Размещено на http://www.allbest.ru

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний транспортний університет

ЧЕРЕДНІЧЕНКО Юрій Анатолійович

УДК 656.7.052

РОЗРОБКА МЕТОДІВ АНАЛІЗУ ТА ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ СТІЙКОСТІ АЕРОНАВІГАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ УКРАЇНИ

Спеціальність 05.22.01 - Транспортні системи

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному транспортному університеті Міністерства освіти і науки України, м. Київ.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

ДЕМ'ЯНЧУК Вільгельм Степанович,

Національний транспортний університет, професор.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

БЄЛЯЄВСЬКИЙ Леонід Степанович, заслужений діяч науки і техніки, лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки, Національний транспортний університет, професор.

кандидат технічних наук,

ЛУПАНДІН Михайло Вікторович,

Національний авіаційний університет, завідувач науково-дослідною лабораторією.

Провідна установа: Національна академія оборони України

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного Транспортного університету за адресою: 01103, Україна, м. Київ, вул. Кіквідзе, 42.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

к.т.н., доцент О.П.Дзюба

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У складі єдиної транспортної системи України важливе місце належить авіаційному транспорту, значення якого у світі та у нашій державі зростає. Необхідною складовою авіаційного транспорту є аеронавігаційна система (АНС), призначена для високоефективного забезпечення польотів. стійкість аеронавігаційний статистичний

АНС України являє собою складну організаційно-технічну систему, яка завдяки використанню спеціальних технічних засобів забезпечує організацію повітряного руху у відповідності з вимогами безпеки, регулярності, безперервності та економічності. Виконання цих вимог при значній інтенсивності та щільності польотів, несприятливих погодних умовах, при можливих відмовах засобів аеронавігації являє собою складну задачу, вирішенням якої займаються авіатори протягом всієї історії авіації.

Дослідження питань підвищення ефективності складних транспортних систем пов'язане з іменами відомих вчених: Т.Г.Анодіної, П.М.Аніщенка, О.О. Бакаєва, Л.С.Беляєвського, М.П.Бусленка, В.С.Дем'янчука, В.О.Ігнатова, В.В. Калашнікова, І.М.Коваленка, Г.О.Крижанівського, О.І.Кухтенка, Ю.С. Лігума, В.І.Мокшанова, Г.О.Пахолкова, В.І.Савицького, В.П.Харченка, Ю.М. Федорова, Ю.М. Цвєтова та ін.

Аеронавігаційна система функціонує в умовах постійного впливу ряду дестабілізуючих факторів. Проблема забезпечення стійкості АНС у таких умовах відносно стану забезпечуваних нею показників безпеки, регулярності, безперервності, пропускної здатності, економічності тощо залишається недостатньо вирішеною і має як наукове, так і практичне значення. Тому ця проблема актуальна. Питання оцінки, аналізу, прогнозування та підвищення ефективності АНС, не зважаючи на роботи багатьох авторів, вимагають подальших досліджень. При вирішенні цих задач повинні більш широко використовуватись методи моделювання (в тому числі аналітичного) процесів та систем організації повітряного руху, які до цього часу розвинуті недостатньо і є предметом досліджень автора.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами досліджень. Провайдером аеронавігаційних послуг в Україні є Державне підприємство обслуговування повітряного руху (Украерорух), де протягом багатьох років працює автор.

Роботи, які складають основу дисертації, проводяться у зв'язку з участю Украероруху в реалізації Програми розбудови державної системи використання повітряного простору України на 2002-2006 роки, Державної комплексної програми розвитку транспортно-дорожнього комплексу України на 2002-2004 роки, Державної комплексної програми розвитку авіаційного транспорту до 2010 року, Концепції розвитку транспортно-дорожнього комплексу України на середньостроковий та довгостроковий періоди до 2020 року, Концепції розвитку цивільної авіації України. Дослідження проводились також в плані держбюджетних науково-дослідних робіт Національного авіаційного університету (НДР №985 - Х 2000 "Обгрунтування переліку нормативних документів з експлуатації радіотехнічних засобів обслуговування повітряного руху України та розробка документа "Правила зв'язку в цивільній авіації України", номер державної реєстрації 1001/8322 від 31.10.2003р. в Міністерстві юстиції України та НДР 011ДБ01 за 2003р., "Дослідження механізмів деградації в матеріалах, структурах та комплентуючих виробах радіотехнічних приладів авіакосмічної техніки і розробка заходів запобіганню відмов та несправностей. Розробка пропозицій щодо проектування та підтримки експлуатаційної надійності складних систем з стохастичною структурою функціонування", номер державної реєстрації 0101 U 002730).

Мета і задачі дисертаційної роботи. Мета роботи полягає в розробці методів забезпечення стійкості та ефективності АНС України, її неухильного розвитку у відповідності з потребами держави, сучасними вимогами міжнародних авіаційних організацій ІКАО, Євроконтролю, ЕКЦА та ІАТА. Українська АНС - частина загальноєвропейської, тому концепція “Єдиного Європейського неба”, розроблена Європейською конференцією цивільної авіації, актуальна для України. Інтеграція в європейський повітряний простір вимагає подальшого гармонійного розвитку АНС України, що в свою чергу вимагає наукового вирішення багатьох питань підвищення її ефективності.

У процесі досліджень передбачався розгляд наступних задач:

розробка теоретичних питань та визначення критеріїв стійкості АНС;

розробка аналітико-статистичних моделей функціонування АНС для аналізу та прогнозування показників її роботи;

розробка та впровадження практичних заходів щодо забезпечення стійкого функціонування та перспективного розвитку АНС України.

Об'єкт досліджень: аеронавігаційна система України та її складові.

