Содержание к диссертации
Введение
1. Методы анализа безопасности воздушного движения 17
1.1. Общие положения 17
1.2. Анализ безопасности полетов в системе ОрВД 19
1.2.1. Цели и задачи анализа 19
1.3. Методическое обеспечение решения основных задач анализа 24
1.3.1. Основные задачи анализа на уровне системы ОрВД 24
1.3.2. Методы решения 26
1.4. Некоторые особенности вероятностно-статистического моделирования процессов в системе ОрВД 36
1.4.1. Последствия наличия аномальных значений и неоднородных исходных данных 36
1.4.2. Определение однородности исследуемых процессов и объектов 45
1.4.3. Выполнение условий применения классического регрессионного анализа 51
1.5. Основные результаты и выводы по первому разделу 58
2 Моделирование критерия оценки безопасности полетов при ОрВД 60
2.1. Общие положения 61
2.2. Риск столкновения ВС при движении по параллельным воздушным трассам 62
2.3. Риск столкновения ВС при движении по одной трассе на одной высоте 69
2.4. Модель оценки риска столкновения ВС на пересекающихся воздушных трассах 78
2.5. Риск столкновения ВС при пересечении занятых эшелонов 91
2.6. Оценка безопасности полетов при обслуживании движения ВС на воздушных трассах и коридорах подходов в районах размещения аэродромов государственной авиации 99
2.7. Оценивание риска столкновения ВС в зоне ответственности органа УВД 103
2.8. Основные результаты и выводы по второму разделу 108
3. Методы планирования технического обеспечения орвд на основе критериев безопасности воздушного движения 110
3.1. Общие положения ПО
3.2. Содержательная постановка задач планирования технического обеспечения ОрВД 111
3.3. Формальная постановка задач планирования технического обеспечения ОрВД 116
3.4. Методы решения задач планирования технического
обеспечения ОрВД 119
3.5. Методы исследования планов технического обеспечения ОрВД 128
3.6. Основные результаты и выводы по третьему разделу 130
4. Применение методов анализа и планирования безопасности полетов при модернизации системы обслуживания воздушного движения 133
4.1. Оценка обеспечиваемого уровня безопасности полетов при укрупнении районов обслуживания воздушного движения 133
4.1.1. Описание существующей системы УВД (воздушные трассы, транспортные потоки, средства РТОПиС) 133
4.1.2. Оценка рисков катастроф ВС при различных вариантах прогноза роста интенсивности воздушного движения в рассматриваемом регионе УВД 140
4.1.3. Оценка обеспечиваемого уровня безопасности полетов в объединенном воздушном пространстве рассматриваемого региона 141
4.2. Примеры практического применения методов планирования безопасности ВД 154
4.3. Основные результаты и выводы по четвертому разделу 159
Заключение 161
Литература
- Методическое обеспечение решения основных задач анализа
- Риск столкновения ВС при движении по параллельным воздушным трассам
- Содержательная постановка задач планирования технического обеспечения ОрВД
- Описание существующей системы УВД (воздушные трассы, транспортные потоки, средства РТОПиС)
Введение к работе
В Международной Организации Гражданской авиации (ICAO) в 2001 году принята поправка № 40 к Приложению 11 [1], обязывающая государства устанавливать приемлемый уровень и целевые показатели безопасности полетов применительно к воздушному пространству и аэродромам, за которые они несут ответственность. Предусмотрено также введение новых процедур при управлении безопасностью полетов ОВД (поправка № 4 к PANS-ATM). Положения Приложения № 11 и документа PANS-ATM [2] должны проверяться. Эти проверки должны оценить эффективность надзора со стороны органа государственного регулирования за применением поставщиком обслуживания положений документа Doc.4444.
Приложение 11 предусматривает, что любое значительное, связанное с безопасностью полетов изменение в системе ОрВД, включая внедрение сокращенного минимума эшелонирования или нового правила, осуществляется после того, как оценка безопасности полетов продемонстрирует обеспечение приемлемого уровня безопасности и проведены консультации с пользователями. В полной мере это требование относится к укрупнению районов УВД, при котором помимо технико-экономического обоснования необходимо выполнять анализ обеспечиваемого уровня безопасности полетов в новой структуре воздушного пространства укрупненного района.
В Российской Федерации регулярный контроль уровня безопасности проводят с использованием прямых и косвенных методов контроля.
