Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Авиация и авиационные происшествия 20
1.1. Самолеты, особенности устройства и движения 20
1.2. Гражданская авиация и среда обитания 29
1.3. Авиационные происшествия 37
1.3.1. Официальные определения и временные вариации 37
1.3.2. Классификация признаковых факторов, обуславливающих авиационные происшествия 45
1.4. Выводы 50
Глава 2. Воздействие гелиогеофизических явлений на организм человека 52
2.1. Исходные представления 52
2.2. Схематизированная картина динамики геофизических планетарных явлений, сосредоточенных во времени 56
2.3. Обзор результатов по воздействию гелиогеофизических явлений на здоровье людей 79
2.4. Выводы 88
Глава 3. Развитие методов формирования планетарного индекса повышенной геофизической опасности для полетов самолетов 89
3.1. Рассмотрение связи между геофизическими явлениями и авиационными происшествиями на основе кросскорреляционных оценок 89
3.2. Метод интервальных оценок в применении к установлению связи между геофизическими возмущениями и авиационными происшествиями 98
3.3. Обнаружение воздействий гелиогеофизических явлений на временное распределение числа авиационных происшествий на основе метода наложения эпох ПО
3.4 Вариации критической частоты на цепочках АИС как основа краткосрочного прогноза катастрофических землетрясений 132
3.5. Алгоритм построения планетарного индекса геофизической опасности для полетов самолетов 133
3.6. Выводы 137
Заключение 140
Литература 143
- Гражданская авиация и среда обитания
- Классификация признаковых факторов, обуславливающих авиационные происшествия
- Схематизированная картина динамики геофизических планетарных явлений, сосредоточенных во времени
- Метод интервальных оценок в применении к установлению связи между геофизическими возмущениями и авиационными происшествиями
Введение к работе
Актуальность проблемы. Последние десятилетия в мире наблюдается все возрастающая роль гражданской авиации в деятельности человечества. Это проявляется в увеличивающемся количестве воздушных рейсов, в интенсификации работы аэропортов, в увеличении количества аэропортов. Повышается количество гражданских воздушных судов одновременно находящихся в воздухе, это достигается, в частности, за счет сокращения интервалов вертикального эшелонирования. Вводятся в эксплуатацию воздушные лайнеры, вмещающие все большее количество пассажиров. Увеличивается число малых воздушных судов, в том числе находящихся в частном пользовании. Естественно, подобный рост сопровождается применением ряда мер технического и эксплуатационного характера, призванных обеспечить безопасность воздушного движения.
Вместе с тем происходят, по-видимому, неизбежные авиационные происшествия: катастрофы (с жертвами) и аварии. Статистика показывает, что, несмотря на технический прогресс, в последние десятилетия число авиационных происшествий в гражданской авиации не обладает ни возрастающей, ни уменьшающейся тенденцией. То же самое относится и к другому показателю - числу аварий на миллион самолето-вылетов. Данное явление было предметом исследования ряда организаций, как отечественных так и зарубежных. Общим результатом таких исследований была дифференциация летных происшествий по причинным факторам. На первом месте (60-70%) по всеобщему мнению находится так называемый человеческий фактор - различные ошибки и неадекватные действия экипажей самолетов, наземного персонала, обслуживающего полеты и т.д. На втором месте находится технический фактор - неисправности и отказы авиационной техники (до 20%). Далее следуют погодные и неопознанные факторы. Каждый из этих факторов является следствием целого ряда причин. Их можно разделить на природные и антропогенные. К числу природных причин относятся главным образом геофизические явления, которые в соответствии с пространственными масштабами можно подразделить на планетарные (десятки тыс.км), региональные (тыс.км) и локальные (сотни км). Антропогенные явления можно подразделить на техногенные (поля радиостанций, аварии на ядерных объектах) и социальные (эксплуатация устаревшей или изношенной техники, плохие условия труда авиационных специалистов в ряде стран).
Из всех планетарных геофизических явлений следует выделить атмосферные эффекты, связанные с землетрясениями, солнечными вспышками и магнитными бурями. В целом ряде исследований указывается на воздействие этих явлений на состояние здоровья различных категорий населения. Существенно, что в РФ и в ряде других стран имеются устоявшиеся геофизические службы для наблюдения этих явлений, которые при их соответствующем развитии могли бы послужить основой для выработки прогностической информации предупреждающей экипажи, находящиеся в полете, и наземные службы о геофизической опасности для полетов воздушных судов. В геофизических исследованиях, в частности, вариаций магнитного поля Земли принята система дискретных характеристик, именуемых индексами. Подобная система может быть разработана и применительно к геофизической опасности для полетов воздушных судов. В силу специфики работы экипажей самолетов представляется целесообразным придавать индексу два значения: "опасно"/ "безопасно". В таком виде геофизическая информация может быть легко воспринята экипажами. Этим определяется актуальность проблемы исследований планетарных геофизических явлений в контексте разработки представлений о планетарном индексе геофизической опасности для полетов воздушных судов, как одной из компонент суммарного геофизического индекса.
Целью работы является создание схемы обработки текущих данных о планетарных геофизических явлениях, позволяющей получить прогностическую информацию для выработки данных о величине планетарного индекса геофизической опасности для полетов воздушных судов гражданской авиации.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
Охарактеризовать взаимную географию планетарного распределения авиалиний (дальние и местные), с одной стороны, и положение источников сейсмического воздействия на атмосферу, а также временную группировку вспышечных и магнитных буревых явлений, с другой стороны.
Разработать представления о пространственно-временных сосредоточенных объектах применительно к авиационным происшествиям и к планетарным геофизическим явлениям, включая анализ различных схем установления связи между событиями. - С помощью интервальных (годовых и квартальных) оценок получить неизвестные ранее подтверждения факта связи между появляемостью сосредоточенных планетарных геофизических явлений и появляемостью авиационных происшествий.
