CC BY
24Транспорт Шёлкового Пути UDC 629.735.33
№2, 2021
FEATURES OF FLIGHTS ALONG FOUR-DIMENSIONAL SPACE-TIME TRAJECTORIES
Dilshod ESHMURADOV*, PhD., Associate Professor Department of “Metrology, Standardization and Certification”
Temurmalik ELMURODOV, senior teacher
Tashkent state technical University Named after Islam Karimov
2, University str, 100178, Tashkent, Uzbekistan
*Tel: +998 (97) 767-20-10
*E-mail: e dilshod69@mail.ru
Anvar SULAYMONOV, air traffic controller
Tashkent center for automated air traffic control systems
13, S.Talipov str, 100167, Tashkent, Uzbekistan
Tel: +998 (94) 584-08-38
E-mail: dokavia101@gmail.com
Abstract : In the documents of the International Civil Aviation Organization (ICAO), which define the requirements for advanced technical means, the goals and objectives of the development of world air navigation are given. Due to the variety of air traffic control tasks, there are many varieties of air traffic simulation models. Sesar and NextGen are cutting-edge research programs in this area. Such programs are developing to find optimal solutions. That is, the creation of new methods of information support for flights. This article discusses the issues of software and information support for air traffic control processes. The varieties of simulation models of the air situation are analyzed.
Key words: software, information support, sensor, intensity, airspace, microprocessor, simulation model.
UO’K 629.735.33
TO’RT O’LCHOVLI FAZO-VAQT TRAYEKTORIYASI BO’YICHA PARVOZLARNING XUSUSIYATLARI
Dilshod ESHMURADOV*, t.f.n., “Metrologiya, standanrtlashtirish va sertikatlashtirish” kafedrasi dotsenti
Temurmalik ELMURADOV, katta o’qituvchi
Islom Karimov nomidagi Toshkent davlat texnika universiteti
100178, O’zbekistan, Toshkent, Universitet ko’chasi, 2-uy.
*Tel: +998 (97) 767-20-10
*E-mail: e dilshod69@mail.ru
Anvar SULAYMANOV, aviadispetcher
Havodagi harakatni boshqarishning avtomatlashtirilgan Toshkent markazi 100167, O’zbekiston, Toshkent, S.Tolipov ko’chasi, 13-uy Tel: +998 (94) 584-08-38 E-mail: dokavia101@gmail.com
Annotatsiya: Xalqaro fuqaro aviatsiyasi tashkiloti (ICAO)ning ilg’or texnik vositalarga qo’yilgan talablarni belgilovchi hujjatlarida jahon aeronavigatsiyasi rivojlanishining maqsad va vazifalarini belgilab bermoqda. Havodagi harakatni boshqarish vazifalarining xilma xilligi sababli, havodagi harakatni simulyatsiya qiluvchi turlicha modellari yaratilgan. Bu sohada Sesar va NextGen dasturiy ta’minotlari yetakchi bo’lib, ular parvozlarni axborot bilan ta’minlashning yangi usullarini yaratish ustida tadqiqotlar olib bormoqdalar. Ushbu maqolada havodagi harakatni boshqarish jarayonlarining dasturiy va informatsion ta’minot masalalari ko’rib chiqilgan, havodagi harakat imitatsion turlari tahlil qilingan va ma’lumotlarni yig’ish tizimi taklif qilingan.
Kalit so’zlar: dasturiy ta’minot, informatsion ma’lumot, datchik, intensivlik, havo kengligi, mikroprotsessor, imitatsion model, ma’lumotlarni yig’ish tizimi.
