Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ проблем обеспечения безопасности полётов ВС при ОВД 16
1.1. Статистика отказов TCAS и их квалификация на примере ВС ГА Вьетнама 16
1.2. Алгоритмическое описание принципов комплексирования сигналов различных приборов в системе распознавания ситуаций в TCAS типа Honeywell 17
1.3. Проблемы поддержания уровня TLS в ОВД ВС с TCAS 20
1.4. Задачи диссертационного исследования 22
Выводы-1 23
Глава 2. Разработка логико-вероятностных моделей функционирования и отказов TCAS разных модификаций 24
2.1. Модель функционирования TCAS как автомата для обработки комплексированной информации от бортовых датчиков ВС 24
2.1.1. Кинематика процессов опасного сближения ВС 24
2.1.2. Функциональная схема TCAS 26
2.1.3. Характеристика системного подхода и системного моделирования 29
2.2. Логико-вероятностная модель отказа как события на дизъюнкции конъюнкции факторов 34
2.2.1. Функциональная схема TCAS II 34
2.2.2. Режимы работы и отображение информации в БСПС II (TCAS И) 35
2.2.3. Сценарий опасных сближений 38
2.2.4. Режим работы TCAS 40
2.3. Модель оценки последствий отказов TCAS 46
2.3.1. Функциональные возможности TCAS, версия II 46
2.3.2. Оценка последствий TCAS через категории риска 47
2.3.3. Многомерные оценки рисков 49
2.3.4. Алгоритм решения комбинаторной задачи 49
2.4. Классификация и характеристика отказов TCAS на примере эксплуатации подобных систем в ГА Вьетнама 50
2.4.1. Общие характеристики надёжности TCAS 50
2.4.2. Анализ способов обеспечения отказоустойчивости TCAS современных воздушных судов 51
2.4.2.1. Способы контроля конструктивных параметров TCAS на основе концепций, внедрённых в семействе самолётов A320 52
2.4.2.2. Принцип координации команд в TCAS 53
2.4.2.3. Принцип надёжности контроля 55
2.4.2.4. Компенсация влияния эксплуатационных факторов на надёжность TCAS 56
2.4.2.5. Анализ 2-х главных факторов обеспечения высокой надежности самолетных приборов при эксплуатации 56
2.5. Принцип формирования отображения обстановки в кабине ВС при УВД как дискретного состояния на экранах TCAS 58
Выводы-2 59
Глава 3. Разработка модели систем управления ВС с TCAS как системы с дискретными состояниями 60
3.1. Общая модель динамической системы ВС- TCAS с дискретными состояниями 60
3.1.1. Показатели степени опасности по ИКАО 60
3.1.2. Оценка чувствительности формулы рисков "по Райху" к изменению параметров опасного сближения самолётов 61
3.2. Положения методов исчисления рисков с применением цепей Дж. Ризона по ИКАО 64
3.2.1. Постановка задачи об управлении рисками 64
3.2.2. Общесистемные модели управляемых комплексов 67
3.2.3. Модель структурированного риска 71
3.3. Построение цепей случайных событий, ведущих к катастрофе, для ВС с учётом отказов TCAS 73
3.3.1. Многомерные показатели величины риска 73
3.3.2. Итоговые показатели дополнительных оценок рисков
опасных сближений или столкновений ВС при ОВД 74
3.3.3. Характеристики схем оценки рисков опасных сближений или столкновений ВС при ОВД 75
3.4. Показатели и критерии оценки уровня риска для ВС с TCAS 76
3.4.1. Анализ методики оценки рисков авиапроисшествия
в программе CFITB применении к системе ОВД 76
3.4.2. Постановка задачи по анализу причин появления авиапроисшествий 77
3.5. Алгоритмы управления рисками при ОВД. Базы данных по статистике авиационных происшествий с TCAS 78
3.5.1. Схема решения задачи на основе процедур ИКАО 78
3.5.2. Применение теории рисков для оценивания безопасности полетов в системе ОВД во Вьетнаме 81
3.5.3. Постановка и схема решения задачи 81
Выводы-3 83
Глава 4. Разработка рекомендаций по снижению рисков опасных сближений ВС с TCAS на примере парка ВС "Боинг" и "Арбас" в ГА Вьетнама 84
4.1. Структура базы данных для статистики по АП с TCAS в авиакомпании "Аэрлайнз" Вьетнама 84
4.1.1. Анализ событий типа "опасное сближение при ОВД" во Вьетнаме 84
4.1.2. Направление исследований в системе ОВД ГА Вьетнама по определению меры риска 2-го рода //R2 85
4.1.3. Схема управление рисками по мере//#2 85
4.2. Принцип комплексирования сигналов для распознавания опасной ситуации в кабине экипажа с учётом команд диспетчера 86
4.3. Разработка рекомендаций на обучение членов экипажей ВС и специалистов УВД правилам предотвращения опасных ситуаций в полёте при нарушениях работы TCAS 89
4.3.1. Анализ авиапроисшествий с ВС с учётом отказов TCAS в ГА Вьетнама 89
4.3.2. Рекомендации ИКАО о приоритетном выполнении "команд" TCAS 93
4.4. Прогноз изменения показателя TLS для ГА Вьетнама при условии широкого внедрения TCAS в ГА Вьетнама 96
4.5. Оценка масштаба внедрения в ГА Вьетнама новых рекомендаций по снижению числа АП при ОВД при использовании ОВД методов теории управляемых рисков при подготовке специалистов 97
Выводы-4 99
Заклю чение 101
Литература
- Алгоритмическое описание принципов комплексирования сигналов различных приборов в системе распознавания ситуаций в TCAS типа Honeywell
- Характеристика системного подхода и системного моделирования
- Классификация и характеристика отказов TCAS на примере эксплуатации подобных систем в ГА Вьетнама
- Оценка чувствительности формулы рисков "по Райху" к изменению параметров опасного сближения самолётов
Введение к работе
Для предупреждения катастрофических ситуаций при опасных сближениях ВС применяются бортовые системы предупреждения столкновений БСПС (TCAS). Однако сама TCAS имеет определённый уровень возможностей отказов, что должно быть учтено при оценке рисков Опасных Сближений (ОС).