Прямые методы контроля основаны на учете авиационных происшествий и предпосылок к ним (авиационных инцидентов), связанных с недостатками функционирования ЕС ОрВД. Здесь частота авиационных инцидентов используется для качественного анализа и принятия мер по улучшению безопасности воздушного движения на уровне поставщика обслуживания. Частота авиационных происшествий используется в качестве критерия уровня безопасности воздушного движения на федеральном уровне.
В силу редкости событий чувствительность критерия, основанного на оценке фактической частоты катастроф при УВД, очень низка. В связи с этим задействованы процедуры оценки риска катастроф ВС на математических моделях. Оценивание риска столкновений ВС проводится при этом на специальных математических моделях, часть из которых представлена в ICAO Doc 9689 (Руководство по методике планирования воздушного пространства для определения минимумов эшелонирования). Однако в Руководстве отсутствуют модели рисков на пересечении воздушных трасс и занятых эшелонов. Кроме того, в Руководстве представлена модель риска при продольном эшелонировании в общем виде, непосредственно не пригодном для практического использования. Поэтому в работе исследованы эти вопросы и представлены необходимые модели оценки риска катастроф.
Применяемые математические модели позволяют получить оценки риска катастроф в зависимости от характеристик структуры воздушного пространства (ВП), технического оснащения, обслуживаемых потоков ВС, применяемых правил, процедур и технологий УВД (норм эшелонирования ВС, RNP, основных тактико-технических характеристик и уровня автоматизации технического обеспечения, и т.д.). С учетом этого результаты моделей могут применяться для решения широкого круга прикладных задач, где в качестве критерия используется либо риск катастроф, либо отношение риск катастроф /затраты на его обеспечение.
К таким задачам следует отнести планирование организационно-технического обеспечения ОрВД на основе критериев безопасности воздушного движения. Предполагается, что посредством такого планирования будет обеспечиваться управление главным показателем ОрВД-безопасностью воздушного движения. Главным принципом при этом будет оставаться формирование эффективной политики в обеспечении безопасности, т.е. обеспечение приемлемых уровней безопасности при располагаемых ресурсных возможностях.
Реализация такого управления предполагает установление взаимосвязей между содержанием, сроком и объемами мероприятий по совершенствованию организационной структуры и технического обеспечения системы ОрВД и изменением показателей безопасности ВД, обеспечиваемом при их реализации в различных структурах и при различных параметрах УВД. Это необходимое условие, обеспечивающее целенаправленное планирование безопасности ВД, так как только на этой основе может производиться отбор наиболее эффективных мероприятий по обеспечению безопасности ВД.
Повышение безопасности прямо связано с развитием технического обеспечения ОрВД, что требует значительных капитальных вложений. В то же время практика показывает, что в настоящее время и в обозримой перспективе развитие системы ОрВД будет производиться в условиях жестких ресурсных ограничений.
Другим направлением обеспечения безопасности полетов при УВД является деятельность по укрупнению районов обслуживания воздушного движения.
Оба этих направления, а именно, развитие технического обеспечения процессов управления и совершенствование организационной структуры районов обслуживания можно объединить общим термином - модернизация системы ОрВД. В настоящее время обстоятельства складываются таким образом, что без коренной модернизации национальной системы ОрВД невозможно вписаться во всемирный процесс гармонизации региональных систем обслуживания воздушного движения и обеспечить тем самым высокие показатели безопасности и экономической эффективности полетов.
Поэтому диссертационная работа, направленная на разработку методов анализа и планирования безопасности полетов при модернизации системы обслуживания воздушного движения, дающих возможность выбора
конкретных эффективных путей совершенствования системы ОрВД при минимальных затратах на их реализацию, является важной и актуальной.
Целью диссертационной работы является разработка методов оценки и планирования безопасности полетов при модернизации системы ОрВД.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе рассматриваются и решаются следующие основные задачи:
- разработка методов анализа безопасности воздушного движения;
- моделирование безопасности полетов при ОрВД;
- разработка методов планирования технического обеспечения ОВД на основе критериев безопасности воздушного движения.
