Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Использование теории массового обслуживания и экспертных систем в авиации 13
1.1 Трудности работы аэропорта в непогоду 13
1.2 Анализ математического аппарата теории массового обслуживания 19
1.3 Использование теории массового обслуживания в авиации 22
1.4 Использование экспертных систем в авиации 26
1.5 Постановка задачи 40
Выводы 44
ГЛАВА 2 Разработка «Системы автоматизированного проектирования процессов всепогодного взлета и посадки самолетов» 45
2.1 Принципы организации «Системы автоматизированного проектирования процессов всепогодного взлета и посадки самолетов» 45
2.2 Принципы организации системы изменения яркости электросветосигнальных огней 49
2.3 Разработка «Экспертной системы для определения уровня яркости электросветосигнальных огней взлетно-посадочных полос, а также значения вероятности взлета и посадки самолетов при плохих метеорологических условиях» 52
2.3.1 Диалог экспертной системы с экипажем самолета 54
2.3.2 Формирование базы знаний экспертной системы и механизма логического вывода 56
2.3.3 Модуль приобретения знаний 72
Выводы 75
ГЛАВА 3 Оптимизация процессов всепогодного взлета и посадки самолетов 76
3.1 Моделирование системы взлета и посадки самолетов с использованием одной взлетно-посадочной полосы 77
3.1.1 Вероятности состояний системы 77
3.1.2 Параметры эффективности системы всепогодного взлета и посадки самолетов с использованием одной взлетно-посадочной полосы 89
3.2 Моделирование системы взлета и посадки самолетов с использованием нескольких взлетно-посадочных полос 93
3.1.1 Вероятности состояний системы 93
3.1.2 Параметры эффективности системы всепогодного взлета и посадки самолетов с использованием нескольких взлетно-посадочных полос 103
Выводы 107
ГЛАВА 4 Разработка алгоритмов и программ для «Системы автоматизированного проектирования процессов всепогодного взлета и посадки самолетов» 108
4.1 Разработка программного обеспечения «Экспертной системы для определения яркости электросветосигнальных огней и относительной пропускной способности взлетно-посадочной полосы» 108
4.2 Разработка «Программного комплекса для решения задач оптимизации при всепогодном взлете и посадке самолетов в аэропортах» 115
4.3 Проектирование графиков всепогодного взлета и посадки самолетов 120
4.4 Разработка электронного учебно-методического комплекса «Искусственный интеллект» 130
4.5 Апробация результатов исследований 135
Выводы 135
Заключение 137
Список использованных источников
- Трудности работы аэропорта в непогоду
- Принципы организации «Системы автоматизированного проектирования процессов всепогодного взлета и посадки самолетов»
- Моделирование системы взлета и посадки самолетов с использованием одной взлетно-посадочной полосы
- Разработка программного обеспечения «Экспертной системы для определения яркости электросветосигнальных огней и относительной пропускной способности взлетно-посадочной полосы»
Введение к работе
Актуальность проблемы. Современные летательные аппараты (ЛА) среди технических изделий являются самыми сложными по архитектуре и опасными в эксплуатации машинами. При создании ЛА и автоматизированных систем для его обслуживания необходимо до предела сокращать часть «Жизненного Цикла Изделия» в соответствии с международным стандартом ISO 9004. Одним из направлений решения этой проблемы является разработка и развитие систем автоматизации проектирования (САПР) процессов, связанных с созданием и эксплуатацией ЛА.
Проблемой всепогодного взлета и посадки самолетов в стране начали заниматься в 70-х годах. Над ней работали московская организация Центральный научно-исследовательский институт комплексной автоматизации, научно-производственное объединение «Автоматика» г. Омск, а в последнее время над этой проблемой работают ученые Санкт-Петербурга [31].
Тем не менее, до сегодняшнего дня эта проблема не решена. Что касается зарубежных организаций, то они пока этими проблемами не занимались.
