозначения) в новых условиях. Причина этой ошибки заключается в том, что в процессе обучения перед ребенком не была поставлена задача (проблема), требующая нового способа обозначения, а способ обозначения был предложен ребенку как нечто известное, готовое. Ребенок заучил продолжение числового ряда, но не понял способа его образования.

В процессе овладения начальным понятием числа (до 10) ребенок научился обозначать группу предметов одним предметом, словом или знаком. Во всех этих случаях обозначение было связано с объединением сосчитываемых предметов и их замещением одним, последним предметом, как бы вбиравшим результаты сосчитанного. Так первоначально для ребенка пятый предмет символизировал «пять» и т. п. В дальнейшем вся объединенная группа считаемых предметов обозначалась словом «пять» и слово выступало в роли особого элемента, обозначающего определенное количество и позволяющего оперировать не только отдельными считаемыми предметами, но и их группами. Туже роль в дальнейшем приобретал числовой знак, т. е. цифра, обозначающая определенную группу предметов.

Однако прежде чем обучать ребенка цифровым обозначениям, обычно его сначала учат считать предметы (особенно те, с которыми нельзя действовать — все большие или неподвижные предметы, а также отсутствующие) с помощью других предметов — элементарных средств счета — палочек, кружочков и т. д. (в качестве таких средств нередко выступают и пальцы). Здесь одни предметы замещают другие, обозначают их, являются их «представителями» при выполнении действия счета.

Развитие орудийного счета привело к созданию счетного прибора, основанного на позиционном принципе десятичной системы. В процессе обучения арифметике счетный прибор нередко рассматривается лишь как прибор, облегчающий выполнение счетных операции и необходимый для определенных видов деятельности человека. Поэтому обучение действиям на счетах часто рассматривается

6*

как особый процесс, прямо не связанный с процессом овладения десятичной системой нумераций.

Однако на самом деле, подобно тому как при обучении ребенка счету до 9 мы не могли обойтись без палочек как средств счета, так и при переходе через десяток необходимо использовать новые средства счета — счетный прибор, основанный на позиционном принципе, т. е. в процессе обучения счету счетный прибор — это не только и не столько прибор, используемый и нужный для выполнения счетных операций в жизни, это прежде всего необходимое методическое «пособие» (средство) для обучения ребенка принципам построения позиционной системы.

При переходе через первый десяток ребенок должен усвоить числовое значение позиции, которое на счетах выражается рядом, на котором располагаются косточки счетов. Понятно, что косточки счетов можно использовать как известные ребенку ранее средства счета, т. е. как палочки, кружочки и т. д., замещающие отдельные предметы. Такое их использование не составляло бы чего-либо нового в процессе усвоения. Очевидно, что для овладения новым принципом счета ребенок должен научиться группировать считаемые предметы определенным образом — в соответствии с определенным принципом — и замещать (обозначать) эти группы с помощью одного знака-средства (косточки), обладающего определенным признаком — местом (рядом), на котором расположена косточка счетов. В качестве такого признака могут быть использованы, конечно, и другие признаки, например цвет, величина, форма и т. д. Однако основное заключается в выделении и использовании для счета признака места (позиции) как средства, обозначающего определенную группу (10,100 и т. д.) предметов.

Переход к обучению счету на счетном приборе — это необходимый этап в овладении новым принципом счета, с использованием новых средств счета, с новой системой обозначения считаемых предметов.

Овладевая способом обозначения числа на счетах, ребенок может овладеть всеми основными отношениями, составляющими принцип построения десятичной системы, но в более легких условиях орудийного счета. И, вероятно, методически было бы правильно использовать счеты для выделения этих основных отношений десятичной системы с необходимым дальнейшим сопоставлением и ана-

лизом особенностей обозначения числа с помощью цифр на более поздних этапах обучения.

Переход к новому способу обозначения считаемых предметов на счетах, к обозначению их групп также должен быть оправданным, должен выступать как естественная необходимость выполнения действия счета. Эта необходимость особенно четко проявляется при заданиях сосчитать большие группы предметов. Ведь с помощью пересчета и присчета отдельных предметов можно считать только небольшие группы. Вот в этих условиях и возникает необходимость в новом способе обозначения, в новых средствах выполнения действия.