Проанализировать пространственно-временные группировки авиационных происшествий в периоды после катастрофических землетрясений, солнечных вспышек Jf-класса, и магнитных бурь. - Разработать представления о суммарном индексе геофизической опасности для полета воздушных судов гражданской авиации и о его компоненте - планетарном индексе геофизической опасности.
Методы исследования. В работе применяются традиционные классификации воздушных происшествий и планетарных геофизических явлений. Для установления связи между явлениями с различной сосредоточенностью в пространстве-времени применяется метод сопоставления группировок появляемости событий. Группировки сопоставляются на основе интервальных оценок, метода наложения эпох, а также на основе локализации происшествий на плоскостях дальность-время. Для проверки детерминированного характера группировок используется сопоставление с распределением Пуассона, являющегося моделью случайных редких группировок на плоскости соответствующих параметров.
Достоверность и обоснованность предложенных подходов определяется использованием прямой связи между появляемостью сосредоточений во времени планетарных геофизических явлений и появляемостью воздушных происшествий в гражданской авиации. Прозрачность применяемых методов расчета, соответствующих инженерно-техническим подходам также свидетельствует в пользу обоснованности предложенного алгоритма.
Научная новизна состоит в следующем: - На основе интервальных оценок (год, квартал) с использованием полувекового массива данных о воздушных происшествиях получены новые данные, свидетельствующие о наличии связи между потоком данных о планетарных геофизических феноменах и потоком данных о воздушных происшествиях в гражданской авиации.
Впервые получена двумерная картина точек, соответствующих происшествиям на плоскости - сдвиг дат относительно момента главного удара катастрофического землетрясения и расстояние от эпицентра до места воздушного происшествия.
Впервые получена двумерная картина точек, соответствующих происшествиям на плоскости - сдвиг дат относительно солнечной вспышки рентгеновского класса (в полосе широт 25 На защиту выносятся: - Установление связи между потоком данных о воздушных происшествиях в гражданской авиации и потоком данных о числе катастрофических землетрясений (М>1) и значениями среднеквартальных Ар- индексов на основе интервальных оценок (интервалы - год, квартал) с использованием массива данных за полувековой период. Коэффициенты связи находятся на уровне - 0,7. Результаты анализа распределения точек, соответствующих отдельным воздушным происшествиям на плоскости — сдвиг дат происшествия и катастрофического землетрясения, расстояние между местом происшествия и эпицентром, заключающиеся в установлении двух типов неравномерностеи распределения точек: наличие пустой зоны при малых сдвигах (0-2 дня) и расстояниях (0-4 тыскм) и наличие областей сгущений точек. Результаты анализа распределения точек, соответствующих отдельным воздушным происшествиям на плоскости, — сдвиг дат происшествия относительно дат геоэффективных рентгеновских вспышек (25 Практическая и научная ценность диссертационной работы і обусловлена ее прикладной ориентацией на создание информационного планетарного индекса геофизической опасности для полетов воздушных судов, использование которого должно привести к снижению числа воздушных происшествий в гражданской авиации. Научная ценность работы заключается в установлении ряда конкретных проявлений воздействия на организмы пилотов и специалистов наземных служб гелиогеофизических явлений: катастрофических землетрясений, солнечных вспышек Jf-iciacca, магнитных бурь. Реализация и внедрение результатов работы. Полученные в диссертации результаты использовались в научно-исследовательских работах ИПГ по тематике НИОКР «Резонанс». Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на: - юбилейной научной конференции, посвященной десятилетию РФФИ, г.Москва, 2002 г. III Научно-практической конференции "Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций", г.Москва, 2003г. - международной научной конференции "Авиация и космонавтика", г.Москва, 2003г. научной конференции молодых специалистов Института прикладной геофизики, г.Москва, 2003г. Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, из них 4 — научные статьи и брошюра, 6 тезисов докладов на научных конференциях. Личный вклад соискателя. Все исследования, изложенные в диссертации проведены лично соискателем в процессе научной работы. Из совместных публикаций в диссертацию включен лишь тот материал, который непосредственно принадлежит соискателю, заимствованный материал обозначен в работе ссылками. Структур» н объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы. Имеет общий объем 146 стр., в том числе 91 стр. основного текста, 3 таблицы, 47 рисунков, 40 наименования списка литературы. Содержание работы. Во введении к диссертационной работе обоснована актуальность темы, сформулирована цель и основные задачи, решение которых необходимо для достижения цели исследования, приведены положения, выносимые на защиту, приведены структуры и краткое содержание работы. В силу новизны проблемы диссертация не содержит специальной обзорной главы. Небольшое число имеющихся научных публикаций по тематике работы проанализированы, соответственно, в каждой из глав диссертации. Введение также содержит изложение основной методологической концепции работы. Ее суть заключается в том, что авиационные происшествия представляют собой сосредоточенные по времени и пространству редкие явления. Их возможные причины являются также сосредоточенными по времени и пространству планетарными гелиогеофизическими явлениями. (Непредсказуемые очень редкие события — удар молнии в самолет, столкновение с птичьей стаей, попадание в зону турбулентности ясного неба и т.