Поскольку многие процессы в автоматизированных системах взлета и посадки самолетов протекают со случайными искажениями, то и задачи, решающие эту проблему, должны быть с учетом вероятностных отклонений. Игнорирование стохастики параметров при создании автоматизированной системы всепогодного взлета и посадки самолетов может привести к значительным погрешностям и даже к авариям.
Интеграцию методов автоматизации всепогодного взлета и посадки самолетов можно рассматривать как систему, которая является частью международной стандартной методологии (ISO 9004) «Жизненного Цикла Изделия».
В диссертации исследуются процессы создания системы автоматизированного проектирования процессов всепогодного взлета и посадки самолетов.
Таким образом, решая эту проблему можно утверждать, что она в настоящее время является весьма важной и актуальной.
Цель работы и предмет исследования. Целью работы является разработка теоретических положений и практического применения методов автоматизации процессов всепогодного взлета и посадки самолетов. Интегрируя модели элементов этой автоматизированной системы, следует добиться сокращения цикла всепогодного взлета и посадки.
Предметом исследования являются системы авиационной отрасли.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Разработка системы автоматизированного проектирования
процессов всепогодного взлета и посадки самолетов:
анализ проблем всепогодного взлета и посадки самолетов и трудностей работы аэропорта в непогоду;
разработка математических моделей всепогодного взлета и посадки самолетов;
оптимизация процессов всепогодного взлета и посадки самолетов;
разработка принципов организации системы изменения яркости электросветосигнальных огней (ЭССО) взлетно-посадочных полос (ВПП).
2. Моделирование экспертных оценок при всепогодном взлете и
посадке самолетов:
анализ основных метеорологических элементов, определяющих условия и технические требования к создаваемой автоматизированной системе;
формирование базы знаний о метеорологических элементах и их влиянии на взлет и посадку самолетов;
организация диалога между диспетчерской службой и экипажем самолета с использованием экспертной системы (ЭС);
разработка модуля дистанционного пополнения и корректировки базы знаний о метеорологических элементах.
3. Разработка алгоритмов и программ для системы автоматизированного проектирования процессов всепогодного взлета и посадки самолетов.
Методы исследований. В работе использованы методы математического моделирования, теории массового обслуживания и экспертных оценок, дифференциальные системы уравнений Колмогорова и Эрланга, теория вероятности, современные компьютерные технологии и объектно-ориентированное программирование.
Научная новизна работы:
предложен комплекс новых подходов к научным исследованиям проблемы всепогодного взлета и посадки самолетов;
разработана система математической оценки всепогодного взлета и посадки самолетов на базе теории массового обслуживания;
создана база знаний о метеорологических элементах и их влиянии на взлет и посадку самолетов;
проведены экспертные оценки этих процессов;
на основе разработанных математических моделей и базы знаний создано программное обеспечение для определения уровня яркости ЭССО и пропускной способности взлетно-посадочных полос, а также для оптимизации процессов всепогодного взлета и посадки самолетов;
результаты обработки исходных данных разработанное программное обеспечение визуализирует в виде графиков и таблиц, по которым принимаются решения о совершении всепогодного взлета и посадки.
Практическая значимость результатов работы состоит в следующем:
разработанная система автоматизированного проектирования процессов всепогодного взлета и посадки самолетов позволяет автоматизировать отдельные этапы подготовки и совершения взлета и посадки самолетов при плохих погодных условиях;
программный комплекс для решения задач оптимизации, входящий в состав САПР процессов всепогодного взлета и посадки самолетов, дает возможность оптимизировать работу взлетно-посадочных полос в сложных метеорологических условиях;
экспертная система проводит оценку влияния погодных условий на пропускную способность взлетно-посадочной полосы и уровень яркости ЭССО, необходимый для безопасного совершения взлета и посадки;
система изменения яркости ЭССО позволяет плавно регулировать яркость электросветосигнальных огней, увеличивая или уменьшая её, тем самым, обеспечивая хорошую видимость взлетно-посадочной полосы при плохой погоде.
Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 152 страницах, и включает в себя 3 таблицы, 34 рисунка. Библиографический список содержит 103 наименования. Приложения представлены на 29 страницах.
Во введении обосновывается актуальность, сформулирована цель исследований, научная новизна, основные защищаемые положения, практическая значимость работы.
В первой главе даётся анализ проблем всепогодного взлета и посадки самолетов и трудностей работы аэропорта в непогоду.
Исследования показали, что главная проблема работы гражданских и военных аэродромов в непогоду - это обеспечение безопасности двух сложнейших операций - взлёта и посадки самолётов.
В результате проведенного анализа процессов взлета и посадки самолетов были выявлены основные проблемы, возникающие при совершении этих операций в плохих погодных условиях. Определены недостатки технического оснащения аэропорта, оказывающие отрицательное влияние на всепогодный взлет и посадку самолетов.
Основополагающим фактором при обеспечении всепогодного взлета и посадки самолетов является метеорологическое обеспечение авиации.
Исследованы возможности применения теории массового обслуживания и экспертных систем для решения задач всепогодного взлета и посадки самолетов.
Во второй главе рассмотрены ключевые моменты интеграции методов автоматизации всепогодного взлета и посадки самолетов.
Разработаны принципы организации «Системы автоматизированного проектирования процессов всепогодного взлета и посадки самолетов», которая позволяет автоматизировать отдельные этапы подготовки и совершения взлета и посадки самолетов в сложных метеоусловиях.
В качестве комплекса технических средств в САПР процессов всепогодного взлета и посадки самолетов автором заложены:
Система изменения яркости электросветосигнальных огней взлетно-посадочной полосы.
Экспертная система определения значения величины уровня яркости электросветосигнальных огней ВПП, а также значения вероятности взлета или посадки самолетов при плохих метеорологических условиях.
Программный комплекс для решения задач оптимизации при
всепогодном взлете и посадке самолетов в аэропортах.
Разработка экспертной системы для определения уровня яркости ЭССО, а также значения вероятности взлета или посадки самолетов при плохих метеорологических условиях описана в главе 2. Создана база знаний метеорологических условий и механизм управления ею. Для пополнения
знаний сформирован модуль приобретения знаний, позволяющий дистанционно управлять ими.
Разработанная в диссертации экспертная система позволяет эффективно организовать процессы всепогодного взлета и посадки самолетов, автоматизировать работу диспетчера и специалистов метеорологической службы, а также улучшает качество принимаемых решений.
Третья глава посвящена разработке математических моделей процессов всепогодного взлета и посадки самолетов.
Для математического описания всепогодного взлета и посадки самолетов, как правило, развивающихся в форме случайных процессов, применяется математический аппарат теории массового обслуживания. Эта задача предусматривает разработку системы с использованием одной взлетно-посадочной полосы и при нескольких взлетно-посадочных полосах.
При анализе случайных процессов с дискретными состояниями, протекающих в процессе всепогодного взлета и посадки самолетов, удобно пользоваться геометрической схемой - графом состояний. Графом состояний можно описать потоки самолетов, совершающие взлет или посаду. Он дает возможность определить вероятности состояний как функции времени.
Состояние процессов всепогодного взлета и посадки самолетов описываются системами дифференциальных уравнений Колмогорова и Эрланга. Интегрирование этих систем уравнений дает возможность определить вероятности состояний взлета и посадки самолетов как функции времени.
Представленный в диссертационной работе математический аппарат, позволяет рассчитать все требуемые параметры вероятностных состояний системы.
Четвертая глава посвящена разработке алгоритмов и программ для САПР процессов всепогодного взлета и посадки самолетов.
На основе составленных базы знаний и механизма логического вывода автором разработано программное обеспечение «Экспертной системы для
определения уровня яркости электросветосигнальных огней ВПП, а также значения вероятности взлета и посадки самолетов при плохих метеорологических условиях». Данная разработка получила свидетельство об отраслевой регистрации.