В психологической литературе известен факт использования ребенком примитивных, начальных способов счета — использование отдельных предметов или их признаков как средств счета. Однако наряду с отмеченным существует и другой факт — факт группирования предметов при счете. И нередко ребенок обозначает с помощью подручных средств не отдельные считаемые предметы, а их группы. На этом этапе один палец может обозначать не один предмет, а, например, 3 или 5 предметов (чаще всего этот факт встречается при необходимости считать разнородные группы предметов), т. е. естественная логика усвоения заключается в том, что ребенок «открывает» этот новый способ, приходит к нему. Именно поэтому использование счетов как средства обучения соответствует определенному этапу овладения ребенком позиционным принципом обозначения числа.

Выделение нового значения цифры в числе, ее относительного значения требует установления новой связи между цифрой и обозначаемым количеством предметов. Особенность выделения относительного значения цифры связана с тем, что ее новое числовое содержание определяется новым признаком, который она приобретает в числе — через занимаемое ею место в числе, позицию, т. е. в новых условиях обозначения ребенок должен овладеть новым средством выражения количества — позицией цифр.

Одним из основных способов (используемых в школьной практике и рекомендуемых в методических руководствах) выделения позиции является способ анализа состава числа: разложение числа на разрядные единицы (с этой же целью используется идущий от Песталоцци табличный анализ). Несомненно, что такой анализ позволяет

ученику выделить числовое содержание разрядов и их связь с позицией цифр в числе, но он не может привести сам по себе к овладению позиционным принципом обозначения числа. Мы уже отмечали, что обозначение числа в реальной жизни всегда включено в реальные действия человека с количеством. Через эти действия (сложения, вычитания и т. п.) оно приобретает свой «смысл». Анализ состава числа, выключенный из системы этих реальных действий и не определяемый их необходимостью, не может привести к осмысленному овладению позиционным принципом, к его осмысленному использованию для обозначения любых чисел и выполнения действий с числами.

Реальная проблемная ситуация, вызывающая процесс анализа состава числа, возникает перед ребенком при необходимости выполнения действий (сложения, вычитания и т. д.) с числами. Так, уже для того чтобы сложить 5 и 6, нужно разложить и сгруппировать данные числа так, чтобы было можно их обозначить как 11-5 + 6= (5+ 5) + 1 = = 10 + 1 = 11; 5 + 6 = (4 + 6) + 1 = 10 + 1 = 11). При продолжении числового ряда, для того чтобы прибавить к предыдущему числу единицу, также оказывается необходимым процесс его разложения на составляющие разрядные единицы (485 + 1 = 480 + (5 + 1) = 480 + 6 = 486); особенно необходимым этот процесс становится при переходе к новым разрядным единицам. Так, выполняя задание 489 + 1 =?, ученики нередко записывают 489 +1=4810. Только путем разложения числа, включенного в выполнение подобных элементарных заданий, можно раскрыть для ученика принцип образования нового разряда (перехода в новый разряд) (481 + 9 = 480 + (9 + 1) = 480 + 10 = 400 + (80 + 10) = = 400 + 90 = 490).

В приведенных примерах анализ состава числа является необходимым условием правильного выполнения требуемых действий. Такой анализ числа позволяет ребенку раскрыть смысл различных элементов числа, необходимых для действия обозначения, в процессе выполнения им основных арифметических действий.

Приведенные примеры анализа состава числа характеризуют процесс выделения числового содержания различных позиций. Этот этап является необходимым в процессе овладения позиционным принципом. Однако он не позво-

ляет раскрыть способ образования новых единиц разрядов, не позволяет раскрыть отношения между разрядами.

Различные позиции служат для обозначения различных единиц разрядов, различного числового содержания. Однако усвоив, что второе место (слева) обозначает десятки, а третье — сотни, ребенок еще не может знать, что третье место обозначает тысячи и т. д. Для обозначения же любого числа в позиционной системе требуется именно такое «знание». Его необходимым условием является обобщение отношений между единицами соседних разрядов.