Решение поставленных задач проводится на основе
использования методов теории вероятностей и математической статистики, многокритериальной оптимизации и дискретного математического программирования. При этом обеспечивается:
- использование «опережающего» показателя для оценки фактического значения безопасности воздушного движения;
- адекватное построение математических моделей для оценки безопасности воздушного движения за счет учета неоднородности исследуемых процессов и объектов;
- оценивание обеспечиваемого уровня безопасности при модернизации системы ОрВД;
- обоснованный выбор технических и временных характеристик плановых мероприятий по развитию технического обеспечения ОрВД;
- обоснованный выбор планов развития и размещения технических средств с максимальными оценками эффективности при ресурсных ограничениях или планов с заданными оценками эффективности при минимизации потребного ресурсного обеспечения;
- обоснованный выбор целей и ограничений планов на основе их исследования в диапазоне возможных условий развития и функционирования системы ОрВД, и формирование планов, сохраняющих эффективность в указанном диапазоне условии.
В первом разделе рассматриваются требования ИКАО к системе управления безопасностью воздушного движения. Формулируются цели и задачи анализа безопасности воздушного движения, как основного этапа системы управления.
Приводятся основные задачи, решаемые при анализе безопасности воздушного движения и даны методы их решения.
Рассматриваются некоторые особенности вероятностно статистического моделирования при моделировании показателей безопасности воздушного движения. Показано негативное влияние на адекватность моделей наличия неоднородностей в исходных данных.
В разделе разработаны новые методы определения однородности на основе аппарата многомерного статистического анализа, позволяющие исследовать совокупность объектов с большим числом признаков на наличие среди них неоднородных групп. Для проверки адекватности построения математических моделей приводятся условия применения классического регрессионного анализа, несоблюдение которых приводят к частичному или полному нарушению адекватности моделей безопасности воздушного движения.
Во втором разделе решаются задачи моделирования критерия
оценки уровня безопасности при обслуживании воздушного движения в верхнем воздушном пространстве при исправно работающих технических средствах ОрВД. В соответствии с поставленной задачей здесь рассматриваются шесть типов относительного движения ВС и, соответственно, шесть моделей оценки риска катастроф:
- при движении по параллельным в горизонтальной плоскости участкам воздушных трасс на одной высоте (модель бокового эшелонирования);
- при движении по одной трассе на разных высотах (модель вертикального эшелонирования);
- при движении по одной трассе на одной высоте (модель продольного эшелонирования); при движении по пересекающимся маршрутам на одной высоте;
- при пересечении занятых попутных эшелонов;
- при пересечении занятых встречных эшелонов. Указанные модели оценивают риск как для потоков, в которых интервалы между ВС не меньше минимумов эшелонирования, так и для потоков, интервалы которых не отрегулированы диспетчерами.
В разделе разработана комплексная модель оценки уровня безопасности системы ОрВД при исправно работающих технических средствах обеспечения полетов.
В третьем разделе рассматриваются задачи планирования технического обеспечения ОрВД на основе критериев безопасности воздушного движения. Определяются предпосылки, допущения и состав задач, которые необходимо решить для реализации такого планирования. Вводится формальное описание системы ОрВД. Устанавливается формальная взаимосвязь между характеристиками авиационных работ, техническим оснащением, показателями безопасности воздушного движения и затратами на развитие технического оснащения для районов УВД и системы ОрВД на маршруте в целом. Вводится формальное описание планов развития технического оснащения системы ОрВД и рассматривается задача синтеза этого плана.
В разделе решаются задачи формирования критериев плана. Рассматриваются различные постановки задач оптимизации планов. Показано, что полученные задачи являются двухкритериальными дискретными задачами оптимизации с равноценными или неравноценными критериями и большим количеством переменных. Эти задачи формально отражают содержание, цели и ограничения планов развития системы ОрВД. Оптимизационный аспект этих задач заключается в определении уровней и сроков переоснащения районов УВД, наилучшим образом адаптированных к ожидаемым условиям воздушного движения и требуемым целевым показателям безопасности.
Планы развития технического оснащения представляются в виде совокупности мероприятий и определяются взаимосвязь характеристик этих мероприятий с критериями и ограничениями задач оптимизации планов. Для каждого района УВД вводится множество возможных альтернативных планов технического переоснащения.
В результате формируется множество планов, где любой выбор из этого множества образует реализуемый план переоснащения районов и для этого плана по приводимым соотношениям можно определить текущие и конечные затраты на реализацию плана, текущие и конечные значения риска и количества катастроф, предотвращенных при реализации выбранного плана.
Рассматриваются методы формирования оптимальных планов. Показано, что такая задача сводится к экстремальной комбинаторной задаче и эта задача может быть решена при использовании методов линейного математического программирования в булевых переменных. Полученные задачи формализуются в виде задач линейного математического программирования в булевых переменных, которые можно классифицировать как многомерные задачи о ранце с тем существенным отличием, что они являются двухкритериальными задачами с равноценными и неравноценными критериями.