Предмет досліджень: процеси стійкого функціонування АНС.

Методи досліджень. У роботі використовуються методи системного аналізу, аналітико-статистичне моделювання процесів функціонування АНС, методи теорії ймовірностей та випадкових процесів, практичний досвід.

Наукова новизна отриманих результатів.

Вперше:

- було введено поняття стійкості АНС України як системи організаційно-технічного типу, дано теоретичне обґрунтування цього поняття, введені та проаналізовані критерії стійкого функціонування АНС;

розроблені аналітико-статистичні моделі функціонування АНС, які дозволяють досліджувати стійкість функціонування АНС прогнозувати та визначати методи та шляхи її сталого функціонування.

Знайшли подальший розвиток практичні кроки стійкого перспективного розвитку АНС України.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що в процесі виконання роботи та практичної діяльності:

розроблені аналітико-статистичні моделі, які використовуються при аналізі діяльності органів організації повітряного руху;

розроблені та успішно реалізуються програма та перспективний план забезпечення стійкого функціонування АНС України;

розроблено ряд нормативних документів, що сприяють сталому функціонуванню АНС України (наприклад, Правила авіаційного електрозв'язку в цивільній авіації України (ПЗ ЦА - 2003). - К.: Міністерство транспорту України, 2003. - 131с.);

впроваджено в експлуатацію ряд сучасних технічних засобів та систем (моноімпульсних вторинних радіолокаторів, систем ближньої навігації, що забезпечило можливість використання зональної навігації, автоматизованих систем керування повітряним рухом в Борисполі, Донецьку, Дніпропетровську, Львові, Одесі, Сімферополі, Харкові та ін.), реалізовано проект впровадження скорочених мінімумів ешелонування ПС, розроблені за участю автора правила польотів ПС, протягом багатьох років під керівництвом автора забезпечувалось стійке функціонування реґіонального структурного підрозділу Украероруху - Київцентраеро та підприємства в цілому. Розроблені за участю автора та впроваджені в цивільній авіації "Правила авіаційного електрозв'язку в цивільній авіації України" (ПЗЦА - 2003), зареєстровані в Міністерстві юстиції України та впроваджені в дію Наказом Міністра транспорту України №736 від 23.09.2003. - К.: Міністерство транспорту 2003. - 131с.

Особистий внесок здобувача. Основні результати роботи одержані особисто автором. Роботи, пов'язані з впровадженням та використанням ряду перспективних технологій та технічних засобів, що сприяють підвищенню стійкості АНС, виконувались під керівництвом або при безпосередній участі автора.

У роботах, надрукованих у співавторстві [3,7,8], автору дисертації належать розробка моделей та їх вирішення, в той час як постановка задач належить обом співавторам.

Апробація результатів

Основні положення і результати досліджень по темі дисертації доповідались та обговорювались на:

Міжнародній науково-технічній конференції “Авіа-2003” (Київ: НАУ, 2003 р.);

ІІІ-й науково-технічній конференції “Застосування глобальної аеронавігаційної супутникової системи GNSS в Україні” (Харків: Національний аерокосмічний університет, 2002 р.);

Науково-технічній конференції “Сучасні інформаційні технології в управлінні та професійній підготовці операторів складних систем” (Кіровоград, ДЛАЦА, 2003);

Міжнародному науково-технічному семінарі з безпеки польотів та організаційної досконалості систем обслуговування повітряного руху (Київ: НАУ, 2003 р.);

Науково-технічному семінарі кафедр “Аеропорти” та "Транспортні системи і маркетинг" Національного транспортного університету (Київ, 2004 р.).

Публікації. Результати наукових досліджень автора опубліковані у 7 статтях фахових збірників наукових праць [1-7] (з яких 3 індивідуально), та у тезах науково-технічної конференції [8].

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку літератури з 118 найменувань. Робота викладена на 200 сторінках тексту, містить 28 рисунків та 8 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтовується актуальність проблеми забезпечення стійкості функціонування АНС України в умовах дії ряду дестабілізуючих факторів політичного, економічного, природнього, технічного характеру, сформульовані мета і основні задачі досліджень, їх наукова новизна і практична значимість.

У першому розділі - “Особливості аеронавігаційної системи” - аналізується об'єкт досліджень як складова авіаційної транспортної системи, а також структура та особливості функціонування компонентів АНС. Аналізуються основні вимоги до АНС.

Аеронавігаціна система - це сукупність організацій, персоналу, інфраструктури, обладнання, процедур, правил та інформації, які використовуються для надання аеронавігаційного обслуговування користувачам повітряного простору з метою забезпечення безпеки та регулярності польотів ПС і ефективності аеронавігації.

Аеронавігаційна система являє собою складну, розгалужену систему організаційно-технічного типу, яка здійснює виробничо-економічну діяльність. Ця система в межах нашої держави забезпечує надання аеронавігаційних послуг всім транспортним повітряним суднам, що знаходяться в повітряному просторі України.

Протягом всіх років існування незалежної України її АНС успішно виконує покладені на неї завдання з точок зору забезпечення високих рівнів безпеки, безперервності, регулярності та економічності польотів. Але за ці роки змінилися умови польотів у світі, відчувається моральна та технічна зношеність засобів АНС, які вимагають оновлення, зросли вимоги до аеронавігаційного забезпечення. Підприємство Украерорух, яке є провайдером аеронавігаційних послуг, в ці роки проводило значну організаційну, виробничо-економічну та технічну роботу із забезпечення цих послуг та динамічного розвитку АНС. З цією метою проводиться значна аналітична і дослідницька робота по вивченню досвіду розвинутих держав світу, стану функціонування державної АНС та розробці шляхів її вдосконалення.

