CC BY
142
УДК 656.7.052:004.4
РЕАЛИЗАЦИЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ФУНКЦИИ АНАЛИЗА ДАННЫХ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ВОЗДУШНОГО ПРОСТРАНСТВА
Р.Х. ГАБЕЙДУЛИН, Д.И. ГОРЯЧЕВ, И.Ф. ЗУБКОВА, |А В- МУЧИНСКИЙ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Рудельсоном Л.Е.
Рассматривается программное средство удаленного доступа к данным по использованию воздушного пространства, эксплуатируемое в Главном центре Единой системы организации воздушного движения России. Дистанционная функция анализа входит как составная часть в комплекс средств автоматизации планирования воздушного движения и обеспечивает актуальной информацией зональные и районные центры системы.
Ключевые слова: использование воздушного пространства, организация потоков, удаленный доступ.
Введение
В настоящее время в составе Главного центра (ГЦ) Единой системы организации воздушного движения (ЕС ОрВД) России находится в эксплуатации комплекс средств автоматизации планирования воздушного движения (КСА ПВД). Его основное назначение состоит в поддержке планирования использования воздушного пространства (ВП), организации потоков воздушного движения в целях снижения перегрузок ВП и повышения эффективности его использования. Для успешного решения этих задач в базе данных (БД) ГЦ сосредоточивается и непрерывно обновляется информация о текущем и прогнозируемом состоянии аэронавигационной системы страны в целом. В процессе планирования полетов в центрах ЕС ОрВД нижележащих уровней возникает потребность в этой информации. Обеспечение зональных и районных центров (ЗЦ и РЦ) актуальными аэронавигационными данными об обстановке в других зонах и районах ЕС ОрВД осуществляется с помощью программного средства удаленного доступа, обсуждаемого в настоящей статье. Описание ключевых элементов алгоритмического и программного обеспечения системы планирования использования воздушного пространства (ИВП) в целом представлено в [1].
1. Функциональный состав комплекса средств автоматизации
Функциональная схема КСА ПВД содержит три части (рис. 1): 1) подсистема ведения аэронавигационных и справочных данных; 2) подсистема обработки и хранения плановой и фактической полетной информации (ЦСОПП - централизованная служба обработки планов полетов); 3) подсистема организации потоков воздушного движения (ОПВД) (рис. 2).
Подсистема ОПВД включает в себя автоматическое непрерывно работающее программное средство (ПС) расчета показателей ИВП (ПС "Расчет загрузки"), интерфейсные средства анализа ИВП (ПС "Анализ загрузки" и "Обработка ограничений ИВП"), предназначенные для запуска на рабочих местах специалистов ГЦ [1].
В числе основных ПС КСА ПВД разработано средство "Удаленный доступ", обеспечивающее удаленным пользователям возможность доступа к актуальным данным о планируемом ИВП, а также о прогнозируемом превышении нормативов пропускной способности (НПС) секторов обслуживания воздушного движения (ОВД) и аэродромов применительно к предтактиче-скому и тактическому этапам ОПВД (рис. 2). Если подсистема ОПВД играет важную роль в централизации планирования ИВП как основной инструмент планирования и регулирования воздушного движения (ВД), то входящее в ее состав средство "Удаленный доступ" обеспечивает связь КСА ПВД с другими участниками планирования, предоставляя им возможность доступа к сосредоточенным в ГЦ данным по ИВП.
Рис. 1. Функциональная схема: АК - авиакомпании; Рис. 2. Подсистема организации потоков:
АДП - аэродромные диспетчерские пункты; АДП - аэродромные диспетчерские пункты;
а/н - аэронавигационные данные ОИВП - ограничения использования ВП
2. Информационное взаимодействие системы планирования воздушного движения с другими участниками планирования и управления воздушным движением
В процессе деятельности по планированию ИВП предусматривается информационный обмен ГЦ с другими участниками планирования: зональными и районными центрами, аэродромными диспетчерскими пунктами (АДП), авиакомпаниями. КСА ПВД ГЦ является сетевой централизованной системой. Сбор аэронавигационных и полетных данных, расчет на их основе прогнозируемого ИВП и разработка мер ОПВД производится в ГЦ. При централизованной организации планирования и регулирования потоков ВД особое значение приобретают средства удаленного доступа, обеспечивающие информационную и функциональную поддержку со стороны ГЦ других участников планирования потоков ВД.