На основе составленных математических моделей для систем взлета и посадки с использованием одной и нескольких взлетно-посадочных полос разработан «Программный комплекс для решения задач оптимизации при всепогодном взлете и посадке самолетов в аэропортах». Программа получила свидетельство об отраслевой регистрации.
"Программный комплекс для решения задач оптимизации при всепогодном взлете и посадке самолетов в аэропортах" помогает эффективно организовать работу взлетно-посадочных полос при плохих метеорологических условиях.
Данные программные модули по результатам анализа и расчетов строят графики зависимостей отдельных параметров всепогодного взлета и посадки самолетов при различных погодных условиях с учетом состава аэродрома.
По результатам исследований в области экспертных систем разработан электронный учебник «Искусственный интеллект». Электронный учебник «Искусственный интеллект» имеет свидетельство об отраслевой регистрации.
Разработанные программы и алгоритмы позволяют наиболее эффективно автоматизировать процессы всепогодного взлета и посадки самолетов.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на научных конференциях и семинарах (2003-2006 гг.) различных уровней. Основные результаты и положения диссертации доложены и обсуждены на Международной научно-технической конференции «Интеллектуальные и многопроцессорные системы - 2003» (Таганрог, 2003); на III Международном
технологическом конгрессе «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения» (Омск, 2005); на II Российской межвузовской конференции «Компьютерный инженерный анализ» (Екатеринбург, 2005); на городской научно-практической конференции «Совершенствование форм и методов управления качеством учебного процесса» (Омск, 2003); на заседаниях кафедры «Системы автоматизированного проектирования машин и технологических процессов» Омского государственного технического университета.
Публикации. Основные результаты проведенных исследований отражены в 12 научных работах [8, 64-68, 77, 93, 94-97] , среди которых имеются три свидетельства об отраслевой регистрации разработок.
Автор выражает благодарность научному руководителю д.т.н., профессору М.Д.Суворову, а также к.т.н., доценту А.Г. Янишевской, которые оказали мне научную и техническую помощь.
Трудности работы аэропорта в непогоду
Одной из главных проблем нашей авиации это обеспечение независимости её от погодных условий, т.е. обеспечение всепогодного полёта, взлёта и посадки самолётов. Но чтобы сделать нашу авиацию по настоящему всепогодной необходимо решить ряд непростых задач. Непогода оказывает очень широкое влияние на авиацию [2, 22, 76].
Взлет, посадка и полет самолетов в непогоду сопряжены со многими трудностями. Ухудшение видимости, интенсивная грозовая деятельность, сильная болтанка, ливневые осадки, обледенение, вибрации, - вот те факторы, которые затрудняют взлет, полет и посадку самолетов при плохих метеоусловиях. Обледенение возникает при полёте в переохлажденных облаках, тумане, дожде, мороси и мокром снегопаде. Болтанка опасна при полете в турбулентных зонах, кучево-дождевых облаках. Возникающие в турбулентных зонах вибрации снижают разрешающую способность глаз, вследствие чего увеличивается время на поиск цели, возникают ошибки при определении дальности, уменьшается точность прицеливания. В крупных устойчивых вихрях, направленных перпендикулярно хребту, обычно наблюдается пониженное давление, поэтому при полете в этих зонах барометрический высотомер будет завышать показания высоты полёта, что представляет дополнительную опасность. Однако наиболее часто условия полёта осложняет плохая видимость. Видимость сильно ухудшается при жарких и очень пыльных ветрах, при полете под облаками в зоне осадков, в тумане, густой дымке, при снегопаде, метели.
Плохие метеоусловия приносят определенные трудности и для аэропорта. Снегопады очень усложняют организацию работы взлетно-посадочной полосы.
Исследования показали, главная проблема работы гражданских и военных аэродромов в непогоду - это обеспечение безопасности двух сложнейших операций - взлёта и посадки самолётов. В случае с гражданскими аэродромами, их работа упрощается, так как гражданский самолёт может переждать непогоду. Другая ситуация возникает в случае с военными аэродромами. В ходе боевых операций военные аэродромы не могут отменить взлёт и посадку самолётов. Они, как правило, должны приземляться и взлетать при любых погодных условиях. Поэтому для военной авиации всепогодный взлёт и посадка имеют жизненно важное значение.
