Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ и моделирование процедурного контроля воздушного движения
1.1. Роль процедурного контроля воздушного движения в обеспечении безопасности воздушного движения 33
1.1.1. Радиолокационный и процедурный контроль воздушного движения 33
1.1.2. Роль процедурного контроля в обеспечении безопасности воздушного движения 35
1.1.3. Концепция ИКАО контроля за ошибками диспетчера ОВД и процедурный контроль воздушного движения 38
1.1.4. Задачи, решаемые системами процедурного контроля воздушного движения 43
1.1.5. Радиолокационный контроль и «трек по плану» 45
1.1.6. Необходимость автоматизации процессов ПК ВД 46
1.2. Анализ существующих способов процедурного контроля воздушного движения 47
1.2.1. Графический способ процедурного контроля воздушного движения, его достоинства и недостатки 47
1.2.2. Метод регистрации воздушной обстановки на планшетке диспетчеров РЦ ЕС ОрВД и ВРЦ ЕС ОрВД 81
1.2.3. Метод регистрации воздушной обстановки диспетчером МДП с помощью планшета 83
1.2.4. Метод регистрации воздушной обстановки с помощью стрипов 84
1.2.5. Электронные стрипы 89
1.2.6. Электронный диспетчерский график -14
1.2.7. Сравнительный анализ процедурного контроля воздушного движения методом контроля местоположения ЛА «по времени» и «по расстоянию» 90
1.3. Моделирование процедурного контроля воздушного движения 93
1.3.1. Продольное движение ЛА вдоль осей трасс 93
1.3.2. Боковое движение ЛА 100
1.3.3. Отображение высоты ЛА с помощью СПК 102
1.3.4. Общее описание СПК 103
1.3.5. Сравнительный анализ моделей СПК 104
1.4. Выводы 107
2. Оценка количества информации о ДВО в системе УВД 111
2.1. Количество информации о местоположении ЛА вдоль оси трассы .ЛИ
2.2. Количество информации о местоположении ЛА в зоне УВД 119
2.3. Количество информации о местоположении Л А в зоне УВД при полетах в пределах установленных коридоров 128
2.4. Количество предоставляемой с помощью РЛК информации о местоположении ЛА в зоне УВД 128
2.5. Свойства количества информации о местоположении ЛА в зоне УВД 132
2.6. Старение информации о ДВО 134
2.7. Количество информации о местоположении ЛА вдоль осей трасс, предоставленной с помощью диспетчерского графика 138
2.8. Сравнительный анализ способов предоставления информации 141
2.9. Количество информации о необходимости вмешательства диспетчера в развитие ДВО 142
2.10. Результаты практических экспериментов 148
2.11.0 применимости полученных результатов к исследованию информационных процессов простейшего контура УВД 151
2.12. Выводы 152
3. «Идеальное» информационное обеспечение диспетчера ОВД 154
3.1. Модель информационного обеспечения диспетчера ОВД 154
3.2. «Идеальное» информационное обеспечение диспетчера ОВД 161
3.3. «Идеальное» информационное обеспечение диспетчера процедурного контроля воздушного движения 170
3.4. Выводы 176
4. Показатели эффективности информационного обеспечения диспетчера процедурного контроля 178
4.1. Обоснование выбора показателей эффективности информационного обеспечения диспетчера процедурного контроля 178
4.2. Классификация показателей эффективности информационного обеспечения диспетчера процедурного контроля 180
4.3. Надежность (достоверность) информации о ДВО 181
4.4. Показатели количества информации о ДВО 186
4.5. Показатели качества информации о ДВО 187
4.6. Показатели экономической эффективности информации 188
4.7. Показатели эффективности ввода информации в систему процедурного контроля 189
4.8. Комплексные показатели эффективности информации 190
4.9. Выводы 193
5. Разработка методов и средств процедурного контроля ВД 194
5.1. Методы и средства ПК ВД, обеспечивающие повышение качества отображения ВО 194
5.1.1. Выбор способа отображения информации в СПК ВД 194
5.1.2. Метод повышения точности отображения ВО с использованием высокоточных далыюмерных систем, находящихся на линии движения Л А 198
5.1.3. Потенциальная точность отображения ВО в СПК ВД с использованием высокоточных дальномерных систем, находящихся на линии движения ЛА 199
5.1.4. Метод повышения точности отображения ВО с использованием GNSS 201
5.1.5. Метод высокоточного отображения метки ЛА вдоль оси трассы с использованием ввода путевой скорости вСПК ВД 203
5.1.6. Метод высокоточного отображения ВО с использованием периодической корректировки местоположения меток Л А 203
5.1.7. Метод высокоточного отображения ВО с использованием информации о скорости впереди идущих однотипных ЛА 205
5.1.8. Метод повышения точности отображения ВО при наборе высоты или снижении ЛА 208
5.1.9. Метод высокоточного отображения высоты ЛА в процессе набора высоты (снижения) 209
5.1.10. Элементы технологии диспетчера ПК ВД обеспечивающие повышение качества отображения ВО 209
5.2, Методы и средства ПК ВД, обеспечивающие повышение эффективности восприятия информации о ВО 212
5.2.1. Методология разработки методов и средств ПК ВД, обеспечивающих повышение качества деятельности диспетчера УВД 212
5.2.2. Разработка реального технического решения 213