УДК 629.735.33
ОСОБЕННОСТИ ПОЛЁТОВ ПО ЧЕТЫРЁХМЕРНЫМ ПРОСТРАНСТВЕННОВРЕМЕННЫМ ТРАЕКТОРИЯМ
Дилшод ЭШМУРАДОВ*, к.т.н., доцент кафедры «Метрология, стандартизация и сертификация»
Темурмалик ЭЛМУРАДОВ, старший преподаватель
Ташкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова 100178, Узбекистан, Ташкент, ул. Университетская, 2 *Tel: +998 (97) 767-20-10
32
Д. Эшмурадов, Т. Элмурадов, А. Сулайманов
*E-mail: e dilshod69@mail.ru
Анвар СУЛАЙМАНОВ, диспетчер ОВД
Ташкентский Центр автоматизированных систем управления воздушным движением 100167, Узбекистан, Ташкент, ул. С Толипова, 13 Tel: +998 (94) 584-08-38 E-mail: dokavia101@gmail.com
Аннотация: В документах международной организации гражданской авиации (ИКАО), определяющих требования к перспективным техническим средствам, приводятся цели и задачи развития мировой аэронавигации. Вследствие разнообразия задач управления воздушным движением существует много разновидностей имитационных моделей воздушной обстановки. В данной сфере передовыми программами исследований являются Sesar и NextGen, которые ведут разработки по поиску оптимальных решений, т.е. создание новых методов информационного обеспечения полетов. В данной статье рассмотрены вопросы программного и информационного обеспечения процессов управления воздушным движением, проанализированы разновидности имитационных моделей воздушной обстановки.
Ключевые слова: программное обеспечение, информационное обеспечение, датчик, интенсивность,
воздушное пространство, микропроцессор, имитационная модель, система сбора данных.
1. ВВЕДЕНИЕ
Согласно постановлению Кабинета Министров Республики Узбекистан от 18 октября 2016 года «Об утверждении основных правил полетов авиации в воздушном пространстве Республики Узбекистан» воздушные трассы и местные воздушные линии Республики Узбекистан включаются в Перечень воздушных трасс и местных воздушных линий Республики Узбекистан, утверждаемый командующим Войсками ПВО и ВВС.
Для каждого участка воздушной трассы и местной воздушной линии устанавливаются: наименование;
условные обозначения пункт обязательного донесения (ПОД) или пункт донесения по запросу (ПДЗ);
наименование поворотных пунктов;
координаты поворотных пунктов;
магнитные путевые углы;
расстояния;
ширина;
максимальная высота рельефа;
диапазон разрешенных эшелонов (высот) полета;
примечание.
Назначать одновременно одну и ту же высоту (эшелон) для полетов воздушных судов по Правилам визуальных полётов (ПВП) и Правилам полётов по приборам (МММ) запрещается.
Долгосрочные планы развития автоматизированных систем управления воздушным движением предполагают полёты воздушных судов (ВС) по точным четырёхмерным траекториям с учётом времени полёта. Данная концепция направлена на создание единой общемировой глобальной системы организации воздушного движения (ОрВД) [1].
В будущей системе ОрВД ВС потребуется не только следовать по заданным траекториям полёта, но и проходить его рубежи в строго определённое время.
Такие процедуры будут требовать от диспетчеров управления воздушным движением (УВД) согласования четырёхмерных траекторий полёта от этапа взлёта до этапа конечного захода на посадку с учётом таких обстоятельств, как смена погодных условий или определённые ограничения в возможности использования воздушного пространства (ВП). Будут также необходимы каналы связи, способные обеспечить непрерывный обмен информацией о полётных траекториях между службой УВД, другими наземными службами и бортовыми системами управления полетом [2].
2. МЕТОД
Использование четырёхмерных траекторий в процессе управления дает следующие преимущества:
• автоматизацию контроля, т.е. повышение скорости, точности, снижение трудоемкости измерений и их объективизацию, увеличение числа точек контроля;
• документирование результатов контроля и диагностики;
• формирование случайных реализаций траекторий воздушных судов при полёте по заданному маршруту, который позволяет производить оценку нарушений требуемых навигационных характеристик.
• обеспечение безопасных интервалов эшелонирования, которые гарантируют бесконфликтность полётов ВС.
• динамическое управление структурой и пропускной способностью ВП
• возможность применения экспертных систем.
33
Особенности полётов по четырёхмерным пространственно...
Данная концепция предполагает систематический обмен данными о траекториях полётов ВС между всеми сторонами, участвующими в процессе ОрВД, для обеспечения всех заинтересованных ведомств и служб единой картиной полёта и доступа в реальном времени к самой актуальной информации для выполнения своей задачи на протяжении всех этапов полёта [3].
Главная проблема внедрения четырёхмерных траекторий полётов ВС заключается в согласовании местных стандартных определений, процедур и методик с глобальными стандартами обмена данными о полётных траекториях. Ключевым механизмом реализации этой концепции является взаимосвязь бортовых и наземных систем через линию передачи информации. Также следует учитывать обмен информацией о траекториях между наземными системами и различными заинтересованными ведомствами и службами [4].
