Технологическое управление системами управления воздушным движением и их информационно-справочное обеспечение

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Гражданская авиация стала одним из важных факторов мирового развития. Глобализация межгосударственных и межнациональных отношений, укрепление экономических связей, расширение гуманитарных отношений и, в частности, развитие туризма -- вот далеко не полный список областей человеческой деятельности, где гражданская авиация играет важнейшую роль. Научно-технический прогресс в гражданской авиации проявляется в нескольких направлениях. Прежде всего это относится как к увеличению разнообразия используемых типов летательных аппаратов (начиная с малой коммерческой авиации и заканчивая широкофюзеляжными аэробусами и сверхзвуковыми воздушными лайнерами), так и к повышению общего объема воздушных перевозок, сопровождающемуся ростом числа трасс и их протяженности [1].

Три основных показателя, а именно безопасность, регулярность и экономичность полетов, тесно связаны друг с другом и существенно зависят от эффективности УВД. Радикальным методом решения возникающих при этом проблем, как было выяснено еще в 50-х годах XX века, является автоматизация сбора, передачи и обработки информации о воздушной обстановке.

Основной и главной составляющей частью первых автоматизированных систем управления воздушным движением были средства радиолокационного наблюдения, мощным стимулятором развития которых стала Вторая мировая война [1,2].

Однако реальная возможность создания АС УВД появилась, лишь, когда цифровые вычислительные машины (ЦВМ) стали достаточно совершенными.

Работы в этом направлении, интенсивно проводившиеся в 60-е годы прошлого века, привели к созданию в США одной из наиболее совершенных АС УВД первого поколения, получившей название ARTS (Airport Radar Terminal System). Она была предназначена для установки в аэропортах с интенсивным воздушным движением и выпускалась в нескольких модификациях. Впервые прототип системы ARTS был испытан в аэропорту г. Атланты в 1965 г.

Наибольшее распространение в США в то время получил вариант системы ARTS-3. разработанный фирмой Sperry Rand Univac Division и впервые испы-танный в 1971 г. в аэропорту O'Hara. Модификация ARTS-2 разрабатывалась фирмой Lockheed Electronics Со, Inc и была предназначена для аэропортов со средней интенсивностью движения.

В состав системы входили две довольно мощные (для того времени) ЦВМ типа UNIVAC 1219-В. Было разработано шесть вариантов системы, соответствующих различным степеням (категориям) автоматизации. Они предназначались для работы в качестве аэродромных и аэроузловых при различной интенсивности ВД, в связи с чем акроним ARTS получил более универсальную расшифровку: Automated Radar Terminal System. К 1980 г. общее число аэропортов США, оснащенных этими системами, достигло 200 [2].

В Великобритании в 1972 г. была введена в эксплуатацию АС Mediator с тремя ЦВМ типа Miriad-1 фирмы Marconi. В аэропорту г. Монреаля (Канада), «столице» ICAO, в 1975 г. была создана объединенная аэродромно-трассовая система JETS, и примерно в то же время появились АС УВД во Франции, Швеции и других странах.

Первая отечественная аэродромная система «Старт» полностью была введена в эксплуатацию в аэропорту Пулково (Ленинград) в 1975 г. и впоследствии установлена в АП Сочи, Краснодара, Волгограда и др.

В 1980-1981 гг. был введен в строй комплекс АС УВД «Теркас» (шведского производства), а в Симферополе установлена районная система «Трасса». С 1990 г. проводились пусконаладочные работы и испытания АС УВД «Спектр» в аэропорту Пулково, которая должна была заменить морально и физически устаревший «Старт»; другая районная АС УВД типа «Стрела» была передана в эксплуатацию в 1992 г. в аэропорту Ростова.

Следует признать, что АС УВД, которые выпускались в СССР, по своим тактико-техническим характеристикам уступали зарубежным аналогам. Это отставание вызывалось рядом причин, среди которых были недостаток вычислительных ресурсов и устаревшая элементная база, низкая культура и затратный принцип производства, отсутствие экономических стимулов и слабая восприимчивость к новым идеям, недостатки планового метода управления и распределения ресурсов и др.

Еще в 1975 г. В. М. Кейн в книге «Радиотехнические средства управления воздушным движением» писал: «Уже в настоящее время существует принципиальная возможность построения полностью автоматической системы УВД, работающей без участия человека-оператора, роль диспетчера в такой системе сводится только к контролю исправности системы. Вмешательство в ее работу необходимо лишь при возникновении ситуаций, не предусмотренных программой обработки информации». Однако при реализации такой полностью автоматической системы возникли серьезные трудности как технического, так и технологического, психологического, юридического и иного порядка.

В настоящее время область обеспечения воздушного движения принадлежит к тем немногим отраслям народного хозяйства Российской Федерации, которые в условиях перехода к рыночной экономике и структурных преобразований переживают период радикального и интенсивного технического обновления на основе новых информационных технологий. Это объясняется рядом обстоятельств. Несмотря на существенное снижение объема внутренних воздушных перевозок, интенсивность воздушного движения в ряде регионов даже выросла. Одна из причин состоит в большей открытости и, как следствие, в увеличении количества трансконтинентальных трасс и объема международных перевозок. С другой стороны, международный характер воздушного движения и интеграция РФ в мировую систему воздушного транспорта требуют повышения уровня аэронавигационного обслуживания и безопасности полетов, приведения их в соответствие с международными требованиями ИКАО и Евроконтроля и новой стратегией CNS/ATM. Все это невозможно без модернизации и коренного обновления морально и физически устаревших технических средств аэронавигации и управления воздушным движением [2].

Отечественные автоматизированные системы управления воздушным движением, разработанные в прошлом, такие как «Старт», «Стрела», «Трасса», «Спектр», хотя и не получили широкого распространения в качестве аэродромных или районных систем, сыграли свою роль, однако к настоящему времени безнадежно устарели. Это же относится и к аэроузловой системе «Теркас», на которую в свое время возлагались большие надежды.