5.2.3. Практическая методика деления ЛА на три группы 216
5.2.4. Метод, обеспечивающий повышение эффективности восприятия информации о ВО при наборе высоты или снижении ЛА и другие методы 218
5.3. Методы и средства ПК ВД, обеспечивающие повышение эффективности переработки информации о ВО 221
5.3.1. Идеальное техническое решение 221
5.3.2. Методика решения задачи разрешения (запрещения) пересечения занятого эшелона в СПКВД 222
5.3.3. Метод предоставления информации о параметрах ПКС 224
5.3.4. Практическая ценность методов повышения эффективности переработки информации о ВО 227
5.4. Методы и средства процедурного контроля воздушного движения, обеспечивающие повышение эффективности принятия решения (поддержка принятии решения) 228
5.4.1. Рекомендация (подсказка) об изменении скорости при возникновении ПКС 228
5.4.2. Метод подсказки о разрешенных и о запретных маневрах изменения высоты 230
5.4.3. Рекомендация (подсказка) о вертикальной скорости ЛА при разрешении конфликтной ситуации 231
5.5. Методы и средства ПК ВД, обеспечивающие повышение эффективности
УВД в зоне ответственности диспетчера МДП 233
5.5.1. Особенности ПК ВД в зоне ответственности диспетчера МДП.. 233
5.5.2. Контроль движения ЛА методом «привязки к наземным ориентирам» 234
5.5.3. Контроль движения ЛА с использованием GPS 235
5.6. Выводы 236
Оценка эффективности разработанных методов и средств процедурного контроля воздушного движения 242
6.1. Оценка точности отображения ВО 242
6.1.1. Оценка точности отображения ЛА вдоль осей трасс 242
6.1.2. Оценка точности отображения боковых уклонений ЛА от оси трассы 246
6.1.3. Оценка точности отображения Л А, следующих вне трасс при использовании GPS 247
6.2. Оценка количества информации при отображении ВО с помощью
разработанных методов и средств ПК ВД и диспетчерского графика 248
6.2.1. Оценка количества информации при отображении ЛА вдоль трасс 248
6.2.2. Оценка количества информации о местоположении ЛА в зоне УВД : 248
6.2.3. Оценка количества информации о местоположении ЛА при полетах в пределах установленных коридоров 2 6.3. Оценка качества информации о ДВО, предоставляемой с помощью разработанных методов и средства ПК ВД 251
6.4. Оценка возможности снижения норм продольного эшелонирования при полетах по ПППпри отсутствии непрерывного РЛК 252
6.5. Оценка экономического эффекта от внедрения разработанных методов и средств ПК ВД 260
6.6. Оценка повышения эффективности ввода информации в СПК ВД 263
6.7. Оценка повышения эффективности восприятия и анализа ВО 2 6.7.1. Оценка снижения времени анализа ВО и принятия решений диспетчером ОВД 264
6.7.2. Оценка снижения трудоемкости и времени решения задач разрешения (или запрещения) пересечения занятого эшелона 267
6.7.3. Повышение пропускной способности зрительного канала интерфейса «СПК-диспетчер» при использовании разработанных методов и средств ПК ВД 267
6.7.4. Оценка возможности «потери картины» о ВО при использовании диспетчерского графика и разработанных методов и средств ПК ВД 2 6.8. Оценка снижения вероятности ошибочных действий диспетчера при ОВД при использовании функций защиты диспетчера от ошибок 268
6.9. Оценка повышения уровня безопасности полетов при использовании разработанных методов и средств ПК ВД 2 6.10. Оценка возможности замены диспетчерского графика электронными СПК ВД на рабочих местах диспетчера ОВД 271
6.11. Выводы 273
7. Автоматизированная система процедурного контроля воздушного движения АСПКВД 277
7.1. Общая характеристика АС ПК ВД 277
7.2. Методы и средства ПК ВД, реализованные в АС ПК ВД 278
7.3. Преимущества АС ПК ВД по сравнению с диспетчерским графиком 280
7.4. Выводы 283
Заключение 284
Список использованной литературы
- Радиолокационный контроль и «трек по плану»
- Количество информации о местоположении Л А в зоне УВД при полетах в пределах установленных коридоров
- «Идеальное» информационное обеспечение диспетчера процедурного контроля воздушного движения
- Метод, обеспечивающий повышение эффективности восприятия информации о ВО при наборе высоты или снижении ЛА и другие методы
Введение к работе
Актуальность работы. Эффективность непосредственного УВД-в значительной степени определяется эффективностью принятия решений -(ПР) диспетчером УВД, причем этап ПР, по всей видимости, является ключевым;-наиболее существенным этапом профессиональной деятельности диспетчера.' :ПР диспетчером УВД обеспечивается, во-первых, с помощью средств радиолокационного контроля (РЛК), и, во-вторых, с помощью средств процедурного контроля воздушного движения (ПК ВД).
Недостатками РЛК являются: очень высокая стоимость, невозможность 100%-го перекрытия воздушного пространства, невысокая надежность средств РЛК, возможность появления ложных меток летательных аппаратов (ЛА) и др. Это обуславливает необходимость ведения ПК ВД, который является основным способом контроля на тех участках воздушного пространства, где нет РЛК, а также при полном или частичном отказе РЛК.
