WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Габринович Анна Данииловна ВЕРОЯТНОСТНАЯ ОЦЕНКА УРОВНЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ В ЗОНАХ ОТВЕТСТВЕННОСТИ ЦЕНТРОВ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (в технике и технологиях)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург – 2009

Работа выполнена на кафедре бортовой радиоэлектронной аппаратуры Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения» (ГУАП)

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Монаков Андрей Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Северов Леонид Анатольевич кандидат технических наук, доцент Соболев Евгений Владимирович

Ведущая организация:

ФНПЦ ОАО «ВНИИРА» - Открытое акционерное общество «ВНИИРА»

Защита состоится «»_ 2009 г. в час.мин. на заседании диссертационного совета Д 212.233.02 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "СанктПетербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" по адресу: 190000, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 67, ГУАП.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУАП.

Автореферат разослан «» _ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Л. А. Осипов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время контролю за уровнем безопасности полетов придается исключительное значение. Это вызвано ростом объемов воздушных перевозок и тяжестью последствия воздушных катастроф. С целью повышения эффективности функционирования системы управления воздушным движением (УВД), требуется оптимизировать существующие функции контроля за соблюдаемым уровнем безопасности полетов. Для этого, используя современные методы обработки информации, нужно иметь возможность оперативно контролировать текущий уровень безопасности полетов.

На сегодняшний день для оценки уровня безопасности полетов используются реальные события: столкновения воздушных судов (ВС), столкновения ВС с другими объектами, катастрофы при взлете и посадке. По данным расследования катастрофы выявляются причины происшедшего и принимаются решения для предотвращения катастроф в будущем. Для достоверной оценки уровня безопасности полетов в зоне конкретного центра УВД нужно накапливать статистику происшествий длительное время, так как катастрофы являются редкими событиями. Следовательно, данный способ оценки не дает возможности оперативно оценить уровень безопасности полетов в текущий момент времени.

Для оценки уровня безопасности полетов в зоне ответственности центра УВД в текущий момент времени требуется на основании поступающей информации вести оперативную оценку, которая позволяла бы дать объективное представление о динамике изменения данного параметра. Для этого при вычислении оперативной оценки уровня безопасности полетов должна использоваться наиболее полная информация о движении ВС в текущий момент времени и структуре контролируемого воздушного пространства. При этом выделяют несколько задач: оценка уровня безопасности при полетах на трассах, в зоне подхода, при взлете и посадке ВС, руление в зоне аэродрома. Решения этих задач являются объектом исследований во многих странах.

Целью диссертационной работы является разработка алгоритмов оперативной оценки уровня безопасности полетов на трассах и при посадке ВС. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать алгоритмы оценки вероятности столкновения ВС и уровня безопасности полетов в реальном масштабе времени, которые в полной мере учитывают текущую информацию о движении ВС, получаемую от наземных средств наблюдения.

2. Разработать алгоритм определения вероятности успешной посадки ВС для оценки уровня безопасности полетов в реальном масштабе времени.

3. Провести анализ разработанных алгоритмов с использованием имитационных примеров и записей реальной воздушной обстановки.

4. Разработать структуру и состав комплекса программно-аппаратных средств, которые функционируют на основании разработанных алгоритмов и предназначены для оперативного контроля соблюдаемого уровня безопасности полетов в центрах УВД.

Основные методы исследования. При разработке алгоритмов оценки уровня безопасности полетов на трассах и для посадки ВС в настоящей работе были использованы методы системного анализа, теории вероятности, теории случайных процессов и математической статистики. Анализ существующих и разработанных алгоритмов проводился методами математического моделирования, а также методами натурных испытаний в центрах УВД.

Научная новизна. В диссертации получены следующие новые научные результаты:

1. Разработана новая вероятностная модель потенциально опасной ситуации при полете ВС, которая учитывает ошибки определения не только пространственных координат ВС, но и их скоростей.