Угроза столкновения ЛА в воздухе относится к категории наиболее опасных явлений летной практики, которые наносят тяжелый моральный урон всем категориям специалистов при выполнении ими процедур организации полетов. Безопасность полетов в этом отношении во многом зависит от характера поведения в ОС летных экипажей.
Одним из наиболее существенных аспектов проблемы предотвращения опасных сближений воздушных судов является обеспечение эффективности взаимодействия летных экипажей и наземных служб в критических ситуациях полёта. Авиационная практика показывает, что в процессе взаимодействия членов экипажей возникают наиболее сложные случаи, содержащие серьезную угрозу для безопасности полетов.
Так, нарушение режимов полетов членами экипажей может провоцировать поспешные и ошибочные действия, которые приводят к опасному сближению ВС. Статистика АП, свидетельствует, что подобные ситуации имеют большую частоту повторений [1]. Поэтому готовность экипажа к грамотным действиям при отказах авиационной техники, например TCAS является важным фактором повышения БП.
Анализ ситуаций с TCAS имеет значение не только в локальном масштабе, но также и в глобальном. Дело в том, что в ряде регионов мира отсутствует наземный контроль за воздушным движением. Далее, на множестве воздушных трасс, и особенно в точках их пересечения и в районе аэропортов, интенсивность воздушного движения оказывается очень высокой, и встречаются ситуации, когда служба движения по разным причинам не в состоянии обеспечить контроль, координацию и управление воздушными судами в быстро изменяю-
6 щейся воздушной обстановке. В подобных условиях могут происходить опасные сближения ВС и даже столкновения. Поэтому в качестве наиболее эффективных средств предотвращения столкновений признаны бортовые комплексы радиотехнических и компьютерных устройств, получившие название бортовых систем предотвращения столкновений типа TCAS или БСПС. При взаимодействии наземных системам вторичной радиолокации (ВРЛ) или независимо от них БСПС осуществляют наблюдение за воздушным пространством в радиусе порядка 25 миль от собственного ВС. Это позволяет определять траекторию относительного движения каждого встречного ВС, оценивать степень опасности сближения или столкновения собственного ВС с другими конфликтующими ВС, которые появляются в контролируемом БСПС области воздушного пространства. При этом могут быть даны в автоматическом режиме рекомендации по маневрированию с целью предотвращения столкновений и координацию возможных маневров совместно конфликтующими ВС. Рекомендация могут содержать указания на выполнение определенного маневра или указание о необходимости сохранения заданного режима движения собственного ВС.
Рекомендация, появляющаяся на индикаторе БСПС, подлежит немедленному исполнению, только тогда это может обеспечить вывод ВС из состояния конфликта. БСПС и их модификации TCAS получили широкое распространение в качестве важного инструмента обеспечения требуемого уровня безопасности воздушного движения в гражданской авиации в мировом сообществе, и в том числе во Вьетнаме.
Ввиду того, что известны и существуют различные образцы БСПС, различающиеся элементами своих конструкций, в диссертации рассматриваются наиболее часто встречающиеся варианты технических решений в рамках прототипа Hewlett Packard TCAS.
В основу разработки процедур положены стандарты и рекомендуемая практика ИКАО с перечнем требований, предъявляемых к бортовой аппаратуре БСПС и TCAS, и летных технологических процедур, определяющих порядок выполнения операций по разрешению конфликтов ВС при опасных сближени-
ях. При этом используется термин предотвращения столкновений. Слово avoidance, фигурирующее в названии системы TCAS, обозначает - уклонение, избежание, т.е. предотвращение столкновений в текущей ситуации. Данный термин более точно отражает основную функцию БСПС, которая состоит не только в том, чтобы предупреждать об опасности столкновения, но, самое главное, обеспечить выработку конкретных и совершенно однозначных рекомендаций по предотвращению столкновений. БСПС обеспечивает четкую координацию принимаемых рекомендаций во избежание столкновений в процессе разрешения конфликта. Именно это обстоятельство определяет направленность исследований в данной работе на поиски решений и разработку процедур "разведения" ВС в ситуациях с возможными отказами ТС AS.