Создание нового поколения автоматизированных систем управления воздушным движением (АС УВД) и комплексов средств автоматизации обработки ин-формации (КСА) стало возможным благодаря разработке новых информационных технологий на базе современных программных и аппаратных компьютерных средств. Научную базу разработок составляют методы теории управления, наблюдения и обработки информации. Возможности современных компьютерных систем позволяют реализовать алгоритмы и программы как приложения фундаментальных математических теорий, которые еще недавно были недоступны для использования в АС УВД и по этой причине (как полагали разработчики информационных систем) причислялись к категории абстрактных. Это от-носится в первую очередь к двум ветвям математической теории управления- наблюдения в условиях неопределенности: к теории дифференциальных игр и теории последовательных статистических правил принятия решений [3].

В области теории и практики автоматизации процессов УВД, разработки и эксплуатации систем наблюдения и аэронавигационного обеспечения известны работы Т.Г. Анодиной, А.А. Кузнецова, Е.Д. Марковича, В.М. Кейна, Г.А. Крыжановского, В.И. Мокшанова, П.В. Олянюка, В.И. Савицкого и др. Большой вклад в общую идеологию построения авиационных систем управления, навигации, наблюдения и связи сделан Е.А. Федосовым. Основой разработки алгоритмического и программного обеспечения АС УВД являются работы В.А. Лихарева, С.3. Кузьмина, Р. Сингера и других авторов [3,4].

Реализованные в ранее разработанных АС УВД алгоритмы первичной и вторичной обработки радиолокационной информации основаны на спектрально-корреляционных методах фильтрации и оценивания (в частности, использующих критерий Неймана-Пирсона).

Вместе с тем в радионавигационных и радиолокационных системах при обнаружении и измерении сигналов стали применяться более эффективные процедуры, основанные на статистической теории решений и проверке гипотез (П.А. Бакут, И.А. Большаков, Ю.Г. Сосулин, А.Г. Тартаковский, М.М. Фишман, М.С. Ярлыков и др.) [5].

Новые результаты в разработке алгоритмов обнаружения, оценивания и классификации сигналов были получены А.К. Розовым. Они основаны на теории оптимальных правил остановки (А.Н. Ширяев, Г. Роббинс и др.).

Наряду с вероятностным, существует иной, детерминистский подход, основанный на построении информационных множеств. Его истоки лежат в математической теории управления и наблюдения в условиях неопределенности и конфликта. Этот подход развивается в работах Н.Н. Красовского, А.Б. Куржанского, А.И. Субботина, В.Н. Ушакова и др. Ряд результатов не только технического, но, что особенно важно, и прикладного характера получены В.С. Пацко и С.И. Кумковым.

Привлекательной стороной такого подхода, пока еще не нашедшего широкого применения, является то, что он обеспечивает получение, при определенных условиях, гарантированного результата управления и наблюдения и придает тем самым системе свойства робастности.

Интерес к исследованиям в этом направлении как теоретического, так и прикладного характера непрерывно возрастает и в нашей стране, и за рубежом.

Методологическую основу создания современных систем УВД составляют новые информационные технологии. Их реализация базируется на широком использовании стандартных аппаратных и программных средств современных вычислительных систем, включающих серверы, видеомониторы, адаптеры, мо-демы и другое оборудование. Совокупность приемов и методов физической реализации таких систем и составляет информационное конструирование.

Для повышения эффективности разработки и эксплуатации таких наукоемких изделий, как системы УВД, в последние годы применяются информационные технологии PDM (Product Data Management) и CALS (Continuous Acquisition and Life-cycle Support). Если первая из них имеет целью повысить эффективность управления при создании изделия, то задача второй -- обеспечить эффективность не только разработки изделия, но и эксплуатации на всем протяжении его жизненного цикла.

1. Технологическое управление системами и информационно-справочное обеспечение

1.1 Принципы построения систем технологического управления

Сложность автоматизированных систем управления воздушным движением обусловлена широким применением в них компьютерной техники, локальных вычислительных сетей и т.д., что приводит к необходимости автоматизации процессов технологического управления.

Автоматизация функций технологического управления позволяет облегчить сбор информации о функционировании систем, своевременно выявлять неисправности и отказы оборудования, управлять работой отдельных компонентов и системы в целом, а также решать другие задачи, возникающие в процессе эксплуатации. Решение задач технологического управления в системах может осуществляться двумя способами: реализацией таких функций в самих системах либо их сопряжением со специальными устройствами. В первом случае в состав существующих систем внедряют отдельные автоматизированные рабочие места (АРМ) управления, выполняющие функции технологического управления, и соответствующим образом модифицируют программное обеспечение в целях поддержки этих АРМов. Во втором случае параллельно с основными устанавливаются специализированные системы технологического управления, имеющие собственную автономную структуру [2, 3].

К задачам технологического управления, как правило, относятся:

· сбор информации о параметрах работы оборудования и программного обеспечения (ПО);

· выявление сбоев и диагностика неисправностей; сбор, анализ и хранение статистических данных о работе системы в целом и ее подсистем;

· управление работой системы и отдельных компонентов (изменение режимов и параметров работы систем).

Подсистема, выполняющая функции диагностики и управления, относится к активным информационным системам. Тем самым она отличается от другой подсистемы АС УВД - справочно-информационной, которая хранит и выдает информацию лишь по требованию пользователя и поэтому может быть отнесена к пассивному типу информационных систем.

Современные автоматизированные системы управления технологическими процессами относятся к классу многоуровневых человеко-машинных систем. Создание АСУ сложными технологическими процессами осуществляется с использованием информационно-вычислительных систем, которые постоянно совершенствуются.