В числе основных потоков данных, которые формирует КСА ПВД ГЦ - данные по прогнозируемой загрузке РЦ, секторов обслуживания ВД, аэродромов и точек воздушных трасс (ВТ) на этапах суточного и текущего планирования. Эти данные доступны в визуальной форме постам ОПВД в районах, а также другим авторизованным пользователям в режиме удаленного доступа. Таким образом, это средство обеспечивает как централизацию данных по ИВП, так и общую единую информацию, предоставляемую для совместного использования участниками планирования. Как следствие, этим отечественная система планирования делает шаг к международным стандартам [2]. Удаленный доступ к данным АС ПВД имеют только зарегистрированные пользователи. Заведение и редактирование учетных записей производится централизованно обеспечивающими службами ГЦ.
3. Особенности реализации удаленного доступа
При проектировании программной системы удаленного доступа к данным по ИВП КСА ПВД ГЦ принимались во внимание следующие факторы и начальные условия:
- большое количество территориально распределенных пользователей, работающих одновременно с сервером БД КСА ПВД ГЦ;
- предоставление актуальной информации в реальном масштабе времени;
- работа в условиях невысокого качества канала передачи данных;
- низкие системные требования к оборудованию пользователей;
- обеспечение защищенного доступа к данным;
- работа с СУБД Огас1е.
В силу этих условий разрабатываемая система построена на основе технологии "клиент-сервер”, основной принцип которой заключается в разделении функций приложения на три группы [3-5]:
1) ввод и отображение данных (взаимодействие с пользователем);
2) прикладные функции, характерные для данной предметной области;
3) функции управления ресурсами (файловой системой, базой данных и т.д.)
В зависимости от распределения этих функциональных частей по физическим модулям выделяют модели взаимодействия. В классической двухуровневой архитектуре "клиент-сервер" управление ресурсами выполняется на сервере, интерфейс с пользователем реализован на стороне клиента, а задача обработки данных - либо на стороне клиента (модель "толстый клиент"), либо на стороне сервера (модель "тонкий клиент"). Обе модели имеют свои недостатки [6], например, для "толстого клиента" - сложность администрирования при большом количестве территориально распределенных пользователей и высокая нагрузка на сети передачи данных, для "тонкого клиента" - перегрузки сервера и невысокая производительность. Решением этих и других проблем является использование многоуровневой архитектуры "клиент-сервер" [5, 6]. Для ПС "Удаленный доступ" принята трехуровневая модель взаимодействия "клиент-сервер": промежуточным звеном между клиентом и сервером становится сервер приложений, реализующий прикладную логику, для пользователя он является сервером, а для системы управления базами данных - клиентом (рис. 3).
Клиент Сервер приложений Сервер СУБД
Рис. 3. Трехуровневая модель взаимодействия "клиент-сервер"
При выборе элементов для построения системы заданной считалась СУБД Oracle8i, развернутая на одном из серверов КСА ПВД. В качестве сервера приложений был выбран Baikonur SuperServer 3.5 - программный продукт российской компании Epsylon Technologies. Клиентская часть представляет собой приложение Taxxi Communicator 3.4 - собственный "тонкий клиент" сервера приложений Baikonur SuperServer, представляющий собой специальный XML-браузер. На двух этих программных средствах основана технология TAXXI [3], которая была применена для программной реализации ПС "Удаленный доступ".
Технология основана на использовании двух множеств взаимосвязанных компонент - серверного и клиентского. Элементами множеств являются визуальные компоненты библиотеки VCL Borland Бє1рМ/С++ Builder и соответствующие компоненты библиотеки Taxxi Controls. При работе приложения для каждого компонента на сервере создается связанный с ним компонент на клиенте. При изменении состояния одного из компонентов вследствие работы программы (на сервере) или воздействия пользователя (на клиенте) выполняется автоматическая
синхронизация с автоматическим разрешением возможных коллизий [3].