У другому розділі - “Аналіз стійкості аеронавігаційної системи в умовах дії дестабілізуючих факторів” - розглядаються загальні питання сталості процесів та систем, питання забезпечення сталості функціонування організаційно-технічних систем та державної АНС.

Під стійкістю функціонування АНС розуміється її властивість протистояти впливу дестабілізуючих факторів. Стійкість системи являє собою здатність зберігати сталий стан функціонування навіть при дії дестабілізуючих факторів, а також здатність системи, виведеної з стану рівноваги, впродовж допустимого часу знову повертатися в стан рівноваги. На практиці дуже важливо знати порогові показники нестійкості системи.

Стійкість систем, в тому числі і організаційно-технічних, до яких відноситься АНС, являє собою комплексну характеристику, яка залежить від властивостей її живучості, надійності, захищеності. Стійкість характеризується здатністю зберігати чи швидко відновлювати своє нормальне функціонування в умовах впливу різних дестабілізуючих факторів: внутрішніх, завдяки високому рівню надійності ергатичної системи, та зовнішніх, завдяки її живучості та захищеності.

Аеронавігаційна система України протягом багатьох років зберігає свою стійкість завдяки ряду передбачуваних в її функціонуванні і забезпечуваних організаційно-технічних та економічних заходів. Система має такий необхідний запас стійкості, що дестабілізуючі фактори, які неодноразово виникали, не змогли вивести її з стану рівноваги, не змогли зупинити її послідовного гармонійного розвитку.

Дестабілізуючі фактори можуть мати різне походження і різний характер впливу, вони можуть мати політичний, економічний, організаційний, технічний, метеорологічний та інший характер.

Державна АНС функціонує за рахунок коштів, отриманих від користувачів повітряного простору України у вигляді аеронавігаційних зборів. Обсяг цих коштів залежить від кількості польотів українських та зарубіжних авіакомпаній в повітряному просторі нашої держави. Кількість цих польотів залежить і від функціонування АНС, від рівня і якості аеронавігаційних послуг, які надаються в повітряному просторі України, від технічної досконалості та надійності засобів АНС. Впливовим фактором на результати роботи авіакомпаній та АНС багатьох держав світу були відомі терористичні дії останніх кількох років. Вони значно вплинули на кількість польотів та на економічну стійкість як багатьох авіакомпаній, так і АНС. Таким чином, стійкість функціонування АНС є однією їз визначальних властивостей що впливають на її ефективность.

В дисертації розглядається декілька проявів можливої дестабілізації. Але досвід свідчить, що найбільш важливими з них є прояви порушення безпеки польотів та стійкості економічних показників, пов'язаних з організацією повітряного руху.

Комплекс параметрів сталості АНС передбачає наявність ряду показників, серед яких (рис.1, 2):

мінімально допустимі рівні безпеки повітряного руху (об'єктивно максимально допустима кількість авіаційних пригод - інцидентів, аварій, авіакатастроф з вини підприємства за певний інтервал часу);

мінімально допустимий рівень фінансових накопичень підприємства;

дотримання мінімальних вимог до кадрового складу, виконавської дисципліни, мікроклимату в колективі, соціального забезпечення працівників тощо.

Стійка АНС характеризується сталістю мінімально допустимих значень основних критеріїв її ефективності. Сталість системи за певним критерієм її ефективності К залежить від двох груп впливаючих факторів: позитивного та негативного характеру :

де , - вектори суми i та j складових цих двох груп факторів відповідно, які характеризуються своїми допусковими та поточними значеннями.

Порушення сталості системи виникає в разі виходу поточних значень параметрів за їх допусковий рівень.

Імовірність безперервного сталого функціонування АНС визначається як:

,

де - відповідно інтенсивність появи дестабілізуючих факторів, які виводять стійку та нестійку систему із стану стійкості.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Стійкість АНС повина оцінюватись по кожному з критеріїв ефективності її функціонування. Така оцінка може бути також багатокритеріальною та комплексною. Однак комплексний подхід до вирішення цієї задачі є практично неможливим у зв'язку із складністю точного визначення важливості кожного із критеріїв, наявності кореляційної залежності між ними і складності визначення функціональної залежності комплексного критерія від кожного з складових. У зв'язку з цим в дисертації детально розглянуті тільки два основних критерії оцінки стійкості АНС, пов'язані із забезпеченням безпеки повітряного руху та економічними показниками стійкості АНС.

В роботі аналізується економічна стійкість АНС під впливом дестабілізуючого фактору імпульсного характеру при наявності початкових накопичень а та накопичень в процесі тривалого прибуткового функціонування, що лінійно зростають з часом bt. Тобто накопичення за час функціонування t (прибуток) складають (рис.3)

Пр = а + bt, де b - питомі накопичення в одиницю часу.

Размещено на http://www.allbest.ru

На інтервалі часу (0-t₁ ) система має запас економічної сталості величиною П_р(t1) = .

Економічна потужність негативного дестабілізуючого впливу становить:

,

де А - амплітуда питомих збитків в одиницю часу.

Система збереже економічну сталість функціонування при умові , тобто при появі дестабілізуючого впливу не раніше, ніж через проміжок часу .

При потужному економічному дестабілізуючому факторі система може вийти з стійкого стану. Якщо вона достатньо прибуткова, то через деякий час вона здатна накопичити потенціал і повернутися в сталий режим при умові

,

тобто за тривалість часу

Після порушення сталості функціонування системи, порушення процесу її стійкої нормальної роботи виникають втрати, обсяг яких з часом зростає. Заздалегідь визначити фактичний вид функції втрат f(t) складно. До моменту порушення сталості робота системи характеризується функцією результативності fр(t), яка після цього переходить у функцію втрат. Якщо значення функції втрат перевищує максимально допустимий рівень стійкості роботи системи, настає режим її нестійкості. В цей момент, чи в найближчий період часу, слід запобігти дестабілізації шляхом подачі стабілізуючого імпульсу. При неможливості зробити це своєчасно з часом накопичуються втрати системи і повернути її в режим сталого функціонування стає тим складніше, чим більше часу вона перебуває в несталому режимі. Тобто дуже важливо визначити моменти дії дестабілізуючого фактору і проведення компенсуючих заходів.