На основании ряда психологических экспериментов можно отметить два дополняющих друг друга способа, служащих процессу обобщения этих отношений. Первый способ заключается в соотнесении чисел числового ряда, составляющих единицы разрядов, занимающих различное место в числовом ряду (1,10,100,1 000 и т. д.). Этот способ (включающий использование действий умножения и деления) позволяет раскрыть отношения между отдельными числами числового ряда. Второй способ анализа отношений между разрядами представляет разложение числа, состоящего из единиц различных разрядов (напр., 111 = 100+ + 10 + 1). Этот способ анализа позволяет установить те же отношения внутри числа, состоящего из различных разрядов.

В наиболее типичных случаях уровень обобщения отношений между разрядами составляет высший уровень овладения ребенком позиционной системой счисления в школе. Обобщение отношений между разрядами позволяет ребенку правильно действовать с любыми числами в десятичной системе. Однако несмотря на это, такой достаточно высокий уровень овладения десятичной системой счисления еще не характеризует понимания ребенком оснований позиционного принципа, понимания им «основания» усвоенного содержания разрядов и способа их образования. Поэтому даже число цифр, используемых для обозначения в десятичной системе счисления, или число косточек на каждом ряду тех счетов, которыми он пользуется, рассматривается им обычно как единственно возможное и не имеющее какого-либо важного значения в построении усвоенной системы счисления. Естественно, что во всех тех случаях, когда ему приходится выполнять задания в условиях других позиционных систем счисления (с другим количеством цифр или косточек на счетах), он не

может обозначать чисел и вынужден вновь овладевать позиционным принципом.

Необходимым условием подлинного понимания позиционного принципа построения десятичной системы счисления является понимание зависимости числового содержания единиц разрядов и принципа их образования от основания системы счисления (выраженного в единице второго разряда и количестве цифр или косточек, используемых для обозначения).

Основная трудность, с которой сталкивается ребенок на этом этапе, заключается в необходимости нового абстрагирования от уже усвоенных значений единиц разрядов и отношений между ними, в выделении их новых значений, основанных на зависимости от основания системы счисления. Переход к этому более высокому этапу овладения позиционной системой счисления ребенком гакже должен не только выражаться в сопоставлении различных систем счисления (двоичной, троичной, пятеричной и т. д.), но и вызываться необходимостью обозначения чисел в этих новых условиях (например, при обозначении чисел с помощью цифр 0, 1, 2, 3, 4 или 0,1 и т. п.). Только при этих условиях соотнесение иной позиционной системы счисления с десятичной системой может позволить ребенку выделить и усвоить зависимость содержания единиц разрядов (1, 5, 25..; 1,4,16...) и их отношений от основания системы счисления (5; 4), овладеть позиционным принципом и на этой основе в дальнейшем правильно действовать в условиях любой позиционной системы и различных счетных приборов, основанных на принципах позиционных систем счисления.

Таким образом, процесс овладения ребенком позиционным принципом десятичной системы счисления включает ряд этапов, составляющих последовательное решение системы проблемных задач, заключающих необходимость выделения позиционного строения системы нумерации.

Мышление в оценочной деятельности человека¹

Наиболее фундаментальным направлением исследований психологических закономерностей мышления человека является экспериментальное исследование, которое предполагает моделирование основных психологических условий, определяющих мыслительный процесс. Такие исследования (см. работы С. Л. Рубинштейна А. Н. Леонтьева, Я. А, Пономарева, В. Н. Пушкина, Ю. А. Кулютки-на, О. К. Тихомирова и др.) приближают нас к формулированию общих психологических закономерностей мышления.

Необходимым звеном исследований мышления является анализ процессов мышления в конкретных видах деятельности человека. Однако переход от теоретических и экспериментальных моделей, чаше всего основанных на использовании достаточно простого («искусственного»⁴) экспериментального материала (задачи-головоломки и др.), к возможностям анализа процессов мышления в конкретных видах деятельности всегда труден. Одна из трудностей заключается в чрезвычайном многообразии проявлений мышления в том или ином виде деятельности. В этих случаях целесообразно анализировать не все, а лишь какой-либо один аспект процесса мышления, соответствующий наиболее важному звену выполняемой человеком деятельности. В излагаемом исследовании на примере анализа деятельности авиадиспетчера рассматриваются некоторые особенности мышления в «оценочной» деятельности человека.