Рассматриваются методы определения решений связанные с многокритериальностью, равноценностью и неравноценностью критериев задач.
В разделе предлагаются два метода, основанных на декомпозиции задач и позволяющих найти в каждом случае по одному эффективному решению. Вводится понятие решений, оптимальных по Парето, и приводится два метода определения множества таких решений. Учет приоритетов критериев обеспечивается при решении задач в лексикографической постановке, при использовании метода главного критерия или при специальной свертке критерия.
Рассматриваются методы исследования планов. Показывается, что задачи оптимизации являются частным случаем задач исследования планов, то есть задач, в рамках которых исследуются взаимосвязи между эффективностью системы, объемами выполняемых авиационных работ, ресурсным обеспечением и планами развития технических средств, а использование методов оптимизации позволяет определить граничные значения указанных зависимостей. Рассматриваются возможные постановки задач исследования планов и методы их решения.
В четвертом разделе рассмотрен пример оценки уровня безопасности полетов в регионе УВД, состоящего из семи Районных Центров и пример улучшения плана развития технического оснащения районов УВД.
В первом примере выполнены расчеты оценки риска катастроф ВС для различных вариантов прогноза интенсивности и показано, что вследствие неравномерности распределения суммарного по региону потока ВС часть секторов управления в рассматриваемом регионе работают с перегрузкой, и существующая организация воздушного движения в регионе ни для одного из вариантов не обеспечивает приемлемого уровня безопасности к 2010г. Здесь также рассматриваются вопросы создания укрупненного Районного Центра, состоящего из существующих семи РЦ, и показано, что в Объединенном Центре появляется возможность обеспечения приемлемого риска за счет перераспределения потоков ВС и повышения качества УВД.
Во втором примере в качестве исходного плана выбран фрагмент реального плана, разработанного при использовании существующих методов. С учетом ограничений этого плана разрабатывается вариант оптимального плана. Показывается, что использование предлагаемых методов позволяет существенно повысить эффективность плана. Приведена приближенная оценка экономической эффективности предлагаемых методов и примеры решения задач исследования планов.
В итоге решения поставленных в работе задач автором выносятся на защиту следующие научные результаты .
- методический подход к определению «упреждающего» показателя, характеризующего уровень безопасности воздушного движения на этапе анализа;
- процедура исследования многомерных данных на однородность на основе использования методов многомерного статистического анализа;
- модели оценки риска катастроф при движении ВС по пересекающимся воздушным трассам и при пересечении занятых встречных и/или попутных эшелонов, при движении ВС по одной трассе на одной высоте, модель оценки риска катастроф при обслуживании движения ВС на воздушных трассах и коридорах подходов в районах размещения аэродромов государственной авиации;
- комплексная модель оценки риска катастроф ВС при исправно работающих технических средствах обеспечения полетов в верхнем воздушном пространстве;
- постановка задач планирования технического оснащения системы ОрВД на основе критериев безопасности воздушного движения,;
выбор и обоснование методов определения эффективных и реализуемых решений задач, разработка методов исследования целей, ограничений и планов развития технического оснащения ОрВД в диапазоне будущих условий функционирования.
Основные результаты диссертационной работы изложены в 3-х печатных трудах [3-5].
Приведенные в работе результаты исследований доведены до вычислительных процедур и реализованы на ЭВМ. Разработанные методы использованы при выполнении НИР:
- Разработка Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России (2002 -2010 г.г.)»;
- Анализ деятельности аэродромов государственной и экспериментальной авиации в Московском аэроузле
Научная новизна работы состоит в том, что впервые:
- исследованы особенности вероятностно-статистического моделирования процессов в системе ОрВД, позволяющего получать адекватные модели показателей безопасности воздушного движения;
- разработаны методы построения «опережающего» показателя безопасности воздушного движения на основе многомерного статистического анализа;
- разработаны модели оценки риска катастроф при движении ВС по пересекающимся воздушным трассам и при пересечении занятых встречных и/или попутных эшелонов. Уточнена (по сравнению с ICAO Doc 9689) модель оценки риска катастроф при движении ВС по одной трассе на одной высоте.