У деяких випадках функція втрат має показниковий характер виду:

,

де ф - деяка постійна величина, що визначає сталість роботи системи, тобто її інерційність стосовно виникнення нестійкого стану, і залежить від наявності фінансових накопичень підприємства, матеріальних, кадрових ресурсів тощо.

При контролі стану функціонування системи з використанням розгалуженої мережі контролю стану і при появі дестабілізуючого фактору (імпульсу) доцільно не пізніше часу, ніж перехідний процес функції f(t) досягне рівня 0,9 максимального значення (рівня руйнування системи), запровадити компенсуючі заходи. Якщо чутливість такої діагностичної системи призводить до похибки порядку 10% від максимального рівня руйнування, то найдоцільніше компенсувати вплив дестабілізуючих факторів впродовж тривалості часу, поки функція втрат змінюється від значення 0,1 до значення 0,9 свого сталого режиму (рівня руйнування системи).

Рекомендований час реагування на вплив дестабілізуючого фактору не повинен перевищувати значення часу t=2,2ф , інакше система з урахуванням похибок діагностування її стану може зруйнуватися (збанкрутіти).

Якщо відома функція втрат системи, то за деякий час t після порушення її сталості загальні втрати від виходу системи із сталого режиму функціонування будуть становити:

де C_пв - питомі в одиницю часу втрати від порушення сталості роботи системи.

При використанні економічного критерію сталості роботи системи втрати не повинні перевищувати величини В _max .

Тоді тривалість максимально рекомендованого часу для компенсації втрат системи у зв'язку з дестабілізацією її роботи t _max не повинна перевищувати значення, яке визначається з нерівності:

Як вже відзначалося, для відновлення сталості роботи системи дуже важливим є визначення технології та шляхів стабілізації. На випадок появи непередбачуваних явищ та подій заздалегідь повинні бути сплановані заходи страхування від їх впливу: накопичення капіталу, створення резерву обладнання та витратних матеріалів, кадрового резерву, захист інформаційних систем та ін.

Такі заходи страхування з деякою ймовірністю можуть запобігти руйнуванню системи, забезпечити часткову чи повну компенсацію можливих втрат від порушення її сталості, сприяти відновленню сталості функціонування.

В дисертації розглянуті загальні питання забезпечення сталості АНС України.

В третьому розділі - “Розробка аналітико-статистичних моделей стійкого функціонування аеронавігаційної системи” - розроблено декілька аналітичних моделей, що можуть бути використані для дослідження та прогнозування показників сталого функціонування АНС.

Розроблена модель оцінки показників обслуговування авіарейсів в повітряному просторі держави. Отримані вирази відповідно для прогнозування: імовірністі обслуговування рейсу на певному j-му маршруті Рормj; середньої ймовірністі обслуговування ПС в повітряному просторі держави Р_од; імовірністі того, що за певний час всі рейси в повітряному просторі держави будуть забезпечені обслуговуванням органами керування повітряним рухом Р_ос:

де - відповідно параметр показникового закону розподілення часу між ПС та часу обслуговування j-го рейсу в i-тій зоні повітряного простору, ; - відповідно параметр показникового закону розподілення часу безвідмовної роботи та часу відновлення працездатності системи керування повітряним рухом в i-тій зоні при обслуговуванні j-го рейсу; n_j - кількість фаз (зон повітряного простору) обслуговування j-го рейсу; m - кількість рейсів в повітряному просторі держави за певний відрізок часу.

Автором розроблена модель прогнозування безпечного польоту, коли можливе спільне екіпажем з органом УПР, автономне екіпажем або тільки органом УПР прийняття рішень відносно управління польотом ПС (відповідно перша, друга та третя група функцій управління польотом).

При польоті в одній із зон l однотипних ПС імовірність безпечного польоту становитиме

де: - імовірність безпечного виконання ПС польоту, коли екіпаж спільно з авіадиспетчером забезпечують безпечний політ в певній зоні;

- імовірність безпечного виконання ПС польоту, коли використовуються тільки автономні можливості повітряного судна (екіпажу);

- імовірність безпечного виконання ПС польоту, коли екіпажем використовуються тільки інформація авіадиспетчера;

Імовірність того, що буде здійснюватись безпечний політ любого з n типів ПС в певній зоні повітряного простору, дорівнює:

.

Імовірність того, що в певному реґіоні, до складу якого входить m зон повітряного простору, будуть безпечно здійснюватись польоти l ПС кожного з n типів ПС, дорівнює:

Розроблена модель визначення безпеки посадки ПС з урахуванням характеру можливих відмов системи посадки.

При показникових законах розподілення часу відповідно між ПС на посадковій прямій з параметром і часу обслуговування ПС в цій зоні з параметром отримаємо вираз для середнього значення ймовірності виникнення авіаційних пригод на певному аеродромі при посадці:

.