При исследовании отмеченных вопросов в диссертации рассматривались в качестве базовых Российские разработки Т.Г. Анодиной, В.И. Мокшанова, С.А. Сулаева, В.Г. Спрыскова, М.Ю. Болтачёва и др. Следует также отметить работы в этой области сотрудников Академии ГА Г.А. Крыжановского, Е.А. Куклева, П.В. Олянюка, С.Г. Пятко, В.А. Сарычева, В.А. Солодухина и др. Работы указанных авторов явились довольно существенным фактором выполнения диссертационного исследования по актуальной для Вьетнама проблеме.
Цель работы. Главным в диссертации являлись разработка общих принципов и методов реализации программы совершенствования ОВД в свете Государственной Программы развития ГА Вьетнама с учётом тенденций развития мировой системы спутниковой навигации с использованием развития системы бортовых установок предупреждения авиапроисшествий при ОВД.
В связи со сформулированной целью были поставлены и решены следующие основные научные задачи общесистемного и Российского значения;
1. Анализ принципов построения и особенностей развития системы ОВД Вьетнама в процессе оснащения устройствами типа TCAS при переходе на новые бортовые информационные технологии;
Обоснование развития общих подходов к решению конкретных технических проблем бортовых систем наблюдения, управления и связи с учётом надёжности технических систем;
Построение моделей математического программирования для оценки чувствительности формулы рисков П. Райху к вариации параметров;
Разработка предложений к плану и к программе модернизации и развития УВД ГА Вьетнама при переходе к новым системам навигации с ТС AS.
Методы исследования: Для решения указанных задач и получения конкретных результатов были использованы методы математического анализа, теории конечных автоматов и алгоритмов, теории рисков и математического программирования.
Достоверность результатов исследований: Достоверность обеспечивается правильностью выбора исходных предположений адекватностью математического аппарата, а также подтверждается результатами математического регулирования статистикой безопасности ОВД во Вьетнаме.
На защиту выносятся принципы и методы комплексной оценки безопасности и рисков возникновения конфликтов ВС и TCAS, отличающиеся новизной
- Учтены тенденции развития мировой системы спутниковой навигации;
- Обосновано использование математических методов, обеспечивающих
получение количественных, а не только качественных оценок степени достиже
ния поставленных целей, на основе комбинаторики событий, характеризующих
конфликты ВС при УВД.
Основные защищаемые результаты следующие:
Метод выбора TCAS по векторным критериям оценки рисков возникновения конфликтов;
Метод выбора рациональной структуры системы планирования воздушного пространства;
Определение рационального плана и стратегий модернизации бортового оборудования в ГА Вьетнама при использовании ВС типа "Boeing" и "Airbus".
Научная новизна заключается в следующем:
Предложен метод анализа и выбора TCAS по методу параметризации характеристик на основе векторного критерия риска, с учетом структуры сценариев возможных конфликтов ВС при эшелонировании.
Обоснована новая схема решения известной задачи о комбинаторике событий с учетом характеристик надежности ТС AS.
Сформулированы задачи выбора рационального алгоритма оценки рисков по методу не линейного программирования.
Формализована задача комплексной оценки развития системы УВД-АЗН в алгоритмической форме решения как многошаговой процедуры.
Практическая значение состоит в научном обосновании путей модернизации и развития спутниковой системы ОВД в масштабах заданного региона, обеспечивающего существенное повышение уровня безопасности полетов по ОВД. Направление разработок и предложений оценено в ГУГА Вьетнама и заложено в перспективные планы развития "Vietnam Airlines"
Реализация и внедрение результатов работы: Значительная часть научных результатов и основанных на них практических рекомендаций были использованы в Программе развития парка ВС "Vietnam Airlines" модернизации, что подтверждается соответствующими актами.
Апробация работы: Результаты работы и отдельные вопросы, рассмотренные в диссертации, обсуждались:
На Бизнес-семинаре по перспективным технологиям CNS-ATM (ARINC). США, Сиэтл, март 1999 г.;
На Конференции АТСА "Глобальные системы АТС. Перспективные разработки и технологии". Австралия, Сидней, май 1999 г.;
На Конференции ИКАО "Методология бизнес -планирования проектов по модернизации и внедрению перспективных технологий". Париж, Франция, июнь 2000 г.;
На расширенных Семинарах кафедры Управления на транспорте в Академии ГА. СПб., АГА, 1997,2000 г.г.
Публикации: Содержание диссертации опубликовано в статьях, в тезисах, докладах, в технических проектах. Всего опубликовано 4 печатных работы в изданиях России, 7 работ напечатаны в различных трудах во Вьетнаме.
Объем диссертации: Диссертация включает в себя введение четыре главы, заключение, список литературы из 68 наименований, всего 127 страниц текста, 24 рисунка и 11 таблица.