Концептуальные, методологические и аналитические разработки в системе организации воздушного движения включают в себя:
- оптимизацию сети в сфере авиаперевозок;
- интеграцию средств автоматизации наземных служб и бортовых систем;
- управление траекториями и очередями ВС;
- обеспечение безопасных интервалов эшелонирования;
- динамическое управление структурой и пропускной способностью ВП.
Оптимизация сети в сфере авиаперевозок связана с разработкой имитационной модели воздушной обстановки и оптимизации потоков воздушного движения. Для авиакомпаний это означает разработку различных подходов к управлению сети авиаперевозок и её оптимизации по траекториям и времени нахождения ВС в рейсах. Для наземных служб аэропортов - создание оптимальных методов и средства планирования полётов, интеграции и оптимизации процессов ОрВД.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
На сегодняшний день современные комфортабельные авиалайнеры Узбекистана регулярно приземляются и взлетают в более чем 50 городах Европы и Азии, выполняют чартерные рейсы от Аляски до Новой Зеландии и заходы выполняют по системе RNAV. Пилоты Узбекистана освоили эксплуатацию воздушных судов А320, А320 Neo ,Боинг-757/767 и сегодня управляют самолетами нового поколения - Boeing 787 Dreamliner. Эти воздушные судна оснащены необходимыми средствами зональной навигации.
Табл 1.
Интенсивность воздушного движения в воздушном пространстве Республики Узбекистан
№ Период Транзит Район аэродрома (взлет/посадка) Всего обслужено Отклонение ( % )
1. 2011 44080 41826 85906
2. 2012 49110 42950 92060 + 7
3. 2013 51248 41899 93147 + 1
4. 2014 54084 40088 94172 + 1
5. 2015 53965 36891 90856 - 4
6. 2016 54038 34287 88325 - 2,8
7. 2017 55334 34029 89363 + 1,18
8. 2018 62637 36618 99255 + 11
9. 2019 58047 44011 102058 + 2
Из таблицы видно, что интенсивность движения в воздушном пространстве Республики Узбекистан значительно увеличилось с 2012 по 2014 год. Надо отметить, что в 2015 году количество рейсов сократились из-за глобального экономического кризиса.
В 2020 году с наступлением пандемии и глобальными ограничениями авиаперевозчики всего мира столкнулись со следующими проблемами:
- вынужденное сохранение социальной дистанции, которое требует больше места;
- ограничение полетов или закрытие воздушных границ и внутренних авиалиний
Всё это привело к падению пассажиропотока и покупательской способности населения.
Однако ожидается, что начиная, с 2021 года ежегодный прирост авиаперевозок составит около 4-4,5 %. Такой рост потребует модернизации инфраструктуры в системе управления воздушным движением, усовершенствованные процедуры ОВД, на основе внедрения PBN, требуемые навигационные характеристики, а также требует увеличения пропускной способности воздушного пространства, поэтому особую актуальность приобретает оптимальное использование имеющегося воздушного пространства.
На основе проведенного исследования управления воздушными полетами, а также необходимости учета региональных параметров воздушного пространства была выявлена целесообразность и необходимость проведения математического моделирования аэронавигационной обстановки, т.е. создание имитационной модели воздушной обстановки.
В имитационную модель воздушной обстановки входят средства встроенного контроля и контрольноинформационные панели для настройки и проверки параметров полета ВС.
Такие системы с микропроцессорами нашли основное применение во встроенном контроле и могут быть построены самым следующим образом:
1) использование внешних устройств, для генерации тестовых сигналов. Микропроцессор в такой системы выполняет рол координатора и центра обработки информации.
34
Д. Эшмурадов, Т. Элмурадов, А. Сулайманов
2) использование внешних микропроцессоров, собирающих измерительную информацию и передающих её на компьютер для обработки. Через эти микропроцессоры передается управляющая информация для наземных служб.
В случае непосредственного использования компьютера для информационного обеспечения возможности компьютера ограничены возможностями звуковой платы по частоте и числу каналов. Однако, сравнительно простым способом можно увеличить число измерительных каналов, не используя дополнительный микропроцессор (рис.1).