Основополагающим фактором при обеспечении всепогодного взлета и посадки самолетов является метеорологическое обеспечение гражданской авиации.
Автором изучен «Анализ состояния метеорологического обеспечения полетов воздушных судов гражданской авиации за 2004 год» [70]. В документе отражены состояние метеорологического обеспечения гражданской авиации (ГА), мероприятия по повышению качества метеорологического обеспечения полетов гражданской авиации и авиационные происшествия.
Трудности в организации метеообеспечения ГА связаны с устаревшим парком метеоприборов, средствами отображения информации и радиооборудования. На некоторых базовых метеорологических станциях практически отсутствует метеоинформация с посадочных площадок, отсутствуют регистраторы метеорологической дальности видимости.
Из-за периодического выхода из строя морально устаревшего радиооборудования, неукомплектованности штата станций, информация порой отсутствует, что затрудняет работу синоптиков-прогнозистов.
На некоторые авиаметеорологические станции в составе авиапредприятий (пример - авиаметеорологический центр Кольцово) совместные документы не поступают, причиной этого является отсутствие специалистов-метеорологов в территориальных управлениях воздушного транспорта Минтранса России.
Средняя оправдываемость прогнозов по аэродрому в 2004 году составила 95,5%, по воздушным трассам около 98%. За отчетный период отмечено 35 случаев посадки летательных аппаратов не на аэродроме назначения по метеоусловиям при неоправдавшихся прогнозах погоды (в 2003 году - 29), при оправдавшихся прогнозах - 1586 случаев (в 2003 году -1325) [70].
Основные направления работы в области авиаметеорологического обеспечения определяются решением Коллегии Росгидромета от 31 марта 2004 года «О состоянии и основных задачах по совершенствованию метеорологического обеспечения гражданской авиации» [70].
Принципы организации «Системы автоматизированного проектирования процессов всепогодного взлета и посадки самолетов»
В качестве комплекса технических средств в САПР процессов всепогодного взлета и посадки самолетов автором заложены: Система изменения яркости электросветосигнальных огней взлетно-посадочной полосы. Экспертная система определения значения величины уровня яркости электросветосигнальных огней ВПП, а также значения вероятности взлета или посадки самолетов при плохих метеорологических условиях. Программный комплекс для решения задач оптимизации при всепогодном взлете и посадке самолетов в аэропортах (рисунок 2.1). Созданию ЭС посвящен параграф 2.3. Разработка математических моделей процессов всепогодного взлета/посадки самолетов описана в главе 3.
В САПР процессов всепогодного взлета и посадки самолетов разработано необходимое программное обеспечение [5, 7, 11, 16, 24, 25, 26, 41,50,57,81,85,87,103].
Исследования показали, что наиболее часто условия взлета и посадки осложняет плохая видимость. В связи, с чем для освещения взлетно-посадочной полосы предлагается использовать динамические ЭССО, яркость которых может плавно изменяться. Изменение яркости ЭССО предлагается производить с помощью системы, принципы организации которой описаны в параграфе 2.2.
На этапе подготовки взлета и посадки экспертная система анализирует погодные условия и определяет зависимость от них уровня яркости электросветосигнальных огней и относительной пропускной способности взлетно-посадочной полосы. Программный комплекс для решения задач оптимизации на данном этапе проводит оценку влияния рассчитанной пропускной способности на интенсивность прилета и взлета самолетов, количество и время простоя взлетно-посадочных полос, суммарные потери, время ожидания самолетами в очереди, т.е. рассчитывает параметры эффективности этих процессов при плохих погодных условиях.
Результаты визуализируются в виде графиков.