Термины и определения
Термины и определения взяты из [17]
Бортовая система предупреждения столкновений (БСПС) - бортовая система, основанная на использовании сигналов приемоответчика вторичного обзорного радиолокатора (ВОРЛ), которая функционирует независимо от наземного оборудования и представляет пилоту информацию о конфликтной ситуации, которую могут создать воздушные суда, оснащенные приемоответчи-ками ВОРЛ.
БСПБ I - БСПС, которая представляет информацию, способствующую принятию действий "вижу и избегаю", но не располагает возможностью выработки рекомендаций по разрешению угрозы столкновения. Примечание. БСПС 1 не предназначена для международного внедрения и стандартизации в рамках ИКАО.
БСПС II - БСПС, которая в дополнение к консультативной информации о воздушном движении предоставляет рекомендации по разрешению угрозы столкновения в вертикальной плоскости.
БСПС III - БСПС, которая в дополнение к консультативной информации о воздушном движении предоставляет рекомендации по разрешению угрозы столкновения в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Воздушное судно-нарушитель - ВС, движение которого угрожает собственному ВС столкновением, оснащенное приемоответчиком ВРЛ воздушное судно, которое находится в пределах действия БСПС и в отношении которого БСПС определила траекторию.
Время предупреждения - интервал времени между моментом обнаружения потенциальной угрозы или угрозы и моментом наибольшего сближения в условиях, когда ни на одно.воздушное судно не действует ускорение.
Всенаправленная передача БСПС - длинный запросный сигнал наблюдения "воздух-земля" в режиме S со всенаправленной передачей адреса.
Дополнения и рекомендации по разрешению угрозы столкновения -информация, передаваемая посредством запроса в режиме S от одной БСПС к другой с целью согласования встречных маневров путем ограничения выбора возможных маневров БСПС.
Значимость рекомендации по разрешению угрозы столкновения - величина маневра, указанного в рекомендации по разрешению угрозы столкновения. До момента ее отмены рекомендация по разрешению угрозы столкновения может иметь несколько последовательных степеней значимости. В момент передачи рекомендации по разрешению угрозы столкновения с новой степенью значимости предыдущая рекомендация автоматически теряет силу.
Консультативная информация о воздушном движении - информация, выдаваемая летному экипажу о том, что определенное воздушное судно-нарушитель представляет потенциальную угрозу.
Координационный запрос - запрос в режиме S, передаваемый БСПС-П или III серии, содержащий сообщение с рекомендацией по разрешению угрозы столкновения.
Координационный ответ - ответ в режиме S, подтверждающий получение координационного запроса приемоответчиком а режиме S, который является частью оборудования БСПС II или III.
Координация - процесс, с помощью которого два оснащенных БСПС воздушных судна выбирают совместные рекомендации по разрешению угрозы столкновения путем обмена дополнениями к рекомендациям по разрешению угрозы столкновения.
Корректирующая рекомендация по разрешению угрозы столкновения - та, которая рекомендует пилоту изменить текущую траекторию полета.
Наибольшее сближение - ситуация, характеризующаяся минимальным расстоянием между собственным воздушным судном с БСПС и воздушным судном-нарушителем.
Положительная рекомендация по разрешению угрозы столкновения -рекомендация пилоту о выполнении набора высоты или снижения, она может являться корректирующей или предупредительной.
Потенциальная угроза - непосредственная близость воздушного судна-нарушителя к собственному воздушному судну или ситуация, когда последовательные замеры дальности и абсолютной высоты ВС-нарушителя свидетельствуют о возможности его нахождения на курсе столкновения или опасного сближения. Время предупреждения об угрозе столкновения с таким воздушным судном достаточно мало для того, чтобы передача консультативной информации о воздушном движении была оправдана, однако оно достаточно для передачи рекомендаций по разрешению угрозы столкновения.
Предупредительная рекомендация по разрешению угрозы столкновения - рекомендация, которая помогает пилоту избегать определенных отклонений от текущей траектории полета, не предписывая ее какого-либо изменения.
Рекомендация по разрешению угрозы столкновения - выдаваемая летному экипажу информация с рекомендацией о:
а) маневре, предназначенном обеспечивать эшелонирование относительно
всех представляющих угрозу воздушных судов; или
б) Ограничении маневра в целях поддержания существующего эшелонир
вания.
Рекомендация по разрешению угрозы столкновения с ограничением вертикальной скорости (VB) - рекомендация пилоту, помогающая избегать определенных вертикальных скоростей, Рекомендация по разрешению угрозы столкновения с ограничением может быть корректирующей или предупредительной.
Рекомендация по разрешению угрозы столкновения с пересечением абсолютной высоты - рекомендация, которая предусматривает пересечение абсолютной высоты, если в текущий момент собственное воздушное судно с БСПС находится по крайней мере на 30 м (100 фт.) ниже или выше угрожающего воздушного судна и предписывают соответственно выполнение маневра вверх или вниз.
Рекомендация по разрешению угрозы столкновения с увеличением вертикальной скорости VB - рекомендация пилоту увеличить VB до значения, превышающего указанное в предыдущей рекомендации, предусматривающей набор высоты или снижение.
