CC BY
51
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Радиофизика и радиотехника
УДК 623.61:621.391
ГЛОНАСС КАК БАЗОВАЯ КОМПОНЕНТА ФОРМИРОВАНИЯ СВЕДЕНИЙ О ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ
НА ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТАХ
А.И ЛОГВИН, И. Д. ПЛАТОНОВ
Рассмотрены аспекты инновационного подхода использования возможностей системы ГЛОНАСС и общедоступных спутниковых систем связи для информирования компетентных служб о чрезвычайных ситуациях на борту воздушных судов.
Ключевые слова: ГЛОНАСС, чрезвычайные ситуации, подвижные объекты.
В соответствии с перспективными концепциями аэронавигации CNS/ATM и ‘Free Flight’, планируемыми ICAO к внедрению в мире в 2005-20015 гг., предусмотрено оснащение всех типов ВС спутниковыми системами для удовлетворения будущих потребностей гражданской авиации в организации связи, навигации, радиолокационного наблюдения/управления воздушным движением [1-4]. Для решения эксплуатационных проблем на современном уровне эта система использует высокотехнологичное оборудование на спутниках, компьютерах, линиях передачи данных и в бортовой авиационной электронике. Такая интегрированная глобальная система позволит повысить экономичность, эффективность и безопасность полетов и уже сейчас окажет воздействие на организацию и осуществление услуг в области воздушных перевозок. Эта система, одобренная членами ICAO, находится в настоящее время на экспериментальной стадии.
В общем случае инфраструктура спутниковых систем обеспечения ГА представляет собой совокупность гуманитарных (силы) и технических (средства) аспектов, содержание которых отражает административные, функциональные, материальные и экономические отношения, позволяющие осуществлять силами (персоналом) решение оперативных задач с помощью доступных средств (ресурсов), а также постановку и решение перспективных задач как в условиях текущего момента, так и в перспективе. Сложность инфраструктуры спутниковых систем, наличие в отношениях недетерминированных факторов, большие объемы материальных средств с необходимостью их динамического реконфигурирования, изменчивость прагматических целей применения систем по назначению и конъюнктурная структура экономических ограничений -все это обуславливает при разработке моделей (теории) управления планированием ресурсов, даже в рамках одной системы, применение методологий, включающих стадии и этапы экспериментального воплощения.
Отмечая, что реализация концепции CNS/ATM находится в настоящее время на экспериментальной стадии, ICAO тем самым подчеркивает необходимость повышенной аналитической обеспеченности этого этапа развития аэронавигации. Сложность проведения эксперимента в действующей системе с учетом высоких материальных и финансовых затрат, ограничивая действительно экспериментальные исследования на эксплуатируемых фрагментах, ставит вопросы организации экспериментальной проверки и отработки организационных взаимоотношений на фрагментах меньшей функциональной мощности, но охватывающих существенный спектр эксплуатационных ситуаций.
С этих же позиций сформирован проект Концепции технической модернизации ЕС ОВД в соответствии с подпрограммой «Единая система организации воздушного движения» федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России». Подтверждением неотвратимости концепции интеграции аэронавигации с технологиями на основе спутниковых
систем является постановление Правительства РФ от 09.06.2005г. №365 "Об оснащении космических, транспортных средств, а также средств, предназначенных для выполнения геодезических и кадастровых работ, аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система - РФ) или ГЛОНАСС/GPS" (Global Positioning System - США).
Современный этап развития системы ГЛОНАСС коррелируется с Концепцией CNS/ATM ICAO, а также с подпрограммой «Единая система организации воздушного движения (ЕС ОВД)» федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России» и разработанном в соответствии с ней проекте Концепции технической модернизации ЕС ОВД [5]. Ориентация концепций CNS/ATM ICAO и ЕС ОВД на спутниковые технологии принципиально связывается с вопросами использования для решения задач ОВД возможностей систем общего применения, ориентированных на широкий спектр предоставления услуг весьма различным службам и потребителям. К этому классу систем, в частности, относятся ГЛОНАСС и GPS. Для возможности интегрирования их функций в специализированные системы, такие как ОВД, требуется проведение определенных организационных мероприятий, обеспечивающих согласование различного рода действующих протоколов и необходимую разработку новых протоколов. Эти протоколы охватывают как имманентные (внутрисистемные) отношения, так и межсистем-ные взаимодействия. К сожалению, это достаточно сложная и кропотливая организационная задача. Наряду с техническими вопросами увязки взаимодействия систем, для такого уровня согласований возникают проблемы административной ответственности и регулирования, правовые отношения, а так же вопросы материально-экономического взаимодействия самостоятельных юридических лиц.
