Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ влияния ошибок зрительного восприятия при визуальном заходе на посадку и существующих методов предотвращения негативных факторов 15
1.1. Анализ статистических материалов авиационных происшествий 16
1.1.1. Состояние безопасности полетов в гражданской авиации государств-участников «Соглашения о гражданской авиации и об использовании воздушного пространства» 16
1.1.2. Состояние безопасности полетов в мировой гражданской авиации 18
1.1.3. Факторы, влияющие на безопасность полетов при заходе на посадку 28
1.2. Ошибки зрительного восприятия как составляющая человеческого фактора 30
1.2.1. Человеческий фактор 30
1.2.2. Восприятие пространства человеком. Пространственная ориентировка 33
1.2.3. Потеря пространственной ориентировки 37
1.2.4. Элементы теории зрительного восприятия. Закон Эммерта 39
1.3. Методы предотвращения ошибок зрительного восприятия при заходе на посадку 44
1.4. Выводы 47
ГЛАВА 2. Разработка математической модели закона эммерта при визуальном заходе на посадку 49
2.1. Концептуальная модель закона Эммерта 49
2.2. Разработка математической модели закона Эммерта, основанная на геометрической оптике 52
2.3. Оценка погрешности восприятия ВПП в натурных условиях и при имитации закона Эммерта на тренажерах
ВС 54
2.4. Определение требований к математическому описанию ВПП, обеспечивающих заданную точность имитации 60
2.5. Математическая модель движения ВС по ВПП сложного рельефа и ее реализация в системах визуализации тренажеров ВС 66
2.6. Существующие модели движения ВС на участке снижения по глиссаде и при пробеге по ВПП 75
2.7. Выводы 80
ГЛАВА 3. Разработка программного обеспечения, реализующего визуализацию впп любого рельефа при снижении по глиссаде и пробеге по ней 81
3.1. Выбор модели разработки программного обеспечения 81
3.2. Разработка программного обеспечения 88
3.2.1. Постановка задачи 88
3.2.2. Разработка концептуальной модели, выявление основных элементов системы 89
3.2.3. Выбор методологии написания программы 95
3.2.3.1. Методология процедурно-ориентированного программирования 95
3.2.3.2. Методология структурного программирования 98
4 3.2.3.3. Методология объектно-ориентированного программирования 99
3.2.4. Формализация (переход к математическим моделям), создание алгоритма и написание программы для введения в состав ПО системы визуализации тренажера 101
3.2.4.1. Создание класса, описывающего аэродром 103
3.2.4.2. Создание класса, описывающего самолет 104
3.2.4.3. Функция, описывающая снижение по глиссаде (планирование) 104
3.2.4.4. Функция, описывающая движение во время выравнивания 105
3.2.4.5. Функция, описывающая движение во время выдерживания 107
3.2.4.6. Функция, описывающая пробег по ВПП 107
3.2.4.7. Блок-схема этапа посадки 108
3.2.4.8. Краткий листинг программы, описывающий класс Samolet 109
3.2.4.9. Использование (создание) конструкторов 110
3.3. Определение производительности оборудования 111
3.4. Выводы 112
Глава 4. Результаты внедрения разработанного программного обеспечения в тренажеры с фиксированной базой 113
4.1. Устройство и принцип работы существующих авиационных тренажеров 113
4.2. Классификация авиационных тренажеров 118
4.3. Внедрение разработанного программного обеспечения в тренажеры с фиксированной базой при первоначальном обучении курсантов и переподготовке летного состава 120
4.4. Использование разработанного программного обеспечения в процессе подготовки экипажа к предстоящему полету 123
4.5. Внедрение разработанного программного обеспечения в состав бортовых ЭВМ 124
4.5.1. Внедрение разработанного программного обеспечения в персональные ЭВМ экипажа 124
4.5.2. Внедрение разработанного программного обеспечения в бортовые вычислительные системы воздушного судна 125
4.5.3. Внедрение разработанного программного обеспечения в состав проектируемых систем интеллектуальной поддержки 126
4.6. Внедрение разработанного программного обеспечения в вычислительные системы ПАСОП для прогнозирования места вынужденной посадки по курсу ВС 127
4.7. Внедрение разработанного программного обеспечения при аттестации и сертификации ВПП авиапредприятий 127
4.8. Способы получения рельефа местности как массива исходных данных для работы программного обеспечения и получения визуальной информации 127
4.9. Расчет возможного предотвращенного ущерба за счет повышения безошибочного зрительного восприятия пилота 131
4.10.Выводы 134
Заключение 135
Библиографический список 137
- Состояние безопасности полетов в мировой гражданской авиации
- Определение требований к математическому описанию ВПП, обеспечивающих заданную точность имитации
- Формализация (переход к математическим моделям), создание алгоритма и написание программы для введения в состав ПО системы визуализации тренажера
- Использование разработанного программного обеспечения в процессе подготовки экипажа к предстоящему полету
Введение к работе
Актуальность темы. Гражданская авиация Российской Федерации находится на переломном этапе своего развития, когда при решении вопросов безопасности полетов необходимо учитывать стремительный рост объемов перевозок, массовое обновление парка воздушных судов и смену поколения авиационных специалистов.