д., - в работе не рассматриваются.). Первая глава посвящена сравнению пространственных характеристик распределения трасс полетов воздушных судов гражданской авиации и планетарных геофизических явлений, воздействие которых на здоровье различных категорий больных было установлено ранее. Первым вопросом, рассматриваемым здесь, являются особенности устройства самолетов, как объектов начинающих движение на земной поверхности, затем после взлета, продолжающих движение в воздухе, затем, после посадки, завершающих движение по земной поверхности. Вторым рассматриваемым здесь вопросом является география дальних и местных авиалиний. Используются различные источники данных: интернет, публикации. Отмечается, что наибольшая густота дальних авиалиний охватывает Север Атлантики, окраинные области Тихого океана. Местные авиалинии охватывают территории развитых стран: США, страны Европы, Китай, Индия, Япония, Ближний Восток; в меньшей мере РФ, страны Африки, Южной Америки, Австралии. В Европе интенсивность воздушного движения столь велика, что, несмотря на сравнительное обилие международных аэропортов, взлеты и посадки самолетов происходят с интервалом порядка 30 секунд. В последнее время уменьшены с 1000 м до 500 м высотные интервалы между эшелонами для полетов самолетов в различных направлениях. Делается вывод о том, что, несмотря на очевидную неравномерность распределения плотности воздушных трасс, в целом их совокупность можно рассматривать как планетарный антропогенный объект. Далее проводятся отечественные и зарубежные данные классификаций воздушных происшествий по факторам их вызывающим. Классификации совпадают по признаку так называемого человеческого фактора, доминирующим среди общего числа воздушных происшествий (-60-70 % по различным оценкам). На втором месте стоит технический фактор (до 20 %), связанный с внезапными выходами из строя тех или иных компонент воздушной и наземной техники. Существенную роль играет также погодный фактор (до 10 %). Другая классификация связывает воздушные происшествия с двумя причинными классами: природными и антропогенными. Первые — это перечисленные выше геофизические события, дающие свой вклад во все перечисленные факторы. Антропогенные причины в свою очередь могут быть подразделены на техногенные (излучение радиостанций, аварии на ядерных объектах и т.д.) и социальные (использование устаревшей или изношенной техники, плохие условия труда авиаперсонала в ряде стран и т.д.). Анализ факторов и причин приводит к выводу о том, что техногенные и социальные причины требуют для минимизации своего воздействия наибольших экономических затрат и наибольшего времени для реального улучшения ситуации. Вместе с тем природные геофизические причины реально не могут быть устранены. Однако, их сосредоточенный характер служит основанием для выработки предупредительной информации экипажам, находящихся в полете, и наземным службам. Здесь основной "мишенью" подобных предупреждений является человеческий фактор , прежде всего та его компонента, которая связана с воздействиями геофизических явлений на организм человека. Существующие геофизические службы при их соответствующей модернизации могут способствовать процессу уменьшения числа авиационных происшествий вызванных воздействием геофизических феноменов. Завершающий раздел главы посвящен рассмотрению собственно авиационного происшествия, как явления. Приводится официальное определение катастроф и аварий. Даны характеристики изменения во времени числа происшествий, характеризуемого в последние десятилетия примерно постоянным уровнем и небольшими вариациями относительно него. Во второй главе анализируются известные ранее данные о воздействии гелиогеофизических явлений на здоровье людей. Глава начинается с рассмотрения исходных представлений. Дается характеристика различным методам установления связи между процессами. Здесь фигурируют и известные методы кросскорреляции и наложения эпох, а также метод интервальных оценок в версии, предлагаемой, по-видимому, впервые. Существенной особенностью связи, подлежащей рассмотрению, является сосредоточенный характер во времени-пространстве таких явлений как авиационный происшествия. Вводится предположение о том, что гелиогеофизические явления по пространственным масштабам могут быть подразделены на три категории: локальные (~102*ои), региональные (~ 10 км) и планетарные (^-104юк). Планетарные геофизические явления, -атмосферные проявления землетрясений, солнечных вспышек, магнитных бурь, - также характеризуются временной и в значительной мере пространственной сосредоточенностью. Далее приводится схематизированная картина динамики планетарных геофизических явлений, сосредоточенных во времени. Отмечается, что по отношению к нижней атмосфере планетарные геофизические явления имеют источники во внешних геосферах. Солнечные вспышки и магнитные бури, как источники возмущений в атмосфере, располагаются выше ее, землетрясения - ниже. Приводятся характеристики и примеры планетарных геофизических явлений. Отмечается, что для таких явлений как геомагнитная буря вопросы локализации в пространстве-времени связаны с определенными трудностями. Приводятся характеристики пространственного распределения эпицентров катастрофических землетрясений, которые во многом совпадают с пространственным распределением трасс межконтинентальных полетов воздушных судов. Определенное внимание уделено такому планетарному явлению, как ионосферная буря. Известно, что ионосфера реагирует и на вспышки, и на землетрясения, и на магнитные бури. Такая реакция по отношению к землетрясениям является упреждающей, что может иметь определенное прогностическое значение. Определенную роль могут играть случайные неоднородности масштабом км. Анализируется пример возникновения в ионосфере крупномасштабных перемещающихся неоднородностей, возникающих в окрестностях эпицентра. Положительная неоднородность возникает за 15 часов до землетрясения, отрицательная сразу после него. Оба объекта движутся примерно по одинаковой траектории на расстояние до 104км. Показывается, что обнаружение таких объектов происходит на фоне эндогенных неоднородностей области F1 ионосферы, характеризующихся размерами ~10 км, что приводит к характерным изменениям выборочных статистических инвариантов — асимметрии и эксцесса. Приводятся известные формулы для этих величин, а также формулы для второго смешанного инварианта - коэффициенты кросскорреляции. Завершающий раздел второй главы посвящен рассмотрению связей между