CC BY
48
УДК 656.7.081
НОВЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ ПОРТАТИВНЫХ ПРИЕМНИКОВ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ ПРИ РАССЛЕДОВАНИИ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ
В.М. РУХЛИНСКИЙ, А.С. ДЯЧЕНКО
В данной статье предлагается новый метод восстановления и использования информации портативных приемников спутниковой навигации при расследовании авиационных происшествий.
Ключевые слова: метод, информация, маршрут движения, данные.
В последние годы, в связи с широким распространением технологий спутниковой навигации в гражданском потребительском секторе, в том числе и в гражданской авиации, наблюдается тенденция увеличения количества работ по исследованию информации, предоставляемой портативными приемниками спутниковой навигации (ППСН), изъятыми с места авиационных происшествий (АП) (табл. 1).
Таблица 1
Авиационные происшествия, сопровождавшиеся исследованиями ППСН (2008-2011 гг.)
№ Дата Тип ВС Тип ППСН Состояние
1 02.03.2008 Я-44 ОРБМар 276С Поврежден
2 03.06.2008 Х-32 "Бекас" ОРБ 76 У довлетворительное
3 02.07.2008 СеББпа 182 ОРБМар 296 Поврежден
4 10.09.2008 Ми-2 ОРБ 72 У довлетворительное
5 20.09.2008 Ми-2 ОРБ 128 У довлетворительное
6 03.11.2008 ТОРГА-1 ОРБМар 295 Поврежден
7 26.12.2008 АБ 350 ВЗ ОРБМар 295 Поврежден
8 09.01.2009 Ми-171 ОРБМар 296 У довлетворительное
9 26.04.2009 Як-52 ОРБ Еіхех УІБіа У довлетворительное
10 29.05.2009 Дельталет ОРБ Еіхех УепШге У довлетворительное
11 15.06.2009 СеБ8па-150Ь ОРБтар 276С У довлетворительное
12 16.07.2009 Х-32 "Бекас" ОРБМар 276С У довлетворительное
13 14.08.2009 Ми-2 ОРБ 128 У довлетворительное
14 09.10.2009 Ми-8Т ОРБ 72 У довлетворительное
15 26.10.2009 Бае-125-800Б ОРБМар 296 Поврежден
16 29.11.2009 СеББиа 182 ОРБ Рііоі 3 У довлетворительное
17 13.12.2009 СМ-92 ОРБМар 276С Поврежден
18 10.03.2010 Я-44 ОРБМар 496 У довлетворительное
19 11.03.2010 Ми-8Т ОРБМар 295 Поврежден
20 19.04.2010 АБ-320 ОРБМар 296 У довлетворительное
21 12.06.2010 СВ-32 ОРБМар 296 У довлетворительное
22 13.06.2010 Ь-44 ОРБМар 296 У довлетворительное
23 08.08.2010 М0-600 ОРБ 95 Поврежден
24 02.10.2010 Я-44 ОРБМар 296 Поврежден
25 05.11.2010 Сигма Классик ОАЕМШ ОРБ 96 Поврежден
26 25.11.2010 Ми-8Т ОРБМар 296 Поврежден
27 08.04.2011 МД-20ДИ ОРБ 72 Поврежден
В настоящий момент большинство моделей приемников представляют собой прибор, оснащенный модулем определения своего местоположения с использованием технологий ОРБ/ГЛОНАСС и предоставляющий пользователю дополнительные возможности, такие как:
1. Отображение своего местоположения на карте местности.
2. Работа с базой данных навигационных точек пользователя.
3. Создание маршрутов движения, одновременно с их отображением на карте и возможностью сопровождения по выбранному маршруту.
4. Фиксация истории пройденного пути (функция Тгаек1о§).
5. Синхронизация и обмен данными с персональным компьютером.
В табл. 1 приведена статистика проведенных в 2008 - 2011 гг. исследований. Как следует из приведенных данных, в 80% процентах случаев воздушные суда (ВС), потерпевшие катастрофу, не были оснащены штатными средствами объективного контроля (бортовыми самописцами). Из этого следует, что работы по считыванию и восстановлению данных, зарегистрированных приемниками спутниковой навигации, представляют собой практически единственный источник объективной информации о ходе выполнения последнего полета.