В настоящее время в связи с резким усложнением авиационной техники огромное внимание уделяется обучению и переучиванию пилотов. Добиться качественной подготовки авиаспециалистов можно при помощи использования в процессе обучения передовых технологий и знаний, но, не забывая лучших традиций «старой» школы.
Создание и расширение областей применения авиационных тренажеров в последние годы приобретает все большую актуальность в связи с увеличением стоимости жизненного цикла воздушных судов и их обслуживания (НИОКР, техническое обслуживание и эксплуатация, опережающий рост стоимости топлива в прямых эксплуатационных расходах). Введение в эксплуатацию тренажеров приводит не только к снижению расходов, износа техники, но и к повышению безопасности полетов.
Анализ статистических материалов по безопасности полетов показывает, что 21 % авиационных происшествий (АП) при визуальном заходе на посадку связан с потерей пространственной ориентировки или возникновением визуальных иллюзий. В основе действия многих визуальных иллюзий лежит явление, описываемое законом Эммерта, в соответствии с которым оценка расстояния в человеческом восприятии происходит по оценке величины зрительного угла. Если пилот не делает поправки на неровность рельефа, то он воспринимает изменение угла зрения как изменение расстояния.
Изучение воздействия визуальных иллюзий особенно эффективно на этапе тренажерной подготовки, поскольку изучение данного фактора в реальном полете невозможно по причинам безопасности. Очень важно учесть факторы, способные привести к возникновению визуальных иллюзий, в авиационных тренажерах. Сказанное определяет актуальность настоящей работы, целью которой является изучение влияния визуальных иллюзий, описываемых законом Эммерта, на безопасность полетов и определение параметров, которые необходимо учесть при его имитации в тренажерах ВС.
В процессе достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
определить степень воздействия визуальных иллюзий на безопасность полетов, проанализировав статистику авиационных происшествий;
изучить воздействие на пилота визуальных иллюзий при заходе на посадку;
исследовать степень воздействия явлений, описываемых законом Эммерта, на безопасность полетов;
определить параметры, которые нужно учесть при проектировании тренажеров, чтобы смоделировать условия для проявления закона Эммерта;
внедрить результаты работы в разработку тренажеров.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней:
1. Разработана математическая модель закона Эммерта.
2. Разработана математическая модель схематичной визуализации ВПП с различных высот и при различных скоростях движения ВС.
3. Построена эквидистантная кривая к ВПП неровного рельефа, которая является траекторией движения глаз пилота при пробеге ВС по ВПП.
4. Разработано программное обеспечение схематичной визуализации ВПП.
5. Найден дискрет, с которым должна визуализироваться ВПП, исключающий недостоверность визуализации ВПП и тем самым учитывающий проявления визуальных иллюзий, вызванных проявлением закона Эммерта.
Практическая значимость работы состоит в том, что ее результаты позволяют:
1. Определить параметры, которые необходимо учитывать в авиационных тренажерах, для создания условий возникновения визуальных иллюзий, обусловленных законом Эммрета.