сигнальными проявлениями описанных выше планетарных гелиогеофизических явлений и величинами характеризующими здоровье людей. Упоминается об известных таких связях для лиц пониженной категории здоровья. Более подробно анализируются схемы установления связи между гелиогеофизическими явлениями и такими событиями как аварии при запусках космических ракет-носителей. Подробно излагается методика, основанная на определении отклонения свойств потока редких событий от Пуассонова процесса и установления связи именно этих отклонений с гелиогеофизическими явлениями. Отмечается, что почти все известные автору исследования относятся к ситуации воздействия гелиогеофизики на лиц, относящихся к пониженной категории здоровья. И поскольку летный состав относится к лицам повышенной категории здоровья, делается вывод о необходимости проведения специализированных исследований по этому кругу вопросов. Третья глава диссертации посвящена фундаментальному вопросу об установлении связей между вариациями параметров планетарных геофизических явлений и вариациями потока данных о происшествиях в гражданской авиации и при запусках ракет-носителей. Первый раздел главы включает в себя используемый для анализа банк данных. На временном интервале примерно совпадающем со второй половиной двадцатого столетия приводятся поквартальные данные о числе происшествий в гражданской авиации, о числе катастрофических землетрясений (М^7), о среднем значении магнитного А„- индекса. Приводятся данные о выборочных значениях четвертого статистического инварианта относительных вариаций критической частоты fc области F1 ионосферы, определенных на годичных интервалах ежемесячных наблюдений на АИС Москва. Приводятся данные о датах запусков ИЗС серии "Космос". Приводятся данные о числе запусков ИСЗ с почти круговыми орбитами, заключенными в интервале высот 1-г2 тьикм, а также данные о годичном числе аварий ракет-носителей различных типов на интервале 1957-1984 г. г. Рассматривается установление корреляционным методом связи между вариациями параметров планетарных геофизических явлений и вариациями потока данных о происшествиях в гражданской авиации и при запусках ракет-носителей. Показывается, что при вычитании соответствующих трендов высокая корреляция (~ 0,9) достигается только между числом катастрофических землетрясений и выборочными значениями эксцесса относительных вариаций критической частоты /с области FI ионосферы по годичным массивам ежемесячных измерений на АИС Москва за полувековой период. Кросскорреляции вариаций числа землетрясений и числа запускаемых спутников или числа аварий при запусках ракет-носителей не превышают уровня 0,3-0,4. Делается вывод о неэффективности прямой схемы установления связей между вариациями числа геофизических явлений и вариациями числа авиационных происшествий. Далее используются нелинейные пороговые преобразования, при которых исходные массивы преобразуются к бинарному виду (0 или 1; -1 или +1) в зависимости от превышения (или не превышения) исходными числами заданного уровня. Такие бинарные процессы отображают тенденцию изменения исходной величины - возрастание или убывание. Коэффициенты кросскорреляции между бинарными процессами возрастают до уровня 0,5-й),6. Но это не относится к связям с вариациями числа авиационных происшествий, требующих применения более эффективных методов. В связи с этим развит и применен специальный геометрический метод интервальных оценок для установления связи группировок двух видов точек, соответствующих превышению или непревышению числа авиационных происшествий медианного значения на выбранных интервалах времени (год, квартал). Точки наносились на плоскость параметров, характеризующих сейсмическую и геомагнитную обстановку. Так на оси абсцисс отложены числа характеризующие количество катастрофических землетрясений за выбранный интервал времени. По оси ординат откладывались среднеквартальные значения Ар- индекса, либо максимальное из четырех значений А - индекса за год, если опорный интервал составлял год. При годичных интервалах использовались данные примерно за 50 лет, т.е. на плоскость (число землетрясений в году, максимальный из среднеквартальных Ар- индексов) было нанесено 50 точек. Точки двух сортов на плоскости распределились неравномерно. Оказалось возможным проведение наклонной прямой, разделяющей группы точек: 43 точки с одной стороны и 7 — с другой. Это соответствует коэффициенту связи примерно 0,7. При квартальном разделении данных использовались массивы за 15 лет, и соответственно 60 точек на плоскости параметров. Здесь также имелась неравномерность распределения точек двух сортов. При более сложной разделяющей кривой коэффициенты связи получились на том же уровне. Обращает на себя внимание близость этого значения к проценту человеческого фактора в массиве авиационных происшествий. Глава завершается выводами, главным из которых является вывод об установлении новым методом факта связи между вариациями числа планетарных геофизических возмущений, сейсмогенных и геомагнитных, к вариациям числа авиационных происшествий в гражданской авиации. Далее на основе метода наложения эпох был осуществлен выбор компонент планетарного индекса геофизической опасности для полетов воздушных судов. Вначале исследуются вопросы пространственно-временных группировок авиационных происшествий и катастрофических землетрясений. Здесь был использован наиболее полный массив экспериментальных данных об авиационных происшествиях примерно за 50 лет. Вначале был произведен анализ по известной методике построения гистограмм группировок авиационных происшествий по дням, примыкающим к землетрясениям. Были выбраны две градации магнитуд землетрясений: А/ > 8 и 7 < Л/ < 8, За весь рассматриваемый период имело место 52 землетрясение с Л/^8. На совокупности недельных интервалов после землетрясений имели место 143 авиационных происшествия неравномерно распределенные по дням недели. Имеется только один максимум соответствующий разности дат происшествия и землетрясения, заключенной в пределах от четырех до пяти. Максимум превышает среднее значение гистограммы на величину 2сг (двух среднеквадратичных отклонении). Для магнитуды 