- разработана комплексная модель оценки риска катастроф ВС при исправно работающих радиотехнических средствах обеспечения полетов и связи (РСОП и С) в зоне ответственности управления воздушным движением в верхнем воздушном пространстве.
- задача развития технического обеспечения ОрВД подчинена непосредственно критериям безопасности воздушного движения, представлена в виде многокритериальной задачи математического программирования в булевых переменных;
- предложены методы декомпозиции задачи, учета приоритета критериев и определения эффективных решений, а также методы исследования целей, ограничений и планов развития технического оснащения ОрВД.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные методы могут использоваться для мониторинга безопасности воздушного движения, то есть для выявления "узких" мест по обеспечению безопасности воздушного движения и последующего формирования эффективных мероприятий по их устранению.
Методическое обеспечение решения основных задач анализа
Задача 1 состоит в определении фактического значения основного показателя безопасности воздушного движения (7V), измеряемого согласно [8] количеством катастроф ВС по вине системы ОрВД за 10 часов налета.
Как правило значение JV определяется по итогам деятельности за год и вычисляется по формуле [8]: N =--107 , Н где: К- количество катастроф ВС по вине ОрВД; Н- годовой налет в часах.
Указанный показатель обладает одним серьезным недостатком: поскольку катастрофы ВС являются достаточно редкими событиями, которые иногда происходят один раз за 3 - 6 лет, значение этого показателя по итогам года, не имевшего таких событий, равное N = 0 может создать неверное представление об абсолютной безопасности при ОрВД. При этом не учитывается тот факт, что катастрофы ВС являются случайными событиями, возникающими под воздействием, как правило, большого числа неблагоприятных факторов, механизмы действия которых также имеют вероятностную природу.
Из этого следует, что в течение такого достаточно небольшого периода времени, как календарный год, даже с учетом высокой интенсивности полетов (большого налета ВС) отсутствие катастроф ВС не является следствием нулевой вероятности этого события.
Следовательно, необходим подход, который позволял бы давать оценку обеспечиваемого уровня безопасности воздушного движения по значениям некоторых других показателей, которые по терминологии ИКАО являются «опережающими», т.е. с одной стороны связанными с катастрофами стохастическими связями, а с другой - происходящими и в отсутствие катастроф.
Задача 2 состоит в исследовании действующих при ОрВД технико-экономических механизмов, результатами которых, в том числе, являются и значения показателей безопасности воздушного движения.
Исследование механизмов сводится к формализации результатов их действия, основными из которых являются существующие тенденции изменения показателей безопасности воздушного движения и существующие на уровне системы ОрВД взаимосвязи показателей безопасности и определяющих их значения основных технико-экономических показателей ОрВД.
Для этого строятся математические модели, описывающие тенденции показателей безопасности, включая основной показатель N, и их взаимосвязь с показателями интенсивности воздушного движения/ объемами АНО, затратами на модернизацию и поддержание технического обеспечения ОрВД, а также рядом других показателей, влияющих на безопасность воздушного движения, построение которых осуществляется как решение третьей задачи для достижения цели а) анализа в системе управления безопасностью воздушного движения.
Имея комплекс указанных математических моделей, осуществляется решение задач прогнозирования значений показателей безопасности воздушного движения в будущем в условиях действия существующих технико-экономических механизмов для достижения цели б) анализа и решение задач определения возможных направлений обеспечения требований и значений перспективных уровней показателей безопасности воздушного движения (на макроуровне) для достижения цели в) анализа в системе управления.
Для решения задачи 1 наиболее предпочтительным представляется метод вероятностно-статистического моделирования [9], который успешно применяется в исследовании процессов, имеющих стохастическую природу, и предполагает наличие исходных данных, характеризующих исследуемый процесс, практически неограниченной размерности.
Как было отмечено выше, решаемая задача состоит в построении такой методической процедуры на основе математической модели, которая бы позволила охарактеризовать уровень безопасности воздушного движения при ОрВД по совокупности значений косвенных показателей, являющихся «опережающими» по отношению к показателю К- количество катастроф по вине ОрВД. Решение задачи будет найдено, если будет осуществлено построение математической вероятностно-статистической модели вида у = /{хі,х2,...,хіі,в)+є , (1.1) где: у -результирующий обобщенный показатель безопасности воздушного движения, интерпретируемый как «ожидаемое количество катастроф ВС» по причинам, связанным с ОрВД;
Риск столкновения ВС при движении по параллельным воздушным трассам
Риск столкновения ВС является неприемлемым отрицательным результатом деятельности, направленной на организацию воздушного движения. Существует российский стандарт на риск, превышение которого однозначно должно характеризоваться как неудовлетворительное состояние безопасности воздушного движения и, тем самым, неудовлетворительный результат деятельности ОрВД. Проблема использования риска столкновения ВС в качестве критерия оценки эффективности ОрВД заключается в создании адекватной процедуры его оценивания.