2. Воспроизводить ВПП сложного рельефа в системах визуализации тренажеров с большей точностью и адекватностью.
3. Строить траекторию движения глаз пилота и определять направление взгляда пилота при пробеге ВС по ВПП.
4. Определять дискрет, необходимый для воспроизведения ВПП с заданной точностью в системах визуализации тренажеров.
5. Использовать разработанные математические модели и программное обеспечение при проектировании авиационных тренажеров.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Параметры, которые необходимо учитывать в авиационных тренажерах, для создания условий возникновения визуальных иллюзий, обусловленных законом Эммрета.
-
Математическая модель закона Эммерта.
-
Методика определения дискрета на основании теоремы Котельникова-Шеннона, с которым должна визуализироваться ВПП, исключающего недостоверность визуализации ВПП и, тем самым, учитывающего проявления визуальных иллюзий, вызванных проявлением закона Эммерта.
-
Построение эквидистантной кривой к ВПП неровного рельефа, которая является траекторией движения глаз пилота при пробеге ВС по ВПП.
-
Алгоритм, реализующий визуализацию ВПП любого рельефа при снижении по глиссаде и пробеге по ней.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы, научные и практические результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на четырех международных научно-технических конференциях:
- «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества» (Москва, МГТУ ГА, 2006 г.);
- «Проблемы подготовки специалистов для гражданской авиации» (Ульяновск, УВАУ ГА, 2006 г.);
- «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества» (Москва, МГТУ ГА, 2008 г.);
- «Проблемы подготовки специалистов для гражданской авиации» (Ульяновск, УВАУ ГА, 2008 г.).
Работа выставлялась на конкурсе научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ «Молодые ученые транспортной отрасли – 2008», по результатам которого автор был удостоен Диплома победителя в номинации «Воздушный транспорт».
Работа выставлялась на Молодежном инновационном форуме Приволжского федерального округа (Ульяновск, УлГТУ, 2009 г.), на котором автор был удостоен медали «За успехи в научно-техническом творчестве».
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, в том числе 1 статья в сборнике, рекомендованном ВАК РФ.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в разработку авиационных тренажеров. Опыт внедрения показал, что для обеспечения качественной тренажерной подготовки с приобретением адекватных навыков пилотирования важно не упустить из виду ни одного фактора, способного повлиять на безопасность полетов. О внедрении результатов диссертационной работы в разработку тренажеров имеются акты внедрения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 93 наименований. Общий объем диссертации составляет 146 страниц основного текста, содержащих 49 рисунков и 2 таблицы.
Состояние безопасности полетов в мировой гражданской авиации
Заход на посадку и посадка являются наиболее опасными этапами любого полета, о чем говорят следующие данные [59]:
— за последние 40 лет на этапы захода на посадку и посадки приходится 55 % всех авиационных происшествий. По данным статистики, тенденции к снижению не наблюдаются;
- этап полета от внешнего маркера до порога ВПП составляет в среднем 4 % полетного времени, но на него приходится 45 % всех потерь.
К факторам, способным привести к летному происшествию при заходе на посадку и посадке, относятся следующие [7, 8, 22, 26, 28, 29, 71, 72, 75]: ночь, приборные метеоусловия, темнота или сумерки, заход по неточной системе (визуальный), осадки, отсутствие обслуживания наземным локатором, предельный ветер, отсутствие системы сигнализации опасной скорости сближения с землей (ССОС) или радиовысотомера, отсутствие радиосредств, огней ВПП и визуальных указателей глиссады, потеря пространственной ориентировки или визуальные иллюзии, осадки на ВПП. Распределение авиационных происшествий, вызванных этими факторами, приведено в табл. 2 [59]. Экипажи должны отдавать себе отчет, что при выполнении захода на посадку и посадки воздействие этих факторов суммируется [1, 18, 22, 32].
