CC BY
214
УДК 621.396
ДИСПЕТЧЕРСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ВОЗДУШНОГО ДВИЖЕНИЯ НА ДИСТАНЦИОННО УПРАВЛЯЕМОМ АЭРОДРОМЕ*
Е.Е. НЕЧАЕВ, А.И. ЛАЗАРЕВ
Рассматривается альтернативный подход контроля воздушной обстановки на дистанционно управляемом аэродроме с использованием каналов системы спутниковой связи.
Ключевые слова: система удаленных КДП, управление воздушным движением, сети спутниковой связи.
Перспективная система управления воздушным движением (УВД), основанная на применении технологии, получившей название RTS (Remote Tower System - Система удаленных КДП), открывает широкие возможности для применения передовых методов и средств контроля над воздушной обстановкой и системами удаленного аэродрома, предлагая альтернативный способ управления небольшими аэродромами через единый центр управления воздушным движением [1].
Рис. 1. Концепция единого центра УВД
Возможность предоставления обслуживания воздушного движения в аэропорту независимо от места расположения КДП в настоящее время является актуальной задачей для большинства поставщиков аэронавигационного обслуживания (АНО) во всем мире. Так, например, реализуемые в США и Европе программы NextGen и SESAR предусматривают внедрение удаленных КДП к 2020 г. [2].
Первый в мире сертифицированный удаленно управляемый аэродром в Орнсколдсвике (Швеция), принят в эксплуатацию осенью 2014 г. Разработанная система, которая является совместным проектом Администрации гражданской авиации Швеции (LFV) и компании Saab, связывает аэродром в Орнсколдсвике с удаленным КДП в городе Сундсваль [3]. В Австралии Sen-sis-Saab установила первое интегрированное автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера в рамках национальной программы модернизации вышек провайдера АНО Airservices. Провайдер АНО выбрал небольшой аэродром Alice Springs и удаленный на 1500 км КДП в Adelaide для круглосуточного проведения эксплуатационных испытаний. При этом правила ОВД не изменяются [2].
Исходя из существующих и предполагаемых на ближайшее будущее объемов воздушного движения, система удаленных КДП предусматривает наращивание объемов обслуживания в
Работа выполнена при материальной поддержке РФФИ (грант № 13-08-00182).
случае увеличения интенсивности полетов. Состав системы предполагает наличие двух компонент (рис. 1). С одной стороны, это оснащение летного поля расположенными на мачтах камерами с высоким разрешением, микрофонами, сигнальными прожекторами и системами контроля окружающей среды. С другой стороны, это так называемый Единый центр управления воздушным движением, куда будет поступать вся информация с аэродромов и обслуживаемых воздушных судов (ВС). Находясь на значительном удалении от аэродрома, диспетчеры смогут управлять воздушным движением практически так же, как они делают это при традиционном УВД. В соответствии с положениями Федеральных авиационных правил организации воздушного движения (ФАП ОрВД) аэродромный диспетчер должен иметь полный визуальный обзор контролируемого воздушного движения со своего рабочего места [2]. Для решения этой задачи предполагается использовать жидкокристаллические дисплеи, которые позволяют наблюдать круговую картину происходящего на аэродроме, заменив, таким образом, вид на 3600 из окон обычных аэродромных диспетчерских вышек [3].
Выгоды являются существенными: сокращение необходимости капитальных расходов на новые вышки, отсутствие необходимости содержать службы УВД, гибкость развертывания аэродромов, повышение безопасности полетов и пропускной способности, особенно на небольших аэродромах с ограниченными возможностями по предоставлению услуг по ОВД [4].
Предполагается получить улучшенную осведомленность о ситуации аэродромного движения одним составом персонала и предоставлять услуги по ОВД более чем одному аэродрому одновременно, а также организовывать работу в нештатных ситуациях. Это экономически эффективно для регионов, где основная часть перевозок осуществляется авиацией. В Российской Федерации это регионы Севера, Дальнего Востока, Восточной Сибири [2].
Система удаленных КДП позволяет небольшим аэропортам модернизировать свое наземное оборудование и обеспечить диспетчерское обслуживание из одного удаленного центра управления в круглосуточном режиме.
Подобный комплекс предназначен для автоматизации независимого визуального наблюдения и контроля в условиях ограниченной видимости за движением воздушных судов, транспорта и любых других объектов на площади маневрирования аэродрома (на ВПП, РД, перронах), за полетами выполняющих посадку и взлетающих воздушных судов в интересах ОВД с удаленного КДП.
На удаленном аэродроме должна быть создана система, позволяющая автономно оценивать состояние метеоусловий и состояние окружающей среды и информировать ЕЦ УВД о готовности или неготовности принять ВС. Человек в системе рассматривается как контролирующее звено, участие которого предполагается в чрезвычайной ситуации, выходящей за рамки нормального функционирования системы.
При невозможности обеспечения визуального наблюдения контролируемого воздушного движения в полном объеме с конкретного диспетчерского места должны предусматриваться дублирующие технические средства связи и контроля.