Угроза - непосредственная близость воздушного судна-нарушителя к собственному воздушному судну или ситуация, при которой последовательные замеры дальности и абсолютной высоты свидетельствуют о возможности его нахождения на курсе столкновения или опасного сближения с собственным воздушным судном.
Установленная угроза - воздушное судно-нарушитель, которое объявлено в качестве угрозы и остается объектом для выработки рекомендации по разрешению угрозы столкновения.
Аббревиатура
ПСВС - Предотвращение Столкновений Воздушных Судов,
БСПС - бортовая система предотвращения столкновения;
ВРЛ - вторичная радиолокация;
ЛА - Летательные Апаратури
ВС - воздушное судно
ADC - Air Data Computer / Компьютер Воздушных Данных
ADIRU - Air Data Inertial Reference Unit I Блок Воздушно - Инерциальных
Данных
ИКАО - Международная организация гражданской авиации;
КИНО - комплексный индикатор навигационной обстановки (зарубежный
аналог - ND);
КПИ - комплексный пилотажный индикатор (зарубежный аналог - GD);
ПМО - программно-математическое обеспечение;
УВД - управление воздушным движением;
ФАА - Федеральная авиационная администрация (США).
T2CAS - Trafic and Terrain Collision Avoidance System - БСПС и опасного сбли жения с Землей.
Алгоритмическое описание принципов комплексирования сигналов различных приборов в системе распознавания ситуаций в TCAS типа Honeywell
Предотвращение столкновений воздушных судов (ПСВС) в воздухе возможно, если обеспечено управление движением центра масс (ц.м.) ВС путём коррекции траектории таким образом, что исключается попадание конфликтующих ВС в одну и ту же область воздушного пространства в одно и то же время. Реализация первой фазы этой операции обозначает сбор, обработку и анализ большого объема навигационной информации, необходимой для формирования пространственно временной траектории полета собственного, а так же в общем случае и конфликтующего ВС для предотвращения их встречи. Вторая фаза состоит в своевременном выполнении корректирующего маневра.
Процесс предотвращения столкновений ВС отличается рядом особенностей, среди которых главными являются следующие:
Быстротечность операции ПСВС интервала времени, в течение которого пилот способен уяснить факт возникновения опасной ситуации и осмыслить полученную им рекомендацию на выполнение требуемого маневра. Для этого требуется не менее 20 - 30 с [6]. В предельных случаях движения двух ВС на встречных курсах со скоростями 900 км/ч, скорость сближения составит 1800 км/ч, при чём за время 20 с ВС-нарушитель переместится на расстояние до 10 км. Из этого следует, что операция по предотвращению сближения ВС должна быть начата, когда расстояние между потенциально-конфликтующими ВС ещё не превышает 10 км, что означает запас по времени 20 с до столкновения; - При планировании операции ПСВС необходимо учитывать инерционность пилота и ВС.
Для реализации операции по принятию в TCAS "решения" на ПСВС требуются большие объемы навигационной информации о место-положении и дви-жении всех ВС, оказавшихся в зоне конфликта, т.е. в радиусе порядка 30 -50 км относительно собственного ВС.
Очевидно, что информация о воздушном движении в окрестностях собственного ВС должна быстро изменяться и отличаться высокой точностью.
Известно [7], что визуальные наблюдения не обеспечивают получение и интерпретацию необходимой информации. Расчеты показывают [7], что требуемую точность параметров о воздушном движении вблизи собственного ВС наземные РЛС не обеспечивают, в том числе и системы вторичной радиолокации. Требуемую точность и быстродействие процесса получения всей необходимой информации в состоянии обеспечить лишь бортовые радиотехнические средства, работающие по принципам ВРЛ, т.е. предполагающие излучение запросных сигналов с борта собственного ВС, формирование ответных сигналов на борту ВС-нарушителя и прием их на борту собственного ВС. В процессе разрешения конфликта требуется четкая координация действий между пилотами конфликтующих ВС и между пилотами и операторами службы движения.
Выбор конкретного вида координированного маневра должен производиться с учетом местоположения и движения всего множества ВС, оказавшихся в зоне конфликта. При этом должны быть принять меры, препятствующие возникновению каких-либо отклонений в полетах ВС на смежных эшелонах и на соседних воздушных трассах. Процессы разрешения конфликтов по ПСВС не должны инициировать появления новых конфликтных ситуаций.
Для координации деятельности всех субъектов, участвующих в операции по ПСВС, в состав БСПС должны входить быстродействующие автоматические системы связи между пилотами, с одной стороны, и между пилотами и операторами службы движения - с другой. БСПС должны обеспечивать разрешение конфликтных ситуаций в зонах с высокой интенсивностью воздушного движения. Поэтому должны быть созданы условия для независимого обмена данными между каждой парой взаимодействующих ВС и органами службы движения в зоне конфликта. Это может быть достигнуто за счет присвоения каждому ВС своего индивидуального не повторяющегося номера, называемого адресом, и использования в составе БСПС дискретно-адресных каналов связи.