Оператор в многоуровневой автоматизированной системе управления технологическими процессами считывает информацию с экрана монитора ЭВМ или электронной системы отображения информации и воздействует на объекты, находящиеся, как правило, от него на значительном расстоянии, с помощью телекоммуникационных систем, контроллеров, интеллектуальных исполнительных механизмов [3, 4].

Концепция одной из таких систем -- SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition --диспетчерское управление и сбор данных) предопределена всем ходом развития систем управления и результатами научно-технического прогресса. Применение SCADA-технологий позволяет достичь высокого уровня автоматизации в системах управления, сбора, обработки, передачи, хранения и отображения информации. В настоящее время SCADA является основным и наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами (процессами).

Станции управления предназначены для отображения хода технологического процесса и оперативного управления. Эти задачи и призваны решать SCADA- системы. SCADA -- это специализированное программное обеспечение, ориентированное на поддержку интерфейса между диспетчером и системой управления, а также на коммуникацию с внешним миром.

Основные элементы SCADA-технологий используются в АС УВД нового поколения с учетом специфики этой предметной области [6].

Управление технологическими процессами на основе систем SCADA стало осуществляться в 80-е годы. Область применения охватывает сложные объекты электро- и водоснабжения, химические, нефтехимические и нефтеперерабатывающие производства, авиационный и железнодорожный транспорт, транспорт нефти и газа и др [6].

Многие проекты автоматизированных систем контроля и управления для большого спектра областей применения имеют общую схему реализации.

Как правило, это двухуровневые системы. Специфика конкретной системы управления определяется используемой на каждом уровне программно-аппаратной платформой, набором источников информации и особенностями объекта управления.

Нижний уровень -- это уровень объекта (контроллерный). Он включает различные датчики для сбора информации о ходе технологического процесса, электроприводы и исполнительные механизмы для реализации регулирующих и управляющих воздействий. Датчики поставляют информацию локальным программируемым логическим контроллерам (PLC -- Programming Logical Controller). В качестве локальных PLC в системах контроля и управления различными технологическими процессами в настоящее время применяются контроллеры как отечественных производителей, так и зарубежных. На рынке представлены многие десятки и даже сотни типов контроллеров, способных обрабатывать от нескольких переменных до нескольких сотен переменных [6].

Информация с локальных контроллеров может направляться в сеть диспетчерского пункта непосредственно, а также через контроллеры верхнего уровня. В зависимости от поставленной задачи контроллеры верхнего уровня (концентраторы, интеллектуальные или коммуникационные контроллеры) реализуют различные функции. Некоторые из них перечислены ниже:

- сбор данных с локальных контроллеров; обработка данных, включая масштабирование; поддержание единого времени в системе; синхронизация работы подсистем; организация архивов по выбранным параметрам; обмен информацией между локальными контроллерами и верхним уровнем;

- работа в автономном режиме при нарушениях связи с верхним уровнем;

- резервирование каналов передачи данных и др.

Верхний уровень -- диспетчерский пункт (ДП) -- включает прежде всего одну или несколько станций управления, представляющих собой автоматизированное рабочее место диспетчера/оператора. Здесь же могут быть размещены сервер базы данных, рабочие места (компьютеры) для специалистов и т. д. Часто в качестве рабочих станций используются ПЭВМ типа IBM PC различных конфигураций.

1.2 Подсистема диагностики и управления АС УВД

АС УВД является сложным программно-аппаратным комплексом, к которому предъявляются высокие требования по надежностным характеристикам, таким как безотказность, непрерывность, целостность и пр. В качестве одной из подсистем в комплекс входит подсистема диагностики и управления. Она предназначена для обеспечения технического персонала, эксплуатирующего систему, полной информацией о текущем состоянии системы и управления ее работой. Под полнотой информации следует понимать такой объем данных, который позволяет однозначно квалифицировать (идентифицировать) состояние системы в данный момент времени.

Общая структура подсистемы диагностики представлена на рисунке 1.1.

Подсистема диагностики и управления состоит из трех уровней:

· уровень драйверов оборудования;

· уровень служб локальной диагностики;

· уровень представления (уровень диагностики/управления).

Уровень драйверов. На данном уровне осуществляется прямая диагностика устройств, имеющихся в компьютере: сетевых плат, сканконвертеров и т. д. Каждое такое устройство обслуживается собственным драйвером. Механизм диагностирования устройства, его полнота и периодичность задаются его драйвером.

Уровень служб локальной диагностики. На этом уровне осуществляется накопление диагностической информации, полученной с уровня драйверов устройств, а также из других источников, таких как операционная система и прикладное программное обеспечение, установленное на компьютере. К диагностируемому программному обеспечению относятся ПО отображения («Рабочее место диспетчера»), ПО сервера (поддержка сопряжения с источниками радиолокационной информации), ПО, устанавливаемое на серверах/групповом оборудовании АРМа АДП, и т. д.

Рисунок 1.1 - Общая структура подсистемы диагностики

Уровень представления (уровень диагностики/управления системой). Это уровень АРМа сменного инженера. Он выполняет следующие функции:

· сбор диагностической информации с других уровней локального компьютера;

· сбор диагностической информации со всех компьютеров локальной сети; диагностика локальной сети, а также устройств локальной сети, не диагностируемых на других уровнях (концентраторы ЛВС, кабели и т. п.);

· управление работой системы: запуск и останов программного обеспечения, подготовка к выключению и перезапуск компьютеров;

· просмотр параметров работы системы и сигнализация текущих неисправностей;

· сохранение, просмотр и печать журнала работы системы.