Совокупность этих аспектов, с учетом необходимого их бюрократического оформления, может в значительной степени сдерживать темпы воплощения концептуальных положений. Это достаточно распространено при попытках жесткого централизованного планирования, увязанного с желанием всеобъемлющего решения вопросов. При этом суть низких темпов обусловлена отнюдь не бюрократическими издержками. Причиной обычно является высокая неопределенность прогноза согласованности развития средств обеспечения интегрируемых систем. Так, за планируемый 10-летний срок реализации концепции CNS/ATM и ЕС ОВД при современных темпах обновления промышленных моделей технических средств произойдет не только первичное перевооружение служб организации и управления воздушным движением, но и определенная смена поколений техники. Необходимая доскональность прогнозов по этим направлениям маловероятна, что и затягивает централизованную реализацию подобных системных преобразований.
В то же время существуют примеры, когда легализация локальной инициативы и нецентрализованных возможностей использования глобальных государственных ресурсов дают поразительные положительные результаты. Наиболее яркой иллюстрацией эффекта такого подхода является Интернет. Отметим также, что подобная удача сопутствует системе GPS в функциях локального позиционирования объектов на поверхности Земли. Однако в ГА спутниковые системы позиционирования еще не нашли должного широкомасштабного регламентированного применения. Причинами такого положения являются, в некоторой степени, технические характеристики спутниковых систем позиционирования, но в основном это связано с формализацией информационно документальной регистрации фактов пространственного позиционирования ВС ГА [6]. Это достаточно наглядно иллюстрируется Концепцией создания и развития инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации.
«Существующие в настоящее время системы идентификации пространственных объектов по их адресному описанию, в том числе реестры, кадастры, регистры, ведение которых осуществляют федеральные органы исполнительной власти, не позволяют обеспечить интеграцию и совместное использование пространственных данных, полученных из различных источников. Результатом этого стало отсутствие в Российской Федерации единой системы идентификации пространственных объектов, что препятствует использованию пространст-
венных данных как универсального элемента связи различных баз данных и делает невозможным построение единого информационного пространства страны» [7].
Эти положения, пожалуй, являются основополагающими в ограничении применения спутниковых систем позиционирования в ГА. Отсутствие жесткой документальной идентификации и регистрации позиционирования ВС не может быть воспринято системами ОВД, в которых факт достоверности определения координат ВС в значительной степени является определяющим для безопасности полетов. Действительно, императивом организации воздушного движения, включающей связь, навигацию и наблюдение (control), несомненно, является обеспечение безопасности полетов, несмотря на экономическую обусловленность значимости эффективного трафика.
Одним из аспектов безопасности ОВД являются вопросы чрезвычайных ситуаций (согласно Ст.86 Воздушного кодекса Российской федерации - терпящее или потерпевшее бедствие ВС) [8]. Несмотря на эпизодический характер, возникновение чрезвычайных ситуаций, к сожалению, не так уж редко [9] и, главное, что они могут и возникают на любых этапах пилотирования ВС. При этом напряженность и неординарность обстановки при чрезвычайных ситуациях, а также нередко связанные с этим потери сил и средств, особенно контрастно выделяют все недостатки и промахи регламентации отношений, возникающих в этих ситуациях. На этапе экспериментальной стадии реализация концепции CNS/ATM это дает опыт оценки качества организации взаимодействия и интеграции систем общего назначения с инфраструктурой ОВД и средствами управления воздушным движением (УВД) для широкого спектра ситуаций.