Во многих видах человеческой деятельности оценочная функция выступает как основная (деятельность оператора-диспетчера, учителя, спортивного судьи, члена жюри и т. п.). Самостоятельное значение оценочная функция приобретает в связи с проблемой принятия решений, основанных на методах экспертной оценки, в сложных системах человек—маш ина. Принятие решения составля-

¹ Совмесно с М. П. Егоровым.

ет оценку выбранного пути достижения цели, то есть представляет собой один из этапов решения задачи.

Процесс решения новой задачи слагается из ряда этапов:

1. Поиск и обнаружение неизвестного. Этот этап является главным в решении проблемных задач и решении задач в экстремальных условиях.

2. Выработка оптимальных стратегий достижения цели (или искомого).

3. Предварительная или экстренная оценка возможности практического использования выдвинутых стратегий. Этот этап решения задач обычно и описывается как «принятие решения».

4. Проверка правильности или контроль за исполнением принятого решения.

Главным звеном третьего этапа является звено и механизм оценки возможности достижения с помощью данного способа (стратегии) требуемой цели действия, требуемого конечного результата. Чрезвычайно четко этот механизм проявляется при выполнении таких интеллектуальных действий, которые непосредственно включены в оценочную деятельность человека. Одним из видов интеллектуальной деятельности такого рода и является деятельность диспетчера-оператора, оценивающего и ранжирующего те или иные объекты. В этих случаях принятие решения представляет собой выбор и оценку известных способов действий в тех или иных ситуациях. Иногда вместо термина «принятие решения» предлагается термин «выбор решения», так как фактически оценка заканчивается выбором одного из возможных путей к цели. Тогда принять (выбрать) решение — значит установить порядок предпочтения (ранговый порядок объектов) для заданного критерия без применения каких-либо специальных устройств, служащих для измерения ранжируемых качеств объектов. При этом непосредственная опытная проверка произведенного выбора невозможна либо в силу его прогностического характера, либо из-за больших материальных затрат.

Необходимость раскрытия внутреннего характера оценочной деятельности, как и всякой мыслительной деятельности, предъявляет,особые требования к созданию

условий, обеспечивающих развернутый характер ее протекания с доступной объективной фиксацией.

В данной работе рассматриваются особенности мышления в деятельности оператора сложной технической системы: на примере работы диспетчера подхода аэродромной зоны управления воздушным движением (УВД).

Работа диспетчера подхода аэродромной зоны УВД

Специфика работы авиадиспетчера требует от него принятия оценочных решений в ситуациях, характеризующихся большими объемами поступающей и перерабатываемой информации, быстрой сменой обстановки, высокой ответственностью за принимаемые решения. Жесткие профессиональные требования предполагают высокий уровень развития у авиадиспетчера пространственно-временных представлений, лежащих в основе его оценочных действий.

Основная задача здесь — вычленение типичных ситуаций воздушной обстановки и выявление специфики деятельности ранжирования в каждом отдельном случае. Особый интерес представляет работа в экстремальных условиях, когда неожиданность обстановки, требуемая быстрота и точность исключают применение стереотипов.

Материал и методика. В качестве объекта исследования рассмотрена деятельность диспетчера по управлению воздушным движением в зоне одного из подходов крупного аэропорта. Производилась объективная регистрация и анализ действий диспетчера подхода¹ в условиях воздушной обстановки, типичной по напряженности и характеру решаемых задач, с последующим обсуждением с исполнителем.

Условия воздушного движения в зоне аэропорта харак- теризуются высокой пл отностью потока самолетов, огра-

¹ Диспетчер подхода несет ответственность за безопасность движения самолетов в пределах между радионавигационной точкой (РНТ) воздушного коридора; высотой (1 500 м) второго эшелона зоны ожидания и расстоянием 25—30 км от аэродрома. Далее управление передается диспетчеру круга, ведущему самолет до момента появления отметки посадки на индикаторах посадочного радиолокатора диспетчера посадки (для прибывающих самолетов). Взлетающими самолетами диспетчер круга управляет с момента достижения ими высоты 200 ж и до 1500 м, далее управление передается диспетчеру подхода.