При цьому середнє значення ймовірності успішної посадки ПС на даному аеродромі становитиме:

У більш узагальненому вигляді ймовірність успішної посадки ПС залежить від ряду можливих факторів, в умовах дії кожного з яких успішна посадка може бути здійснена з деякою ймовірністю , . До таких факторів відносяться наявність необхідного бортового обладнання, рівень льотної кваліфікації екіпажу, наявність необхідних погодних умов, можливість зіткнення ПС з об'єктами на злітно-посадковій смузі та в повітрі та ін. Ці фактори в різній мірі впливають на ймовірність успішної посадки ПС у випадках, коли на борту ПС інформація про залягання лінії глісади відображається невірно і вірно. В такому випадку ймовірність виникнення авіаційної пригоди при посадці та ймовірність успішної посадки матимуть вигляд:

,

де - імовірність того, що при посадці екіпаж чи ПС зіткнеться з впливом і-го фактору відповідно при відхиленні польоту ПС від заданої глісади та при польоті ПС згідно з нею.

В цих виразах враховується, що з деякими ймовірностями система посадки може:

- помилково інформувати екіпаж про залягання глісади в повітряному просторі у відповідності із вимогами з імовірністю ;

- помилково інформувати екіпаж про невідповідне вимогам залягання глісади з імовірністю ;

- правильно інформувати екіпаж про правильне залягання глісади з імовірністю .

У двох перших випадках успішно завершити посадку ПС може тільки з імовірністю внаслідок можливого відхилення траєкторії його польоту від необхідної, а в третьому випадку з імовірністю . Значення цих імовірностей залежать від багатьох факторів, в тому числі і від кваліфікації екіпажу.

В дисертації розглядається модель роботи авіадиспетчера, який має можливість корегувати показниковий закон розподілення часу в потоці ПС інтенсивності q в регулярний потік тієї ж інтенсивності. Це призведе до додаткових втрат льотного часу на інтервалі тривалістю t:

,

де: ( - мінімально допустимий інтервал ешелонування, - путьова швидкість польоту ПС).

Ці додаткові втрати польотного часу авіакомпаній компенсуються збільшенням пропускної спроможності зони повітряного простору при регулярному потоці, полегшенням роботи авіадиспетчера і підвищенням стійкості АНС як з точки зору безпеки польотів, так і з економічної точки зору.

Проаналізовані операції, які виконують авіадиспетчери при оперативному управлінні повітряним рухом з урахуванням можливих помилок в роботі. Розроблена аналітична модель роботи авіадиспетчера з урахуванням його втомленості і проаналізована тривалість його роботи.

Розглянуті моделі функціонування систем управління повітряним рухом з використанням інформаційного резерву та резерву часу в роботі авіадиспетчера. Проаналізовані переваги функціонування таких систем.

Автором розроблені та проаналізовані три моделі небезпечного повздовжнього зближення двох ПС при ускладненні польоту: від незначного порушення мінімуму повздовжнього ешелонування, небезпечного зближення і надалі до їх зіткнення. Визначені ймовірності можливого перебування ПС цих в кожному з цих станів польоту.

Розроблені моделі процесів обслуговування руху двох потоків ПС при різних режимах їх надходження в зону повітряного простору та пріоритетності обслуговування, визначені порівняльні характеристики цих моделей.

Розроблені три моделі двохфазового послідовного обслуговування ПС при посадці в складних умовах і визначені його характеристики. На рис.4 зображена схема такого обслуговування ПС з урахуванням трьох можливих спроб заходження на посадку.

Рис 4. Схема двофазового обслуговування повітряних суден при посадці.

На рис.4 позначено:

q - інтенсивність потоку ПС на вході першої фази обслуговування;

₁,₂ - імовірність вдалої посадки після першої та другої спроби заходження відповідно;

- імовірність того, що після першої невдалої спроби посадки ПС буде здійснювати другу спробу;

- імовірність того, що після першої та другої невдалих спроб посадки ПС буде здійснювати третю спробу;

- імовірність прийняття рішення пілотом про заходження на посадку відповідно при першій та другій спробах відповідно;

- імовірність того, що перша та друга спроба відповідно буде вдалою для посадки;

- інтенсивність обслуговування ПС відповідно у першій та другій фазі. Для скорочення часу перебування ПС в цій системі обслуговування повинно забезпечуватись .

Для сталого режиму функціонування отримані вирази

де: Р₀₀ - ймовірність того, що обидві фази вільні від обслуговування ПС;

Р₁₀ - ймовірність того, що перша фаза обслуговує ПС, а друга - вільна від обслуговування;

Р₀₁ - ймовірність того, що перша фаза вільна, а в другій - обслуговується ПС;

Р₁₁ - ймовірність того, що в кожній з фаз обслуговуються ПС.

Частка вхідного потоку ПС, що здійснить чи не здійснить посадку після першої спроби заходження, відповідно становить:

; .

Після двох спроб ця частка відповідно дорівнює:

;

Отримані вирази дозволяють визначити завантаженість авіадиспетчерів на етапах польоту по колу та заходження на посадку ПС. Така двофазна система за час функціонування характеризується наступними показниками:

1. Модель передбачає вдале заходження на посадку з першої спроби для ПС, з яких:

1.1 Вдалу посадку з першої спроби здійснюють ПС.

1.2 Невдалу посадку з першої спроби здійснюють ПС.

2. Модель передбачає невдале заходження на посадку з першої спроби для ПС, з яких:

2.1. Для польоту по колу вдруге відправляються ПС.

2.2. На запасний аеродром після першого невдалого заходження на посадку відправляються ПС.

2.3 На запасний аеродром після першого польоту по колу для посадки відправляються ПС.

3. Модель передбачає можливість вдалого другого заходження на посадку для ПС, з яких:

3.1. Друга спроба завершується вдалою посадкою для ПС.

3.2. Друга спроба заходження завершується невдалою посадкою для ПС.

3.3. Невдалим може бути друге заходження на посадку для ПС, з яких:

4.1. Відлітають на третій політ по колу ПС.

4.2. Направляються на запасний аеродром після другої невдалої спроби заходження на посадку ПС.