Воздействие визуальных иллюзий на пилота является причиной АП в 21 % случаев, что весьма существенно влияет на безопасность полетов. Следует отметить, что в статистике не учтены те случаи, когда пилот находился под воздействием визуальных иллюзий, но из-за благоприятного стечения обстоятельств не попал в авиационное происшествие (например, из-за нахождения пилота под воздействие визуальной иллюзии, ВС коснулось колесами шасси ВПП в точке, расположенной гораздо дальше той, в которой оно должно было это сделать, но не выкатилось за пределы ВПП из-за ее большой протяженности).
Таким образом, необходимо разобраться в природе возникновения визуальных иллюзий у пилота при посадке. Определить причины и факторы, которые способствуют развитию иллюзий.
Воздействие визуальных иллюзий на пилота относится к причинам АП, обусловленным влиянием человеческого фактора.
По данным 1С АО, за последние 30 лет по причине человеческого фактора произошло 76 % летных происшествий, в то время как по техническим причинам — 14 %, по причине ненадлежащих условий эксплуатации (неподготовленность аэропортов, ошибки диспетчеров УВД, неоправдавшийся метеорологический прогноз и др.) - 10% [75, 80].
Человеческий фактор (ЧФ) — группа причин АП, вызванных ошибочными действиями членов экипажа. «Руководством по обучению в области человеческого фактора» человеческий фактор определяется как наука о людях в той обстановке, в которой они живут и трудятся, об их взаимодействии с машинами, процедурами и окружающей обстановкой, а также о взаимодействии людей между собой [32]. Летная аварийность, связанная с человеческим фактором, разделяется на четыре категории. К первой категории (Н-1) относятся происшествия, обусловленные несоблюдением правил полетов и недисциплинированностью членов экипажа, ко второй категории (Н-2) — происшествия, вызванные усталостью, большой летной нагрузкой, работой вне графика, отсутствием взаимопонимания между членами экипажа, рассеянностью и благодушием, к третьей категории (Н-3) - происшествия, обусловленные недостаточным уровнем профессиональной подготовки и отсутствием качеств лидера у командира ВС, к четвертой категории (Н-4) — происшествия, обусловленные неспособностью членов экипажа выполнять профессиональные обязанности вследствие физической и психологической несостоятельности. По данным ICAO, за последние 30 лет произошло 40 % случаев авиационных происшествий категории Н-1, 34 % случаев летных происшествий категории Н-2, 26 % случаев летных происшествий категории Н-3 и 1,3—2,6 % случаев авиационных происшествий категории Н-4 [75].
Главным компонентом авиационной системы, обеспечивающим безопасность полета, является пилот.
Надежность деятельности пилота в значительной степени определяют его качественные характеристики [32, 34]:
— личностные: мотивация, правильная самооценка, адаптационная способность к различным условиям, резистентность к неблагоприятным факторам, черты характера (целеустремленность, настойчивость, решительность, смелость), нравственные качества (чувство долга, честность, порядочность, товарищество), социальные качества (склонность к лидерству, коммуникабельность, ценностные ориентации);
— интеллектуальные: развитость ощущений и восприятий, яркость, четкость представлений о пространстве, продуктивность и помехоустойчивость мышления, быстрота, точность и прочность памяти, объем, переключаемость и устойчивость внимания, способность к действиям в условиях дефицита времени и навязанного темпа работы, развитость эвристического, системного и образного типов мышления;
— психофизиологические: нервно-эмоциональная устойчивость, устойчивость к летному утомлению, устойчивость к монотонии и работе в вынужденном темпе;
— физиологические: устойчивость к факторам полета, статокинетическая устойчивость;
— физические: сила, быстрота, выносливость, координированность, антропометрические данные (рост, масса тела и др.), биомеханические данные (объем движений);
— профессиональные: знания, умения, навыки [34]. Однако надежность деятельности пилота весьма уязвима. На его работоспособность оказывают негативное влияние многочисленные факторы:
— психофизиологические: десинхроноз, гипоксия, монотония, утомление, стресс и др.;
— антропологические и физиологические: рост, масса тела, телосложение, возраст, сила и координация движений и др.;
— поведенческие: спешка, скука, забывчивость, рассеянность, нарушение полетной дисциплины, риск и др.;
— факторы окружающей среды: погода, воздушная турбулентность, шум, вибрация, отравление угарным газом, поражение электрическим током и др.;
— эксплуатационные: недостаточный опыт, нагрузка, несовместимость членов экипажа, недостаточность полетной информации и др..