Важнейшим критерием и залогом успешного функционирования предлагаемой системы является надежность работы каналов связи. В том случае, если система удаленных КДП развертывается в районах с отсутствием наземных сетей связи, то единственно возможным средством обеспечения информацией являются спутниковые системы связи (ССС) на базе геостационарных и негеостационарных ретрансляторов.
С помощью спутниковых каналов связи возможно достаточно быстро сформировать глобальную сетевую инфраструктуру, у которой будут самые высокие показатели надежности с низким уровнем ошибок (не более одной на 10 млн. переданных бит информации), позволяя органу УВД располагаться в любой точке земного шара, при этом вести обмен речевой информацией и данными с контролируемым ВС, что особенно важно для самолетовождения в условиях отсутствия радиолокационного контроля. Массовое использование данного технического решения позволит строить оптимальные маршруты движения ВС, что, в свою очередь, будет способствовать повышению регулярности, экономичности и безопасности полетов в гражданской авиации [5].
Каждая система спутниковой связи имеет ряд достоинств и недостатков. Учитывая особенности и объем трафика между удаленным КДП и контролируемым аэродромом, невозможно в полной мере реализовать функционал перспективной системы УВД в рамках одной системы спутниковой связи при существующих технических возможностях спутников-ретрансляторов. Наиболее реальным выглядит перспектива использования комбинации систем связи, где функции передачи видеопотока и доставка циркулярной информации, требующей высокой пропускной способности канала связи, возлагается на геостационарные спутники-ретрансляторы, основанные на применении технологии малогабаритных спутниковых терминалов VSAT (Very Small Aperture Terminal). Для реализации же интерактивного речевого обмена диспетчер-пилот, а также для передачи информации о текущих координатах ВС, полученных при помощи глобальных систем позиционирования ГЛОНАСС/GPS, и дополнительных данных, должны быть обеспечены минимальные задержки распространения сигналов, что возможно при использовании негеостационарных систем связи, функционал которых позволяет иметь надежный канал связи в любой точке земного шара [6].
Системы связи, использующие геостационарные ретрансляторы, при возможности предоставлять высокоскоростные каналы связи (до 20 Мбит/с) имеют недостатки. К ним следует отнести отсутствие возможности обеспечения радиосвязи в приполярных и полярных районах. Негеостационарные, в частности низкоорбитальные системы связи, обеспечивают минимальную задержку (0,250 мс) при передаче голоса или небольшого объема данных и при этом быстро устанавливают и поддерживают соединение с абонентом, в том числе в полярных областях. Приемопередающие терминалы имеют минимальные массогабаритные характеристики и позволяют размещаться на любом типе ВС [7].
В данном случае связь с ВС осуществляется по принципу автоматического зависимого наблюдения контрактного типа (АЗН-К) в рамках системы FANS (Future Air Navigation System) (рис. 2), исключая необходимость наличия систем на основе УКВ ЛПД, что особенно актуально при решении задач диспетчерского обслуживания в малонаселенных и океанических районах, а также при построении оптимальных маршрутов движения ВС [8].
Рис. 2. Система FANS
Ввиду необходимости визуального контроля за событиями, происходящими на взлетно-посадочной полосе (ВПП) (передвижение ВС, действия наземных служб), требуется установка камер наблюдения. При этом пропускная способность спутникового канала связи не позволит
передачу потока данных в высоком качестве со всех камер одновременно. Однако возможен принципиально другой подход к вопросу наблюдения за ВС на всех этапах полета. В целях повышения осведомленности диспетчера УВД о воздушной обстановке предлагается использовать систему наблюдения, основанную на концепции «виртуального двойника» контролируемого ВС.
Предлагается в дополнение к существующему регламентированному набору требуемых данных также предоставлять через спутниковый канал связи расширенную полетную информацию: сведения о текущем направлении, скорости, тангаже, крене, рыскании контролируемого ВС в целях моделирования полета и создании виртуального образа данного ВС в режиме реального времени на высокопроизводительной вычислительной машине, расположенной в ЕЦ АУВД.
Таким образом, процесс самолетовождения обеспечивается взаимодействием трех независимых ЭВМ: бортовой на контролируемом ВС, аэродромной ЭВМ и ЭВМ удаленного КДП (рис. 3).
Рис. 3. Взаимодействие ЭВМ в системе УВД
На удаленном КДП принимаются данные, приходящие от бортовой ЭВМ контролируемого ВС, а также от ЭВМ, находящейся на удаленном аэродроме. Сервера удаленного аэродрома производят сбор, обработку информации, поступающей от средств радиолокационного контроля, средств контроля над окружающей средой и состоянием аэродрома (рис. 4). При совмещении этих данных с уже заложенными в ЭВМ удаленного КДП сведениями об особенностях и летно-технических характеристиках ВС, физики и метеосостояния атмосферы, а также карты местности с особенностями рельефа возможно получение «виртуального двойника» ВС, отображаемого в виде 2Б или 3Б изображения на мониторе или ином средстве визуализации диспетчера (рис. 5).