На основании этих графиков устанавливается уровень яркости ЭССО с помощью системы изменения яркости, определяется состав аэродрома, оптимальная интенсивность взлета и посадки, а также режим работы взлетно-посадочных полос.
На этапе взлета и захода на посадку экспертная система устанавливает связь с экипажем самолета на предмет видимости взлетно-посадочной полосы. В результате диалога САПР процессов в режиме реального времени корректирует результаты: если по заключению пилота видимость
Изменение яркости ЭССО предлагается производить с помощью системы, основанной на базе микроконтроллеров [38, 90, 101].
Во многих применениях микроконтроллеры работают автономно по заранее заданной программе без вмешательства человека. Для изменения яркости ЭССО взлетно-посадочной полосы предлагаем использовать интерактивные микроконтроллерные системы, включающие в контур управления человека-оператора (диспетчера). Такая интерактивная управляющая система является обслуживаемым МК, требующим ввода оперативной информации (значения уровня яркости ЭССО) и её отображения.
В качестве устройств ввода/вывода информации предлагаем использовать в системе цифровые или алфавитно-цифровые клавиатуры, а также линейные дисплеи на семисегментных и матричных светодиодных индикаторах или графические дисплеи на жидкокристаллических и плазменных панелях.
Микроконтроллеры в составе системы изменения яркости ЭССО представляют собой законченную микропроцессорную систему обработки информации, которая реализована в виде одной большой интегральной микросхемы. МК объединяет в пределах одного полупроводникового кристалла основные функциональные блоки микропроцессорной управляющей системы: центральный процессор (ЦП); постоянное запоминающее устройство (ПЗУ); оперативное запоминающее устройство (ОЗУ); периферийные устройства для ввода и вывода информации.
Рассмотрим структуру микроконтроллернои системы изменения яркости ЭССО, состоящей из объекта управления (ЭССО аэродрома), микроконтроллера и аппаратуры их взаимной связи.
Микроконтроллер путём периодического опроса осведомительных слов (ОС) генерирует в соответствии с алгоритмом управления последовательности управляющих слов (УС). Осведомительные слова - это сигналы состояния объекта (СС), сформированные датчиками объекта управления и флаги, которые представляют собой полноценные программы. Выходные сигналы датчиков вследствие их различной физической природы требуют промежуточного преобразования на аналого-цифровых преобразователях (АЦП) или на схемах формирователей сигналов (ФС), которые чаще всего выполняют функции развязки и формирования уровней двоичных сигналов. Микроконтроллер с требуемой периодичностью обновляет управляющие слова на своих выходных портах.
Специализация контроллера типовой структуры на решение задачи изменения яркости ЭССО аэродрома осуществляется путём разработки прикладных программ МК и аппаратуры связи микроконтроллеров с датчиками и исполнительными механизмами объекта.
Моделирование системы взлета и посадки самолетов с использованием одной взлетно-посадочной полосы
Рассмотрим аэродром, состоящий из одной взлетно-посадочной полосы, на которую в течение дня поступают однотипные самолеты на взлет и посадку. Представим её как одноканальную систему массового обслуживания с ожиданием, на которую поступает два потока заявок.
Поток I - поток самолетов на полосу для взлета - имеет интенсивность Л\.
Поток II - поток приземляющихся самолетов - имеет интенсивность Дг Необходимо определить оптимальные интенсивности взлета и посадки самолетов, с учетом реальной пропускной способности аэропорта и показатели эффективности системы.
Представим процессы взлета и посадки на взлетно-посадочную полосу в виде одноканальной системы массового обслуживания с ожиданием: Роль канала обслуживания будет выполнять взлетно-посадочная полоса. Так как самолеты заходят на посадку или выруливают на полосу для взлета последовательно друг за другом, то в данном случае можно говорить о входных потоках требований. Время обслуживания каждого самолета не является постоянной величиной. С одной взлетно-посадочной полосы не возможно произвести взлет и посадку сразу нескольким самолетам. В этом случае они образуют очередь. Вновь пришедшая заявка на взлет или посадку самолета становится в конец очереди. Число мест в очереди для ожидания равно т. Очередь самолетов для посадки формируется во время их полета.