Рис. 1. Схема системы контроля
Система контроля состоит из Д1^Д4 датчиков, аналогового коммутатора, генератора, счетчика и распределителя импульсов. Работа такой системы объясняется следующим образом: генератор импульсов генерирует прямоугольные импульсы, которые через счетчик подается на распределитель импульсов. Объем счетчика определяет время измерения одной величины, определяемой датчиком. Распределитель импульсов управляет аналоговым коммутатором, последовательно подключающим датчики Д1^Д4. На последний датчик подается импульсы от генератора. Этот измерительный канал служит для синхронизации работы системы.
Программное обеспечение для встроенных компьютерных диагностических систем создается для конкретных задач. В других случаях могут использоваться программные системы типа Matlab или Labview. Такие системы позволяют интегрировать аппаратные средства компьютера, дополнительные платы и внешние устройства в единую систему.
Перед тем, как установить систему сбора данных, мы должны знать физические параметры, которые мы хотим измерить, характеристики этих параметров, датчики, которые можно использовать и соответствующее оборудование для сбора данных.
Data Acquisition Toolbox - коллекция M- и MEX-файлов (динамических библиотек DLL) созданных в среде MATLAB [5].
Они обеспечивают:
• Среду для обработки информации, получаемой с подключенного PС-совместимого оборудования для сбора данных
• Поддержку аналогового входа (AI), аналогового выхода (AO), и цифровых I/O (DIO) подсистем (подсистем цифрового ввода-вывода), включая мгновенные аналоговые I/O преобразования
• Поддержку наиболее распространенного оборудования: о Модули Agilent Technologies E1432A/33A/34A VXI
о Платы, использующие драйвера DriverLINX о Платы Measurement Computing Corporation (ComputerBoards)
о Платы National Instruments, которые используют программное обеспечение NI-DAQ (кроме SCXI) о Параллельные порты LPT1-LPT3 о Звуковые карты Windows
о Дополнительно можно использовать Data Acquisition Toolbox Adaptor Kit для работы с неподдерживаемым оборудованием.
• управляемый событиями сбор данных.
Для каждого нового процесса сбора данных надо выполнить следующие задачи:
• настройка системы (System setup);
• калибровка (Calibration);
• пробы (Trials);
Первым шагом в любом процессе сбора данных является установка оборудования и программного обеспечения. Установка оборудования заключается в установке платы расширения в компьютер или установке модулей во внешние стойки. Установка программного обеспечения включает в себя установку драйверов оборудования и приложений. После того, как оборудование и программы установлены, можно подключать датчики..
35
Особенности полётов по четырёхмерным пространственно...
После того, как оборудование и программное обеспечение установлены, а сенсоры подключены, оборудование сбора данных должно быть откалибровано. Калибровка заключается в подаче сигнала с известными параметрами на вход и записи результата на выходе. Во многих устройствах сбора данных калибровка проводится программным обеспечением, приложенным производителем.
После того, как оборудование установлено и откалибровано, можно приступать к сбору данных. Предположим, что если полностью понимаете характеристики исследуемого сигнала, то можете легко настроить систему сбора данных и получить нужные значения. Однако на самом деле датчик может принимать посторонние помехи и поэтому он должен быть экранирован, или надо запустить устройство с более высоким коэффициентом (to run the device at a higher rate), или, возможно, надо добавить фильтр для отсечки ненужных частот. Эти эффекты являются препятствием между нами и точностью эксперимента. Для преодоления этих препятствий надо испробовать различные конфигурации оборудования и программного обеспечения. Другими словами, нужно провести множество проб сбора данных.
Как пользователь MATLAB и Data Acquisition Toolbox, мы заинтересованы в измерении и исследовании физических явлений. Назначение любой системы сбора данных - обеспечить Вас инструментами и ресурсами для проведения этих исследований. Вы можете считать, что система сбора данных - это набор аппаратного и программного обеспечения, соединяющий вас с окружающим миром (connects you to the physical world).
Система сбора данных представляет собой совокупность аппаратного и программного обеспечения. Она состоит из следующих компонентов:
• оборудование для сбора данных. Его основная функция - аналогово-цифровое и цифро-аналоговое преобразование сигналов.
• датчики и исполнительные механизмы. Они являются преобразователями. Преобразователь - это устройство, которое превращает входную энергию одной формы в выходную энергию другой формы. Например, микрофон - это сенсор, который преобразует звуковые колебания в электрическую энергию, а динамик - исполнительный механизм, который преобразует электрическую энергию в звук.