7йЛ/<8 аналогичная гистограмма наибольший максимум имеет в интервале разности дат не превышающих сутки. Величина превышения над средним уровнем примерно 1,2ст. Более подробно данный круг вопросов исследован с помощью нового подхода: на плоскость, - разность дат происшествия и землетрясения (ось абсцисс), расстояние между эпицентром и авиационным происшествием (дальность - ось ординат) нанесены точки, соответствующие отдельным происшествиям, случившимся в данное число дней после землетрясения. Имеет место впервые установленная неравномерность распределения точек на плоскости. Во-первых , вблизи начала координат находятся пустые области. Во-торых, имеются сгущения на дальностях более 10 тыс. км С целью объективизации такого визуального восприятия была проведена статистическая проверка гипотезы о том, что распределение точек на плоскости (разность дат, дальность) является чисто случайным. Для этого плоскости разными способами разбивались на прямоугольники (20 и 32 ячейки для случая М > 8; 20 и 40 ячеек для случая 7 < М < 8). Далее строили два вида распределений. Одно — распределение Пуассона, единственным параметром которого являлось среднее число точек — событий в различных ячейках (7 и 4,5 для случая М>8; 6,2 и ЗД для случая 7<Л/<8). Распределение Пуассона определяло вероятность Wр (относительное число клеток) с содержанием п = 0,1,2 15 точек в клетке-ячейке. С распределением Пуассона сопоставлялось эмпирическое распределение вероятностей We. Во всех четырех случаях получился одинаковый результат: неравенство We « W„ имеет место при малых п ~ 0,1 (пустые области) и при больших п >10 (области сгущений). Сделан вывод о том, что статистическое моделирование подтверждает гипотезу о том, что "пустые" области в начале координат и "сгущения" вдали не являются случайными. В следующих разделах главы рассмотрены вопросы возможного вклада в планетарный индекс геофизической опасности для полета воздушных судов явлений, обусловленных солнечными вспышками X-класса. Были построены гистограммы группировок воздушных происшествий по отношению к дню вспышки. При разных параметрах гистограмм выделяется первый изолированный максимум, соответствующий третьему дню после вспышки, более чем втрое превышающей по числу происшествий среднее значение за первые дни, в течение которых корпускулярный поток движется от Солнца до Земли. Аналогичная ситуация отмечается на плоскости — дни после вспышки (ось абсцисс), дальность от экватора, где точками отмечены авиационные происшествия общим количеством 71 за период 1975-2002 г. г. За этот период было выбрано 39 вспышек, ^-класса, после которых в течение 7 дней не было других вспышек этого класса. Делается вывод о том, что после вспышек Х-класса наибольшее число аварий происходит на третий день после вспышки на дальностях не превышающих 4 тыс.км от экватора. В более поздние дни область широт расширяется: от южного полярного круга до Северного полярного круга. Методом наложения эпох рассматриваются воздействия геомагнитных бурь на группировку авиационных происшествий. Были вмбраньї дни, для которых Ар > 40 и интервал между которыми не меньше недели. Совмещение таких дней показывает, что на четвертый день после дня с Ар>40 происходит значимая группировка авиационных происшествий. Этот результат позволяет включить процесс возникновения магнитных бурь в возможные причины происшествий в гражданской авиации. Заключение содержит основные результаты и выводы диссертационной работы. В настоящее время почти любое государство планеты обладает парком современных (или частично устаревших) авиалайнеров, для эксплуатации которых требуются аэропорты, оборудованные надлежащими ВГПХ Мировая сеть аэропортов охватывает все континенты. В штатных режимах авиалайнеры осуществляют полеты между аэропортами. Именно в них осуществляются взлеты и посадки самолетов-лайнеров. Естественно, аэропорты находятся только на суше. Последняя составляет, примерно, лишь четверть общей площади планеты. При этом большая часть суши находится в Северном полушарии. И в Северном полушарии находится большинство экономически развитых стран, обладающих соответственно развитой сетью аэропортов. Как уже отмечалось, этап функционирования между взлетом и посадкой является полетом. Международный характер полетов обусловил закрепленный международными соглашениями строгий регламент , полетов. Регламент призван обеспечить оптимальное пространственно-временное расположение летящих самолетов. Существенной категорией этого регламента является трасса полетов. Протяженность самолетных беспосадочных трасс заключена в широких пределы 0,5-ПО тыс.км. Длительность полета также заключена в широких пределах — 1 -12 часов. (Для местных авиалиний нижние значения интервалов протяженности и длительности полетов может быть еще меньше). Полеты вне окрестностей аэропортов происходят на высотах 5-М 5 тыс.м., дискретизированных по так называемым высотным эшелонам, соответствующим различным направлениям полетов. Организация воздушного движения многих тысяч самолетов, одновременно находящихся в воздухе, естественно, сопряжена с разрешением большого числа технических и организационных проблем. Для проводимого здесь рассмотрения непосредственный интерес представляет географическое расположение трасс дальних полетов самолетов. Расположение трасс зависит от географии положения столиц и \ мегаполисов, а также от экономической ориентации авиакомпании. Так на рис. 1.6. представлена схема авиатрасс компании "Аэрофлот" с центром в г.Москва. Трассы пересекают Афро-Евразию, Атлантический и частично Индийские океаны. На рис. 1.7. представлены трасса компаний "Continental Airlines", "Continental Express", "Northwest Airlines", "Air Europe", "Сора Airlines", "Eva Air", "KLM", "Virgin Atlantic Airways". Здесь надо отметить одно обстоятельство. Схемы на рис. 1.6-1.8. даны на картах мира в проекции Меркатора При этом межконтинентальные трассы представляют собой скорее топологические схемы, чем натуральную геометрию. Вместе с тем геометрия трансэкваториальных трасс передается в проекции Меркатора с минимальными искажениями. На рис. 1.8, представлены трассы "Qantas Airlines". Они в основном трансэкваториальны и пресекают Тихий океан в его центральной части, а также Индийский океан под различными широтами. Картина межконтинентальных трасс может быть дополнена иллюстрацией трасс местных авиалиний. Так на рис. 1.9. представлены трассы местных авиалиний "China Airlines". Аналогичная сеть имеется в РФ. В Японии, Западной Европе, США, Канаде сеть местных авиалиний намного гуще. Рассматривая совокупность данных, представленных на рис. 1.6.