4.3. Направляються на запасний аеродром після другого польоту по колу до здійснення посадки ПС.

Здійснення посадки ПС може бути вдалим з імовірністю чи не вдалим з імовірністю . Невдала посадка може статися внаслідок складних погодних умов, недоліків чи несправності конструкції ПС, похибки чи недостатньої кваліфікації екіпажу. Іноді на успішність посадки може вплинути комплекс цих причин. Враховуючи введені імовірності, з вхідного потоку ПС успішну посадку за час здійснить така їх кількість:

Невдалу посадку за час здійснить така кількість ПС:

Якщо відомі середньостатистичні втрати від однієї невдалої посадки повітряного судна , то втрати за час відповідно становитимуть:

Задавшись середньостатистичними втратами від одного повторного заходження на посадку та від одного польоту на запасний аеродром , загальні втрати на етапі посадки за час дорівнюватимуть:

Розроблені моделі дають можливість оцінити та проаналізувати показники функціонування двофазової системи обслуговування потоку ПС, які здійснюють посадку не більше, ніж з трьох спроб.

В четвертому розділі - “Розробка основних напрямків стійкого розвитку аеронавігаційної системи” - розглядаються основні методи забезпечення стійкого функціонування АНС України, в розробці та реалізації яких протягом багатьох років приймав безпосередню участь автор (рис.5).

В результаті цієї роботи значно покращився кадровий склад (Украероруху), дістали значного розвитку сучасні технології управління повітряним рухом, технічні засоби АНС (засоби зв'язку, навігації, спостереження, автоматизованого управління повітряним рухом), широко використовуються сучасні інформаційні технології, проводяться роботи з використання супутникових технологій для навігації та управління повітряним рухом, значно покращився фінансовий стан підприємства. В результаті такої діяльності забезпечене стале функціонування АНС України.

Размещено на http://www.allbest.ru

Рис.5. Основні напрямки робіт, спрямованих на довгострокове стале функціонування АНС

ВИСНОВКИ

При проведенні наукових досліджень, які знайшли відображення в дисертаційній роботі, отримані наступні основні результати.

Проаналізований об'єкт дослідження - функціонування аеронавігаційної системи України та її складових. Розглянуті основні вимоги до АНС.

На базі системного підходу розроблені теоретичні питання стійкості однієї з найважливіших складових авіаційної транспортної системи - АНС в умовах дії дестабілізуючих факторів. Проаналізовані реально існуючі дестабілізуючі фактори, які негативно впливають на функціонування АНС. Показано, що стійкість АНС є функцією ряду факторів, які поділяються на дві основні групи. Одна група факторів забезпечує стійкість системи, а друга - дестабілізує її роботу. Стійкість системи визначається співвідношенням впливів цих двох груп факторів. Розглянуті питання оцінки сталості АНС з використанням узагальнених та часткових показників, що стосуються окремих сторін функціонування АНС.

Розроблений комплекс аналітико-статистичних моделей, які дозволяють всебічно аналізувати функціонування АНС, здійснювати оцінку та прогнозування показників її функціонування.

До цього комплексу входять моделі:

оцінки стійкості АНС з економічних міркувань;

аналізу доцільності керування рухом у повітряному просторі;

оцінки характеристик обслуговування авіарейсів у повітряному просторі;

оцінки безпеки виконання польотів;

роботи авіадиспетчерів;

функціонування системи обслуговування польотів повітряних суден при посадці та ін.

Ці моделі розроблені особисто автором і можуть розглядатися як внесок в розвиток теорії стійкого функціонування аеронавігаційної системи.

4. Розроблено та в значній мірі практично реалізовано комплекс рекомендованих заходів спрямованих на стійке функціонування та розвиток АНС України:

4.1. Заходи політичного характеру:

- участь у роботі міжнародних авиационных организаций;

- підтримання безпосередньої постійної взаємодії з авіакомпаніями, що здійснюють польоти в Україну та транзитом через її повітряний простір, для узгодження дій в галузі аеронавігації;

- взаємодія із зарубіжними фірмами з питань закупівлі засобів УПР;

- співробітництво з питань УПР з сусідніми дердавами на двохсторонній основі.

4.2. Організаційні заходи:

- спільне цивільно-військове використання АНС, що сприяє підвищенню її стійкості;

- ініціювання вдосконалення державного нормативно-правового законодавства, спрямованого на прийняття спеціальних законів, які сприяють функціонуванню та розвитку АНС;

- вдосконалення організаційної структури з метою економного використання фінансових ресурсів;

- надання належної уваги соціальним питанням робітників підприємства, їх медицинського обслуговування, що має безпосередній вплив на стійкість функціонування АНС;

- гармонізований развиток АНС України у зв'язку з інтеграцією в єдиний європейський повітряний простір стосовно організації повітряного руху та впровадження сучасних технічних засобів.

4.3. Заходи щодо організації повітряного руху:

- раціональний розподіл повітряного простору;

- планування повітряного руху;

- організація потоків повітряних суден;

- оперативне УПР;

- забезпечення аеронавігаційною інформацією;

- впровадження принципів та засобів забезпечення зональноі навігації.

4.4. Заходи щодо вдосконалення функціональної структури:

- розширення функціональних можливостей систем та засобів АНС (впровадження покращених функцій екстраполяціі траекторій польоту, систем документування інформації в каналах повітряного радіозв'язу, документування стану повітряного руху з метою отримання можливості контролю роботи авіадиспетчерів та розслідування авіаційних пригод та ін.);

4.5. Заходи економічного характеру:

- заключення довгострокових договорів з авіакомпаніями;

- співробітництво з ЄБРР;

- регулювання цінової політики щодо аеронавігаційних зборів;

- скорочення експлуатаційних витрат;

- економія енергетичних та технічних ресурсів;

4.6. Заходи соціального характеру:

- соціальне страхування;

- регулювання рівня заробітної плати;

- матеріальне стимулювання робітників підприємства.