Для создания математической модели СМО решается целый комплекс задач, а именно: 1. Составление полного перечня состояний системы. В любой момент времени система массового обслуживания может находиться в одном из состояний S /, определяемом по числу требований, находящихся в системе. Итак: Sooo - взлетно-посадочная полоса свободна; 5ooi - взлетно-посадочная полоса занята обслуживанием взлетающего самолета, очереди нет; SQOI - взлетно-посадочная полоса занята обслуживанием взлетающего самолета, один самолет ждет взлета (очередь равна 1); Soo(in+\) - взлетно-посадочная полоса занята обслуживанием взлетающего самолета, в очереди m самолетов, подлетающих к аэропорту; Soio - взлетно-посадочная полоса занята обслуживанием приземляющегося самолета, очереди нет; 020 - взлетно-посадочная полоса занята обслуживанием приземляющегося самолета, один самолет подлетает к аэропорту для посадки (очередь равна 1); SWn+w - взлетно-посадочная полоса занята обслуживанием приземляющегося самолета, в очереди m самолетов, летящих на посадку;9 Son - взлетно-посадочная полоса занята обслуживанием взлетающего самолета, один самолет подлетает к аэропорту для посадки (очередь равна 1); Sou - взлетно-посадочная полоса занята обслуживанием взлетающего самолета, один самолет ждет взлета и один самолет подлетает к аэропорту для посадки (очередь равна 2); Soi(m+i) - взлетно-посадочная полоса занята обслуживанием взлетающего самолета, m самолетов ждут взлета и один самолет подлетает к аэропорту для посадки (очередь равна ш+1); 5 021 - взлетно-посадочная полоса занята обслуживанием взлетающего самолета, два самолета подлетают к аэропорту для посадки (очередь равна 2); SQ22 - взлетно-посадочная полоса занята обслуживанием взлетающего самолета, один самолет ждет взлета и два самолета летят в аэропорт для посадки (очередь равна 3); Sonm - взлетно-посадочная полоса занята обслуживанием взлетающего самолета, т-\ самолетов ждут взлета и п самолетов подлетают для посадки (очередь равна (ш+п-1), w=0,l,...,w-l); 5ці - взлетно-посадочная полоса занята обслуживанием приземляющегося самолета, один самолет ждет взлета (очередь равна 1); 5Ц2 - взлетно-посадочная полоса занята обслуживанием приземляющегося самолета, два самолета ждут взлета (очередь равна 2); S\nm - взлетно-посадочная полоса занята обслуживанием приземляющегося самолета, т-\ самолетов ждут взлета и п самолетов летят для посадки (очередь равна (ш+и-1)). 2.. Определение параметров потоков перехода из состояния в состояние.
Руление самолета на взлетно-посадочную полосу и заход на посадку являются входными потоками требований, поступающих в систему. Они характеризуются интенсивностью X\(t), Xi(t) - средним числом самолетов, поступающих в единицу времени. Руление самолетов на взлетно-посадочную полосу и посадка самолетов на взлетно-посадочную полосу не влияют на последующее событие, то есть они независимы. Следовательно, можно считать, что рассматриваемый поток требований не имеет последствий. Потоки стационарные, то есть: X\(t) = X\ = const; (3.1) X2(t) = X2 = const, (3.2) так как не зависят от его положения на оси времени. Из этого можно сделать вывод, что входные потоки требований простейшие и могут быть аппроксимированы пуассоновским законом распределения, значит можно обоснованно применить основные выводы теории массового обслуживания.