Сервер приложений Baikonur SuperServer при запуске приложения отправляет клиентской части описание объектов пользовательского интерфейса в формате XML [3; 4]. Связь между серверной и клиентской частями реализована на базе протокола HTTP 1.1. Клиентская часть Taxxi Communicator, получив описание свойств и событий визуальных компонентов библиотек VCL и Taxxi Controls, генерирует точно такие же объекты, как на сервере, полностью воспроизводя внешний вид приложения. При этом пользовательский интерфейс имеет вид привычного Windows-приложения.
В процессе работы пользователя между сервером Baikonur SuperServer и клиентом TAXXI Communicator передаются только XML-пакеты синхронизаций компонент клиентского и серверного приложений. Передаваемые XML-пакеты представляют собой пассивные описания, а не исполняемый код, это повышает степень безопасности компьютера удаленного пользователя. Обмен данными между клиентом и сервером защищен шифрованием.
Возможные обрывы соединения не приводят к завершению работы с приложением, серверное приложение некоторое время продолжает существовать. При восстановлении подключения пользователь может продолжить работу с места, где была прервана сессия.
Таким образом, выбранная архитектура позволяет снизить требования к ресурсам рабочих мест пользователей, обойтись без администрирования клиентских приложений, гибко распределить нагрузку между компонентами программно-аппаратного комплекса. К положительным свойствам технологии Taxxi относятся:
• невысокие требования к пропускной способности линий связи, обусловленные низким объемом информационных потоков;
• высокая производительность разработки за счёт "сборки" приложения из компонент;
• принципиальная возможность реализации решения со сложным графическим интерфейсом, аналогичным интерфейсу настольного приложения;
• сохранение контекста сессии и возможность возобновления прерванного соединения;
• авторизованный доступ к данным и приложениям;
• шифрование информации для предотвращения несанкционированного доступа;
• простота администрирования большого числа распределенных клиентских мест.
Недостатки технологии:
• Taxxi предназначена для использования только на платформах семейства Windows, это относится и к серверным приложениям, и к Taxxi Communicator; при последующем развитии средств удаленного доступа КСА ПВД это может ограничить применение технологии;
• множество визуальных компонент, представленных в базовой библиотеке Taxxi Controls, однако же не может полностью покрыть потребности в создании сложного графического интерфейса (например, картография, сложные цветовые решения и др.), что приводит или к необходимости упрощения интерфейсных решений, или к доработке самих компонент библиотеки Taxxi Controls.
4. Интерфейс пользователя. Анализ загрузки элементов воздушного пространства
Для проведения анализа загрузки элементов ВП и сравнения их с пропускной способностью системы ОВД для разных типов полетной информации созданы специальные инструментальные средства. Управляющая панель (рис. 4) позволяет выбрать тип планирования ("Пред-тактика" или "Тактика") и ввести значения глубины просмотра и анализа загрузки для текущего планирования, выбрать ЗЦ или РЦ, загрузку которого требуется оценить, указать тип элементов ВП (сектор, аэродром, точка ВТ, РЦ), выбрать функцию отображения загрузки элементов ВП потоками ВД. Кроме того, на панели отображается дата, на которую будет показана загрузка, время и дата последнего расчета отображаемых данных, средства сохранения в файл и пере-
сылки удаленному клиенту данных по загрузке элементов ВП, изменения настроек уровней загрузки РЦ, аэродромов и точек ВТ, вызова помощи.
| Н Загрузка элементов ВП по текущему плану ИВП. Версия от 27.03.2009 ^]П]х|
рЭтап ОПВД ЗЦ (ВЗЦ) ЕС ОрЕД РЦ (ВРЦ)ЕСОрВД Дата загрузки
С" Предтактика|д ▲! (* Тактика 1 1 ^1 107.02.2008 Продолжительность работы : 0:01:38 |Щ, | Помощь)
РЦ [ВРЦ] Сектора РЦ(ВРЦ) 1 Аэродромы 1 Т очки 1 Обновить | Диаграмма | Диаграмма (с отображением загрузки почасовых интервалов) | Рейсы | Настройки |
Почасовая | 20-мин интервалы |
Рис. 4. Управляющая панель анализа загрузки элементов ВП
Просмотр сводных данных по ИВП позволяет увидеть картину загрузки всех однотипных элементов выбранного РЦ или ЗЦ и выявить перегруженные элементы. Вид главной формы программы с загрузкой секторов Хабаровского ЗЦ представлен на рис. 5.