Существенной особенностью процесса ПСВС является пространственная ограниченность масштабов операции. Поэтому для решения задачи ПСВС необходимо собирать информацию о движении ВС в, сравнительно небольшой области воздушного пространства (радиусом порядка 30 км) и в пределах высот, отличающихся от высоты собственного ВС на 900 м. Кроме того, должны быть приняты меры по предотвращению помех работе БСПС, установленных на ВС, движущихся в этой области и за ее пределами. При этом не должно возникать дополнительных помех для собственного ВС и для БСПС, установленных на других ВС в данном регионе.
Имеются тенденции к полной автоматизации ПСВС. Однако, в настоящее время представляется более целесообразным выполнение маневров пилотами конфликтующих ВС. При этом, однако, должна быть обеспечена полная авто матизация всех процедур, составляющих содержание ПСВС, кроме завершающей операции по выполнению маневра для разрешения конфликта. Таким образом, роль пилота в ПСВС внешне представляется сравнительно простой. Однако вследствие внезапности возникновения конфликта и необходимости проявления быстрой и точной реакции пилоты ВС должны находиться в состоянии психологической готовности к немедленным действиям. Отмеченные обстоятельства учитываются в дальнейшем при построении моделей событий в системах с ТС AS.
Характеристика системного подхода и системного моделирования
Системой называется совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов Si, т.е. S = { Si Условие} где і - порядковый номер элемента, штрих ( ) обозначает, что здесь рассматривается некоторая первичная или исходная часть наблюдаемого явления [1 - 3].
В дальнейшем некоторые результаты преобразования описаний первичного явления трактуются с учетом степени достоверности описаний или точности как модель системы S и индекс (значок ( )) не используется. Элементами Sj или Sj системы могут быть некоторые части системы в виде выделенных групп элементов, образующих "подсистемы". Так что Si - это также и подсистемы Sj є S .
В системе осуществляется преобразование воздействий сигналов или сообщений, которые связывают элементы. Таким образом, по обозначению система — множество элементов с дополнительными условиями, характеризующими функционирование или существование системы или подсистемы.
Условия могут быть следующими: - Характеристики взаимосвязи элементов, например, в форме структуры G, задающей степень и форму упорядоченности этих элементов [4]; - Характеристики внешней среды — факторы Г в виде набора признаков воздействия; - Зависимость исследуемых процессов от времени t є [О, Т], где Т - длительность периода работы наблюдения или эксплуатации.
Характеристики взаимосвязи элементов или групп элементов, образующих подсистемы, разбиваются на виды: цели или ресурсы (эффективность); результаты, эквивалентные заданию; X - входы; Y — выходы.
Величины X и Y - векторы в геометрическом или алгебраическом смысле, т.е. в виде множества элементов. Факторы могут быть разбиты на группы: Г = (Г,,Г2,Г3) Вектор — множество элементов (координат), которые геометрически могли бы задать отрезок в некотором пространстве. Это набор упорядоченных пересчитанных величин, которые выбраны в силу удобства задания и определяют множество элементов, которые могут рассматриваться с символом X - вход или Y - выход". X = (хь х2;... хп) - n-мерный вектор, (2.1.1) Y = (уь у г, . Ут) - т-мерный вектор, где п, m - размерность пространства в котором определены эти векторы.
Пример: ВС в 3-х мерном пространстве - материальная точка центра тяжести «т» с координатами положения: Y= (х, у, z) Если ВС рассматривается как твердое тело, то вводятся определения координат, определяющих положение центра масс m в пространстве и углов Эйлера, дающих угловое положение осей связанной системы координат твердого тела: Y = (х, у, z, Є, vj/, у) где 6 - угол возвышения, Ч - азимутальный угол, у - угол крена в теории динамики полета ВС [7].
Вектор как обозначение множества элементов нужен для удобства записи всего множества значений переменных, задающих движение в целом. Исходя из требований математического аппарата преобразований векторы в формулах (2.1.1) следует понимать как вектор-столбцы [5]. Различие векторов X, Y с учетом их обозначений следующее: X - (вход) переменные, которые могут влиять на внутренние изменения в системе и, определенным образом, на результат, т.е. некие внешние независимые входные воздействия; Y - (выход) переменные, характеризующие поведение системы, ее эффективность и некие наблюдаемые внешние (выходные) результаты. В конкретной трактовке задачи значение Y определяет результат преобразования X в рассматриваемой системе.
Таким образом, Y - всегда некоторая зависимость от X, результат Y также как "выход" системы зависит от структуры [4]. Из теории физики явлений природы или теории экспериментального подхода к изучению процессов следует трактовать X и Y следующим образом: X - аргумент (вход), Y - функция или "отклик" на вход (функция "отклика"). В результате некую систему можно представить в виде: S ={Si X;Y;G;r;T} (2.1.2) где Sj - аргумент в данном множестве, т.е. те элементы, которыми удается манипулировать; X, Y, G, Г, Т - условия, при которых рассматривается аргумент в виде множества элементов Sj ; G - структура, заданная в форме некоторой иерархии элементов, задается различными способами, в частности в виде ориентированного графа; граф G -"картинка" в виде дерева или сети, связывающей элементы системы с помощью стрелок [4]; Т - период времени, например текущее время t, t є [О, Т ], t; = 0 - начало отсчета; Г - набор факторов, характеризующих вид воздействия внешней среды, отличается от X тем, что представляет собой набор дополнительных признаков воздействия на систему S .