В большинстве случаев, в результате проводимых исследований удается восстановить траекторию полета ВС и произвести расчет ряда параметров полета, не прибегая к специальным методам восстановления информации. Однако в ряде случаев (40% от общего количества) не представляется возможным восстановить информацию с приемников, поврежденных вследствие АП, штатными способами. Основным фактором, затрудняющим проведение таких работ, является отсутствие какой-либо документации производителя, описывающей методы работы с неработоспособными приемниками.
Анализ сложившейся ситуации указывал на необходимость создания комплексной методики, включающей в себя методы и алгоритмы использования и восстановления информации с неповрежденных/поврежденных ППСН при расследовании АП.
Поэтому особую роль приобрел вопрос о проработке возможных методов копирования и дальнейшего использования информации об истории пройденного пути, представляющей большую значимость при расследовании АП [1].
На первом этапе работ по исследованию оборудования необходимо произвести считывание зарегистрированной информации. Упрощенная схема проведения этого процесса представлена на рис. 1.
Как видно из табл. 1, в 60% случаев для считывания информации с работоспособного оборудования были использованы штатные методы копирования зарегистрированной информации. В случае, если прибор имеет незначительные повреждения (жидкокристаллический дисплей и/или отдельные элементы поверхностного монтажа требуют ремонта/замены), в рамках методики предусмотрены процедуры, позволяющие обеспечить функционирование прибора в объеме, достаточном для обеспечения копирования информации штатными методами.
Наиболее трудоемким видом работ является копирование и восстановление информации со значительно поврежденных приборов. Обычно такие приемники имеют повреждения следующих видов:
• оплавление внутренних частей прибора вследствие воздействия высокой температуры;
• деформация многослойной печатной платы;
• разрушение отдельных микросхем вследствие воздействия механического удара.
Рис. 1. Блок-схема проведения работ по считыванию данных Tracklog
В случае работы с такими приборами, необходимо убедиться, что микросхема FLASH памяти не разрушена вследствие механического или теплового воздействия, т.к. на настоящий момент времени разработанная методика не предусматривает возможности работы с такими микросхемами. Как видно из табл. 1, в 11 из 27 случаев приемники имели значительные повреждения, однако микросхема FLASH памяти находилась в состоянии, позволяющем производить ее считывание.
В рамках создания методики был разработан и изготовлен стенд, предназначенный для считывания микросхем FLASH памяти, используемых различными типами приемников.
В процессе анализа различной технической документации был выполнен расчет относительных показателей объема регистрируемых данных (рис. 2), и установлены ключевые принципы регистрации параметров движения, применяемые внутренними алгоритмами 1111СН:
1) используется кадровая (пакетная) структура регистрации истории пройденного пути;
2) определен конкретный перечень регистрируемых параметров (точное время UTC, долгота, широта, относительная высота);
3) установлены функции преобразования физических значений регистрируемых параметров в машинный код, сохраняемый на носителе информации.
Рис. 2. Функциональное распределение емкости микросхемы FLASH памяти для отдельно взятой модели ППСН
Таким образом, микросхема FLASH памяти ППСН хранит множество A, элементами которого являются значения байт, записанные на микросхеме. Из этого следует, что B с A, где B - множество зарегистрированных точек траектории пройденного пути (рис. 3).
Рис. 3. Представление способа хранения информации Tracklog в микросхемах FLASH памяти ППСН
Полученная информация позволила провести математический эксперимент, направленный на разработку нового алгоритма автоматической фильтрации.
Цель создаваемого алгоритма заключается в нахождении всех элементов b е B, содержащихся во множестве A, одновременно с идентификацией способа кодирования параметров движения элементами b.
Процесс реализации алгоритма потребовал внесения начальных условий:
1. Диапазон времени регистрации последней траектории полета ВС - (ТАП - ёТ « ТАП), где ТАП - официальное время АП; ёТ - приблизительная продолжительность последнего полета (значения обоих параметров могут задаваться с запасом).