Верхняя таблица окна содержит обозначения секторов, в которых загрузка превышает предельно допустимую пропускную способность (ПДПС), они выделены красным фоном. Средняя таблица (желтый фон) - сектора, загрузка которых превышает НПС, но не превышает ПДПС. Нижняя таблица содержит остальные сектора, загрузка которых не превышает НПС, она имеет зеленый фон (на всех рисунках цвета приведены в оттенках серого цвета).
Каждая строка таблицы содержит код РЦ/название сектора, значения НПС, ПДПС, загрузки сектора в определенный часовой или 20-минутный интервал и суммарной загрузки секторов. В аналогичном виде выводятся таблицы почасовой загрузки аэродромов, точек ВТ, РЦ (ВРЦ), причем ввиду отсутствия нормативов пропускной способности элементов они выводятся в едином окне без выделения цветом.
Просмотр данных по загрузке в диаграммной форме для конкретного элемента
Диаграмма почасовой загрузки элемента системы ОВД или СВП представляет собой гистограмму, на которой по оси абсцисс изображены часы суток с интервалом в 1 ч, а по оси ординат
- характеристики загруженности выбранного элемента системы ОВД или СВП в течение указанных суток (рис. 6). Щелчком мыши на указатель часа суток в нижней части окна пользователь может вывести таблицу-список рейсов, загружающих сектор или элемент ВП в указанный час, и провести детальный анализ этих рейсов.
Рис. 5. Таблица сводных данных по ИВП Рис. 6. Диаграмма сводных данных по ИВП
Форма с диаграммой почасовой загрузки сектора представлена на рис. 6. Ниже диаграммы отображается таблица с количеством рейсов, загружающих данный сектор в конкретный час, и суммарная загрузка этого сектора. Фоновые цвета диаграммы говорят о загрузке сектора в данный час: зеленый - загрузка сектора не доходит до порога; песочный - загрузка больше порога, но меньше НПС; розовый - загрузка больше НПС, но меньше ПДПС; красный - загрузка превышает ПДПС (на рисунках представлены оттенками серого).
На рис. 7 представлена форма с диаграммой загрузки сектора на двадцатиминутных интервалах. Эта форма позволяет более детально проанализировать критические интервалы времени с возможным превышением нормативов.
Рис. 7. Диаграмма загрузки сектора на двадцатиминутных интервалах
Точное решение задачи анализа и контроля загрузки заданного сектора или элемента ВП и сравнения ее с нормативным значением предполагает анализ загрузки элемента на любом интервале времени (часового интервала) в течение суток, т.е. в течение "нормативного" интервала заданной длительности, начало которого непрерывно изменяется от начала до конца суток. Внутри интервала планируемая загрузка сравнивается с НПС в целях прогнозирования мест и времени возможных перегрузок. При практической реализации непрерывное перемещение такого часового "окна" заменяется дискретным перемещением с некоторым шагом по времени. Для упрощения вычисления ведется контроль загрузки на фиксированных (относительно начала суток) "нормативных" интервалах времени. Анализ точности и достоверности показателей оценки загрузки секторов РФ предпринят в [7]. Показано, что для анализа достаточно рассчитывать загрузку нормативных часовых интервалов с дискретностью сдвига этих интервалов на 10 - 20 мин. Увеличение дискретности недостаточно, а использование дискретности менее 10 мин. нецелесообразно, так как повышает вычислительные затраты, а рост точности оценки загрузки "компенсируется" снижением степени ее достоверности при изменении потока в процессе планирования.