Классификация и характеристика отказов TCAS на примере эксплуатации подобных систем в ГА Вьетнама
Практическая ситуация во Вьетнаме по применению TCAS характеризуется следующими обстоятельствами.
По указанию и требованию Управления Гражданской Авиации Вьетнама Вьетнамские Авиалинии «Вьетнам Аэрлайнз» начали внедрять TCAS с 2000-го года на самолетах А-320. За эти 3 года не наблюдалось один случай нормального срабатывания TCAS в воздухе, т.е. возникло одно опасное сближение. Кроме того, отказы TCAS, перечисленные в Предложениях и Таблицах данной диссертации, часто наблюдаются как в воздухе, так и на земле. Это фиксируется в службах ГА Вьетнама и имеется статистика. Эти особенности приведут к необходимости решения вопросов по оценке рисков возникновения конфликтов в воздухе при УВД.
Общие характеристики надёжности TCAS
Известно, что стоимость, масса, габаритные размеры, надежность аналоговых вычислителей при увеличении точности и объёма решаемых задач оказываются совершенно не сравнимы с теми же характеристиками цифровых вычислителей. Поэтому рост требований к регулярности и безопасности полетов, усложнение самих объектов управление привели к появлению принципиально нового бортового оборудования, основанного на цифровой технологии.
С помощью БСПС обеспечивается высокий уровень безопасности полётов на всех этапах полета. Они предусматривают возможность предупредить и информировать экипажу об опасности сближения ВС. БСПС способствуют следующие факторы: Высокая технологичность, малые габаритные размеры, масса и стои мость цифровой элементной базы; Возможность решения большого числа логических задач и более простая, надёжная и глубокая организация встроенного контроля, позволяющего повысить достоверность и надёжность системы; Получение высокой надежности благодаря использованию методов структурной и информационной избыточности и широкая возможность стандартизации и унификации оборудования; Уменьшение рабочей нагрузки на экипаж и диспетчеров благодаря применению цифровых систем электронного отображения информации на цветных кристальных дисплеях.
В «Вьетнам Аэрлайнз» первые цифровые БСПС были применены в 90-х годов на самолетах А-320. Из данных «Вьетнам Аэрлайнз» следует, что переход к применению БСПС позволяет сократить трудоемкость экипажей и уменьшить число случаев АП из-за уменьшения перегрузок и ошибки экипажей и диспетчеров.
Достижение повышенной надежности БСПС могут осуществляться благодаря не только своевременному обнаружению и локализации отказов, но и использованию идей реконфигурации закона работы. БСПС с реконфигурацией отличаются повышенной сложностью, высокой избыточностью и большими вычислительными затратами на реализацию алгоритмов обработки информации и выдачи команд. Кроме этого, следует отметить, что применение современной ВСПС не будет предъявлять высокие требования к эксплуатационным предприятиям, летному составу, обслуживающему техническому персоналу и диспетчерам.
Надёжность TCAS (БСПС) обеспечивается на этапах проектирования и при производстве и должна сохраняться в процессе эксплуатации. Примером такого подхода является выдерживание характеристик параметров TCAS, внедрённых в семействе самолётов А-320. Принципы "темной кабины ":
Принцип темной кабины, заключающийся в том, что в течение полета при нормальных режимах и исправном состоянии всех бортовых систем отсутствуют любые сигналы, кроме сигналов о включении временно работающих систем.
Принцип цветового кодирования Для быстро и правильно восприятия информации, индицируемой на индикаторах, применяется следующее цветовое кодирование: - Красный цвет: для экранной информации, сигнализирующей об опасности сближения ВС в зоне RA, об аварийных условиях эксплуатации или о состояниях самолетных систем, которые требуют немедленных действий экипажа. - Желтый цвет: для предупреждающей информации, сигнализирующей об опасности сближения ВС в зоне ТА, о ненормальных условиях эксплуатации или состояниях самолетных систем, которые требуют немедленного осведомления экипажа и возможного корректирующего действия. - Зеленный свет: Для нормального текущего значения параметров на экранных индикаторах и для уведомления о включении резервной системы, которая работает до конца полета. Принцип резервирования
Повышение надежности изделия путем введения резервных частей конструкции, являющихся избыточными по отношению к минимальной структуре изделия, необходимой и достаточной для выполнения им заданных функций. Рассмотрим один пример применения различных типов резервирования на самолёте А-320.