Сеть воздушных трасс (ВТ) России перекрыта полем первичных РЛС на 94 и>90% соответственно на высотах 6000 и 10000 м, только 28% протяженности ВТ перекрыта полем вторичного радиолокатора (ВРЛ). В регионах Сибири и Дальнего Востока, а также в районах прохождения транссибирских маршрутов международных ВТ имеются значительные (до 800 км) участки, не охваченные РЛК.
Средства ПК ВД, используемые в системе УВД России, далеки от совершенства и морально устарели. В настоящее время в некоторых секторах РЦ (ВРЦ) России в часы пик наблюдается до 15-20 ЛА и более на связи одновременно. Однако диспетчерский график (ДГ), который используется почти во всех РЦ (ВРЦ) России, не обеспечивает безопасность ВД при загруженности диспетчера более чем 6-9 ЛА. Все это свидетельствует об острой необходимости разработки более совершенных средств и методов ПК ВД.
В настоящее время созрели технические предпосылки для разработки средств ПК качественно более высокого уровня по сравнению с существующими средствами ПК. Российскими и зарубежными производителями систем УВД России (фирма «НИТА», ОАО «РИМАР», ВНИИРА, «Томпсон» и др.) разрабатываются средства ПК ВД на основе современной компьютерной техники. Однако такого рода разработки ведутся, порой, без серьезной теоретической базы, в лучшем случае с использованием рекомендаций «Евроконтроля», ввиду чего некоторые системы процедурного контроля (СПК) ВД перечисленных производителей обладают весьма серьезными недостатками.
Объектом диссертационного исследования является ПК ВД, а предметом исследования являются средства и методы ПК В Д.
Цель работы — разработка теоретической базы, обеспечивающей создание средств ПК, удовлетворяющих современным требованиям, разработка перспективных средств и методов ПК ВД на основе современной компьютерной техники и современного программного обеспечения, позволяющих перейти на каче-
-4.
ственно более высокий уровень ПК ВД по сравнению с существующим. В круг настоящего исследования не входят такие вопросы как: автоматизация 'ввода информации в СПК, взаимодействие диспетчера ПК ВД и диспетчера РЛК, взаимодействие электронной СПК и плановой подсистемы АС УВД, обмен информации между СПК и АС УВД и некоторые другие. В диссертации решены следующие задачи:
-
Разработаны модели СПК ВД, позволяющие создать перспективные средства и методы ПК ВД, проведена классификация моделей.
-
Разработана математическая модель для оценки количества информации о динамической воздушной обстановке (ДВО), отображаемой на экране диспетчера УВД.,
-
Разработаны модели идеального информационного обеспечения диспетчера УВД и диспетчера ПК ВД.
-
Разработаны методы и средства ПК ВД, позволяющие существенно повысить эффективность ПК ВД.
-
Произведено обоснование выбора показателей эффективности информационного обеспечения диспетчера ПК ВД. Разработаны показатели количества информации о местоположении ЛА. ? і .і
-
Выполнен анализ эффективности разработанных средств и методов ПК ВД";
Методологические основы. Для решения поставленных задач в работе' используются методы теории вероятностей и математической статистики, теории случайных процессов, имитационного моделирования, теории информации, математической теории связи, теории массового обслуживания, теории инже^ '' нерного творчества. Теоретической основой проведенного исследования являются теория информации и теория инженерного творчества, с использованием ' которых, разработаны новые теоретические положения, а именно: математическая модель для оценки количества информации о ДВО и модель «идеального» информационного обеспечения (ИИО).
Научная новизна и теоретическая значимость. В диссертации разрабо
таны новые блоки общей информационной теории процессов УВД. Эти блоки
применяются к детальному исследованию методов и средств ПК ВД, что позво
лило разработать автоматизированную систему ПК ВД и имеет большое народ
нохозяйственное значение. В работе впервые: :-.* ...
-
Предложена модель СПК ВД входом которой являются фактические1 коор- ' динаты ЛА, а выходом - координаты ЛА, отображаемые с помощью СПК;
-
Предложена математическая модель для оценки количества информации о ДВО, разработанная на основе теории информации. Отличие данной модели от известных состоит в том, что она позволяет учитывать влияние на количе-1 ство информации о воздушной обстановке (ВО) таких факторов,-как точность отображения места ЛА и плотность потока ЛА на трассе (в зоне УВД). Прикладное значение данной модели состоит в том, что она позволяет срав-' " нивать информативность различных способов отображения ВО и обосновать выбор наиболее предпочтительного из них;
-
Разработаны модели ИИО диспетчера УВД и диспетчера ПК ВД. Модель ИИО отличается от известных моделей информационного обеспечения наличием идеальных.свойств и. отсутствием такого этапа деятельности диспетчера, как переработка информации;
-
Предложен способ отображения ВО путем деления ЛА на три группы по - степени необходимости вмешательства диспетчера в движение ЛА;
-
Теоретически обоснована целесообразность отображения ВО на основе кар-... ты-схемы;
6. Разработаны методы и средства ПК ВД, позволяющие перейти на качествен
но более высокий уровень ПК ВД; проведена оценка разработанных методов
и средств. ,"..>..