На диаграмме (рис. 7) наряду с двадцатиминутной загрузкой представлена загрузка всех часовых интервалов по оси времени. Предусмотрен режим отображения загрузки лишь тех из них, где наблюдается превышение НПС. Для выбранных элементов ВП (аэродрома, точки или РЦ) загрузка одного конкретного элемента может быть выведена в виде почасовой диаграммы (рис. 8). Цвета диаграммы говорят о загрузке элемента в каждый час суток в сравнении с установленными пользователем настройками.
Просмотр списков рейсов, загружающих РТТ. сектор, аэродром, точку ВТ
При указании часа суток или двадцатиминутного интервала пользователь может вывести таблицу-список рейсов, загружающих сектор или другой элемент ВП в указанном интервале, а при указании ячейки суммарной загрузки вывести список рейсов за сутки, чтобы провести детальный анализ этих рейсов (рис. 9 для сектора).
Каждая строка таблицы содержит параметры рейса: его номер, тип воздушного судна, аэродромы вылета и назначения, время вылета или посадки, точку и время входа в элемент ВП, эшелон полета, точку и время выхода (для секторов и РЦ) либо время пролета точки или время взлета/посадки для аэродрома.
Таблицу рейсов можно отсортировать по требуемому полю нажатием мыши на названии столбца. Предоставляется возможность просмотра дополнительной информации по рейсу (маршрута полета и текста телеграмм). Данные по загрузке РЦ, секторов, аэродромов, точек могут сохраняться на рабочей станции клиента в выбранной пользователем директории.
В Диаграмма загрузки точки 08.04.2006
_ Д»>Т> АБИМ Печать: Alt+Prl Sc овин 1 (б) _| До урокня 2 (12)
18 16 14 12 10 8 6 4 2 Ill II — 1 1 1 1 1 1 1 1 L__J 1 1 Г ] 1
УроіЗ 18 Уро*2 12 Уроіі 6
—
р
—1
□ □ □ гп _J □ rd □ □ □ Ї □
—Qj Г"'1'"1'"1'"1'"1'"1'"1'"1'"1'"1'"1'"1'"1'"1'"1'"1'"1'"1'"1'"1'"1'"!
Ы х I |В Список рейсов (15) с 04:00 07.02 до 04:59 07.02 РЦ(Сек-р):Ш(0ха РЦ)
Час 1 2 3 4 i б 7 8 19 10 111113 14 1*16 17 18 19 20 21 22 23 |24 |в сутга|
В С/час [1 |7 5 2 0 1 0 |Г|Г[Г|2 5 8 10 б 6 5 3 6 4 1 0 7 83
Рис. 8. Почасовая диаграмма загрузки
Рис. 9. Просмотр списков рейсов
Обсуждаемые средства интерфейса максимально приближены к интерфейсу ПС "Анализ загрузки", предназначенному для специалистов по анализу и планированию потоков в ГЦ.
Таким образом, описанное программное средство позволяет на основе централизованно собранных в ГЦ единых данных оценить потребности ВД на удаленных рабочих местах РЦ, ЗЦ и в результате сравнения с пропускной способностью системы УВД находить "узкие места": конкретные элементы и часы превышения потребностей в воздушных перевозках над пропускной способностью ВП. Тем самым реализована хотя и ограниченная, но прогрессивная сетевая функция системы планирования, соответствующая идеологии Евроконтроля.
Средство "Удаленный доступ" разработано ГосНИИАС совместно со специалистами Госкорпорации по ОрВД и внедрено в составе КСА ПВД ГЦ. Внедрение ПС не обошлось без трудностей, связанных с недостаточным быстродействием реакции ПС и с дополнительными уровнями защиты. Преодоление их состоялось во многом благодаря опыту сотрудников Госкорпорации в реализации сетевых систем.
В настоящее время ПС "Удаленный доступ" функционирует в Госкорпорации по ОрВД. Доступ к нему может быть выполнен, в том числе, с сайта Госкорпорации. Его использование позволяет координировать процессы расчетов ИВП в КСА ПВД ГЦ и в РЦ.
Заключение
Программные средства КСА ПВД, в том числе дистанционная функция анализа ИВП в его составе являются наукоемкими программными продуктами, обеспечивающими подробные и полноценные количественные оценки функционирования системы ОрВД РФ, что особенно важно на этапе модернизации системы ОрВД, это подтверждается многолетней эксплуатацией КСА ПВД в Г оскорпорации ЕС ОрВД.