2. Значение величин географических координат области АП - L12, dL12, где L1 - широта
места АП; L2 - долгота места АП; dL12 - допустимые приращения параметров L12. Методом последовательного перебора элементов а е А формируется вектор IT = IT (it 1, it 2,..., itNt i, itNt), содержащий Nt значений индексов элементов at, для которых выполняются условия:
а) а{ е A расшифровывается, как действительное значение времени, т.е. о ^(Тш - F, (at ))£ dT, где 1 < i < Na , Na - количество элементов исходного множества A; Ft -функция преобразования значений множества A в физическую величину времени;
б) окрестность ai е A содержит элементы, расшифровываемые как достоверные значения
долготы/широты, т.е. | Fpk (а,) - Vk | < dVk, где i-M < j <i +M ,k= 1,2; M = e (значение s было рассчитано из условия максимально возможной емкости кадра данных элемента b е B ).
Как установлено ранее, элементы множества b е B регистрируются прибором в строгой последовательности. Данный факт позволяет произвести точный расчет длины кадра, равной количеству байт F, отведенных на хранение одной траекторной точки. Расчет параметра F производится за счет вычисления величины медианы приращения упорядоченных значений элементов вектора IT.
Основной процедурой эвристического анализа является формирование и анализ матрицы C, содержащей все значения исходного множества A, предположительно являющиеся элементами b е B .
auL-i aitL-2 ' ait,_-F '
ait.-F - «^ 2 “it3 l ait2-2 ' ait.-F
aitXT-'--F ' “itjfr-i-l “itlfr-i aitx T-._-2 ' ' aitxT-L-F
. aitxT~F ' " ait?;T-2 “itffr1 а^Л’т- aitnT+2 ' ' aitxT-F .
Матрицу C можно представить последовательным набором столбцов
С,
cj =
и
■яг -1J С№г-1 ■
Расчетным образом идентифицируются столбцы С1, содержащие значения зарегистрированных координат местоположения ВС, т.к. для таких С1 будет выполняться условие
(cU)- Vk)® min,
где Vk, к = 1,2 - параметры местоположения (долготы/широты), заданные в начальных условиях;
Fpk, к = 1,2 - соответствующая функция преобразования значений множества A в физические
значения параметров долготы/широты.
Схема проведения эксперимента представлена на Рис. 4. Экспериментальные данные формировались на базе фактической траектории ВС, зафиксированной лабораторным ППСН. На основании полученной траектории в алгоритм поступал набор расчетных множеств A, отличающихся различными схемами кодирования и включения множества B (содержащего фактическую траекторию, зафиксированную лабораторным приемником). В результате было получено решение, позволяющее произвести восстановление информации Tracklog во всех расчетных случаях.
Полученная реализация алгоритма прошла успешную апробацию при работе с копиями микросхем памяти неработоспособных приборов, изъятых с места АП (табл. 1).
Рис. 4. Блок-схема проведения эксперимента по созданию алгоритма фильтрации
Наряду с восстановлением параметров движения ВС в последнем полете, алгоритм также предоставляет информацию о точной структуре кадра хранения данных. Наличие этой информации позволяет производить дальнейшие исследования копии микросхемы памяти на предмет восстановления траекторий предыдущих полетов, что, в свою очередь, способствует установлению реальной картины эксплуатации ВС.
Предложенный метод восстановления информации отличается от ранее применяемых в мировой практике. Например, существует возможность использования информационного письма, разработанного Бюро по расследованию АП Франции [3], содержащего основные сведения о структуре и формате хранения данных Tracklog некоторых моделей приемников спутниковой навигации. Однако этот документ содержит лишь ограниченный перечень моделей оборудования, что не предусматривает универсальности метода.
Схема реализации второго этапа работ, унифицированной методики использования информации ППСН при расследовании АП, представлена на рис. 5. Имея данные точного местоположения ВС в определенные моменты времени, выполняется расчет ряда нерегистрируемых параметров движения ВС.
Отличительной особенностью применения разработанного алгоритма расчета нерегистри-руемых параметров полета, является возможность расчета значений истинной высоты полета ВС. Данная функция реализуется за счет работы с базой данных NASA SRTM3 (Shuttle Radar Topography Mission), включающей данные топографической развертки поверхности земли, осуществленной с помощью радарной интерферометрической съемки поверхности земного шара с борта космического корабля многоразового использования "Шаттл".