В проекте Концепции технической модернизации ЕС ОВД действия при чрезвычайных ситуациях рассмотрены в подразделе 2.2.7. Указывается, что процедуры поиска и спасания требуют определенного распределения информации, которое может выходить за рамки авиационного (корпоративного) сообщества и, таким образом, важно обеспечение взаимодействия с инфраструктурами связи, не имеющими отношения к системе конкретной корпорации. Такая оценка позволяет говорить об определенной обособленности и выделенности проблемы идентификации местоположения объектов чрезвычайной ситуации (ОЧС) и ее актуальности в широком спектре применения.
Одним из необходимых условий эффективной ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций особенно на перемещающихся в пространстве объектах является оперативная и документально достоверная идентификация местоположения ОЧС. Обеспечение этих условий является обязательным требованием практически любых систем, связанных с предоставлением услуг по обслуживанию ресурсоемких объектов. Особую значимость качество реализации этих требований приобретает, когда чрезвычайные ситуации на объектах могут приводить к человеческим жертвам, значительным ресурсным издержкам, к возможности нарушения конфиденциальности статуса объекта или события, а также при других обстоятельствах.
Государственная программа обеспечения безопасности полетов воздушных судов гражданской авиации [10] определяет мероприятия с целью устранения или смягчения факторов риска и достижения установленных государством приемлемых уровней безопасности. Эти мероприятия будут осуществляться на всех этапах жизненного цикла системы: от разработки и проектирования ее компонентов до их сертификации, внедрения и эксплуатации. Они ориентированы на важнейшие направления деятельности по обеспечению безопасности воздушного движения в период реорганизации единой системы организации воздушного движения в аэронавигационную систему России, среди которых отмечается необходимость совершенствования взаимодействия с обслуживающими подсистемами аэронавигационной системы России и в первую очередь, авиационно-космического поиска и спасания. В Программе делается акцент на формирование научно-теоретических и методических основ, которые являются необходимым условием для выбора перспективных направлений и повышения эффективности планируемых мероприятий за счет инициирования инновационных проектов, касающихся человеческого фактора и авиационных технологий. Планом мероприятий программмы предусмотрено
(п.17) проведение исследований по совершенствованию методов и средств при авиационных происшествиях и инцидентах.
В настоящее время в глобальном масштабе в мире действует международная Космическая Система Поиска мест Аварий Судов и Самолетов КОСПАС-САРСАТ. В рамках этой системы регламентированы и отработаны организационные механизмы доведения сведений о местоположении терпящих или потерпевших бедствие ВС до компетентных служб спасения. Не давая конкретной оценки эффективности КОСПАС-САРСАТ, необходимо отметить, что достаточно продолжительный опыт ее международной эксплуатации означает допустимость ее характеристик установленным приемлемым уровням показателей безопасности ОВД.
Принцип функционирования основан на том, что при возникновении чрезвычайной ситуации на борту ВС происходит включение аварийного радиомаяка, предназначенного для подачи сигналов бедствия. Прием этих сигналов производится доступными по условиям распространения радиотехническими средствами, в частности спутниковыми средствами орбитальной компоненты КОСПАС-САРСАТ. На основании принятых сигналов бедствия производится определение местоположения ОЧС и передача необходимой информации соответствующим службам спасения.
По аналогичному принципу в НИИАА имени академика В.С. Семенихина был разработан проект ТОМАК (Точное Определение Мест Авиационных Катастроф), который ориентировался на орбитальную компоненту геостационарных спутников [11]. Это, по мнению авторов, позволяет повысить скорость идентификации и регистрации местоположения ОЧС. Наряду с положительными свойствами и достоинством систем идентификации терпящих или потерпевших бедствие ВС и оповещения об этих событиях необходимых служб спасения, построенным по указанным принципам, они имеют ряд слабых мест.