4.7. Заходи кадрового характеру:

- вдосконалення поточного та перспективного кадрового забезпечення АНС (підбір, розстановка кадрів, участь в підготовці фахівців в навчальних закладах, підвищення їх кваліфікації тощо), що особливо важливо у зв'язку з впровадженням нового обладнання та сучасних інформаційних технологій, а також в перспективі при очикуваному демографічному спаді;

- організація спеціалізованого навчального центру підвищення кваліфікації;

- розробка та реалізація концепції мовної підготовки авіаційного персоналу щодо оволодіння англійською, яке сприятиме підвищенню безпеки повітряного руху;

4.8. Заходи експлуатаційно-технічного характеру:

- розробка загальнодержавної системи збирання, розповсюдження та обробки радіолокаційної інформації про стан повітряного руху з метою забезпечення більш високої якості інформації та стійкості системи;

- вдосконалення метеорологічного забезпечення польотів шляхом впровадження сучасних систем SADIS, Волмет, цифрових засобів мовного інформування та документування;

- використання різних видів резервування, таких як:

? доцільна організація руху у повітряному просторі з резервуванням ешелонів (за рахунок скорочення мінімумів ешелонування), зон очікування тощо;

? забезпечення необхідної кратності апаратурного резерву;

? забезпечення необхідного резерву каналів зв'язку;

? використання та перспективне планування функціонального резерву з використанням традиційних та перспективних систем зв'язку, навігації, спостереження та автоматизованого управління повітряним рухом в рамках концепції CNS/ATM;

? створення та раціональне використання кадрового резерву авіаційного і технічного персоналу;

? створення та використання резерву часу в циклі управління на випадок складних погодних умов, відмови техніки, непередбачених подій з персоналом;

? створення раціональних резервів витратних матеріалів;

? створення раціональних фінансових резервів підприємства;

- забезпечення безвідмовності, відновлюваності та довговічності засобів АНС;

- впровадження дискретно-адресних систем вторинної радіолокації, як найбільш захищених від перевантажень та завад;

- впровадження спеціального автономного бортового обладнання, яке дозволяє здійснювати польоти при імовірних відмовах засобів управління повітряним рухом (систем попередження зіткнень, систем орієнтування та навігації);

- спільне використання бортових систем реєстрації польотної інформації та наземних систем документування з метою контролю якості роботи авіадиспетчерів і розслідування авіаційних пригод;

- впровадження засобів індикації зайнятості ВПП, охоронної та пожежної сигналізації, засобів охорони праці;

- використання апаратних засобів забезпечення завадостійкості радіотехнічних засобів КПР при впливі завад різної природи;

- забезпечення електромагнітної сумісності роботи радіотехнічних та електричних засобів (авіаційної та інших галузей);

- використання методів та засобів захисту інформації від впливу несанкціонованого втручання, протидії і вірусних факторів;

- розробка та впровадження авіадиспетчерських тренажерів з використанням розроблених автором аналітико-статистичних моделей функціонування АНС;

- використання розроблених моделей дя прогнозування показників функціонування АНС з метою підвищення її стійкості.

Виконання запропонованих заходів дозволить забезпечити стійке функціонування АНС України.

5. Матеріали дисертаційної роботи опубліковані в спеціальних фахових виданнях, обговорювались на науково-технічних конференціях, семінарах, нарадах.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

Чередніченко Ю.А. Напрямки розвитку аеронавігаційної системи України. // Проблеми підвищення ефективності інфраструктури.: Збірник наукових праць. Випуск 8. - К.: НАУ, 2002. - С. 3-5.

Чередніченко Ю.А. Стійкість процесів функціонування державної аеронавігаційної системи.// Проблеми інформатизації та управління: Збірник наукових праць. Випуск 7. - К.: НАУ, 2003. - С. 3-4.

Майкова Є.В., Чередніченко Ю.А. Прогнозування можливості посадки повітряного судна в складних погодних умовах // Проблеми інформатизації та управління: Збірник наукових праць. Випуск 7. - К.: НАУ, 2003. - С. 8-9.

Чередніченко Ю.А.Оцінка безпеки виконання польотів // Проблеми інформатизації та управління: Збірник наукових праць. Випуск 8. - К.: НАУ, 2003. - С. 28-29.

Чередніченко Ю.А. Аналіз факторів дестабілізації функціонування аеронавігаціонної системи // Проблеми інформатизації та управління: Збірник наукових праць. Випуск 8. - К.: НАУ, 2003. - С. 3-9.

Чередніченко Ю.А. Багатофазне обслуговування в процесі керування повітряним рухом.//Проблеми підвищення ефективності інфраструктури: Збірник наукових праць. Випуск 9. - К.: НАУ, 2003. - С. 3-6.

Дем'янчук В.С., Чередніченко Ю.А. Системи пасивного спостереження за станом повітряного руху.//Проблеми підвищення ефективності інфраструктури: Збірник наукових праць. Випуск 9. - К.: НАУ, 2003. - С. 56-59.

8. Клименко В.А., Полищук К.А., Чередниченко Ю.А. Проблемы адаптации аэронавигационной системы Украины к использованию EGNOS-навигации. // Тезисы докладов 3-й научно-практической конференции "Применение спутниковых радионавигационных симстем в Украине". - Харьков: Национальный аэрокосмический университет "ХАИ". - С.106-116.

АНОТАЦІЇ

Чередніченко Ю.А. Розробка методів аналізу та забезпечення стійкої роботи аеронавігаційної системи України. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук з спеціальності 05.22.01 - транспортні системи. - Національний транспортний університет, Київ, 2004.