2. Дано новое определение вероятности возникновения потенциально опасной ситуации при полете ВС, в котором учитывается не только минимально возможное расстояние между конфликтующими ВС, но и время до кульминации конфликта.

3. Разработан алгоритм оценки вероятности конфликта при полете ВС, использующий текущую траекторную информацию о местоположении ВС и их скорости.

4. Разработана новая вероятностная модель, позволяющая по оперативным данным наземных радиотехнических средств наблюдения, оценивать вероятность успешного приземления ВС.

5. Разработана структура и состав программно аппаратного комплекса оценки соблюдаемого уровня безопасности полетов, предназначенного для размещения в центрах УВД.

Практическая значимость работы. Разработанные и исследованные математические модели и алгоритмы являются основой для практической реализации программно-аппаратного комплекса, предназначенного для оперативного контроля соблюдаемого уровня безопасности полетов в центрах УВД. Использование комплекса позволяет произвести оценку уровня безопасности полетов в контролируемой зоне системы УВД, оповещение персонала центра УВД об опасности возникновения конфликта, регистрацию обнаруженных и наблюдаемых конфликтов, статистическую обработку данных о безопасности полетов, анализ причин и условий возникновения зарегистрированных опасных ситуаций. Данный комплекс получил название - индикатор уровня безопасности полетов, который входит в состав АРМ менеджера по безопасности. Его разработка ведется в ЗАО "Пеленг" (Санкт-Петербург).

На основе выполненных исследований и полученных результатов в ходе диссертационной работы сформулированы следующие положения, выносимые на защиту:

1. Вероятностная модель потенциально опасной ситуации при полете ВС, учитывающая ошибки определения пространственных координат ВС и их скоростей.

2. Алгоритм оценивания вероятности конфликта при полете ВС, который использует текущую информацию о местоположении ВС и их скорости, полученную в результате траекторной обработки радиолокационной информации.

3. Вероятностная модель посадки ВС и алгоритм оценки вероятности успешного приземления ВС, использующий оперативные данные наземных радиотехнических средств наблюдения.

4. Структура программно аппаратного комплекса для оперативной оценки соблюдаемого уровня безопасности полетов в контролируемой зоне центра УВД.

Апробация работы. Научные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: седьмая, восьмая, девятая и десятая научные сессии аспирантов и соискателей ГУАП, посвященные Всемирному дню космонавтики, Санкт-Петербург, 2004 г., 2005 г., 2006 г. и 2007 г.; XI Международная научно-техническая конференция "Радиолокация, навигация, связь", Воронеж, 2005 г.; второй Международный конгресс "Безопасность в авиации", Киев, 2005г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, из них 1 - в журнале, входящем в перечень рекомендованных ВАК изданий.

Диссертационная работа изложена на 144 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников (наименование). Работа включает 46 рисунков и 1 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель и аргументирована научная новизна исследований, показана практическая значимость полученных результатов, представлены выносимые на защиту научные положения.

Первая глава посвящена обзору материалов по контролю безопасности полетов.

Рассмотрены используемые в настоящее время методы оценки уровня безопасности полетов на трассах и при посадке.

В настоящее время количественной мерой, характеризующей безопасность полетов ВС гражданской авиации, является т.н. уровень безопасности полетов:

(1) где - реальное число столкновений, имевших место в данной зоне ответственности центра УВД за все время наблюдения - суммарный налет ВС в этой зоне за это же время - время оценки (наблюдения).

Так как столкновения ВС являются достаточно редкими событиями и, следовательно, величину очень сложно оценить при малых, в научно-технической литературе, посвященной проблеме безопасности полетов, вводится понятие оперативной оценки уровня безопасности полетов. На основе оперативных сведений о движении ВС в контролируемой зоне данный параметр дает объективное представление о безопасности полетов, как в текущий момент времени, так и за некоторый интервал. Для этой величины используется следующее обобщение (1):

(2) Здесь расчетное значение математического ожидания количества столкновений за выбранное время наблюдения. Данное математическое ожидание оценивается на основании информации о количестве ВС, параметрах их движения и вероятности их столкновения.