Рис. 5. Блок схема проведения работ по подготовке полученных траекторных данных для дальнейших исследований
Для снижения трудоемкости дальнейших работ, учитывая то, что специалисты, изучающие динамику полета ВС в рамках расследований АП, обычно оперируют с данными, скопированными с штатных бортовых самописцев, был разработан алгоритм, преобразующий восстановленные и расчетные данные в структуру, характерную для штатных бортовых самописцев. Такой подход обеспечивает однообразие использования программных средств, предназначенных для анализа данных бортовых самописцев и ППСН.
В процессе анализа полученной полетной информации экспертам необходимо производить оценку достоверности полученных данных. Необходимость проведения таких работ вызвана тем фактом, что приемники спутниковой навигации продолжают производить регистрацию траекторных данных, даже в случае потери связи со спутниками GPS/ГЛОНАСС. Эта функция
осуществляется ими за счет экстраполяции параметров движения ВС по расчетному вектору скорости, рассчитанному ранее. В настоящий момент времени ведутся работы, направленные на создание автоматических алгоритмов идентификации зон, сопровождающихся регистрацией расчетных (недостоверных) данных траектории движения ВС.
Выводы:
1. Применение новых методов считывания и восстановления информации при исследовании поврежденных ППСН способствует установлению истинных причин АП, что в свою очередь, позволяет качественно поднять уровень проведения ряда расследований АП.
2. Новые методы прошли апробацию и получили высокую оценку мирового сообщества расследователей АП в ходе проведения рабочего совещания группы IRIG (International Recorder Investigator Group), проводившегося в г. Тайбей (Тайвань) в 2008 году; 17-й научнопрактической конференции «Общества независимых расследователей авиационных происшествий», проводившейся в г. Химки (Российская Федерация) в 2009 году [2].
3. Методика «Восстановление и использование информации ППСН при расследовании АП», включающая реализацию новых методов, внедрена в процесс расследования АП специалистами Межгосударственного авиационного комитета.
4. Разработанные алгоритмы могут применяться при работе с другим авиационным оборудованием магистральных ВС 1-го и 2-го класса (TCAS, TAWS и д.р.).
5. Разработанные по результатам расследований АП мероприятия являются базовыми для создания проактивной системы управления безопасностью полетов (SMS) в авиакомпаниях.
ЛИТЕРАТУРА
1. Правила расследования авиационных происшествий и инцидентов с гражданскими воздушными судами в Российской Федерации. - Правительство РФ, 1998.
2. Дяченко А.С. Восстановление и использование информации спутниковых навигационных систем при расследовании авиационных происшествий // 21-й сборник ОРАП. - М., 2009.
3. Информационное письмо «Garmin GPS decoding rules 2008», Бюро по расследованию авиационных происшествий Франции, 2008.
NEW METHODS OF THE RECOVERY AND ANALYSIS OF THE DATA FROM THE PORTABLE GPS RECEIVERS USED IN THE AIR ACCIDENT INVESTIGATION
Rukhlinskiy V.M., Dyachenko A.S.
This article is about new developments in recovery and usage of GPS data for accident investigations.
Key words: method, information, route of movement of the data.
Сведения об авторах
Рухлинский Виктор Михайлович, 1946 г.р., окончил МАИ им. Орджоникидзе (1973), доктор технических наук, председатель Комиссии по связям с ИКАО, международными и межгосударственными организациями Межгосударственного авиационного комитета, автор более 85 научных работ, область научных интересов - безопасность полетов, эксплуатационно-технические характеристики гражданской авиационной техники и поддержание летной годности самолетов ГА.
Дяченко Александр Сергеевич, 1983 г.р., окончил МАИ им. Орджоникидзе (2006), Калужское авиационное летно-техническое училище (2003), консультант Комиссии по научно-техническому обеспечению расследований авиационных происшествий Межгосударственного авиационного комитета, автор 6 научных работ, область научных интересов - безопасность полетов, разработка программноаппаратных комплексов по восстановлению информации средств объективного контроля, моделирование авиационных происшествий.