На каждом компьютере ядром сбора и хранения диагностической информации является служба локальной диагностики (уровень служб локальной диагностики). Для получения диагностической информации это программное обеспечение использует различные механизмы: активный (прямой) опрос драйверов устройств и пассивный сбор данных. При прямом опросе служба локальной диагностики с определенной, зависящей от типа устройства периодичностью опрашивает его драйвер. Механизм и частота запросов определяются типом устройства, построением его драйвера и структурой, получаемой от него диагностической информации. При пассивном же сборе данных диагностируемые программы самостоятельно передают блоки диагностической информации службе локальной диагностики для хранения и передачи на следующие уровни [6,7].

В АС УВД основной средой, объединяющей различные компьютеры системы, является локальная вычислительная сеть. Верхний уровень работы ЛВС является уровнем диагностики и управления системой. Все основные задачи процесса обработки собранных данных диагностики решаются, как правило, программным обеспечением АРМа сменного инженера (АРМ инженера ЛАЗа).



Рисунок 1.2 - Примерный вид экрана АРМа инженера АС УВД «Альфа»

В целях решения задач диагностики локальных сетей на АРМ инженера ЛАЗа возложены следующие функции:

· сбор диагностической информации с компьютеров, входящих в локальную сеть;

· обработка и анализ полученных диагностических данных; визуальная и звуковая сигнализация обнаруженных неисправностей;

· сохранение, просмотр и печать журнала работы оборудования, входящего в состав локальной сети.

АРМ инженера ЛАЗа осуществляет сбор диагностической информации о компьютерах, входящих в локальную сеть, посредством периодического опроса служб локальной диагностики, установленных на каждом компьютере. На основе собранных диагностических данных о работе цепочек передачи данных всех доступных локальных сетей строится карта работоспособности элементов ЛВС. Если в сети обнаружены неисправности, то включается звуковая и визуальная сигнализация и делается запись в журнале работы системы.

Вид экрана АРМа инженера АС УВД «Альфа» показан на рисунке 1.2.

Программное обеспечение АРМа сменного инженера выполняется на одном из компьютеров системы. Это может быть отдельная рабочая станция сменного инженера либо один из серверов системы. В последнем случае АРМ работает одновременно с другим программным обеспечением.

1.3 Справочно-информационная подсистема

Справочно-информационная подсистема (СИП) предназначена для ввода, хранения, корректировки, поиска и отображения на автономных (или совмещенных) дисплеях справочной информации, необходимой для диспетчерского и обслуживающего персонала. Причем предоставляемая информация должна обладать отличной читабельностью, простотой и доступностью интерфейса, а также оперативностью [6].

Основные задачи, которые решает СИП, таковы:

· ввод, хранение и корректировка справочной информации;

· предоставление справочной информации на рабочих местах (АРМах);

· сопряжение с другими системами и комплексами по оговоренным протоколам взаимодействия для обмена информацией.

В общем виде структурная схема СИП представлена рисунке 1.3.



Рисунок 1.3 - Структурная схема справочно-информационной подсистемы

СИП состоит из двух основных частей: серверная часть и рабочие места.

Серверы СИП предназначены для ввода, хранения и выдачи на рабочие места справочной информации.

Рабочие места СИП предназначены для отображения информации, размещенной в информационной базе.

Ввод и коррекция данных информационной базы СИП осуществляются с серверов, а также с рабочих мест, где предусмотрен ввод данных. Изменения в информационной базе СИП могут производиться либо вручную - путем ввода текстовой, графической и табличной информации, либо автоматически - по оговоренным протоколам взаимодействия с другими комплексами и средствами.

Стандартная СИП имеет в своем составе два сервера. Оба сервера могут быть использованы для ввода данных в информационную базу. При вводе данных на любом из серверов информация автоматически заносится не только в свою, но одновременно и в информационную базу другого сервера. Информационная база на обоих серверах всегда имеет одинаковую структуру и содержание. Соответственно, в любой момент времени имеются два независимых источника получения информационной базы -- от первого сервера и от второго. Таким образом, обеспечивается горячее резервирование информационной базы путем ее дублирования на двух серверах [3,6,7].

Серверы СИП имеют следующие функциональные возможности:

· обеспечение горячего резервирования информационной базы;

· создание резервных копий информационной базы;

· ввод, изменение и удаление данных информационной базы;

· корректировка структуры информационной базы;

· импорт данных в информационную базу в оговоренном формате;

· распечатка данных информационной базы;

· ведение, просмотр и распечатка журнала работы;

· диагностика работоспособности всех рабочих мест;

· обмен информацией с внешними источниками/реципиентами по оговоренным протоколам взаимодействия.

Рабочие места СИП обладают следующими функциональными возможностями:

· отображение информационной базы;

· сигнализация об изменении информации в информационной базе.

Рабочие места СИП с возможностью ввода данных обладают следующими функциональными возможностями:

· отображение информационной базы;

· сигнализация об изменении информации в информационной базе;

· коррекция данных в разрешенных разделах информационной базы.

Информация, предоставляемая СИП, должна полностью удовлетворять разнообразным потребностям пользователей в информационном обеспечении. Некоторые разделы информационной базы являются общими для любых служб УВД (например, основные документы по УВД - НПП ГА, табель сообщений и т. д.), другие разделы относятся к специфичным и подлежат заполнению по месту установки (например, ИПП в РА, различные навигационные схемы и др.). Можно определить лишь основные разделы, на базе которых будет построена информационная база [8].

Информационная база СИП построена по иерархическому принципу и может содержать следующие типы данных: текстовые данные; графические данные; табличные данные.

Основные разделы информационной базы, как правило, имеют описанный ниже состав.

Раздел «УВД» предназначен для хранения справочной информации, необходимой для работы диспетчерского персонала РЦ ЕС ОрВД. В этом разделе хранится такая информация, как НПП ГА, ИПП, карты и схемы.

Раздел «Навигация» предназначен для хранения справочной информации, относящейся к навигационным расчетам.

Раздел «Справочники» служит для хранения информации в виде структурированных электронных справочников. В данном разделе хранится следующая информация: справочники по типам воздушных судов, по аэропортам, телефонный справочник, справочник по авиакомпаниям.