"Удаленный доступ" является одним из основных программных средств, обеспечивающих взаимодействие ГЦ с районными центрами и согласование деятельности по ОПВД между ними. Это средство может рассматриваться как ключевой элемент программного обеспечения ОПВД РЦ. Принципиальным моментом является то, что средство ориентировано на единые базы данных полетной (плановой и фактической) информации, обеспечиваемой работой КСА ПВД ГЦ. Доступность для РЦ данных ГЦ позволяет обеспечить "выравнивание" этих данных путем согласования, включающего контроль и поправки по данным ГЦ со стороны РЦ, а также, при необходимости, предоставление дополнительных данных, которых не хватает в ГЦ (например, по внутрирайонным рейсам, заявки на которые не были отправлены в ГЦ). На базе этого ПС можно наладить обратную связь с мест для того, чтобы совместными силами улучшить качество и достоверность плановой информации. Это позволит сделать очередной шаг к реализации идеологии, закладываемой в систему организации информации SWIM Европейской системы ОрВД [2].
ЛИТЕРАТУРА
1. Габейдулин Р.Х., Горячев Д.И., Зубкова И.Ф. Алгоритмическое и программное обеспечение автоматизированной системы планирования использования воздушного пространства в ГЦ ЕС ОрВД // Научный Вестник МГТУ ГА. - 2010. - № 159.
2. SESAR Consortium. SESAR Definition Phase: the Concept of Operation at a glance. EUROCONTROL. 2007.
3. Хорошилов А.А, Дементьев А.В., Сергеев А.С. Распределенные приложения с богатыми интерфейсными возможностями // Компьютер Пресс. - 2001. - № 4.
4. Сергеев А.С., Хорошилов А.А., Дементьев А.В., Шутов А.С. Компоненты для объектных поверхностей // Открытые системы. - 2001. - № 1.
5. Коржов В.В. Многоуровневые системы клиент-сервер. // Сети (Network World). - Открытые системы. - 1997. - № 6.
6. Информационные сети: учеб. пособие / С.В. Кошелев, А.В. Яковлев. - Муром: Полиграфический центр МИ ВлГУ, 2004.
7. Исследования по оптимизации потоков воздушного движения перспективной системы УВД в интересах обоснования требований к бортовому оборудованию перспективных самолетов: отчет о НИР / ГосНИИАС / отв. исполнитель В.Н. Минаенко. - № 148(15322)2004. - М., 2004.
IMPLEMENTATION OF A REMOTE FUNCTION FOR AIRSPACE USE ANALYSIS
Gabeydulin R.H., Goryachev D.I., Zubkova I.F., |Muchinski A.V.
The Software tool of remote access to Airspace use data of Air Traffic Flow Management (ATFM) Centre of the Russian Federation is presented. The remote access tool is a part of ATFM software system implemented in ATFM Centre of the Russian Federation. The article is a supplement of a previous paper of autors.
Key words: use of air space, organization of flows, planning/
Сведения об авторах
Габейдулин Рамис Хайдерович, 1987 г.р., окончил МИРЭА (2010), инженер ФГУП "ГосНИИАС", автор 2 научных работ, область научных интересов - математические методы моделирования, информационные технологии, вычислительные системы и сети.
Горячев Дмитрий Ильич, 1985 г.р., окончил МАИ (2007), инженер 1-й категории ФГУП "ГосНИИАС", область научных интересов - вычислительные системы и методы, распределенные системы, организация вычислений.
Зубкова Ирина Федоровна, окончила МФТИ (1975), начальник сектора ФГУП "ГосНИИАС", автор 11 научных работ, область научных интересов - математическое моделирование, системы автоматизированного проектирования, системы упра вле ния.
зирс
М
|Мучинский Александр Валентинович, 1962 г.р., окончил МАИ (1983), ведущий инженер ФГУП "ГосНИИАС", область научных интересов - информационные технологии, вычислительные системы и методы, системы управления, организация вычислений.