-1.9. и учитывая, что на них представлена лишь часть сети авиатрасс можно придти к определенным выводам. Первый вывод заключается в том, что мировая совокупность лайнеров, летящих по авиатрассам, может квалифицироваться, как планетарный объект. Второй вывод - аэропорты расположены в самых различных частях суши, и все наземные службы (диспетчерские, предполетной подготовки, ремонта и.д.) также представляют собой планетарное явление. Оба эти вывода можно объединить, так как летящие по трассам лайнеры и наземные службы составляют сущностное содержание понятия гражданская авиация. Ее бытие реализуется на всей поверхности планеты в атмосферном слое, простирающемся до стратосферных высот. Этим объемом характеризуется природная среда обитания гражданской авиации. При этом участие человека в деятельности гражданской авиации является определяющим. Это прежде всего летчики, реализующие процесс полета авиалайнеров. Затем наземные диспетчеры и многочисленные работники других наземных служб. В соответствии с этим понятие среды обитания гражданской авиации следует дополнить понятиями социальной среды и экономической среды. Далее — планетарные масштабы бытия гражданской авиации (порядка 10 тыс.км) можно рассматривать как старшие масштабы, на которых развиваются планетарные масштабы природной среды и социально-экономической среды. Целесообразно ввести в рассмотрение и младшие масштабы: региональный (порядка 1000 км, и локальный (порядка 100 к« и меньше). Социально-экономическая среда бытия гражданской авиации во многом связана с особенностями тех или иных государств мира, с уровнем их социально-экономического развития. Частично этот вопрос будет затронут ниже. Следует упомянуть и о природной локальной турбулентности, представляющей опасность для полета лайнеров. Речь идет о так называемой турбулентности ясного неба (ТЯН). Это явление оказалось в центре внимания исследователей, занимающихся проблемами безопасности полетов. Предполагается, что исследования ТЯН должны привести к созданию бортовых установок на основе лидара [5]. В информационной литературе упоминается о другом локальном природном явлении — облаках пепловых частиц, извергаемых вулканами, также представляющих опасность для лайнеров [6]. Это явление также известно, но радар, который позволял бы уверенно регистрировать облака тепловых частиц еще находится в стадии разработки. И, наконец, такая известная вещь, как неблагоприятные погодные условия (туман, обледенение, грозы и т.д.) также могут быть отнесены к локальным природным явлениям. В публикации [6] анализируются данные за 2002 г., когда было 40 авиационных катастроф и 1041 погибших в них. На рис.1.16. из [6] представлены две круговые диаграммы разделения, как числа погибших (слева) так и числа собственно катастроф (справа), по категориям (термин из [6]). Наибольшее число событий относится к случаям столкновения с земной поверхностью ((столкновения с местными предметами вблизи ВПП, столкновения с элементами рельефа (18 катастроф)). И заметное число событий связано с потерей управления (4 катастрофы) и, с выделенными в отдельную категорию, погодными явлениями (3 катастрофы). Одно событие связано с выработкой топлива, в четырех случаях причины не установлены. Следует отметить, что отдельные категории вызывают повышенный интерес исследователей. Так в [7] сообщается о разворачивании в НАСА работ по исследованию потери управления самолетом. Сообщается о программе работ (с ассигнованиями в 500 млн.долларов США), которые призваны уменьшить на 80% число аварий этого вида к 2007 г. Эти же цели преследуют названные выше исследования по турбулентности ясного неба, по турбулентности спутной струи. На рис. 1.17. и 1.18. даны примеры соответственно отечественной [8] и зарубежной [Boeing, INTERNET] диаграмм, определяющих причины авиационных происшествий. Остановимся на второй диаграмме, как на более подробной. В ней использован массив из 210 происшествий, случившихся за период с 1992 по 2001 год. Из них 69 случаев, когда причина была неизвестна, а 149 случаев распределились по шести градациям. Первая, наибольшая - 66 % - связана с ошибками в действиях экипажей. Далее в порядке убывания : 14 % - авиационная техника, 10 % -погода, 5 % - прочие причины, 3 % - техническое обслуживание, 3 % -аэропорты, служба управления воздушным движением. Распределение из [ 8 ] близко к этому, но относится к военным воздушным судам. Можно высказать две точки зрения на такие распределения. Согласно одной их них действия экипажа и наземных служб объединяются в так называемый человеческий фактор, связанный с непосредственным взаимодействием человека и техники во время полета. Человеческий фактор, определенный таким образом, составляет величину около 70 %. Технический фактор объединяет авиационные происшествия, обусловленные неисправностями воздушных судов, в том числе и неисправности обусловленные ошибками в предполетной подготовке техники, а также происшествия, произошедшие из-за неправильных действий в аэропортах (для гражданских самолетов). Другая точка зрения заключается в том, что человеческий фактор соотносится почти к 100 % авиационных происшествий. Различия между названными точками зрения существенны, так как они приводят к различиям в путях поиска мероприятий по снижения количества. Первая, факторная точка зрения побуждает к возможно более широкому спектру мероприятий, которые предположительно в перспективе должны дать соответствующий результат. Здесь налицо стремление не пропустить ни одной полетной ситуации, приводящей к воздушному происшествию. Вторая точка зрения исходит из представления о том, что возможно верифицировать причины происшествий и, возможно, установить связь с внешними факторами. По результатам проведенного рассмотрения представляется возможным сделать выводы. Возможна классификация причин авиационных происшествий по воздействию различных сред обитания авиации: - Экономическая среда - работа на несовершенной [4-5] технике, а для РФ и на устаревшей, выработавшей свой ресурс [8]; в военной авиации - ограничение числа тренировочных полетов, потеря квалификации. - Социальная среда - низкий уровень востребованности профессии пилотов в международном масштабе, а для РФ - плохие условия труда авиационных специалистов, жилищные проблемы. - Природная среда — геофизические возмущения, начиная от планетарного масштаба (эффекты в атмосфере от землетрясений, солнечных вспышек, магнитных бурь), вплоть до локальных масштабов, таких как метеорологические явления (грозы, бури, турбулентность ясного неба и т.