ничейной свободой их маневров, кратковременностью пребывания в зоне, существенным влиянием метеорологических условий на движение. Режимы полета в этой зоне неустановившиеся, параметры движения самолетов непрерывно изменяются. В этих условиях обеспечение безопасности полетов является основным требованием, предъявляемым к службе УВД.

«Фотография» работы диспетчера. Рассмотрим двухчасовые периоды работы диспетчера, отстоящие во времени на два месяца друг от друга.

В интервале с 12 до 14 часов периода I диспетчером взяты под контроль 61 самолет 10 типов, из них проведено за это время 59. Передача докладов экипажей, запросов и команд диспетчера потребовала проведения 305 сеансов связи, из которых 60 % — по вызову экипажей. Преобладание вызовов с бортов вынуждает диспетчера находиться в состоянии постоянной готовности, в «режиме ожидания», что в значительной степени определяет напряженность его работы. Большей частью элемент неожиданности относится к потоку взлетающих самолетов, поскольку видимость радиолокатора в ближней зоне ослаблена.

Воздушная обстановка рассматриваемого периода характеризуется чередованием более и менее напряженных интервалов. Так, при средней загрузке 10-минутного интервала в 6 самолетов, в некоторых интервалах (12.15-12.25; 12.50-13.00; 13.25-13.35) плотность потока за это же время составила 8,10 и 7 самолетов.

Представление о воздушной обстановке складывается у диспетчера на основе информации, получаемой от радиолокационных средств наблюдения (радиолокатор кругового обзора и радиопеленгатор) и докладов экипажей по радио.

«Фотография» того же периода работы диспетчера, сделанная через два месяца, существенно отличается от первой¹. Ряд самолетов находился в зоне ожидания на эшелонах 3000 м и выше. Всю информацию о движении этих самолетов диспетчер получал с помощью радиолокационных средств, используя радиосвязь исключительно для пе- редачи команд на вып олнение разворотов. Управление

¹ В интервале с 12.30 до 13.00 аэропорт для посадки самолетов был закрыт по техническим причинам.

движением транзитных самолетов происходило обычным образом.

С получением команды на открытие аэропорта диспетчер осуществлял последовательное снижение самолетов из зоны ожидания, отдавая предпочтение, несмотря на более позднее прибытие, самолетам, обладающим большей посадочной скоростью.

Всего в интервале с 12.30 до 15.00 периода II взято под контроль 73 самолета 12 типов, из них проведено за это время 70, что потребовало 372 сеанса связи. Отмеченная выше неравномерность потока самолетов, находящихся под контролем, достигает в 10-минутном интервале (13.05—13.15) максимальной величины в 13 самолетов при среднем значении 5. Имеются всплески напряженности и в интервалах 14.05—14.15; 14.30—14.40 в 8 и 9 самолетов соответственно.

Рассмотрим для определенности работу диспетчера в интервале с 12.15 до 12.25 (период I). К 12.15 по громкоговорящей связи диспетчером получены сообщения о наборе высоты самолетом 11 в направлении РНТ-1, о прохождении самолета 13 РНТ-2 в направлении аэропорта и о фактической высоте самолета 9. Приняв самолет на управление, диспетчер записывает его бортовой номер на табло-эшелонаторе в колонке коридора, по которому следует самолет, и в строке, соответствующей эшелону полета. С изменением эшелона номер самолета переносится соответственно в новую строку.