Раздел «Внутренние документы» предназначен для хранения документов, инструкций и актов местного характера.

Раздел «РТС» предназначен для хранения справочной информации службы эксплуатации радиотехнических средств.

Раздел «Руководство пользователя» предназначен для хранения справочной информации, касающейся инструкций по применению различных средств.

Раздел «Метеоинформация» предназначен для хранения текстовой и графической метеорологической информации. В разделе хранятся данные о фактической погоде (фактическая погода по аэродромам), прогнозы (прогнозы по аэродромам), штормовые предупреждения (AIRMET, SIGMET), данные о ветре (ветровые режимы), о погоде по аэродромам (метеорологические данные, сгруппированные по аэродромам).

Раздел «Режимы и ограничения» предназначен для хранения информации о режимах и ограничениях, действующих на текущий момент времени.

Раздел «Доска объявлений» предназначен для хранения произвольной текстовой информации.

В подсистеме обычно предусматривается возможность ввода новых разделов и подразделов, а также изменения их содержательной части.

2. Документирование информации

2.1 Назначение аппаратуры документирования

Под документированием информации понимают ее запись и сохранение в течение некоторого интервала времени, дающие возможность ее последующего воспроизведения в первоначальном виде, а также необходимой обработки.

Подобную задачу выполняют бортовые многоканальные регистраторы параметров полета (например, типа МСРП), которые известны под названием "черных ящиков". Системы документирования, используемые при управлении воздушным движением, значительно превосходят по своим характеристикам бортовые самописцы. Они позволяют воспроизвести динамическую картину воздушной обстановки в том виде, в котором ее наблюдал диспетчер, его действия, команды и переговоры с экипажем ВС, а также параметры, характеризующие работу систем наблюдения, связи, управления и другого оборудования [9].

Многократное воспроизведение и обработка документированной информации позволяют производить подробный анализ процесса УВД. Это особенно важно при расследовании летных происшествий (ЛП), когда необходимы объективные данные о том, как развивалась ситуация, какие команды отдавались диспетчером, как на них реагировал и что докладывал экипаж воздушного судна, и т. д. При этом желательно видеть воздушную обстановку в зоне УВД как непосредственно на момент происшествия, так и в динамике. Вся информация должна быть объективной, т. е. поступать из источника, независимого от непосредственных участников событий.

Основой организации объективного контроля является документирование - регистрация информации с привязкой ко времени [10].

Кроме расследования инцидентов и происшествий объективный контроль необходим для периодической проверки квалификации диспетчерского состава, ибо запись позволяет оценить действия диспетчера в конкретной ситуации.

Первым предметом документирования были переговоры диспетчера с экипажами воздушных судов по радиосвязи, а также переговоры диспетчера со смежными пунктами и центрами УВД по внутрицентровым и междугородним линиям наземной связи. Аналоговая аппаратура для многоканальной записи речевой информации на магнитную ленту появилась несколько десятилетий назад. С развитием цифровых систем обработки радиолокационной информации и отображения воздушной обстановки, с переходом на запись регистрируемых сигналов в цифровой форме появилась возможность документировать также радиолокационную обстановку и пультовые операции. К этому следует добавить, что в плановых и метеорологических подсистемах современных АС УВД также предусмотрено архивирование информации.

В настоящее время нормативными документами предусмотрено хранение записанной речевой и радиолокационной информации в течение 14 суток [8, 9].

Особенностью аппаратуры документирования является необходимость записи одновременно большого числа источников (от 16 до 64, в некоторых случаях до 100-250). При этом необходимо обеспечить привязку каждого источника к единой временной шкале и синхронность между различными видами записываемой информации (речевой, радиолокационной и т. д.).

2.2 Структура и характеристики системы

Запись нескольких десятков каналов речевой информации и локационных данных в цифровой форме требует применения устройства хранения данных большого объема.

Современные устройства хранения данных можно классифицировать по нескольким признакам:

по способу записи:

· магнитные;

· магнитооптические;

· оптические;

по способу доступа к данным:

· с последовательным доступом;

· с произвольным доступом;

по конструкции носителя информации:

· со сменным носителем;

· с постоянным носителем.

Кроме того, различаются устройства с одно- и многократной записью.

В настоящее время наиболее часто применяются следующие устройства:

· жесткие диски (магнитные с произвольным доступом, с постоянным носителем);

· накопители на магнитной ленте - стриммеры (магнитные с последовательным доступом, со сменным носителем);

· накопители на магнитооптических дисках (магнитооптические с произвольным доступом, со сменным носителем);

· накопители на CD и DVD (оптические с произвольным доступом, со сменным носителем).

Особенностью аппаратуры документирования является необходимость опечатывания (ареста) записанной информации. Данная процедура применяется при возникновении происшествия, когда необходимо обеспечить сохранность записи от умышленного или непреднамеренного уничтожения (стирания). Возможны два механизма опечатывания: непосредственно носителя, на который записывалась информация, или изготовление специальной копии записи. Очевидно, что первый способ требует применения устройства хранения со сменным носителем информации. Второй способ позволяет применять любое устройство хранения данных, однако очевидно, что извлечение носителя надежнее, чем изготовление копии данных. Кроме того, возникает необходимость в дополнительном устройстве со сменным носителем [7,9].

Каждый вид устройств обладает своими достоинствами и недостатками.

Жесткие диски имеют большой объем (достаточный для хранения записи за несколько суток), очень малое время доступа к информации и высокую надежность. В то же время опечатывание данных требует применения дополнительного устройства, на которое копируется нужный участок записи. Весьма перспективной является технология сменных жестких дисков, которая позволяет производить опечатывание носителя целиком. Ее недостатком является высокая стоимость самого диска, однако емкость выпускаемых устройств постоянно растет и удельная стоимость единицы хранения информации снижается, поэтому для обеспечения требований по срокам хранения информации достаточно иметь лишь несколько дисков.