В настоящее время можно констатировать, что риск столкновения ВС в соответствии с определением, принятым в ИКАО, может быть вычислен методами теории надежности систем и методами теории выбросов многомерных случайных процессов.
В соответствии с теорией надежности вычисляют риски на пересечении воздушных трасс и занятых встречных эшелонов. При этом оценивается вероятность попадания в критический объем столкновения, построенный относительно планового положения центра одного из ВС, фактических положений рассматриваемых самолетов за интервал времени (t0,ti) при условии, что известны законы движения плановых положений центров ВС и ошибок выдерживания планов полета.
В соответствии с теорией выбросов оцениваются риски при движении ВС по параллельным в горизонтальной или вертикальной плоскостях воздушным трассам, при движении по одной трассе на одной высоте, при пересечении занятых попутных эшелонов. В качестве случайного процесса рассматривают относительное фактическое расстояние между центрами ВС и оценивают частоту выбросов его в критический объем столкновения, построенный относительно планового положения одного из ВС. Во всех случаях при формализации рисков используется система модельных допущений P. G. Reich"a.
В соответствии с Российским подходом уровень безопасности воздушного движения в аэронавигационной системе оценивают по-секторно. Риск в районе (зоне) УВД, состоящем из нескольких секторов (вплоть до риска по России в целом) оценивается как взвешенная сумма рисков секторов. При этом коэффициенты взвешивания выбираются как доли налетов ВС в исследуемых секторах.
Риск в секторе УВД оценивается на элементах воздушных трасс сектора. Различают элементы, на которых ВС движутся по параллельным трассам, по одной трассе на одной высоте, по пересекающимся трассам (на одном эшелоне в режиме стабилизации высоты полета), по одной трассе на разных высотных эшелонах, а также при пересечении занятых встречных и попутных эшелонов и другие.
Риск в секторе УВД зависит от наличия тех или иных элементов воздушного пространства, интенсивности воздушного движения на них, долей налетов ВС на рассматриваемых элементах, от общего налета в секторе, надежности процесса управления, параметров точности самолетовождения и характеристик системы наблюдения за воздушным движением.
Риск на элементе воздушного пространства, как правило, является составным. Например, риск столкновения на пересечении воздушных трасс составляют риск при относительном движении в точку пересечения и риск при продольном эшелонировании. Кроме того, на элементах воздушного пространства сектора УВД в обязательном порядке рассматриваются риски при управлении движением ВС и риски при потери управления. При этом задаются разные законы движения плановых положений центров ВС и характеристики ошибок выдерживания планов. В общем случае риск столкновения при управлении воздушным движением зависит от: - интенсивности воздушного движения; - путевых скоростей ВС и их размеров; - относительных абсолютных скоростей в потоке ВС; - углов пересечения трасс и занятых эшелонов; - норм эшелонирования; - параметров точности самолетовождения (RNP, Pz(0)); - параметров точности системы наблюдения (as) и периода обновления информации о координатах ВС (Тлок); - среднего времени нахождения ВС на управлении (Тсект); - вероятность нарушения минимума эшелонирования.
Для описания этого риска существует классическая модель Рейха [27], которая официально признана группами ICAO NAT SPG и RGCSP подходящей для обоснования норм бокового и вертикального эшелонирования.
Для описания риска столкновения ВС при движении по параллельным маршрутам в горизонтальной плоскости (Nay) используют модель Рейха в форме Брукера [28].
Для описания риска столкновения ВС при движении по параллельным маршрутам в вертикальной плоскости (Naz) также используют модель Рейха в форме Брукера. Связано это с тем, что P.G. Reich в 60-х годах принимал участие в решении проблемы научного обоснования боковых и вертикальных норм эшелонирования в регионе Северной Атлантики (NAT) и опубликовал ряд работ, послуживших фундаментом научного обоснования норм эшелонирования [29, 30].