Рис. 4. Способ формирования «виртуального двойника»
Рис. 5. Представление «виртуального двойника» для диспетчера УВД
Из-за сравнительно небольшого объема необходимых данных возможно использование даже низкоскоростных каналов связи (в том числе с применением низкоорбитальных ССС).
Преимущества такого диспетчерского обслуживания следующие:
- возможность создания эффекта присутствия вне зависимости от того, в какой точке пространства находится контролируемое ВС;
- возможность предсказывать траекторию полета ВС, что особенно важно на этапе взлета-посадки;
- возможность прогнозирования потенциально конфликтных ситуаций;
- возможность помощи экипажу ВС при выполнении взлета-посадки в сложных метеоусловиях при отсутствии бортовой системы синтезированного видения (SVS).
Применяя предлагаемый метод в комбинации с системами видеонаблюдения удаленного аэродрома, представляется возможным получить отказоустойчивую систему синтезированного видения диспетчера, использующую два независимых источника данных о воздушной обстановке, обеспечивающей наблюдение в любое время суток в любых метеоусловиях, что будет способствовать значительному повышению безопасности полетов ВС.
ЛИТЕРАТУРА
1. Janny Beechener. Remote tower stride ahead // Jane's Airport Review. 2013. № 4. Pp. 16-17.
2. Моисеенко И.Н. Приоритетные направления создания и развития систем удаленного наблюдения для КДП аэродрома // Аэрокосмическое обозрение. 2014. № 3. С. 16-19.
3. Karl Vadaszffy. From a distance // Air Traffic Technology International Showcase 2015. 2015. № 1. Pp. 14-18.
4. Friedrich, Maik Mohlenbrink, Christoph. Which data provide the best insight? A field trial for validating a remote tower operation concept // Tenth USA/Europe Air Traffic Management Research and Development Seminar ATM2013. 2013. № 1. Pp. 193-203.
5. Нечаев Е.Е., Лазарев А.И. Спутниковая связь в дистанционной системе управления воздушным движением // Научный ВестникМГТУГА. 2014. № 209. С. 25-29
6. Камнев В.Е., Черкасов В.В., Чечин Г.В. Спутниковые сети связи. М.: ООО «Военный парад», 2010. 608 с.
7. Сомов А.М., Корнев С.Ф. Спутниковые системы связи. М.: Горячая линия-Телеком, 2012. 244 с.
8. Ахмедов Р.М., Бибутов А.А., Васильев А.В. Автоматизированные системы управления воздушным движением. СПб.: Политехника, 2004. 446 с.
AIR TRAFFIC CONTROL SERVICE AT REMOTELY CONTROL AERODROME
Nechaev E.E., Lazarev A.I.
The article discusses an alternative approach control air situation on the remotely controlled airfield with the use of channels of satellite communication systems.
Keywords: remote tower system, air traffic control, satellite communications networks.
REFERENCES
1. Janny Beechener. Remote tower stride ahead. Jane's Airport Review. 2013. № 4. Pp. 16-17.
2. Moiseenko I.N. Prioritetnye napravlenija sozdanija i razvitija sistem udalennogo nabljudenija dlja KDP ajerodroma. Aerokosmicheskoe obozrenie. 2014. № 3. Pp. 16-19. (In Russian).
3. Karl Vadaszffy. From a distance. Air Traffic Technology International Showcase 2015. 2015. № 1. Pp. 14-18.
4. Friedrich, Maik Mohlenbrink, Christoph. Which data provide the best insight? A field trial for validating a remote tower operation concept. Tenth USA/Europe Air Traffic Management Research and Development Seminar ATM2013. 2013. № 1. Pp. 193-203.
5. Nechayev E.E., Lazarev A.I. Sputnikovaja svjaz' v distancionnoj sisteme upravlenija vozdushnym dvizheniem. Nauchnyj VestnikMGTUGA. 2014. № 209. Pp. 25-29. (In Russian).
6. Kamnev V.E., Cherkasov V.V., Chechin G.V. Sputnikovye seti svjazi. M.: OOO Voyenny parad. 2010. 608 р. (In Russian).
7. Somov A.M., Kornev S.F. Sputnikovye sistemy svjazi. M.: Gorjachaja linija-Telekom. 2012. 244 р. (In Russian).
8. Akhmedov R. M., Bibutov A.A., Vasilyev A.V. Avtomatizirovannye sistemy upravlenija vozdushnym dvizheniem. SPb.: Politehnikа. 2004. 446 р. (In Russian).
Сведения об авторах
Нечаев Евгений Евгеньевич, 1952 г.р., окончил НГТУ (1974), профессор, доктор технических наук, заведующий кафедрой управления воздушным движением МГТУ ГА, автор 180 научных работ, область научных интересов - теория УВД, радиолокация и радионавигация, теория и техника СВЧ измерений.
Лазарев Алексей Игоревич, 1988 г.р., окончил МГТУ ГА (2010), аспирант МГТУ ГА, автор 5 научных работ, область научных интересов - информационная безопасность, системы спутниковой связи, сетевые технологии.