Накопители на магнитной ленте широко применяются в цифровых магнитофонах. Эти устройства имеют объем, достаточный для хранения одних-двух суток записи. Сменный носитель обеспечивает удобную процедуру опечатывания. Компактность и невысокая цена позволяют использовать в одном центре УВД большое количество носителей и увеличить срок хранения записей. Существенным недостатком магнитной ленты является последовательный доступ к информации и, как следствие, -- большое время поиска (порядка одной минуты) и считывания данных. Кроме того, срок службы носителя ограничен.

Устройства на магнитооптических дисках сочетают основное достоинство жестких дисков -- малое время доступа к информации -- с наличием сменного носителя и его слабой подверженностью внешним воздействиям. К сожалению, магнитооптические диски обладают малым объемом, поэтому их можно применять только в малоканальных (8-16 каналов) устройствах.

Накопители CD и DVD удобны для создания архивов и долговременного хранения информации, но малопригодны для записи в реальном масштабе времени.

Вся информация в цифровом магнитофоне в процессе записи проходит по маршруту «устройство ввода - устройство чтения/записи (накопитель) - устройство хранения (носитель)», а в процессе воспроизведения - по маршруту «устройство хранения (носитель) - устройство чтения/записи (накопитель) - устройство ввода».

Современные цифровые магнитофоны включают следующие основные устройства (рисунок 2.1):

· блок ввода (оцифровки) аналоговых сигналов и/или блок интерфейсов с цифровыми линиями связи (Е1 или ISDN);

· накопитель информации со сменными носителями или стационарный накопитель с дополнительным устройством опечатывания записи;

· акустическую систему для прослушивания записываемой и воспроизведения записанной информации;

· устройство индикации и управления;

· процессорный модуль.

цифровой программный аппаратный

Рисунок 2.1 - Структурная схема аппаратуры записи

Процессорный модуль, как правило, строится на базе стандартных средств вычислительной техники (в промышленном исполнении). В его функции входят прием от устройства ввода оцифрованной речевой информации, ее обработка и запись на накопитель, отображение состояния магнитофона на устройстве индикации, а также прием и отработка команд пользователя.

В качестве устройства индикации и управления применяется либо небольшой монитор с размером экрана 3-6 дюймов в сочетании со специальной функциональной клавиатурой (например, клавиши «включить запись», «прослушивание канала», «воспроизведение» и т. д.), либо полноразмерный (15-17 дюймов) монитор со стандартной клавиатурой и манипулятором «мышь». В первом случае монитор, спецклавиатура и накопитель конструктивно объединены с процессорным блоком, во втором монитор и клавиатура располагаются отдельно.

Как правило, комплект, состоящий из блока ввода и процессорного модуля с накопителем, дублируется. Оба комплекта, акустическая система и устройство индикации и управления помещаются в единую стойку.

Для воспроизведения записанной информации со сменного носителя используется один из комплектов или дополнительный (третий) модуль, специально предназначенный для расшифровки (воспроизведения) записей.

2.3 Работа аппаратуры

Цифровая форма хранения речевой информации обладает рядом достоинств: независимость данных от устройства хранения, возможность копирования информации без потерь, возможность применения различных методов обработки (частотные фильтры, очистка от шумов и т. д.), возможность сжатия.

Объектами записи могут быть как цифровые источники (например, цифровая линия наземной связи), так и аналоговые (например, выхода приемника радиостанции). Во втором случае возникает необходимость аналого-цифрового преобразования.

Модуль ввода аналоговой речевой информации состоит из двух частей -- устройства согласования с линией связи, обеспечивающего гальваническую развязку и согласование уровней сигналов (входной сигнал должен попадать в динамический диапазон кодека), и устройства кодирования (оцифровки), преобразующего сигнал в цифровой код.

Оба устройства могут быть конструктивно объединены в одно целое с процессорным блоком (в виде установленных внутри него плат) или выполнены как отдельные блоки, в этом случае устройство оцифровки и процессорный блок соединяются внешней высокоскоростной шиной.

Сжатие информации производится либо процессорным модулем, тогда с блока кодирования поступает сигнал в виде ИКМ, либо непосредственно в самом блоке кодирования. Кодирование в процессорном модуле позволяет использовать различные алгоритмы для разных каналов, например, применять для более важных каналов алгоритмы с меньшей степенью сжатия, а для второстепенных - с большей.

Радиолокационная информация может поступать непосредственно с выхода аппаратуры первичной обработки радиолокатора или с АС УВД. Второй вариант предпочтительнее, так как в этом случае документируется не сигнал с радиолокатора, а информация, поступающая непосредственно к диспетчеру, что принципиально, поскольку при определении правильности действий диспетчера важно знать, что он видел на рабочем месте.

Кроме радиолокационной информации АС УВД может предоставлять для записи данные о своем функционировании: произведенные пультовые операции, протоколы работы, различную дополнительную информацию, циркулирующую в системе.

Взаимодействие между аппаратурой документирования и АС УВД осуществляется, как правило, по локальной вычислительной сети.

Для воспроизведения записанной информации со сменного носителя используется один из комплектов записи или дополнительный (третий) модуль, специально предназначенный для расшифровки (воспроизведения) записей. Применение дополнительного модуля является более рациональным, так как:

· прослушивание информации на модуле записи ограничивает его возможности как резервного;

· доступ персонала в помещение, где установлены магнитофоны, целесообразно жестко ограничивать по соображениям безопасности;

· появляется возможность предоставления дополнительных сервисных функций.