Практическая ценность работы. Разработанные средства и методы ПК ВД обеспечивают ведение.ПК ВД на более высоком качественном уровне по сравнению с существующими средствами ПК. Они позволяют: существенно снизить вероятность ошибочных действий диспетчера, повысить пропускную способность интерфейса «СПК — диспетчер ПК», повысить уровень безопасности ВД, увеличить пропускную способность Элементов воздушного пространства при полетах по правилам полетов по приборам (ГОШ) без непрерывного
рлк- ..-.-....-......
Реализация результатов работы. Результаты диссертации применялись: в
научно исследовательской работе по теме «Проведение испытаний по оценке
аппаратуры автоматизации процедурного контроля воздушного движения (АС
ПК ВД) на безопасность полётов», выполненной Академией ГА по хоздоговору
с Министерством транспорта РФ в 2001 г.; в учебном процессе по курсам «При
кладная теория управления движением на транспорте», «Информатизация про
цессов УВД», «Информатизация транспортных процессов»; в дипломном про
ектировании студентов Командного и Заочного факультетов Академии ГА на
тему «Обоснование рекомендаций по организации процедурного контроля в
зоне ответственности диспетчера РЦ (МДП)»; при разработке ТЗ на создание
автоматизированного рабочего' места для диспетчера процедурного контроля
гражданских секторов РІД ЕС ОрВД и МДП, утвержденного ДГР ОВД ГС ГА
Минтранса РФ; "при разработке автоматизированной системы ПК ВД, которая
внедрена'на рабочих местах диспетчера РДЦ ЕС ОрВД Северо-Кавказского
Центра ОВД '«Стрела»,диспетчеров МДП Самарского Центра ОВД и Нижего
родского Центра ОВД. - '- .,.-...
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались: на всесоюзной научно-практической конференции «Проблемы совершенствования радиоэлектронных комплексов и систем обеспечения полетов» (Киев; КИИГА, 1989 г.), на всесоюзной научно-' практической конференции «Научно-технический прогресс и эксплуатация воз* душного транспорта (Москва, МИИГА, 1990 г.), на всесоюзном-симпозиуме «Время экстренной реакции человека-оператора и вопросы безопасности полетов: теория, методы, приборы» (Иваново, 1990 г.), на 1-й Всероссийской науч-'
но-практической конференции «Безопасность полетов и государственное регулирование деятельности в гражданской авиации» (Санкт-Петербург, 1995 г.), на международной научно-технической конференции «ТРАНСКОМ-97» (Санкт-Петербург, СПГУВК, 1997 г.), на научно-технической конференций «Современные научно-технические проблемы ГА» (Москва, Московский гос. технич. университет ГА, 1999); на международной конференции «Системный анализ в проектировании и управлении» (Санкт-Петербург, СПбГТУ, 2000 г.), на международной научно-практической конференции «Информационные технологии и моделирование в управлении» (Санкт-Петербург, СПбГТУ, 2000 г.), на международной научно-практической конференции «Гражданская авиация на рубеже веков» (Москва, МГТУ ГА, 2001 г.).
По материалам диссертации опубликованы 35 печатных трудов, в том числе 2 авторских свидетельства и 1 патент на изобретение.
.._,. На защиту выносятся:
1. Модели СПК, входом которых являются фактические координаты ЛА, а вы
ходом — координаты ЛА, отображаемые с помощью СПК, и их классификат
, ция по виду входных и выходных сигналов.
-
Математическая модель для оценки количества информации о ДВО.
-
Модель идеального информационного обеспечения диспетчера УВД и.дйс-петчераПКВД.
-
Показатели эффективности информационного обеспечения диспетчера ПК ВД, в том числе показатели количества информации о местоположении ЛА вдоль оси трассы и в зоне УВД.
-
Разработанные средства и методы ПК ВД, в том числе: метод деления ЛА на три группы по степени необходимости вмешательства в движение ЛА, методы высокоточного отображения ВО, метод предоставления информации о параметрах ПКС, поддержка принятия решений диспетчером.
-
Результаты обоснования выбора способа отображения информации о ВО в СПК, результаты оценки эффективности разработанных методов и средств
Подструктура и объем работы. Диссертация состоит из введения,? глав, заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 291 страницах. Работа содержит 7 таблиц, 115 рисунков, 188 наименований источников. Общий объем работы составляет 335 страниц.
Радиолокационный контроль и «трек по плану»
Главной целью системы УВД является наиболее эффективное использование воздушного пространства в жестких условиях гарантии заданного уровня безопасности полетов [73, 116]. При этом основными звеньями, обеспечивающими достижение главной цели системы УВД, является диспетчер РЛК и диспетчер ПК, функции которых могут быть объединены. Таким образом, диспетчеры радиолокационного и процедурного контроля играют важнейшую роль в обеспечении эффективного УВД и в обеспечении безопасности полетов. Исходя из этого можно сделать вывод о .том, что эффективная организация работы диспетчера РЛК и диспетчера ПК, включающая в себя выбор технических средств УВД, выбор методов обработки и отображения информации о движении ЛА, внедрение автоматизированных систем УВД, организацию рабочего места диспетчера УВД, разработку правил УВД и технологии работы диспетчера службы движения, была и остается важнейшей задачей организации УВД в целом.