Эти факторы оказывают неблагоприятное влияние на работоспособность членов экипажа и способствуют возникновению ошибочных действий. Все компоненты системы должны учитывать психофизиологические возможности и ограничения пилота, и всякая произвольная или непроизвольная ошибка должна парироваться надежной работой других компонентов системы.
Для наглядного представления взаимосвязей между компонентами авиационной системы можно использовать модель SHEL. Аббревиатура SHEL составлена из начальных букв ее четырех составных элементов: — Субъект (L — Liveware) — люди на рабочих местах; — Объект (Н - Hardware) — машины и оборудование; — Процедуры (S - Software) - правила, подготовка, документация и т.д.; — Среда (Е - Environment) — эксплуатационные условия, в которых взаимодействуют остальные компоненты системы, субъект — человек, объект — машина, процедуры - правила, руководства и среда — условия взаимодействия первых трех компонентов [75]. Интерфейс «субъект — объект» (L — Н) рассматривает взаимодействие пилота с воздушным судном. При этом еще на этапе проектирования ВС должно соответствовать возможностям человека усвоить информацию и управлять ВС.
Интерфейс «субъект - процедуры» (L — S) рассматривает взаимодействие пилота с правилами техники пилотирования, ограничения по метеорологическим минимумам, массе ВС, скорости и др., контрольные проверки, программное обеспечение ЭВМ. В этом взаимодействии особое значение имеет профессиональная подготовка и дисциплина пилота.
Интерфейс «субъект - среда» (L - Е) рассматривает взаимодействие пилота с окружающей средой, в первую очередь, средой обитания, т. е. герметической кабиной, величиной наддува, звукоизоляцией, высотой полета, радиацией, наличием озона, а также влиянием десинхроноза, оптических иллюзий, потери ориентировки и др.
Определение требований к математическому описанию ВПП, обеспечивающих заданную точность имитации
В настоящее время существует технология строительства ВПП, основанная на непрерывной заливке бетонного покрытия. На выровненный и подготовленный грунт непрерывно заливается бетон из расположенного рядом передвижного бетонного завода. Затем бетон в пластичном состоянии выравнивается виброрейками, которые стабилизированы в пространстве. При этом допуск на неплоскостность составляет доли миллиметра. После отвердевания полосе дается определенное время на усадку покрытия и грунта, и только после этого специальной машиной все покрытие разрезается на отдельные плиты. В процессе эксплуатации нестыковка одной плиты относительно другой не превышает 1 мм. Длина отдельных плит составляет порядка 10 м, а их неплоскостность - несколько десятых миллиметра [21, 31, 69, 77, 78].
Таким образом, реальная форма ВПП в продольном направлении представляет собой ломаную линию. С математической точки зрения, эта линия является кусочно-гладкой и линейной на отдельных интервалах. В точках несовпадения плит по высоте находятся точки разрыва функции первого рода со скачком функции в пределах миллиметра, которыми можно пренебречь.
Следовательно, функция высоты ВПП от какого-либо фиксированного уровня (геоида, эллипсоида) удовлетворяет условиям Дирихле.
Следует отметить, что ВПП, расположенные в высоких широтах в зоне вечной мерзлоты, имеют значительное сезонное смещение по высоте, что приводит к возникновению негативного воздействия на шасси ВС.
Пусть имеется ВПП, состоящая из п частей. Продольный разрез этой ВПП представляет собой ломаную линию. Разместим декартову систему координат так, как показано на рис. 2.9. /, - абсцисса конца /-го участка ВПП. У
Построим график функции f(x) следующим образом: отразим продольный разрез ВПП симметрично относительно оси ординат и размножим полученную ломаную вправо и влево так, что/fo) будет четной и периодической функцией (рис. 2.10).