Помня основные технико-экономические показатели каждого типа самолета (крейсерскую и посадочную скорости, расход горючего, полетный вес и т. д.), диспетчер набрасывает мысленно черновой план их пролета, обеспечивающий сохранение безопасных интервалов между самолетами. Для реализации этого плана и внесения необходимых корректив требуется привязка полученных сведений к пространственным координатам самолетов и построение пространственно-временнбй модели воздушной обстановки. От радиолокационных средств поступает информация о местонахождении самолета в полярных координатах (азимут и дальность). Обращаясь к экрану индикатора кругового обзора, диспетчер в первую очередь отделяет движущиеся цели от неподвижных отметок (от так называемых «местников» — постоянных источников помех в зоне обзора). Последующая идентификация отметки

самолетов возможна благодаря получению пеленга в каждом сеансе связи, сопоставлению наблюдаемого направления движения с докладом экипажа и сведениями о расчетном времени прохождения радионавигационных точек. В сложных случаях, когда две отметки расположены слишком близко, диспетчер дает команду одному из самолетов на совершение бокового маневра, облегчающего идентификацию самолета. Наблюдение скорости перемещения отметки позволяет скорректировать первоначальные представления о скорости движения данного самолета, однако это требует значительных затрат времени (порядка минуты).

В 12.15 экипаж самолета 14 докладывает о том, что через две минуты он пройдет РНТ-2 на высоте 5 100 м. Диспетчер был подготовлен к этому сообщению, так как наблюдал отметку на экране в направлении РНТ-2. Самолет 11 в это время набирает высоту до 6 000 м в направлении РНТ-1, самолет 9 осуществляет по команде диспетчера снижение с 5 400 до 3 600 м, а самолет 13 — с 3 900 на 3 000 м.

Поскольку самолеты находятся в зоне сближения коридоров, перед диспетчером стоит задача так задать порядок прохождения высот каждым самолетом, чтобы 11 мог беспрепятственно набрать к РНТ-1 высоту 6 000 м, а 9 и 13 снизиться к аэропорту до 2 400 и 1 800 м соответственно. Обстановка усложняется после принятия сообщения о взлете 16 в направлении РНТ-3. Диспетчер имеет в своем распоряжении 2—3 минуты и располагает лишь представленной информацией.

Решение оперативных задач. 12.15—12.17. Диспетчер: «75 784 (11), ваша высота?» Экипаж: «3 700 пересекаю в наборе».

Диспетчер спешно переписывает бортовой номер с 2 100 на 3 700 м, одновременно получает сообщение по громкоговорящей связи о занятии 13 (46 715) 3 000 м и делает соответствующую запись.

Диспетчер. «75 784 (11), наблюдайте два встречных: на 3 000 и 3 600 м. 45 066 (16), займите 2 700».

Диспетчер. «46 715 (13), встречный борт на 2 700».

Экипаж. «46 722 (9). Слева встречный 15 в наборе на РНТ-1».

Диспетчер получает сообщения о пролете 14 РНТ-2 на высоте 5 100 м и о подходе 15 к РНТ-2 на высоте 8 400 м.

Отдается команда 14 на снижение до 4 200 м и взятие курса к четвертому развороту, а 15 — сохранять 8 400 м с докладом о пролете РНТ-2.

12.18—12.20. Экипаж 15 докладывает о пролете РНТ-2 на высоте 5 100 м, следует команда на снижение до 4 200 м. Докладывает 14 о занятии высоты 4 200 м и получает указание о курсе и высоте — 1 800 м. Поступает сообщение от 16 о занятии 2 700 м. Диспетчер дает указание сохранять ее и повторно предупреждает 13 о встречном. Наконец, от 13 поступает подтверждение о пролете встречного самолета 16. Сразу же 16 подается команда на набор 3 300 м и далее до 6 600 м на РНТ-3, а самолету 13 — снижение до 1 800 м. Принимаются сообщения от самолетов 15,13 и 14 о занятии ими заданных высот 4 200,1 800 и 1 800 м. Самолетам 9 и 13, следующим транзитом через аэропорт на РНТ-5, дается указание сохранять достигнутые высоты 2 400 и 1 800 м.

Диспетчер готовится к посадке 14. Для этого он связывается с диспетчером круга и запрашивает разрешение на передачу самолета. Получив разрешение, диспетчер подхода дает команду 14 на занятие 1 200 м и переход на связь с диспетчером круга.

12.21—12.25. Обстановка несколько разряжается. Взлетающих самолетов в этом интервале нет. После пролета 11 РНТ-1 связь с ним заканчивается. Под контроль берутся самолет 18, следующий в аэропорт через РНТ-5, и самолет 17, прошедший РНТ-2 в направлении аэропорта. С 9 и 13 самолетами, прошедшими РНТ-5, и с 16, доложившим о пролете РНТ-3, связь заканчивается.