В то же время, как показывает отечественный и зарубежный опыт развития системы УВД, на современном этапе развития технических средств не представляется возможным отказаться от процедурного контроля вообще, ограничившись управлением воздушным движением только лишь с помощью средств РЛК, независимо от степени автоматизации УВД. Это связано с такими особенностями РЖ как ограничение дальности действия РЛС, которая существенно зависит от высоты, наличие «мертвых зон», где РЛС «не видит» объекты наблюдения (в том числе «воронок» над РЛС и «мертвых зон» из-за особенностей рельефа местности), помехи, ложные метки (в том числе из-за переотражения сигналов РЛС), возможность необнаружения целей, имеющих некоторые значения радиальных скоростей, полные или частичные отказы РЛС, которые имеют место, ограничение зоны видимости в связи с наличием углов закрытия и кривизны земной поверхности, ограничение видимости в ближней зоне из-за отражений от местных предметов [40, 69, 114, 120, 146, 155, 156]. В соответствие с мировой практикой гражданской авиации с отказами радиотехнических средств (РТС) УВД связано в среднем порядка 8% опасных сближений ЛА, причем отказ наземных РТС - это событие, приводящее к деформации информационной модели ДВО. Уровень безотказности наземных РТС не удовлетворяет современным требованиям [111]. Достаточно сказать, что в соответствии со стандартами на параметры первичных РЛС требуемое время наработки на отказ первичных РЛС составляет не менее 500 ч (т.е. около 20 суток) при времени восстановления 30 мин [39].
При наличии у диспетчера только первичной радиолокационной информации в условиях высокой загруженности диспетчер РЛК не обеспечивает надежного предотвращения КС за счет низкой вероятности их своевременного обнаружения. Существенным недостатком первичной РЛС является отображение меток ЛА на фоне различного рода помех (шумового поля), которые затрудняют восприятие информации о ВО [70]. При этом одним из путей повышения эффективности работы диспетчера РЛК является разработка для диспетчера РЛК наглядных средств ПК, включая автоматизированные [179].
Современная аппаратура отображения радиолокационной информации и современные АС УВД также не лишены недостатков, среди которых можно выделить отказы технических средств, «зависание» и сбои в работе программного обеспечения, наличие ложных целей на индикаторе ВО и т.д. [37, 111].
Отечественный и зарубежный опыт показывает, что даже многократное перекрытие зоны УВД радиолокационным полем с помощью дополнительных РЛС, а также 100%-е резервирование аппаратуры отображения информации и АС УВД не обеспечивает абсолютной надежности решения задач ОВД и абсолютной безопасности ВД (именно это обстоятельство послужило одной из причин появления концепции CNS/ATM). Тем более что установка дополнительной РЛС в ряде случаев (например, при малой интенсивности полетов или в труднодоступных регионах) может быть экономически нецелесообразной или даже невозможной по причине труднодоступное и плохих климатических условий [21, 25].
Таким образом, процедурный контроль был и остается важной составляющей контроля ВД вообще и играет существенную роль в обеспечении безопасности полетов. Отказаться от процедурного контроля на современном этапе развития системы УВД не представляется возможным, в том числе в зонах УВД с многократным перекрытием зоны радиолокационным полем и с высоким уровнем автоматизации УВД, не говоря уже о зонах УВД где имеет место неустойчивая работа РЛС.
Количество информации о местоположении Л А в зоне УВД при полетах в пределах установленных коридоров
Пусть Т"" - погрешность доклада времени входа m-го ЛА в к-ю зону УВД, осуществляемого над /-м ПОД, которая представляет собой разность между расчетным временем пролета ПОД по докладу экипажа и фактическим моментом пролета ПОД: Tf = С - t m. Кроме того, пусть Т погрешность расчетного времени выхода из к-й зоны УВД наду -м ПОД w-м ЛА.
огда движение w-ro ЛА вдоль оси трассы описывается линией, связывающей точку входа и точку выхода. Очевидно, что погрешность отображения движения т-го ЛА такой линией является случайной величиной Т "к (At) = Т""к + ых = юл Т"" к + Т щк О 1П пол пол пол В соответствии с теоремами о числовых характеристиках функций св. [29] можно найти выражения для м.о. и дисперсии погрешности диспетчерского графика Г" (Д/):
Очевидно, что при тт = шт = 0, м.о. mT(At) погрешности х их вых диспетчерского графика также обращается в 0. Из (1.12) можно видеть, что в момент входа ЛА в зону УВД, т.е. при At = 0, м.о. и дисперсия погрешности диспетчерского графика равны м.о. и дисперсии св. Тк: тт(0) = тги DJ0) = DT . Соответственно, в момент выхода ЛА из зоны УВД, т.е. при At = 1 вх Іпол, mTitnM) = mTma и DT(tnJ = D,mx.
Выражение (1.11) описывает погрешность отображения движения m-го ЛА при условии, что график движения нанесен абсолютно точно.
Вместе с тем, экспертный опрос диспетчерского состава показал, что график движения ЛА наносится с некоторой погрешностью, величина которой зависит от цены деления временной шкалы диспетчерского графика и в большинстве случаев не превышает одной единицы шкалы.