Воспроизведение записанной информации может преследовать две разные цели; расшифровка речевых записей для изготовления текстовой формы и воспроизведение ситуации, т. е. просмотр радиолокационной и других видов информации, полученной от АС УВД, с синхронным прослушиванием выбранных голосовых каналов. В последнем случае желательно, чтобы экран аппаратуры документирования максимально точно воспроизводил экран рабочего места соответствующего диспетчерского пункта [3, 10].

При расшифровке записей предоставляются следующие сервисные функции:

· текстовый редактор;

· поиск участка по времени или по сделанной в процессе записи метке;

· произвольное позиционирование в пределах объема всего носителя, автоматический переход в начало и конец носителя;

· графическое отображение участка записи с указанием наличия или отсутствия полезного (речевого) сигнала;

· повторение последних 10-20 секунд записи; циклическое воспроизведение выбранного участка записи;

· изготовление фрагмента (копии участка записи) для продолжительной работы с ним;

· регулирование амплитудно-частотной характеристики воспроизводимого сигнала.

Так как задокументированная информация может быть использована при разборе летных происшествий и для оценки профессиональной пригодности персонала, важно обеспечить защиту аппаратуры документирования от несанкционированного доступа. Для этого вводится система уровней доступа и идентификации обслуживающего персонала.

Как правило, применяются три уровня доступа:

· гость, какие-либо управляющие воздействия запрещены;

· оператор, можно включать/выключать систему, включать/выключать запись, устанавливать и снимать сменные носители;

· администратор, обладает правами оператора, а также имеет возможность изменять конфигурацию системы.

Для разграничения доступа используется система регистрации, когда для совершения каких-либо действий требуется предварительно ввести личный или групповой идентификатор и соответствующий пароль. При этом производится фиксация каждого входа в систему с указанием пароля и времени.

3. Тренажер

3.1 Структура и характеристики тренажеров

Диспетчерские тренажеры предназначены для профессиональной подготовки диспетчерского состава на всех пунктах УВД. Тренажеры обеспечивают индивидуальную и комплексную тренировку диспетчеров службы движения, позволяют отрабатывать действия в аварийных ситуациях, повторять тренировку необходимое количество раз, гибко изменять интенсивность тренировок, создавая максимально возможную загрузку для испытуемого.

Тренажер предназначен для применения в учебных центрах и на предприятиях УВД, имеющих лицензии для обучения диспетчеров.

Диспетчерский тренажер-это эффективное средство выработки практических навыков контроля ВО и принятия решений при УВД. Высокому качеству современных диспетчерских тренажеров способствует ряд обстоятельств. Единообразие аппаратных и программных вычислительных средств АС УВД и тренажеров позволяете максимальной подробностью воспроизвести рабочее место диспетчера и имитировать обстановку в воздушном пространстве. К существенным достоинствам тренажеров относится возможность воспроизведения особых случаев, аварийных, конфликтных и иных опасных ситуаций, а также их повтор. Анализируя результаты, можно сформировать представительные статистики, которые невозможно получить в реальных условиях по соображениям безопасности. В результате можно рассчитывать характеристики загрузки диспетчера и оценить уровень безопасности в конкретных условиях.

Рассматриваемый тренажер использует идеологию «гибких» информационных технологий, позволяющих обеспечить максимальное разнообразие программ и их адекватность реальной обстановке в воздушном пространстве. Такие возможности предоставляются современными вычислительными средствами. Однако при реализации этих возможностей необходимо учитывать ряд ограничений техни¬ко-эксплуатационного и экономического характера [10].

Таблица 3.1 - Функции и параметры диспетчерских тренажеров

№п/п	Функции	Параметры
1	Моделируемая область воздушного пространства: · в горизонтальной плоскости · в вертикальной плоскости	Не менее 400 х 400 км Не менее 30000 м
2	Моделируемый сектор УВД	Любой в районе аэродрома, РЦ, МДП
3	Переход на давление аэродрома · моделирование изменения высоты перехода · моделирование изменения высоты перехода
4	Учет характеристик антенн РЛС
5	Учет эффективной отражающей
6	Учет зон видимости РЛС
7	Наличие моделируемых сообщений пилота для передачи обучаемому
8	Количество аэродромов	Не менее 1
9	Количество типов ВС	Не менее 5
10	Количество одновременно имитируемых ВС	Не менее 10
11	Метеоусловиям: · ветер по слоям · облачность
12	Аварии в РЛС
13	Аварии в самолетных ответчиках
14	Аварии в средствах радиосвязи
15	Работа в режиме пилот-оператор-диспетчер
16	Учет ЛТХ ВС при моделировании ВД: · учет зависимости скорость-высота · диапазон возможных скоростей полета, отрыва и посадки · допустимые углы крена · зависимость скорости разворота от скорости полета и угла крена · задание наклона траектории при наборе высоты и снижении
17	Возможности имитации полета ВС: · полет по заранее заданной траектории · перевод ВС на другую траекторию · полет по командам пилота-оператора · возврат ВС на заранее заданную траекторию · имитация стандартных маневров, таких как полет в зоне ожидания и уход на второй круг
Продолжение таблицы 3.1
18	Имитация полета вертолета
19	Возможность установки районов грозовой активности
20	Наличие текущей информации по ВС, находящимся на управлении: · курс · азимут · дальность · текущая высота · заданная высота
21	Имитация особых случаев в полете
22	Оперативный ввод дополнительных ВС в процессе упражнения
23	Запись и воспроизведение хода упражнения
24	Наличие автономной системы ввода параметров: · построение описания траекторий · подготовка карт · ЛТХ ВС · навигационные точки · схемы захода на посадку
25	Наличие технической документации: руководство оператора руководство пользователя руководство по вводу параметров упражнений

Для повышения надежности, упрощения техобслуживания и сокращения финансовых затрат в течение срока службы тренажеры ориентированы на максимальное использование стандартных аппаратных и программных средств.