Продолжение функции f(x) — четное. Функция кусочно-гладкая и не имеет разрывов. Это вытекает из технических требований к ВПП. Следовательно, она представима в виде ряда Фурье. Поскольку продолжение четно, то исходная функция разлагается в ряд по косинусам [14, 54, 89].
Заданное расстояние определяется из конструкции ВС и среднестатистического роста пилота. Точка наблюдения должна быть закоординирована относительно основных размеров ВС. Пример определения точки наблюдения изображен на рис. 2.12.
Для каждого конкретного типа ВС возможны уточнения, определяемые конструкцией ВС.
. Представление ВС в виде жесткого звена ACBON: L - размер базы ВС; / - расстояние от глаз пилота до ВПП по вертикали; а - расстояние от середины базы до точки наблюдения по горизонтали Построение эквидистанты для линии, описывающей ВПП, имеет свои особенности. Рельеф ВПП представляет собой кусочно-гладкую ломаную линию. Точками разрыва непрерывности первого рода можно пренебречь в связи с их малостью (неплоскостность отдельных плит ВПП). Таким образом, принимается непрерывность линии, описывающей рельеф ВПП. Описание рельефа в виде ломаной линии приводит к тому, что в точках излома линии производной не существует и направление нормали становится неопределенным. Эквиди-станта состоит из отдельных отрезков прямой, не связанных друг с другом на вершинах ВПП, и эквидистанта становится неоднозначной на участках впадин (рис. 2.13).
Проблемы, возникающие при построении эквидистанты к ВПП
Такая ситуация неудовлетворительна с технической точки зрения и требует доопределения эквидистанты на участках разрывов и наложения отдельных отрезков.
На участках неопределенности необходимо построить траекторию точки наблюдения, исходя из конструкции ВС. Для этого следует обратиться к методам теории машин и механизмов. Пусть ВС представлено в виде жесткого звена ACBON (см. рис. 2.12). Идеальным принимается звено, которое касается ВПП только в точках А и В, и эти точки скользят по ВПП. Точка С с ВПП не связана и является вспомогательной для выполнения расчетов. Основываясь на методах теории машин и механизмов, необходимо выполнить графическое построение траектории точки С и О для оценки вида траектории. Для этого берется ряд фиксированных точек и строятся промежуточные положения звена (механизма) (рис. 2.14). Затем выполняется графическое построение траектории для верши 70 ны ВПП и для впадины. Графическое построение позволяет качественно определить вид траектории и наметить пути для ее точного и приближенного аналитического решения.
Формализация (переход к математическим моделям), создание алгоритма и написание программы для введения в состав ПО системы визуализации тренажера
При разработке программного обеспечения целесообразно использовать язык программирования C++ (современный язык с поддержкой методологии структурного программирования) с подключением графической библиотеки Di rectX (самая распространенная библиотека, используемая для работы игровых приложений), а также математические модели, разработанные в главе 2. Первым этапом написания программы является построение цифровой модели. При этом важно абстрагироваться от физических свойств ВС, выделить только существенные в рамках задачи свойства.
До конечного движения по ВПП, самолет будет рассматриваться как точка, движущаяся со скоростью V и имеющая в каждый момент времени коорди 102 наты (х0; Уо , ZQ) и угол направления самолета 0. На каждом этапе посадки необходимо описать закономерности в изменении параметров самолета — на каждый этап по отдельной функции.
Для наблюдения за процессом посадки на экране при помощи графической библиотеки DirectX. Разработчики некоторых тренажеров используют DirectX и в дальнейшем для внедрения модификации программы в тренажеры. Данная библиотека может быть успешно использована совместно с цифровыми моделями, так как представляет собой программный аппарат, который принимает на входе координаты примитивных объектов (точки, линии, треугольники), параметры источников освещения, координаты расположения камеры, а на выходе пользователь получает конечную обработанную картину. Таким образом, обработку и вывод изображения аппарат производит самостоятельно, и программисту не приходится заниматься расчетами, связанными с трехмерной графикой: определением невидимых частей предметов, воздействия освещения на предметы, проецирования предметов на экран. При этом DirectX поддерживает различные типы освещения, включая позиционное, направленное, рассеянное и световое пятно.