Будем считать, что шкала диспетчерского графика имеет единицу 1 мин, и что погрешность нанесения линии движения ЛА с вероятностью 0,0027 не превышает 1 мин как на входе ЛА в зону УВД, так и на выходе ЛА из зоны УВД. Тогда погрешность отображения движения ЛА с помощью такой линии на всем протяжении движения является распределенной по нормальному закону св. с нулевым м.о. и ск.о. а = 20 сек.
Можно показать, что эта св. практически не зависит от времени At, прошедшего с момента входа ЛА в зону УВД. Пусть погрешность нанесения линии диспетчерского графика при входе ЛА в зону УВД является св. Т\, а погрешность нанесения линии диспетчерского графика при выходе ЛА из зоны УВД - св. Т2, причем св. Т\, и Т2 распределены по нормальному закону с параметрами т, = 0 и о,. Тогда погрешность отображения ЛА, обусловленная неточностью нанесения линии на диспетчерском графике определяется выражением: Tl(At)=Tl + 3L3)=T, + Z- Z-=±T1+! ,. пол пол пол пол пол В силу того, что Т\ и Т) - независимые св., св. Ti(At) является нормальной св. с параметрами & Кол- А г tnnn-At 2 m = —m. +- & m=mf и a= —a,+— a, = a,. t t \\t t поп пол V пол пол Таким образом, доказано, что погрешность отображения линии пути ЛА на диспетчерском графике, обусловленная неточностью нанесении линии пути, не зависит от времени At, прошедшего с момента входа ЛА в зону УВД и является св. с нулевым м.о. и ск.о. о = 20 сек.
Будем считать, что диспетчер ПК действует в точном соответствии с технологией работы [166]. В этом случае точку входа в зону УВД на диспетчерский график диспетчер наносит в соответствии с фактическим временем пролета ПОД входа по докладу экипажа (при этом диспетчер сам округляет время пролета ПОД до целых минут), а точку выхода - по расчетному времени пролета ПОД в соответствии с расчетом и докладом экипажа (при этом округление время пролета ПОД выхода до целых минут осуществляется экипажем). Кроме этого будем считать, что погрешность хода часов на диспетчерском пульте УВД равна нулю (в общем случае, если на диспетчерском пульте нет системы точного времени GPS [159], это не всегда так), и что диспетчерский график не имеет искажений, которые могут иметь место при составлении диспетчерского графика. Тогда суммарная погрешность T k(At) отображения движения ЛА на диспетчерском графике в момент времени t = tex + At определяется выражением: пол пол = L MTf + (т +Tx:)+T0Kp+Tnw+Atnnn(At), (1.13) пол rnmjk rpmik , rpjk вых MV + МП где Гв" - погрешность доклада экипажа w-ro ЛА о моменте входа в к-ю зону УВД; Т к - погрешность расчета времени выхода т-го ЛА из к-Іі зоны УВД; Т = Тхч = Тхч - погрешность хода часов на борту m-то ЛА и на диспетчерском пункте, обеспечивающем ОВД в А й зоне УВД; Т ук - ошибка прогноза времени пролета /-го ПОД, обусловленная неточностью измерения путевой скорости W; Ти - ошибка расчета времени пролета /-го ПОД выхода в к-н зоне УВД, обусловленная изменчивостью ветра; Ттг - погрешность нанесения линии графика; Т "рс = ТЦр = Т0Кр - погрешности округления времени диспетчером и экипажем; At - время, прошедшее с момента tex входа ЛА в зону УВД, At = t - tex; tn0JI - время полета w-ro ЛА в k-й зоне УВД; Atnnn{At) -погрешность отображения движения ЛА на участке с переменным профилем движения.
Найдем числовые характеристики величины Tk(At). В (1.13) величины Т""к, Г,", Т" к, Т ки, Ттг, Токр являются случайными, а величины At, t„0JI, ATmn(At) - неслучайными.
Будем считать, что математические ожидания перечисленных св. равны нулю, их дисперсии равны соответственно Dex, DX4, DMV, DAU, DmB, D0Kp, все перечисленные св. некоррелированы. Используя известные теоремы о числовых характеристиках функций св. [29] можно получить выражения для м.о. Wv(A/), дисперсии Dt(At) и с.к.о. av(At) суммарной погрешности диспетчерского графика Тк (At): рассчитанный при исходных данных: с.к.о. погрешности доклада экипажа о входе ЛА в зону УВД о(1Х = 0,296 мин [145], скорость ветра на эшелоне - 60 км/час; длина трассы S- 300 км; с.к.о. погрешности хода часов на борту ЛА ахч = 0,25 мин; с.к.о. погрешности нанесения линии графика ош/,, = 0,33 мин; скорость движения ЛА W= 850 км/час (ЛА 1-2 класса).