д.) Имеются основания для гипотезы о том, что именно воздействие природной среды обуславливают переменную составляющую потока аварий и катастроф в гражданской авиации. При этом главным объектом воздействий является человеческий фактор, трактуемый либо как ошибки в действиях экипажа, либо как сбои во всей цепочке действий в авиации — от конструирования до предполетной подготовки и собственно полетов. В связи с этим возникает несколько задач. Необходимо проанализировать имеющиеся научные публикации о воздействии геофизических явлений на организм человека и, в частности, рассмотреть возможность переноса этих данных на организм пилотов и представителей других профессий, связанных с авиацией. Необходимо определить возможность существующих методов установления связи между процессами в схеме установления прямой связи между потоком вариаций геофизических явлений и потоком вариаций числа авиационных катастроф. Сосредоточенные во времени геофизические планетарные явления можно подразделить на два вида в соответствии с местонахождением источника явления. При этом такое местоположение следует рассматривать по отношению к той геосфере, в которой происходят полеты воздушных судов, то-есть по отношению к атмосфере. При этом предполагается, что эндогенные атмосферные процессы, сосредоточенные во времени, носят либо локальный, либо региональный характер. Внешние, экзогенные источники планетарных геофизических процессов, сосредоточенные по времени могут находиться с одной стороны, выше атмосферы, - это источники в виде вспышек на Солнце и в виде магнитных бурь во внешнем магнитном поле Земли. С другой стороны, экзогенные источники планетарных геофизических явлений, сосредоточенные во времени, могут находиться ниже атмосферы, - это землетрясения. Описание явлений можно начать со вспышек на Солнце. Здесь следует указать, что состояние Солнца (опять-таки в определенных временных масштабах) можно трактовать, как суперпозицию двух видов изменений. С точки зрения стационарной, Солнце — желтая звезда, раскаленный плазменный шар, с давних пор характеризующийся видимым (в оптическом диапазоне волн) диском — фотосферой. Его характеристики давно известны - диаметр 1,5 млн.км, температура на поверхности фотосферы 6000 К , концентрация заряженных частиц 103с« 3. Все эти характеристики не очень важны для проводимого здесь рассмотрения. А вот удаление Солнца от Земли - 150 млн.км., - весьма важная и в дальнейшем используемая характеристика. Известен также ряд характеристик излучения Солнца, обуславливающего образование различных областей ионосферы, озонного слоя и т.д. [16, 21, 22, 23]. Изменение в состоянии Солнца по отношению к временному масштабу - год принято характеризовать числом солнечных пятен, обладающим примерно 11-летней периодичностью, см. рис.2.1. Это изменение принято считать одним из ярких проявлений сложного комплекса явлений, именуемого солнечной активностью. Не останавливаясь на всем этом сложном комплексе, можно тем не менее отметить, что изменение годичного числа солнечных пятен, на первый взгляд, происходит в "противофазе" с изменением количества погибших в авиационных катастрофах, см. рис. 1.14. Действительно, локальные максимумы числа погибших приходятся на 62 г., 72-75 г.г., 85 г., 96 г, А именно в эти годы количество пятен на Солнце близко к минимальным значениям. Можно высказать предположение о том, что солнечные процессы, ответственные именно за вариацию числа солнечных пятен не обязательно играют существенную роль в воздействии на организмы людей, причастных к организации и проведению полетов. С другой стороны, и такая характеристика, как число погибших, не полностью совпадает с такой характеристикой как число авиационных происшествий. Существенное значение для рассматриваемого круга вопросов имеют такие явления, как солнечные вспышки. Они могут иметь место и в периоды минимального числа солнечных пятен. Не останавливаясь на сложном комплексе явлений, которые происходят во время вспышек, следует отметить, что процесс выделения гигантской энергии этим солнечным взрывом имеет довольно точную привязку по времени. Теперь следует обратиться к такому сложному явлению как магнитная буря. Здесь опять-таки следует отметить, что речь идет об очень сложном явлении геомагнетизма. Даже на поверхности Земли медленно изменяющееся состояние магнитного поля можно лишь приблизительно представить как поле магнитного диполя [24]. Его положение не совпадает с центром Земли и медленно изменяется со временем. Изменяется и момент дипольной части магнитного поля Земли. Все эти изменения медленные и отображаются в соответствующих международных документах, относящихся к внутренним источникам изменчивости геомагнетизма. Что же касается внешних источников, обусловленными токами в ионосферно-магнитосферноЙ системе, то для них характерна более быстрая изменчивость, существенная для проводимого здесь рассмотрения. Существует система и нелокальных индексов - суммарный Кр индекс, также определяемый на трехчасовом интервале, индексы АЕ, Dst и Ар. Они характеризуют планетарное изменение магнитного поля Земли, его планетарную вариацию, которая при превышении индексами соответствующих порогов определяется как магнитная буря. Для Кр индекса порог 20, для А 40. На рис.2.3. приведены вариации К„ индекса (в условных единицах) и вариации АЕ и Dst (в нанотеслах) за период 14-20.01.95 г., когда имела место магнитная буря. Ее начало не определяется с погрешностью нарезки часа (вблизи осей абсцисс нанесены как часовые, так и суточные интервалы). Так график для К„ -индекса позволяет определить в качестве момента начала, как 00 часов, так и 09 часов 16.01.95 г. Ко второй цифре тяготеет и первый существенный пик на графике Я-индекса. Наиболее неопределенным является график Dst-индекса. Более определенным является максимум развития бури на графике -индекса- 09 часов 17.01.95 г. При этом, однако, зависимость Ліі-индекса от времени характеризуется двумя одинаковыми максимумами амплитуды - в 20 часов 16.