Содержательная постановка задач планирования технического обеспечения ОрВД
Постановку задач планирования технического обеспечения ОрВД произведем, исходя из следующих предположений: - система ОрВД состоит из структурных элементов - районов УВД; показатели безопасности ВД в каждом из районов определяются организацией, техническим обеспечением и характеристиками потоков ВС только в данном районе и не зависят от состояния этих факторов в других районах системы; - показатели безопасности ВД на маршруте в целом формируются из показателей безопасности ВД в районах УВД с учетом доли выполняемых в них авиационных работ; - существует необходимый набор математических моделей для оценки показателей безопасности ВД (далее моделей оценки безопасности - МОБ) в зависимости от реального/планируемого состояния технического обеспечения УВД, выполняемых/прогнозируемых в районе объемов работ по УВД.
Рассмотрим содержательную постановку задач формирования планов. Пусть задана некоторая совокупность районных центров УВД (далее - задано некоторое множество объектов УВД). м = {м1гм2,...,м„...,м,}.
Пусть для этих объектов на некотором периоде планирования [t0,tK) вектор Q{Qi(.t),Q2(t),...,Q,(t)} определяет прогнозируемые характеристики интенсивности воздушного движения, а вектор N{Nl(t),N2(t),...,N[(t)}-прогнозируемые объемы авиационных работ (налеты ВС).
Для каждого из этих объектов на периоде планирования {t0,tK) можно разработать ряд альтернативных планов переоснащения. Эти альтернативные планы могут отличаться как по уровню, так и по времени переоснащения объекта. Пусть первый вариант плана предусматривает сохранение начального оснащения объекта до конца рассматриваемого периода, а последний вариант - максимально возможный и быстрый вариант переоснащения. Все остальные варианты это некоторые промежуточные уровни и сроки переоснащения. Тогда эти варианты образуют множество альтернативных планов для каждого /- го объекта то есть: ЇЇ ={п .,П : П , П\}.
Для каждого альтернативного плана П1] на периоде планирования можно определить, во-первых - текущие затраты на его реализацию и, во-вторых, при использовании МОБ, определить те уровни риска столкновений ВС, которые будут обеспечиваться на объекте при реализации плана, то есть где : R j(t) - риск катастроф, то есть ожидаемое количество катастроф ВС, отнесенное к налету.
Время t указывает здесь на тот факт, что затраты и приросты безопасности ВД увязаны со сроками переоснащения г-го объекта предусмотренными ГГ, вариантом плана, а функция Q {t)- на то, что риск катастроф ВС зависит также от характеристик обслуживаемых потоков ВС. Используя эти соотношения можно определить суммарные затраты, необходимые для полной реализации плана и конечный риск катастроф ВС, то есть: з-;=)з;№ и = /{п;,е (0}, о где: tK- конечная точка интервала планирования. Кроме этого, за время реализации плана (то есть на периоде планирования , )), результате прироста безопасности ВД будет предотвращено некоторое количество катастроф К }, то есть: /г; = }(/? (0-я/(г)Мол, о где: /V - налет ВС за интервал {t„,tK) на і-м объекте.
Реализация планов на всех рассматриваемых объектах УВД (на всем множестве М) потребует затрат 3" равных: Риск катастроф ВС в конце периода планирования (при t=tK), для всего множества объектов составит RM где: "=5X (3.2) i=i где: F _ определяет закон сложения риска катастроф объектов на множестве М. Количество катастроф ВС Ки, предотвращенных за период планирования, составит: K" = tKj- (3.3) 1=1
Полученное множество планов всех рассматриваемых объектов УВД отражает ситуацию выбора. То есть любой полный (по всем объектам) выбор из этого множества образует реализуемый план переоснащения объектов и для этого плана по приведенным соотношениям (3.1), (3.2) и (3.3) можно определить текущие и конечные затраты на реализацию плана, текущие и конечные значения риска и количества катастроф, предотвращенных при реализации выбранного плана.