«Идеальное» информационное обеспечение диспетчера процедурного контроля воздушного движения
Разобьем рассматриваемый участок трассы на малые элементарные участки Ах (рис. 2.2). По определению пуассоновский поток является потоком без последействия, поэтому числа ЛА, попадающих на эти участки, представляют собой независимые случайные величины. Исходя из этого каждый элементарный участок Ах можно рассматривать как независимый источник информации о случайном событии: «на участке трассы Ах находится ЛА». Очевидно, что такой источник информации имеет два состояния («на участке есть ЛА» и «на участке нет ЛА»), В силу ординарности пуассоновского потока ЛА вероятность попадания на малый элементарный участок Ах двух или более ЛА пренебрежимо мала по сравнению с вероятностью попадания на него одного ЛА, поэтому такими событиями можно пренебречь. Ах Ах Ах Ах Ах Ах ЛА, t ЛА? Хк Xk+Ax Хі+2Ах Рис. 2.2. Разбиение участка трассы на элементарные участки Ах. из Априорная энтропия координат ЛА на участке трассы Априорная энтропия такого источника определяется по формуле [160, 186]: #(Ax) = -[PlogP + (l-P)log(l-P)] (2.1) где #(Дх) - энтропия источника информации, которым является элементарный участок Ах; Р - вероятность того, что на элементарном участке Ах находится ЛА; log - логарифм по основанию 2. Для пуассоновского потока ЛА вероятность Р того, что на малом элементарном участке Ах находится ЛА, определяется из выражения [35]: Р = рАхГрЛї=рАх + о(Ах) рАх (2.2) где р - плотность ЛА на участке трассы, определяемая как отношение интенсивности движения ЛА X к средней скорости движения ЛА V : р = У V ; о(Ах) - пренебрежительно малая величина; Ах - длина элементарного участка трассы.
По мере уменьшения Ах вероятность Р все более приближается к значению рАх.
Энтропия объединения нескольких статистически независимых источников информации равна сумме энтропии исходных источников [42, 160]. Поэтому в силу статистической независимости элементарных источников Ах, которая следует из того, что поток ЛА является пуассоновским потоком и обладает свойством отсутствия последействия, априорная энтропия Нх всего рассматриваемого участка трассы определяется выражением: Нх = ЩАх)т = Н(Ах)Х/ Ах (2.3) где т - число элементарных участков трассы; X - длина участка трассы. Таким образом, подставляя (2.1) в (2.3) получим общее выражение для энтропии Нх участка трассы длиной X: „r=//(Ax)JU--r[PlogP + Q-P)1og(l-P)]. (2.4) Axr . Ax Подставляя (2.2) в (2.4) и переходя к пределу при Ах — 0 после соответствующих преобразований можно получить следующее выражение для энтропии Нх источника информации, которым является участок трассы [82]: Нх =pXlloge- HmlogpAx)=pX(loge/p- limlogAx). (2.5) Из этого выражения видно, что величина энтропии Нх при Ах-» О стремится к бесконечности. Физический смысл энтропии заключается в том, что ее трактуют как меру (степень) неопределенности реализации состояния источника информации. При Дх-»0 неопределенность реализации пуассоновского потока ЛА на участке трассы конечной длины X бесконечно возрастает (это следует из того, что при Ах - 0 число элементарных участков длиной Ах стремится к оо, и каждый из них является источником информации о наличии или отсутствии на нем ЛА), что на интуитивном уровне соответствует полученному результату.
Апостериорная энтропия координат ЛА на участке трассы
Однако на практике невозможно обеспечить бесконечно высокую точность определения координат летательных аппаратов на трассе. Поэтому после получения информации о местоположении ЛА вдоль оси рассматриваемого участка трассы с помощью средств радиолокационного контроля остается некоторая апостериорная неопределенность их местоположения (апостериорная энтропия) Н Х1РЖ.
В силу отсутствия последействия пуассоновского потока ЛА, каждый ЛА можно считать независимым источником информации о его координатах. Поэтому величину апостериорной энтропии НХ1рт координат ЛА на участке трассы можно определить следующим образом: где НЛАІРЛК - апостериорная энтропия определения координат одного ЛА с помощью средств радиолокационного контроля; п - среднее количество ЛА на участке трассы; р - плотность движения на участке трассы; X - длина участка трассы.
В силу того, что местоположение одного ЛА на трассе невозможно определить абсолютно точно, координату этого ЛА на участке трассы можно считать непрерывной случайной величиной. Общее выражение для энтропии непрерывной случайной величины имеет следующий вид [186, 42]: НЛА1РЛК=- \f{x)\ogf(x)dx- Jim log Ах, Дг- 0 —00 где f(x) - плотность распределения случайной величины.
Полагая, что ошибка определения координат ЛА распределена по нормальному закону с математическим ожиданием равным нулю и среднеквадратическим отклонением (с.к.о.) а, можно найти, что [42, 65, 188]: НЛА/РЖ = logo"v27re - lim log Ах. Ад:- 0 Подставляя это выражение в (2.6) получим окончательное выражение для апостериорной энтропии о координатах ЛА на участке трассы: НХІРЛК = Рх НЛАІРЛК = P (logo-V2 7ie - lim log Ах). (2.7) Дг- 0 Количество информации о координатах ЛА на участке трассы Количество информации I х о координатах Л А на участке трассы можно определить как разность между априорной энтропией (неопределенностью) Нх и апостериорной энтропией (неопределенностью) Нх1рж о координатах летательных аппаратов на участке: h = Нх НХІРЛК (2-8) 116 Подставляя (2.5) и (2.7) в (2.8) после некоторых преобразований можно получить выражение для количества информации о местоположении ЛА вдоль участка трассы: 1Х = Нх - НХ1РМ = рХ log 2. (2.9) pa Из формулы (2.9) легко получить выражение для количества информации 1УЩ о местоположении ЛА в зоне УВД: =I =Zp log S, (2-Ю) ых ы\ Р,а, где М- число участков трасс в зоне УВД; Х-, - длина /-го участка трассы; Р/ - плотность воздушного движения на /-м участке трассы; о, - с.к.о. ошибки определения координат ЛА на /-м участке трассы.