Дисертація присвячена розробці теоретичних та практичних питань забезпечення сталої роботи однієї з найважливіших складових авіаційної транспортної системи - системи аеронавігаційного забезпечення польотів.

Проаналізований стан роботи аеронавігаційної системи (АНС) України в забезпеченні необхідного рівня безпеки польотів, досконалості технічних засобів АНС. Визначені напрямки робіт для вдосконалення процесів її функціонування.

Розглянуті загальні питання стійкості функціонування АНС як виробничо-економічної системи організаційно-технічного типу. Проаналізовані основні фактори дестабілізуючого впливу на сталість роботи АНС.

Розроблений комплекс аналітико-статистичних моделей функціонування АНС, в значній мірі адекватних реальним процесам польотів, який можна розглядати як авторський внесок в розвиток теоретичних питань оцінки, аналізу та прогнозування важливих показників роботи АНС. Це дозволяє розробляти шляхи підвищення сталості та ефективності її роботи.

В дисертації розглянуті розроблені за участю автора заходи забезпечення сталої роботи Державного підприємства організації повітряного руху “Украерорух” - провайдера аеронавігаційних послуг, які успішно реалізуються протягом декількох останніх років.

Ключові слова: транспортна система, авіаційний транспорт, аеронавігаційна система, організація повітряного руху, оперативне управління повітряним рухом, засоби зв'язку, навігації, спостереження та автоматизації управління повітряним рухом, ефективність та сталість функціонування аеронавігаційної системи, методи забезпечення її сталості.

Чередниченко Ю.А. Разработка методов анализа и обеспечения устойчивости работы аэронавигационной системы Украины. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук 05.22.01 - транспортные системы. - Национальный транспортный университет, Киев, 2004.

Диссертация посвящена разработке теоретических и практических вопросов обеспечения устойчивой работы одной из важнейших составляющих авиационной транспортной системы - системы аэронавигационного обеспечения полетов.

Аэронавигационная система (АНС) Украины функционирует в условиях возможного негативного воздействия целого ряда дестабилизирующих факторов - политических, экономических, организационных, метеорологических, технических и др. В европейском небе ограничивающим транспортную деятельность фактором является перегруженность воздушного пространства существующими полетами воздушных судов.

Проанализировано состояние работы АНС Украины в обеспечении требований безопасности полетов, совершенства технических средств АНС. Определены направления работ по повышению эффективности ее функционирования. Рассмотрены общие вопросы устойчивости функционирования АНС как производственно-экономической системы организационного типа. Проанализированы основные факторы дестабилизирующего влияния на устойчивость работы АНС.

Разработан комплекс аналитико-статистических моделей функционирования АНС, в значительной степени адекватных реальным процессам обеспечения полетов, который можно рассматривать как авторский вклад в развитие теоретических вопросов оценки, анализа и прогнозирования важных показателей ее работы. Это позволяет разрабатывает пути повышения устойчивости АНС.

При разработке аналитических моделей использовались системный подход, математический аппарат теории вероятности и теории случайных процессов.

В диссертации рассмотрены разработанные при участии автора мероприятия по обеспечению стабильной работы Государственного предприятия обслуживания воздушного движения “Украэрорух” - провайдера аэронавигационных услуг, которые успешно реализуются в течение последних нескольких лет.

Устойчивость АНС характеризуется ее способностью обеспечивать заданные требования безопасности, непрерывности, регулярности, экономичности, экологичности полетов в условиях воздействия ряда дестабилизирующих факторов. Устойчивой считается АНС, которая способна самостоятельно в короткий срок возвратиться в устойчивое состояние функционирования после выхода ее из такого состояния под воздействием возмущающих факторов, и является управляемой.

Ключевые слова: транспортная система, авиационный транспорт, аэронавигационная система, организация воздушного движения, оперативное управление воздушным движением, средства связи, навигации, наблюдения и автоматизации управления воздушным движением, устойчивость аэронавигационной системы, методы обеспечения устойчивости организационно-технической системы.

Cherednichenko Y.A. Development of Methods for Analysis and Ensuring the Steady Operation of the Air Navigation System of Ukraine. - Manuscript.

Dissertation on competition for the scientific degree of engineering sciences candidate. Speciality 05.22.01 - Transport Systems. - National Transport University, Kyiv, 2004.

Dissertation is devoted to development of theoretical and practical questions with regards to ensuring the stable operation of flight air navigation support system - one of the most important components of the air transport system.

There was analysed the state of operation of the Ukrainian Air Navigation System (ANS) in terms of attaining the required level of flight safety and perfection of ANS engineering facilities. The directions of activity to improve the operational processes of ANS were defined.

The general questions with respect to operational stability of ANS as a production and economical system of organizational and technical type were considered. The main factors of destabilizing impact on steadiness of ANS functionalities were analysed.

There was worked out the complex of analytical and statistical models of ANS operation. Being to a great extent adequate to the real flight support processes the models in mention can be considered as the author's contribution to the development of theoretical questions concerning estimation, analysis and prognostication of the important indices of ANS operation. This complex allows defining the ways to increase the stability and efficiency of ANS operation.

The measures aimed to provide the stable activity of the Ukrainian State Air Traffic Service Enterprise "Ukraeroruh” - provider of air navigation services- were worked out with participation of the author and considered in dissertation. These measures are successfully implemented during a few last years.

Keywords: transport system, air transport, air navigation system, air traffic management, operational air traffic control, communications, navigation, surveillance, and air traffic control automation facilities, efficiency and steadiness of the air navigation system functioning, methods for ensuring the ANS steadiness.

Размещено на Allbest.ru

...