Сформируем критерии выбора плана. При этом возможны различные постановки задачи. Если, как это рекомендует ICAO, целевые показатели риска катастроф ВС в конце периода планирования /?"е (0 заданы, то при выборе плана их необходимо учитывать в качестве ограничений. Тогда в качестве критерия выбора плана следует использовать критерий минимума затрат на реализацию плана, то есть ввести требование min 3
Описание существующей системы УВД (воздушные трассы, транспортные потоки, средства РТОПиС)
Положим, что существующая до укрупнения система ОрВД представляет собой 7 районных центров (РЦ) ЕС ОрВД, состоящий из 14 секторов. Общий объем транспортной работы распределен неравномерно как по РЦ, так и по отдельным секторам. В регионе доминируют 3 основных самолетопотока: первый представляет собой транзитный поток ВС с Северо-Запада на Юго-Восток и обратно; второй поток расположен в 300 км северней первого, по которому также осуществляются транзитные перелеты ВС по направлению Северо-Запад -Юго-Восток; третий поток пересекает первые два и ориентирован с Юго-Запада на Северо-Восток. Четыре районных центра из семи выполняют 89% объема обслуживания: РЦ-1-31%; РЦ-2-28%; РЦ-3 - 19%; РЦ-4-11%.
В рассматриваемом регионе установлены семь радиолокационных комплексов (РЛК). Все РЛК состоят из обзорных трассовых радиолокаторов (ОРЛ-Т) и вторичных радиолокаторов (ВРЛ). Существующее воздушное пространство в зоне ответственности рассматриваемого региона полностью перекрыто радиолокационным полем, начиная с высоты Н=6300 м.
В РЦ-1 источниками радиолокационной информации являются: 1Л-118 («Лира-І») - 2 комплекта и ВРЛ «Корень-АС». В качестве аппаратуры первичной обработки информации (АПОИ) используется «ПРИОР» и «ВУОКСА». В РЦ-2 источниками радиолокационной информации является 2 комплекта ОРЛ-Т «Лира-1» 1-Л 118 и ВРЛ «Корень-АС». В качестве АПОИ применяется «ВУОКСА». В РЦ-3 источниками радиолокационной информации являются импортный ОРЛ-Т «TRAC-2300» и отечественный ВРЛ «Корень-АС», для обработки радиолокационной информации используется АПОИ «ПРИОР». В РЦ-4 источниками радиолокационной информации являются АОРЛ-85Т с ВРЛ и ОРЛ-Т 1-РЛ-139.
В РЦ-5 источниками радиолокационной информации являются 1РЛ-139-РЗ и доработанный до уровня 1Л-118 «Лира-1» и первичный радиолокатор 1РЛ-139-2. Кроме того, в РЦ-5 завершаются работы по вводу в эксплуатацию РЛК АОРЛ-85ТК «Экран».
В РЦ-6 источниками радиолокационной информации являются два комплекта первичного радиолокатора 1РЛ-139-2, а также радиолокационный комплекс (с информацией вторичного радиолокатора) АОРЛ-85ТК. Обработка радиолокационной информации осуществляется по средствам АПОИ «ПРИОР».
В РЦ-7 источниками радиолокационной информации является РЛК «Экран-85» с АПОИ «ВУОКСА». Рассматриваемые районные центры обеспечены следующей аппаратурой отображения : - в РЦ-1, РЦ-2 и РЦ-6 это комплексы средств автоматизации УВД «Альфа»; - в РЦ-3 это районно/аэродромная автоматизированная система УВД «Еврокат»; - в РЦ-4 это средства автоматизированной обработки радиолокационной информации «РАСТР-П»; - в РЦ-5 это аппаратура «Коринф»; - в РЦ-7 это средства отображения «Документ-МО».
Анализ обеспечения рассматриваемого региона УВД средствами радиолокационной информации и средствами ее отображения на рабочем месте диспетчера УВД позволяет сделать выводы о приведенных точностях отображения информации наблюдения на рабочих местах диспетчеров по рассматриваемым районным центрам. Для секторов управления РЦ-1 и РЦ-2 среднеквадратическая погрешность несоответствия фактических положений
ВС по сравнению с наблюдаемыми не будет превосходить 400 м. Для секторов управления РЦ-3 аналогичная погрешность ограничена сверху значением 300 м. Для РЦ-4 среднеквадратическую погрешность отклонений фактических положений ВС от наблюдаемых диспетчером можно оценить как 500 м. Аналогичный уровень погрешности следует ожидать в секторах управления РЦ-5 и РЦ-7. В РЦ-6 данная погрешность несколько ниже -450 м.
Радионавигационное поле в границах ответственности рассматриваемого региона УВД имеет многократное перекрытие на высотах 6300 м и выше. Несмотря на тот факт, что часть автоматических радиопеленгаторов работают в режиме продления технического ресурса, навигационное обеспечение полетов в рассматриваемом регионе достаточно, чтобы погрешности выдерживания плановой траектории не превосходили по уровню погрешностей RNP4.