Необходимо заметить, что формулу (2.10) можно использовать для оценки количества информации, предоставляемой диспетчеру с помощью индикатора воздушной обстановки с переменным с.к.о. ошибки определения местоположения ЛА в зоне УВД, например, с помощью радиолокатора. В данном случае необходимо разбить сеть трасс на / небольших участков с примерно одинаковым а, на каждом участке.
Метод, обеспечивающий повышение эффективности восприятия информации о ВО при наборе высоты или снижении ЛА и другие методы
Идеальное информационное обеспечение - это не некоторое перспективное информационное обеспечение будущих АС ОВД, но некоторый теоретический образ (теоретическая модель) информационного обеспечения, который не существует, и возможно, не может существовать в реальности (как и «вечный двигатель»), но, тем не менее, полезен с той точки зрения, что он помогает осмыслить особенности реального информационного обеспечения, а также наметить пути для его совершенствования.
Понятие идеального информационного обеспечения является аналогом таких понятий как идеальное техническое решение (идеальный конечный результат) и идеальная машина, которые используются в теории инженерного творчества, теории решения изобретательских задач и теории функционально-стоимостного анализа [14,104, 138].
В современной теории принятия технических решений наблюдается тенденция устранения или уменьшения неопределенностей при принятии решений, связанных с недостатком информации об условиях функционирования исследуемой системы [106]. В простейшем контуре УВД такого рода недостаток имеет место в случаях, когда диспетчер вынужден «на глазок» перерабатывать имеющуюся у него информацию для принятия решения. Требование устранения неопределенности при ПР представляет собой ничто иное как увеличение степени идеальности информационного обеспечения ЛПР. Практическое применение модели идеального информационного обеспечения Предложенная модель идеального информационного обеспечения может быть полезна с нескольких точек зрения. Во-первых, она позволяет увидеть, в чем заключаются недостатки существующего информационного обеспечения. Это делается путем сравнения идеального информационного обеспечения /„„„((/), v/(5)(0) с существующим
Так, например, для того, чтобы принять решение о вмешательстве в движение ЛА с целью предотвращения конфликтной ситуации между ними диспетчер использует основную информацию о текущих координатах ЛА, о направлении и скорости их движения, и (в некоторых АС ОВД) дополнительную информацию о прогнозируемом местоположении ЛА. Используя эти виды информации, диспетчер в уме перерабатывает их в информацию о прогнозируемых интервалах между этими ЛА в момент их наибольшего сближения. Следующая переработка информации происходит, когда диспетчер сравнивает рассчитанную им информацию с информацией о допустимых интервалах эшелонирования (эта информация содержится в правилах полетов) и получает информацию о том, что прогнозируемые интервалы между ЛА меньше допустимых. И только после этого диспетчер принимает решение о необходимости вмешательства в движение ЛА. Таким образом, в данном случае диспетчер в уме дважды перерабатывает имеющуюся у него основную и дополнительную информацию и только после этого получает информацию уже непосредственно необходимую ему для принятия решения: /„ПРШ,W0, uf) = Ffs\Fis\ um WO, uf)uiMt), WO)), где F{S) и F2(S) - соответственно первая и вторая функции переработки информации. Очевидно, что недостатками подобного рода информационного обеспечения являются потери времени, обусловленные необходимостью переработки информации в уме, неточность расчетов, которые диспетчером осуществляются «на глаз», возможные ошибки и так далее.
Во-вторых, модель идеального информационного обеспечения позволяет разработать более совершенное информационное обеспечение. При этом идеальное информационное обеспечение служит в качестве некоторого эталона, образца, к которому необходимо приблизить существующее информационное обеспечение.
Определение информационного пространства Пусть Q - множество элементов, которые теоретически возможно отображать на экране ВО (символы, знаки, линии, окружности, эллипсы и т.д.), a R - множество мест на экране ВО, где можно отобразить элементы множества Q. Тогда пространство IP = Q х R будет представлять собой информационное пространство, с помощью которого можно обеспечивать отображение ДВО на экране ВО. Можно расширить понятие информационного пространства, введя множество С цветов, которыми можно отображать элементы множества Q. В этом случае информационное пространство будет определяться как IP QxR хС.
Изобразим информационное пространство схематично в виде прямоугольника IP, а конкретное изображение ВО в момент времени / - в виде точки А, представляющей собой подмножество множества IP: А є IP. Очевидно, что множество А является функцией от состояния ДВО в момент времени t: А = fl&it)). Для обозначения этого факта множество А будем обозначать так: А{Щ)).
Очевидно, что можно ввести такое соответствие между множеством IP и множеством пространства состояний ДВО 3, что одному элементу t,(t) є З будет соответствовать один и только одно множество А(Щ)) (одна точка информационного пространства IP) - см. рис. 3.7.