Анализ решенных диспетчером задач показывает, что в целом его деятельность носит информационный характер, включая восприятие информации о воздушной обстановке, прогнозирование ее изменения и принятие решений. Благодаря автоматизации сбора информации, процессы мышления в деятельности диспетчера (анализ и оценка обстановки, принятие решений) занимают все большее место.

Технической основой автоматизации сбора информации о воздушной обстановке на ближайшее будущее станут средства вторичной (активной) радиолокации [18], что позволит автоматизировать процесс опознания и получения сведений о высоте полета самолетов, циклически обновлять все данные и отражать их в виде формуляра каждого самолета непосредственно на экране индикатора кругового обзора возле соответствующей отметки. Возможным

резервом повышения эффективности диспетчерского труда является реализация трехкоординатного радиолокационного изображения12J. Этот аспект рассматривался в экспериментальном исследовании[5], посвященном вопросам точности и скорости идентификации объектов при работе с двумя индикаторными устройствами. Однако и при наличии первичного трехкоординатного радиолокатора не решается задача опознавания и имеются трудности по получению высоты с необходимой точностью, отнесенной к стандартному отклонению.

Попытки полной автоматизации диспетчерского труда значительно осложнены наличием большого числа параметров и критериев в оценке ситуации. Исследователи вынуждены поэтому прибегать к упрощению задачи, вводя обобщенные глобальные критерии оптимального функционирования системы[1], [22]. В ряде работ[4], [6], [13] моделируется процесс принятия решений пилотом, т. е. одним из звеньев общей системы УВД, главная нагрузка в деятельности которого падает на абсолютную оценку параметров ситуации. В деятельности диспетчера, осуществляемой на основе динамического изменения сложившегося функционального образования, известного как оперативный образ управляемого объекта[10], основную роль играют относительные оценки признаков различных объектов. При оценке и анализе изменчивой воздушной обстановки перед диспетчером возникают проблемные ситуации, в которых определяющими становятся различные признаки в зависимости от конкретных условий деятельности.

Значительное место, занимаемое информационными процессами, дает основания для использования развитых в инженерной психологии (по аналогии с кибернетическими системами) понятий о контурах обратной связи Известные ТОТЕ-единицы Миллера, Галантера и Прибра -ма [8], [20], дополненные контурами Фиттса на уровне представлений, намечают перспективный путь развития модельных представлений об интеллектуальной деятельности человека. Как отмечает Аннетт, «не трудно найти примеры контуров обратной связи в поведении организмов, но, что более важно, поведение в целом можно описать в терминах иерархий контуров обратной связи» [19; 25].

В конкретном случае диспетчерского труда вырисовывается следующая иерархия контуров оценочной деятельности (рис. 3).

Рис. 3. Уровни оценочной деятельности: Уровень 1 (ожидаемая ситуации): ожидание — появление ранжируемого объекта — оценка на основе известного эталона — команда — контроль исполнения;

Уровень 2 (неожиданная неконфликтная ситуация): оценка рассогласования (новизны) ситуации — прогнозирование развития ситуации — формирование комплексного оценочного эталона «степень безопасности объекта» — оценка параметров ситуации на основе сформированного эталона (принятие решения) — переход на уровень 1;

Уровень 3 (неожиданная конфликтная ситуация): формирование нового комплексного оценочного эталона «степень угрозы» — оценка конфликтности ситуации — прогнозирование развития ситуацил — переход на уровень 2

Основная характеристика уровня 1 — состояние «ожидания» — предполагает прогнозирование (антиципацию) на основе предварительной информации об объекте и соответствующем оценочном образе-эталоне. Ранжируемый объект включается в предварительно созданный ранговый контекст.

Состояние «неожиданная ситуация» (уровни 2 и 3) характеризуется рассогласованием, несовпадением ожидаемого (прогнозируемого) развития ситуации с ее реальным ходом (от безопасной ожидаемой к неожиданной, перерастающей в конфликтную и аварийную ситуации).

Рассмотрим основные случаи принятия решений в деятельности диспетчера.