Перед выводом на экран очередного кадра программа будет устанавливать камеру в точку с координатами ВС (XQ\ уо; z0), направлением обзора 0 (углом направления самолета). Таким образом, полученное изображение будет аналогично тому, что видит пилот самолета во время полета. Сначала изображение будет полностью построено во временном кадре, а затем будет выступать в качестве текущего кадра. При этом желательно обеспечить скорость смены кадров, равную не менее 15 кадров/с, чтобы движение самолета было плавным.
Для описания каждой сложной системы (такой как ВС, аэродром) в программе будет использоваться отдельный класс. Класс как некая сущность, которая задает некоторое общее поведение для объектов является важным понятием объектно-ориентированного подхода в программировании. Любой объект может принадлежать или не принадлежать определенному классу, то есть обладать или не обладать поведением, которое данный класс подразумевает. Класс определяет для объекта контракт, то есть правила, с помощью которых с объектом могут работать другие объекты (обычно это делается с помощью определения методов класса). Кроме того, классы могут находиться друг с другом в различных отношениях, таких как наследование или агрегация.
Фактически объектно-ориентированное программирование чаще всего сводится к созданию некоторого количества классов, описанию связей между этими классами и их свойств и дальнейшей реализации полученных классов.
В нашем случае классы буду использоваться при описании сложных систем, чтобы работать с ними обособленно, абстрагируясь от других.
Применение метода классов оправдано, когда программа должна моделировать определенное поведение объектов, например, как мы имеем в случае с ВС - это позволяет рассматривать объекты и процессы отдельно друг от друга. Так, при описании класса ВПП мы можем не задумываться какое транспортное судно будет садиться (мы можем смоделировать несколько разных типов транспорта без изменения модели класса ВПП).
Также написание кода, относящегося к ВС, не затрагивает поведение других объектов. Это также дает возможность повторного использования кода — если мы решим переделать задачу и смоделировать, например, приземление вертолета, то нам останется написать модель вертолета.
В классе, описывающем аэродром, будет инициализироваться ВПП, задаваться угол наклона глиссады (у), индивидуальный для каждого аэродрома, вычисляться начальные координаты ВС (JC0; уо , z0).
Параметрами данного класса будут являться следующие - данные, связанные с ВПП; - угол наклона глиссады.
Также необходимо сделать так, чтоб класс сам рисовал себя, задавал начальные координаты ВС, а потом только изменять координаты камеры и угол ее направления.
Для представления данных о ВПП необходимо обеспечить ее хранение в памяти в виде списка координат, а также соответствующую функцию, с помощью которой можно добавить очередной отрезок данной ВПП.
Функция визуализации ВПП внутри данного класса будет прорисовывать ВПП по заранее добавленным в список координатам.
Использование разработанного программного обеспечения в процессе подготовки экипажа к предстоящему полету
Подготовка экипажа к предстоящему полету включает прокладку маршрута с учетом существующих метеоусловий, ориентиров и поворотных пунктов, расчет необходимого количества топлива с необходимым запасом с учетом его стоимости, определение запасных аэродромов и точки возврата, потребной загрузки, распределение грузов по полу грузовой кабины, изучение подходов к аэродрому на одну из ВГШ, анализ рельефа ВПП, расчет взлетно-посадочных характеристик и ряд других задач.
Изучение экипажем рельефа ВПП, на который планируется посадка, особенно в сложных метеоусловиях или в ночных условиях, при помощи разработанного программного обеспечения позволит повысить подготовленность экипажа к полету и снизить в статистическом смысле относительную частоту ошибок.
Кроме того, использование этого программного обеспечения позволит экипажу видеть схематическое изображение ВПП при заходе на посадку с различных направлений и на различных высотах полета. Данная задача может быть реализована в кабинете подготовки полета на базе имеющихся стандартных ЭВМ.