Обработка и выдача команд по предотвращению столкновения в воздухе системой БСПС-П ВС типа А-320 обеспечиваются посредством многих навигационных сигналов со многих систем, которые являются следующими: - Абсолютная высота с барометрического высотомера или ADC "Air Data Computer"; - Фактическая высота с радио-высотомера - Вертикальная скорость с прибора VSI/TRA или два EFIS дисплея. - Навигационные данные с компьютера воздушных данных - ADC "Air Data Computer"; - Курс ВС с помощью Режима Mode-S передатчика Р Л С/АТС. - Блок схемы этих типов оборудования показан на Рис 2.4.1.
Оценка чувствительности формулы рисков "по Райху" к изменению параметров опасного сближения самолётов
В [26] предложена в качестве конечного этапа методика оценки показателя риска CFIT для рассматриваемой ситуации в виде процедуры: - Оценивается суммарный риск по инструментальным факторам опасности в пункте назначения с учетом экспертной оценки опасности работы конкретной авиакомпании; - Оценивается эффективное снижение опасности полета за счет профилактических мер; - Рассчитывается "баланс опасности", и "предупреждения опасности", окончательный прогноз возможной опасности CFIT основан на знаковой про верке значения "баланса"; - Если "баланс" отрицательный, то прогноз неутешительный, т.е. опасность велика; - При положительном значении этого "баланса", ситуация считается благоприятной в смысле проблем CFIT.
В методике ICAO предложено оценивать влияние каждой отмеченной в программе [26] позиции предложено через условные целочисленные величины, названные условно "рисками". По результатам сравнения получаемых фактических показателей риска с эталонными, может быть сделан вывод о том, какие профилактические меры должны быть осуществлены в авиакомпании в интересах повышения безопасности полетов. Наличие таблиц рисков из [26] и предложенная схема позволяют создать оперативную автоматизированную методику, упомянутую выше в форме программы "Мониторинга" CFIT в конкретном полете, даже на борту ВС, если имеется планшет с документами, а также и при планировании полетов. Отмеченное обстоятельство оказывается полезным для создания соответствующего модуля в системе УВД.
Поэтому в диссертации, согласно рекомендациям из [42, 51] предлагается найти способ автоматизации расчетов и принятия решений. Целесообразно автоматизировать процесс выбора наиболее опасных комбинаций признаков, влияющих на появление большого риска при выполнении полетов
Алгоритмы управления рисками при ОВД. Базы данных по статистике ЛП с TCAS 3.5.1. Схема решения задачи на основе процедур ИКАО Рассматривается два способа оптимизации процедур оценивания риска CFIT по ИКАО.
Одна схема состоит в рациональном способе реализации процедур на персональном компьютере. Другая - основана на анализе стратегий принятия решений с определенным подходом к кодированию рассматриваемых опасных ситуаций.
Схема 1. - Текущий мониторинг рисков CFIT по ИКАО (Flowmaster scheme) Предварительно производится структуризация массивов данных, рекомендованных ИКАО для оценки рисков CFIT [26]. Производится предварительная разбивка всех данных на два массива показателей ТІ и Т2 , соответственно для факторов, увеличивающих риск (Sign ТІ = -1) и уменьшающих риск (Sign Т2 = +1), где Sign - знак процедуры выделения знаков коэффициентов риска, даваемых ИКАО в [26].
Тогда схема текущего мониторинга может быть представлена в виде на рис. 4.4.1. На представленной схеме приняты обозначения дискретных состояний: qo начало, qi и q2- результаты принятых решений. (Ті , Т2 Л); А - разность сумм рисков по потокам Ть Т2; Яз 44 Q5 - результаты оценивания ситуаций; R - эталонное значение суммарных показателей. В случае, если ситуация оценивается как опасная (R R R — эталонное значение риска), то "невязка" пересылается на начало работы программы для повторного расчета и коррекции принятых показателей. Полученная схема годится для анализа текущих полетов при УВД, т.е. для текущего мониторинга.
Для компенсации подобных недостатков, связанных с неопределённостью результатов в случае перебора всех возможных ситуаций, целесообразно сделать еще одну процедуру по формализации массивов данных ТІ,Т2 и правил принятия решений. Схема 2 — Прогностический мониторинг CFIT.
Предлагается произвести дополнительную структуризацию массивов данных ТІ, Т2 из рис. 2.1 (см. выше гл. 2) и документов ІСАО [26]. При этом за основу берется схема развития сценария событий в полете в виде последовательности нескольких дискретных состояний - от начала полета и до конечного результата, как это было рекомендовано в [41].
Дискретное состояние qo из рис. 2.1 (гл. 2) будет начальное состояние, когда все параметры движения в "норме", qo — qoo Далее возможны переходы в состояние qoi, обозначающее движение пары ВСІ и ВС2 на своих эшелонах к моменту / = to. После этого появляется альтернативное множество А12, содержащее исходы qiKq2C положительными и отрицательными возможными результатами в зависимости от предпосылок к авиационным происшествиям.
При этом в качестве конечных дискретных состояний в соответствии со схемой цепей из [43] принимаются: Ц4 — нормальный по уровню безопасности полет и благоприятное расхождение ВС на эшелоне; qs - состояние поглощения для случая большого риска возникновения опасного сближения.