Вычислительный комплекс тренажеров базируется на персональных компьютерах, объединенных в локальную сеть. Программное обеспечение построено на промышленных операционных системах Windows и Unix, на алгоритмических языках С и C++ и использует многооконный графический интерфейс, что гарантирует высокую пригодность, надежность и хорошие эксплуатационные показатели тренажера. Конструкция и интерфейс тренажера соответствуют действующим системам отображения воздушной обстановки, и АС УВД в целом. Ядро тренажеров базируется на технологиях УВД, отвечающих российским стандартам, а также стандартам ИКАО и соответствует федеральным требованиям к тренажерам, используемым в центрах УВД для обучения диспетчеров. Согласно ГОСТ 28304-89, тренажеры должны удовлетворять требованиям, перечисленным в таблице 3.1 [8, 9, 10].

В минимальной конфигурации тренажер состоит из рабочего места диспетчера и рабочего места инструктора. Для гибкой настройки и взаимозаменяемости рабочие места инструкторов и диспетчеров поставляются с идентичным программным обеспечением. Программное обеспечение тренажеров делится на несколько подсистем:

· модуль создания и редактирования зон УВД;

· модуль подготовки упражнений;

· модуль настройки и конфигурации рабочих мест;

· тренажерный модуль и модуль связи.

Модуль создания и редактирования зон УВД предназначен для создания новых зон, внесения изменений в параметры существующих зон, ввода картографии, описания характеристик пунктов, участков, границ и маршрутов. Таким образом, редактор позволяет составить описание всех типов зон УВД: РЦ, Подхода, Круга, Старта, Руления, КДП и МДП, а также схем аэродромов.

При помощи модуля подготовки упражнений вводятся план полетов, метеоусловия, тактико-технические данные ВС. Планируются особые случаи в полете, отказы средств радиосвязи, пропадание локационной и пеленгационной информации. Программное обеспечение позволяет генерировать упражнения любого уровня сложности как для опытных диспетчеров, так и для проходящих первоначальное обучение.

Модулем настройки и конфигурации рабочих мест задается количество используемых компьютеров, указывается тип запускаемого программного обеспечения, настраиваются зоны управления, каналы радиосвязи. При помощи этого модуля осуществляются запуск тренажера и просмотр видеоинформации.

Тренажерный модуль занимается обработкой и отображением динамики полета ВС, метеоинформации, организацией каналов связи, записью звуковой и видеоинформации.

Максимальное количество одновременно работающих комплектов зависит от пропускной способности сети. Например, тренажер «Эксперт» поддерживает 50 комплектов, работающих в одной сети.

Эффективность тренажера определяется не только объемом положительных навыков, полученных в результате тренировок. Она снижается, если у обучаемого появляются так называемые отрицательные навыки, проявляющиеся в неадекватном реагировании на имитируемую ситуацию. Можно отметить по крайней мере две причины. Первая состоит в неточности и неполноте описания воздушной обстановки и динамики ее изменения. Вторая причина кроется в способности обучаемого «разгадывать» сценарий тренировочного упражнения, в особенности тогда, когда он повторяется неоднократно. В связи с этим при разработке математического обеспечения тренажера следует достаточно скрупулезно воспроизводить объективные закономерности динамики изменения ВО, а при создании сценариев упражнений предусматривать разнообразие вариантов. Программное обеспечение тренажеров имеет гибкие настройки и позволяет оперативно менять конфигурацию модулей. В зависимости от потребностей тренировки на любом модуле можно запустить необходимое программное обеспечение. Например, при наличии шести модулей возможны следующие варианты использования тренажера [7,8]:

· три диспетчера-три инструктора (пилота-оператора);

· три диспетчера - два инструктора (при тренировке начинающих диспетчеров);

· один диспетчер - два-три инструктора (для создания максимальной интенсивности полетов и загруженности диспетчера);

· три группы один диспетчер - один инструктор.

Главное различие современных тренажеров - возможность для инструктора (пилота-оператора) управлять не отдельным самолетом, а группой ВС одновременно. Причем инструкторы могут управлять воздушной обстановкой, разделяя ее как по зонам ответственности, так и по группам ВС.

Тренажерный модуль состоит из программного обеспечения сервера, мест инструкторов, пилотов-операторов и диспетчеров. Вычислительный комплекс позволяет обрабатывать более 300 ВС в одном упражнении.

Внешний вид рабочих мест диспетчеров и инструкторов соответствует действующим системам УВД. Интерфейс обладает необходимыми сервисными функциями, такими как измерители, векторы прогнозов, настройка картографии, настройка формуляров, просмотр плана полетов, фактической и прогнозируемой погоды.

Современные диспетчерские тренажеры позволяют проводить комплексные и индивидуальные тренировки на рабочих местах РЦ, Подхода, Круга, Старта, Руления, КДП, МДП, АДП и Посадки.

В качестве примера можно привести тренажер «Эксперт», разработанный фирмой «ЧИТА». Тренажер имитирует возможности аппаратуры отображения «Норд» и АС УВД «Альфа», особенности конкретных радиотехнических средств. Он включает:

· рабочее место диспетчера радиолокационного контроля (представление радиолокационной - цифровой и аналоговой - информации, пеленгацион- ной информации, картографии, плановой и метеорологической информации);

· рабочее место инструктора - пилота-оператора;

· блок генерации структуры воздушного пространства;

· блок подготовки упражнений.

Рабочее место диспетчера радиолокационного контроля использует интерфейс реальной автоматизированной системы УВД и предназначено для отработки всего комплекса технологических операций для диспетчерских пунктов РЦ, подхода, круга. Пользовательский интерфейс-многооконный, что позволяет на одном мониторе просматривать в разных окнах:

· радиолокационную информацию в цифровом (формуляры сопровождения) и аналоговом (имитация круговой развертки) виде и информацию от радиопеленгатора о воздушной обстановке - в нескольких окнах одновременно;

...