А. Принятие решении в неконфликтных ситуациях Одиночный самолет в режиме снижения

1. Немедленная посадка. Пусть в зоне подхода находится один самолет. Исходные данные о нем по докладу экипажа: бортовой номер, время пролета РНТ, высота, аэродром назначения. Дополнительные данные из дол-

говременной памяти диспетчера: тип самолета, крейсерская и посадочная скорости, максимальный вес. Задача проведения самолета в заданный пункт состоит в данном случае в выдерживании установленной от соответствующего высотного эшелона жесткой траектории, параметры которой и скорость движения по которой самолета данного типа заранее рассчитаны и известны на земле и на борту. Диспетчер осуществляет оценку правильности выдерживания траектории по докладам экипажа и по движению отметки на индикаторе кругового обзора. Примерно такую же задачу выполняет диспетчер посадки, контролирующий движение самолета по глиссаде при заходе его на посадку.

2. Посадка с пребыванием в зоне ожидания. Сохранение постоянной высоты в зоне ожидания резко снижает количество информации, необходимой для передачи по радиоканалу. Положение самолета в плане хорошо отражается на экране радиолокатора, имеющем трафаретное изображение установленного прямоугольного маршрута. С приближением отметки от самолета к точкам разворота (дальний привод, ближний привод) диспетчер дает команду на выполнение соответствующего разворота с сохранением прежней высоты. По мере освобождения нижних эшелонов в зоне ожидания диспетчер сдвигает всю «этажерку» на величину одного эшелона.

3. Транзит со снижением. Особенностью данного случая является стремление диспетчера максимально уменьшить напряженность воздушной обстановки в районе аэропорта из-за присутствия транзитного самолета. С этой целью он сохраняет постоянным высотный эшелон, осуществляя снижение самолета на расстоянии 15—20 км от транзитного пункта.

Одиночный самолет в режиме набора высоты. По докладу экипажа диспетчер получает информацию о занятии эшелона 1 500 м и заданном направлении следования самолета. При отсутствии на контроле других самолетов задача состоит в обеспечении набора бортом высоты крейсерского полета к моменту прохождения им радионавигационной точки. Данные об оптимальных параметрах траектории для данного типа самолета рассчитаны заранее

и известны диспетчеру и экипажу. Функция диспетчера состоит в контроле правильного выдерживания траектории по докладам экипажа.

Два однотипных самолета, следующих параллельным курсом. Самолеты 13 и 9 вошли в зону управления на эшелонах 5 400 и 3 900 м соответственно с временным интервалом в 7 мин. Оба самолета следуют через аэропорт в направлении РНТ-5. Диспетчер должен снизить их к РНТ-5 до минимально возможного эшелона и передать диспетчеру другого подхода.

Наличие второго самолета вносит новый элемент в оценку воздушной обстановки — элемент оценки безопасности. Продолжая вести самолет 9 к цели по прежней траектории, диспетчер прогнозирует движение самолета 13 и в случае необходимости корректирует его с учетом степени безопасности данной пары самолетов, основным признаком которой в данном случае является временной интервал. Приведенная ситуация является идеально безопасной в силу достаточного пространственного и временного разнесения самолетов, остающегося неизменным благодаря их однотипности. Естественно, что абсолютные показатели безопасности отдельного самолета (метеоусловия, состояние ВПП, запас высоты и горючего) считаются выдержанными.

Подводя итоги, следует отметить в первую очередь отсутствие проблемных ситуаций в деятельности диспетчера в рассмотренных примерах. Работа диспетчера исчерпывается ограниченным набором стереотипных действий, что создает возможность для высокой степени технической автоматизации именно таких частных случаев. Не случайно попытки алгоритмического анализа процесса управления [3], [22] оказались успешными при определении меры стереотипности трудовой деятельности и ее логической сложности. Однако в силу исключительной редкости перечисленных ситуаций в чистом виде сложность проблем управления воздушным движением в районе аэропорта существенно выше. Практически постоянно имеет место только ситуация первого типа и то лишь на конечном участке захода самолета на посадку (после четвертого разворота), где и достигнута полная техническая автоматизация управления его движением по глиссаде.