Для обеспечения достоверности используемой информации необходимо предусмотреть создание специальной базы данных для хранения исходной информации, необходимой разработанному процессу испытаний. В эту базу данных должна централизованно вноситься информация, которая сопровождается по проводимым извещениям об изменениях. В базе должны хранится следующие данные:
— конструктивные характеристики эксплуатируемых ВС, в частности, база ВС, расстояние от ВПП до глаз пилота, координаты колес шасси;
- рельеф ВПП как дискретная функция расстояния по горизонтали и завышение точек ВПП от горизонтали, строительная информация об ВПП;
- программа снятия рельефа относительно геоида или эллипсоида, использующая космическую спутниковую систему Google Earth;
- база данных по ВПП используемых аэродромов.
Таким образом, помещение для подготовки к полетам должно быть оборудовано специальной персональной ЭВМ. В перспективе достоверность визуализации может быть увеличена путем совмещения схематического изображения ВПП с ее фотографическим изображением, сделанным для различных сезонов года, времен суток и метеоусловий.
В настоящее время многие экипажи имеют на борту личные ПЭВМ (ноутбуки), используемые в полете в качестве собственных справочников и позволяющих оперативно расширять вычислительные мощности, которыми обладает воздушное судно.
Такая реализация разработанного программного обеспечения может использоваться при загрузке исходных данных по рельефу ВПП, которые могут быть использованы с ПЭВМ подготовки к полету. Такой подход, кроме мер технического характера, требует определенных организационно-распорядительных мероприятий, которые позволят оговорить технологию использования персональных ноутбуков при установленном порядке использования базы данных авиапредприятия.
Более целесообразным является внедрение данного программного обеспечения в состав программного обеспечения бортовых автоматизированных систем управления и контроля.
В настоящее время разрабатываются и успешно эксплуатируются бортовые автоматизированные системы контроля и диагностики. В качестве таких систем можно указать бортовую автоматизированную систему контроля (БАСК), контрольно-измерительную систему сигнализации (КИСС) и систему электронной индикации (СЭИ). Кроме этих бортовых систем общего назначения, существует множество меньших по объему контроля автоматизированных систем [81]. Все эти системы реализованы на базе авиационных вычислительных систем (ABC), представляющих собой троированные ЭВМ типа НЦ 033 [51, 52]. Так, в состав бортовой автоматизированной системы контроля введено около десяти ЭВМ данного типа. Разработанное программное обеспечение можно ввести в состав программного обеспечения указанных систем с управлением от пульта системы и вывода информации на дисплей бортинженера. В свою очередь, такой подход налагает определенные требования на вводимое в состав систем бортовое оборудование. Оно должно быть написано на бортовом ассемблере и затем после обработки переведено в виде машинных кодов в программное обеспечение бортовых систем. Это делается для сокращения объемов памяти бортовьк ЭВМ и, как следствие, предотвращения увеличения массы и габаритов системы. Введение в состав программного обеспечения этих систем несколько не совпадает с их целевым назначением. Задачи предупреждения экипажа об особенностях конкретной ВВП больше подходят для вновь создаваемого класса бортовых систем — системы интеллектуальной поддержки экипажа воздушного судна.
Внедрение разработанного программного обеспечения в состав проектируемых систем интеллектуальной поддержки
В настоящее время на основании Федеральной целевой программы «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002 — 2010 гг. и на период до 2015 г.» разрабатываются системы интеллектуальной поддержи экипажей воздушных судов [85]. В этих системах происходит объединение бортовых систем управления и контроля, встраиваемых систем контроля с системами искусственного интеллекта, системами автоматизированного моделирования и радиотехническими системами связи, включая системы спутниковой навигации и космической связи.
Система интеллектуальной поддержки воздушных судов подразделяется на две части:
— часть системы, размещенная на воздушном судне (бортового базирования);
— часть системы наземного базирования подобно центру управления полетом авиакомпании «Волга-Днепр».
В штатном режиме система оказывает помощь в принятии решений по предотвращению особых ситуаций в автономном режиме. В том случае, если бортовая система не может выдать эффективного решения, то в действие включается подсистема наземного базирования, связанная с подсистемой бортового базирования через спутниковою подсистему связи (при нахождении вне зоны радиовидимости). Система наземного базирования может привлекать к проблеме специалистов и опытно-конструкторского бюро, и серийного завода изготовителя [6, 11].