• согласующее оборудование. Служит для согласования сигналов датчика с параметрами оборудования для сбора данных. Например, входящий сигнал может быть уменьшен по амплитуде и очищен от шумов.
• компьютер. Служит для обработки полученных данных и содержит процессор, таймер, шину передачи данных, а также оперативную и постоянную память для хранения данных.
• программное обеспечение. Служит для организации обмена данными между компьютером и дополнительным оборудованием. Так, например, программное обеспечение служит для выставления частоты дискретизации и сбора определенного объема данных.
На основании анализа нами предложена система сбора данных и их взаимосвязь, которая показана на рис.2. Из рисунка можно получить представление о работе предложенной системы сбора данных:
Рис.2. Система сбора данных
- сигналы с датчика согласовываются, преобразуются в цифровую форму и поступают на компьютер для обработки. Например, для измерения уровня звука сигнал с датчика усиливается, оцифровывается звуковой картой и записывается в Matlab для последующего анализа частотной составляющей.
- данные с компьютера преобразуются в аналоговый сигнал и поступают на исполнительный механизм. Например, поток данных (a vector of data) в Matlab преобразуется в аналоговый сигнал звуковой картой и поступает на динамики (исполнительный механизм).
36
Д. Эшмурадов, Т. Элмурадов, А. Сулайманов
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В заключении можно сделать вывод, что применение таких систем характеризуют комплекс решений совместной организации воздушного движения:
• смягчение турбулентного следа;
• повышение безопасности полётов;
• повышение эффективности и пропускную способность аэропортов;
• повышение роли вторичных аэропортов в загруженных районах;
• снижение негативных экологических воздействий;
• снижение расхода топлива и понижению шума;
• снижение риска столкновения на подходе к аэропорту.
Таким образом, разработка перспективной имитационной модели воздушной обстановки позволит модернизации систем ОрВД, что приведет к сокращению эксплуатационных расходов авиакомпаний и выбросов вредных веществ и снижению уровня шумового загрязнения. Внедрение в эксплуатацию таких моделей существенно увеличить пропускную способность воздушного пространства Республики Узбекистан.
5. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Эшмурадов Д.Э., Микрюков Н.В., Арипджанов М.К. Полеты воздушных судов по четырёхмерным пространственно-временным траекториям. // Международная научно-практическая конференция «Гражданская авиация: прошлое, настоящее и будущее (Авиатранс-2015)», 15 мая 2015 года, Ростов-на-Дону. [In Russian: Eshmuradov, D.E., Mikryukov, N.V., Aripdjanov M.K. Polety vozdushnyx sudov po chetyryoxmernym prostranstvenno-vremennym traektoriyam. // Meejdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferensiya “Grajdanskaya aviatsiya: proshloe, nastoyashee i budushee (Aviatrans-2015)", 15 may, Rostov on Don. 2015]
2. URL: http://www.ato.ru/content/uvd-budushchego-kontrol-v-4d (дата обращения: 04.03.2014).
3. Дубатовская А.В., Митрофанов Д.В., Разиньков С.Н. Имитационное моделирование радиоэлектронной
обстановки в системах контроля воздушного пространства // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2019. №12. URL: https://cyberiemnka.m/artide/n/imitatsionnoe-modelirovanie-radioelektronnoy-
obstanovki-v-sistemah-kontrolya-vozdushnogo-prostranstva (дата обращения: 04.01.2021). [In Russian:
Dubatovskaya A.V., Mitrofanov D.V., Razinkov S.N. Imitatsionnoe modelirovanie radioelektronnoy obstanovki v sistemax kontrolya vozdushnogo prostranstva // Vozdushno-kosmicheskie sily. Teoriya i praktika. 2019. 12]
4. Клименко В.А., Любимов А.Д. Апробация результатов программ Sesar и NextGen на международных ОрВД-семинарах. Проблеми транспорту: Збгрник наукових праць: Випуск 9. - К: НТУ, 2012. - 304 с. [In Russian: Klimenko, V.A., Lyubimov, A.D. Aprobatsiya rezultatov program Sesar i NextGen na mejdunarodnyx OrVD-seminarax. Problemy transporta. Sbornik nauchnyx rabot. Vypusk 9. - K: NTU, 2012.]
5. Мэтьюз Дж.Г., Финк К.Д. «Численные методы. Использование MATLAB». Перевод с англ. - М.:Изд.Дом «Вильяме», 2001. 720 с.