В главе рассмотрены две категории методов оценки уровня безопасности полетов:

геометрические и вероятностные. Доказаны преимущества использования вероятностных методов. В главе подробно проанализированы достоинства и недостатки пяти наиболее известных и применяемых на практике вероятностных методов: метод Рейха; обобщенный метод Рейха, разработанный в Национальной аэрокосмической лаборатории NLR (Нидерланды), авторы Bakker и Bloom; метод, разработанный в Национальном агентстве по космическим исследованиям NASA (США), авторы Paielli и Erzberger; метод, предложенный в ГосНИИ "Аэронавигация" (г. Москва), авторы Ю.М.Федоров и В.Б.Спрысков;

метод С.Л.Семакова для оценки правильности посадки ВС.

Результатом проведенного анализа стал перечень необходимых свойств алгоритма оценки соблюдаемого уровня безопасности полетов в реальном масштабе времени:

1. алгоритм должен учитывать всю совокупность статистических характеристик оценок местоположения и скоростей ВС;

2. алгоритм должен учитывать текущее местоположение ВС в пространстве;

3. алгоритм должен предсказывать возможность столкновения (конфликта);

4. алгоритм должен хорошо сочетаться с особенностями вторичной (траекторной) и третичной (мультирадарной) обработки радиолокационной информации, поступающей от средств УВД;

5. алгоритм должен быть математически прост и иметь возможность реализации на современных средствах вычислительной техники;

6. алгоритм должен дать возможность оценивать вероятность столкновения ВС и вероятность конфликта ВС при движении на трассах, а также вероятность успешной посадки ВС в реальном масштабе времени;

7. алгоритм должен давать результаты, сравнимые с другими существующими к настоящему времени алгоритмами.

Вторая глава диссертационной работы посвящена разработке алгоритмов оценки уровня безопасности полетов на трассах и при посадке ВС.

В главе введено следующее определение вероятности столкновения, учитывающее не только геометрическую близость конфликтующих ВС, но время до кульминации конфликта:

(3) где - удвоенный максимальный линейный размер ВС, - интервал продольного эшелонирования, - минимально возможное расстояние между ВС и ( - время до достижения минимально возможного расстояния, - скорость взаимного сближения бортов).

Данное определение является новым и позволяет заблаговременно предсказать возможность столкновения с учетом реальной динамики движения ВС. Условие очевидно: опасная ситуация соответствует уменьшению минимального расстояния между конфликтующими ВС ниже определенного порога. Условие позволяет учесть время до кульминации конфликта. Учет фактора времени дает возможность уменьшить вероятность ложных тревог, когда ВС могут сблизиться друг с другом на очень малое расстояние, но время до этого события (кульминации конфликта) велико.

В начале главы рассматривается двумерная задача оценки вероятности столкновения, когда движение ВС происходит в горизонтальной плоскости. Данное упрощение имеет смысл, так как при движении по трассам ВС, как правило, не меняют эшелоны.

При вычислении вероятности столкновения рассмотрены две модели распределения ошибок оценки координат и скоростей ВС (нормальный и двусторонний экспоненциальный). В случае, когда ошибки оценки местоположения и скорости ВС имеют совместно нормальное распределение, в работе показано, что условная плотность совместного распределения случайных величин и при известной скорости сближения также нормальна. Это позволяет определить вероятность столкновения следующим образом:

(4) где и - математические ожидания случайных величин и, и - математические ожидания модуля расстояния между ВС и угла между и, и - среднеквадратические отклонения модуля расстояния между ВС и угла между и соответственно.

Общую формулу для вычисления вероятности столкновения в ситуации, когда ошибки оценки координат и скоростей ВС имеют двусторонний экспоненциальный закон распределения, получить не удалось. Это связано с тем, что при изменении угла пересечения траекторий и скорости взаимного сближения бортов меняется число и кратность полюсов в подынтегральной функции:

(5) В работе были приведены решения для частных случаев.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»