Одним из них является достаточно высокая стоимость создания и эксплуатации специализированной спутниковой орбитальной компоненты. Эти вопросы в определенной степени решены для международной системы КОСПАС-САРСАТ с учетом ее применения для морских и воздушных судов. Для проекта ТОМАК, по-видимому, именно экономические показатели явились непреодолимым препятствием для его реализации.
К другому кругу слабых мест следует отнести принципиальную феноменологическую неопределенность реакции указанных систем на возникновение чрезвычайной ситуации на борту ВС. Действительно, идентификация чрезвычайной ситуации и включение средств подачи сигналов бедствия на борту ВС обеспечивается силами (экипажем) и средствами пилотируемого ВС. Но именно выход из строя тех или иных ресурсов этих компонентов управления и обеспечения полета и создают чрезвычайную ситуацию на борту ВС. Вследствие этого гарантированность корректного оповещения соответствующих внешних служб о чрезвычайной ситуации на борту ВС достаточно неопределённа. В этой ситуации естественны попытки повысить гарантированность своевременного и достоверного оповещения компетентных служб о терпящих или потерпевших бедствие ВС. Одним из подходов в решении этого вопроса является включение дополнительного ресурса, независимого от сил и средств непосредственного управления и обеспечения полета, для выдачи сигналов бедствия. Таким ресурсом, в частности, могут быть члены обслуживающего персонала и пассажиры, оснащенные средствами подачи сигналов бедствия при возникновении чрезвычайной ситуации на борту ВС.
Реализация такого подхода в настоящее время стала доступна на основе развития и опыта применения спутниковых систем широкого назначения. Ориентация на этот класс систем подчеркивает область применения рассматриваемого подхода для ОЧС, находящихся вне зон необходимых возможностей обслуживания телекоммуникационных инфраструктур других видов. Обычно именно в этих случаях наиболее проблематично проведение мероприятий, связанных с чрезвычайными ситуациями, что и определяет актуальность рассматриваемых вопросов.
Использование возможностей спутниковых систем глобального позиционирования абсолютно адекватно для реализации функции определения координат местоположения ОЧС. В на-
стоящее время действуют две системы глобального позиционирования: Глобальная навигационная спутниковая система - ГЛОНАСС (Россия) и Global Positioning System - GPS (США). Под эгидой Евросоюза ведутся активные разработки создания новой Европейской системы глобального позиционирования «Galileo». Все эти системы имеют высокую разрешающую способность местоопределения объектов, вполне приемлемую для идентификации местоположения ОЧС. Для реализации функции передачи информации об ОЧС по адресу внешнего абонента, обеспечивающего непосредственную связь со службами спасения возможно использование каналов, предназначенных для приема сигналов бедствия, спутниковых систем связи.
Существует достаточное количество и разнообразие изделий в свободном рыночном распространении, которые в той или иной степени могут исполнять на основе взаимодействия со спутниковыми системами широкого назначения необходимые функции для выполнения процедур формирования и выдачи соответствующим службам информации об ОЧС. Однако в связи с отсутствием их специализации под конкретную рассматриваемую задачу эти изделия обладают значительным избыточным ресурсом, что снижает эффективность их применения для специальных целей. Большинство из них ориентированы на интерактивные режимы работы пользователей, вследствие чего в них присутствуют достаточно развитые средства визуальной индикации, которые существенно увеличивают как масса-габаритные показатели изделий, так и требования к их энергетическому обеспечению. Этот же фактор избыточности ресурса обычно значительно поднимает и стоимостные показатели изделий.
Следует отметить, что даже пренебрегая указанными замечаниями, в реальных условиях использование таких средств для рассматриваемой задачи в условиях терпящего или потерпевшего бедствие ВС весьма проблематично. Это связано, с одной стороны, с неподготовленностью предполагаемых пользователей и отсутствием регламентов взаимодействия абонентов при выполнении таким способом процедур оповещения соответствующих служб, с другой стороны, трудности связаны с отсутствием ориентации (конструктивной и функциональной) распространенных на рынке средств для работы в экстремальных условиях чрезвычайных ситуаций.