Продолжительность обслуживания взлетно-посадочной полосой одного самолета зависит от характера требований и в общем случае является случайной величиной. Она оценивается через среднее время обслуживания х0всь т0бс2- Тогда потоки обслуживания характеризуются интенсивностью:
Разработка программного обеспечения «Экспертной системы для определения яркости электросветосигнальных огней и относительной пропускной способности взлетно-посадочной полосы»
На основе составленных базы знаний и механизма логического вывода автором разработано программное обеспечение «Экспертной системы для определения уровня яркости электросветосигнальных огней ВПП, а также значения вероятности взлета и посадки самолетов при плохих t метеорологических условиях» [80]. Программа получила свидетельство об отраслевой регистрации. і Данный программный комплекс структурно состоит из следующих компонентов: і ; - модуль ввода исходных данных (рисунок 4.1); - модуль советов и объяснений (рисунок 4.3); - модуль просмотра и приобретения знаний (рисунок 4.4,4.5,4.6). Я Исходными данными для программы являются: - список названий гипотез; - список свидетельств и вопросов, задаваемых пользователю относительно данного свидетельства; - таблица соответствия пар вероятностей свидетельств гипотезам (р+, р"), где р+ - вероятность того, что данный признак будет наблюдаться при условии, что текущая неисправность действительно имеет место, р" - вероятность того, что данный признак будет наблюдаться при обратном условии.
В данной реализации все исходные данные задаются во внешнем файле в соответствующих секциях ([вероятности], [свидетельства] и [гипотезы]). Каждая строка первой и последней секции задаёт одну гипотезу, каждая $ строка второй - одно свидетельство.
Если не существует связи между данной гипотезой и свидетельством, то на соответствующем месте любой из двух вероятностей следует поставить значение больше единицы.
Программное обеспечение, пользуясь исходными данными, делает следующее: - поочередно задает пользователю вопросы и анализирует ответы; - находит значение уровня яркости электросветосигнальных огней взлетно-посадочной полосы, значение вероятности взлета и посадки самолетов и выдает рекомендации по проведению взлета и посадки; - объясняет свое решение. г Модуль приобретения знаний позволяет легко корректировать и пополнять базу знаний, т.е. совершенствовать экспертную систему. Это делает её эффективной и универсальной.
Разработанная экспертная система позволяет: - эффективно организовать процессы всепогодного взлета и посадки самолетов; - автоматизировать работу специалистов метеорологической службы; - улучшает качества принимаемых решений; - решает проблему отсутствия опытных экспертов в некоторых регионах России, за счет тиражирования знаний.
Фрагмент программного кода «Экспертной системы для определения яркости ЭССО и относительной пропускной способности аэропорта» представлен в приложении Б.
На основе составленных математических моделей для систем взлета и посадки с использованием одной и нескольких взлетно-посадочных полос разработан «Программный комплекс для решения задач оптимизации при всепогодном взлете и посадке самолетов в аэропортах». Программа имеет свидетельство об отраслевой регистрации.
Программа ориентирована на следующий сценарий работы. Сначала следует выбрать количество взлетно-посадочных полос, для которых будут решаться оптимизационные задачи (рисунок 4.7).
После нажатия кнопки Расчет производится проверка корректности введенных данных и, в случае успешного ее завершения, осуществляется решение требуемой задачи оптимизации, которое визуализируется в окне «Результаты расчета». В противном случае появляется сообщение о некорректности введенных данных, и программа возвращается в состояние редактирования и ввода исходных данных.
Окно «Результаты расчета» состоит из следующих вкладок: характеристики СМО для взлета; характеристики СМО для посадки; таблицы; графики и выводы.
На первой и второй вкладке отображены рассчитанные показатели эффективности для всепогодного взлета и всепогодной посадки соответственно (рисунок 4.9).
На следующей вкладке размещены таблицы, по которым прослеживается тенденция поведения систем при различных значениях относительной пропускной способности и интенсивности поступления самолетов на взлетно-посадочные полосы (рисунок 4.10).
Фрагмент программного кода «Программного комплекса для решения задач оптимизации при всепогодном взлете и посадке самолетов в аэропортах» представлен в приложении А.
Похожие диссертации на Система автоматизированного проектирования процессов всепогодного взлета и посадки самолетов