-1,95 г. и в 06 часов 17.01.95 г., а максимальное отклонение 5 -индекса имеет место в 20 часов 17.01.95.г. Интервальные оценки числа авиационных катастроф за год, содержащиеся в таблице 1, - величина Nkl(n), где п — номер года, из интервала 1946-2000 г. были использованы в нелинейной схеме и преобразованы по схеме (аналогичной формуле (14)) Г+1 Nkx{n) 65 Z = { m { ґ (18) \-1 Nkl(n) 65 где (Nkl)med І«65 является приблизительно медианным значением множества {Л/}. Формула (18) далее используется для проверки гипотезы о том, что функция Nkl(n), являющаяся случайной функцией от аргумента п в то же время зависит от двух параметров - величины магнитного индекса Ара числа катастрофических землетрясений Neq, {М 1\ взятые за тот же самый интервал. Для проверки такой гипотезы и взят уровень Mmed. Соотношение (18) используется для проверки гипотезы о том, что неравенства (n N iN med (19) по отношению к аргументам Ар и Neq разрешимо при детерменированной или почти детерминироанной связи между Ар и Neq. Для этого был применен графический метод. А именно, на плоскости (Neq,Ap) наносились точки А N Волнистая черта означает выбор в качестве сглаженного значения Ар максимального из четырех среднеквартальных значений {Ap)j, j= \t 2, З, 4. То-есть Ар(гі) = тах\А%, Ї=1, 2, З, 4. Сглаженная черта над величиной Neq означает, что выбрано просто число авиакатастроф за год с номером «, (см. таблицу 1). Далее в точке с координатами \Ар(п), Neq(ri)\ в соответствии с формулой (18) ставился либо знак +, - при выполнении верхнего из неравенств (18), либо знак - О, - при выполнении нижнего из неравенств. На рис.3.3. представлено "облако крестиков" и "ноликов", определенных вышесказанными процедурами. Первое визуальное ознакомление с "облаком" позволяет заметить, что область "крестиков" располагается в основном в правой части "облака", а область "ноликов" в основном - в левой. Если делать границу между доминированием знаков + и доминированием знаков -, в виде простейшей функции - линейной, то ее уравнение может быть приближенно представлено в виде =-30+2,5 (20) Ниже этой прямой находится примерно85% "плюсов", т.е. превышения величиной Nkl уровня 65, выше прямой находятся также сочетания (Neqi Ар) для которых Nfo меньше 65. Очевидно, что при к 0,5 имеет место равенство TJ = 0. Тогда как к=1 соответствует случаю г] = 1. Если возможно ограничение модельных ситуаций неравенством Г} 0, то величину т\ можно рассматривать, как меру связи величины Nkxc аргументами (NeqiA„). Функция N —65 имеет положительные значения справа от пунктирной линии и отрицательные слева. На рис.3.3, нанесена также ломаная штрих-пунктирная линия в качестве границы между подобластями "крестиков" и "ноликов". Такая граница увеличивает величину к до 0,9 и величину ц до 0,8. Вместе с тем, проведение такой границы едва ли оправдано. Ее сложная конфигурация вызывает сомнение в ее устойчивости. Однако, вопрос устойчивости границы между областями "крестиков" и "ноликов" не может быть решен в рамках реализации множества {Nkl} за 50 лет, поскольку эта реализация - единственная. Едва ли информативной мерой будет изменение порога в формуле (18). При стремлении порога к верхней границе множества {Л } число "крестиков" будет уменьшиться, при стремлении к нижней границе - будет уменьшаться число "ноликов1". Порог 65 катастроф/год и прямая граница почти в равной мере относящаяся и к "крестикам" и к "ноликам" представляется максимально информативной. Следует отметить, что коэффициент ц = 0,7 по величине совпадает с численной оценкой роли Человеческого фактора" в массиве авиационнных происшествий, определенных выше гистограммами на рис.1.17. и 1.18. Можно предпринять попытку рассмотреть вопросы устойчивости границ между областями "крестиков" и "ноликов" путем перехода к более коротким интервалам, например, к квартальным. В таблице 3 приведены соответствующие данные. Они сгруппированы по годам, и каждому из которых соотнесены четыре строки, соответствующие номерам кварталов. Первый левый столбец в таблице 3 соответствует годам (по авариям с 1946-2001 г.г.). Следующий столбец соответствует номерам кварталов (1-4) в очередном году. Далее приведены столбцы Nk, Nklt Nk2- Шестой столбец содержит квартальные данные о величине Neq- числу катастрофических землетрясений в каждом квартале (здесь нередки нулевые интервалы). Данные об Neq охватывают интервал 1946-2001 г.г. Наконец, последний столбец —среднеквартальная величина А„ -индекса (данные предоставлены главным научным сотрудником ИПГ д.ф.-м.н. Нусиновым и охватывают период 1947-1998 г.г.). Эти данные в части выбора наибольшего среднеквартального Ар, как характеристики года в целом, уже были исследованы при нанесении точек на рис.3.3. Поскольку число кварталов на пятидесятилетнем интервале равно двумстам, представилось целесообразным сохранить объем выборки примерно такой же, как и при рассмотрении годичных интервалов. В качестве первого массива были выбраны около пятидесяти квартальных интервалов за период 1960-1972 г.г. Медианное значение Nkl равно 18.Гражданская авиация и среда обитания
Классификация признаковых факторов, обуславливающих авиационные происшествия
Схематизированная картина динамики геофизических планетарных явлений, сосредоточенных во времени
Метод интервальных оценок в применении к установлению связи между геофизическими возмущениями и авиационными происшествиями
Похожие диссертации на Воздействие гелиогеофизических факторов на аварийность в гражданской авиации