Ориентация на привлечение к действиям неспециалистов, а также напряженность и неординарность обстановки при чрезвычайных ситуациях требуют высокой степени автоматизации всех формальных процедур выдачи информации для организации поиска и спасания ОЧС спасательными службами. Действия пользователя со средствами реакции на чрезвычайную ситуацию должны ограничиваться элементарным воздействием на них в условиях возникновения чрезвычайной ситуации. Вследствие этого изделие должно быть предельно специализировано для выполнения жесткой последовательности только необходимых процедур. Такие требования феноменологически полностью аналогичны основному принципу, лежащему в основе «Глобальной системы связи при бедствиях» (ГМССБ), разработанной «Международной морской организацией» (IMO), - полная автоматизация процесса передачи и приема сообщений с использованием современных технологий и систем морского, берегового и космического базирования [12]. Аналогичный подход должен быть использован и для гражданской авиации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Концепция и системы CNS/ATM в гражданской авиации / под ред. Г. А. Крыжановского. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2003.
2. Логвин А.И., Соломенцев В.В. Спутниковые системы навигации и УВД. - М.: МГТУ ГА, 2005.
3. 11-я Аэронавигационная конференция ICAO. - Монреаль, 2003.
4. Кузьмин Б.И. Сети и системы авиационной цифровой электросвязи. Ч.2. - СПб.: АГА, 2000; Ч.3. -СПб.: АГА, 2004.
5. КОНЦЕПЦИЯ (проект) Технической модернизации ЕС ОрВД России на период до 2015г. на основе концепции CNS\ATM ICAO в соответствии с подпрограммой «Единая система организации воздушного движе-
ния» федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России»// Министерство транспорта РФ, ФАВТ. - М.: 2006.
6. Логвин А.И., Платонов И.Д. О концепции интеграции служб навигации и управления воздушным движением в глобальных радиотехнических и спутниковых системах // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Навигация и УВД, № 121, 2007. - С. 36 - 40.
7. Концепция создания и развития инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации // Одобрена распоряжением Правительства Российской Федерации от 21 августа 2006 г. № 1157-р.
8. Воздушный кодекс Российской федерации. ФЗ - 60 от 19.03, 1997.
9. Ларичев И.Л. Воздействие геофизических факторов на аварийность в гражданской авиации. Дис. ... канд. техн. наук. // ИПГ им. ак. Е.К. Федорова - М., 2005г.
10. Г осударственная программа обеспечения безопасности полетов воздушных судов гражданской авиации. Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 6 мая 2008 года N 641-р.
11. Проведение работ по созданию средств точного определения мест авиационных катастроф с использованием действующих спутниковых систем // НИР Отчет, учетный номер Г37783 ФГУП ВИМИ. - М., 2002.
12. Шишкин А.В., Купровский В.И., Кошевой В.М. Глобальная морская система связи при бедствиях и для обеспечения безопасности мореплавования (ГМССБ). - М.: Рконсульт, 2007.
13. Корнев Н.В., Платонов И.Д. Логистические подходы в организации коммуникационных услуг мобильных систем связи // Информационное общество, № 5-6. 2006.
14. Федеральная целевая программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы. Утверждена постановлением Правительства Российской Федерации от 28 июля 2008 г. № 568.
GLONASS AS BASE COMPONENT FORMATION KNOWLEDGES ABOUT EXTRAORDINARY
SITUATIONS ON MOVING OBJECTS
Logvin A.I., Platonov I.D.
Aspects innovationing approaches using system GLONASS and Satellite telecommunication system for informative about extraordinary situations on board aircrafts are considering.
Сведения об авторах
Логвин Александр Иванович, 1944г.р., окончил КГУ (1966), доктор технических наук, профессор, действительный член Академии транспорта РФ, профессор МГТУ ГА, автор более 400 научных работ, область научных интересов - радиолокация, системы передачи информации, эксплуатация радиоэлектронного оборудования.
Платонов Иван Даниилович, 1979г.р., окончил МТУСИ (2000), кандидат технических наук, академический советник Российской инженерной академии, автор 32 научных работ, область научных интересов - автоматизированные телекоммуникационные сети и системы.
