CC BY
88
УДК 629.7.07:351.814
СИТУАЦИОННАЯ СИСТЕМА ПОЛЕТНОГО ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕЙСАМИ АВИАКОМПАНИИ
Д.В. ЛЕВУШКИН
Статья представлена доктором технических наук, профессором Логвиным А.И.
Рассмотрены результаты разработки специализированного программного обеспечения для целей поддержки принятия решения при полетном диспетчерском управлении международными чартерными рейсами грузовой авиакомпании.
Ключевые слова: программное обеспечение, поддержка принятия решений, полетное диспетчерское управление.
Введение
Высокий уровень автоматизации операций по самолетовождению, навигации и связи на борту современных воздушных судов (ВС) позволил сократить численность экипажа с 4-6 до 2-х человек. Вместе с тем, при возникновении отказов в работе систем самолета или ограничений по маршруту полета, не позволяющих выполнить рейс по плану, сокращенный до двух пилотов экипаж остро нуждается в информационной помощи извне. Система полетного диспетчерского управления и информационного обеспечения рейсов авиакомпании является динамической авиационной системой управления в реальном масштабе времени наряду с самолетовождением и системой непосредственного управления воздушным движением. Актуальность решаемых полетным диспетчером задач по управлению и информационному обеспечению рейсов АК определяется противоречием между проблемами в работе сокращенного до двух пилотов экипажа современного воздушного судна (ВС) и постоянным для авиации требованием обеспечения необходимого уровня безопасности и экономической эффективности полетов. Поиск решения в задаче определения аэродрома экстренной посадки и оперативного изменения маршрута авиаперевозки на большие расстояния с учетом требований безопасности и экономичности полетов является важной составляющей работы подразделения, занятого управлением операционной деятельностью авиакомпании и информационным обеспечением экипажа.
Недостатки существующих решений
В условиях большого числа контролируемых параметров по каждому рейсу и жестких ограничений по времени поиска, отбора и передачи экипажу ВС оптимального по заданному критерию варианта решения проблемной ситуации на борту ВС в полете применение «ручных» способов работы приводит к потере времени, потере оптимального решения из-за искусственного ограничения числа рассматриваемых альтернатив с целью получить пригодное решение в офисе авиакомпании в отведенное время. Наиболее критичным является возникновение ситуации на ВС в полете, не позволяющей выполнить рейс по плану.
Постановка задачи
Наиболее сложным видом полетов с позиции полетного диспетчерского управления и информационного обеспечения (ПДУиО) рейсов авиакомпании являются международные
чартерные перевозки (МЧГП). Автоматизированная поддержка поиска и принятия решений в системе ПДУиО рейсов авиакомпании рассматривается как эффективная замена ручным способам поиска и отбора вариантов решений в задачах управления рейсами авиакомпании. При этом данная компьютерная система должна позволять пользователю при минимальных временных затратах на ввод данных по задаче управления (ЗУ) получить оптимальное по заданному критерию решение в отведенное время. Рассмотрение результатов разработки структурно-логической модели системы поддержки принятия решений (СППР) в данной системе управления (СУ) и ее действующего прототипа является целью данной статьи.
Поддержка принятия решений при ситуационном управлении
Необходимым условием определения решения при ситуационном управлении [1] является наличие у лица, принимающего решение (ЛПР) информации о фактическом состоянии СУ
Sy = {<tj , plj> | i =1,2,.. .М}, (1)
где Sy - ситуация i-го типа в СУ в j-й момент времени; ty - j-й момент времени; py - множество значений параметров, определяющих ситуацию i-го типа в j-й момент времени; M - общее количество i.
В рамках темы данной статьи каждое такое решение определяется с использованием модели СУ, актуальность которой является необходимым условием оптимальности решения по выбранному критерию. Методы обеспечения актуальности модели СУ ПДУиО рейсов АК - это уточнение плановой позиции ВС в полете, уточнение фактических параметров полета и технического состояния ВС на момент поиска решения в ЗУ, своевременное обновление используемых баз данных (БД) по объектам аэронавигационной инфраструктуры района полета, метеоданных по району полета.
Ввиду большого числа динамично меняющихся контролируемых параметров на каждом рейсе, многие из которых можно рассматривать в качестве ограничений для поиска оптимальных решений ЗУ по выбранному критерию, практической необходимости решения многокритериальной задачи, реализуемой последовательной оптимизацией искомого решения по заданной последовательности критериев оптимизации, разработка алгоритмов на «каждый отдельный случай» представляется неэффективной.
Структурно-логическая модель интеллектуальной ситуационной системы поддержки принятия решений (ИСППР) при ПДУиО рейсов авиакомпании «VDA Airlift» приведена на рис. 1. Предложенный в [2, 3, 4] способ формализации ситуационной информации использован при построении базы знаний (БЗ), содержащей базу примеров ситуаций (БПС), обрабатываемых СППР, и базу примеров решений (БПР) по способам адаптации стандартного алгоритма поиска решения ЗУ под различные варианты критерия оптимальности и ограничений.
При этом под конфликтной ситуацией (КС) в модели системы управления (МСУ) ИСППР понимается ситуация несоответствия стандартного алгоритма поиска решения задачи управления в ИСППР критерию оптимальности и ограничениям, заданным пользователем. Под решением КС понимается описание способа исключения противоречия в стандартном алгоритме поиска решения задачи управления при изменении критерия оптимальности искомого решения и налагаемых ограничений. В общем случае база примеров решений (БПР) представляет собой множество символьных строк
Rk= {Sc(A/gM), AlgM (Jik VAR, JiGOAL-, JiMNTr)-, Msg (Jk)}, (2)
где Rk - строковое описание решения КС в модели СУ; Sc(A/gM) - инструкция об изменении последовательности выполнения модулей стандартного алгоритма поиска решения задачи управления данного типа, а также подключении или отключении отдельных модулей стандартного алгоритма; Jik VAR - символьное значение изменяемого pi; Ji GOAL - символьное значение pi, определяющего решение КС k-го типа; JikmNTr - символьное значение контролируемого pi, если изменение значения Jik VAR и Ji GOAL влечет изменение одного или множества связанных pi (Jik VAR и Ji GOAL включены в JikmNTr по умолчанию). Цель контроля за связанными параметрами - исключение новых КС; AlgM (Jik VAR, Ji GOAL, JimNTr) - инструкция, в каком модуле общего алгоритма поиска решения ЗУ производится модификация JiVAR; Msg (Jk) -инструкция о формировании сообщения ЛПР о принятом ИСППР решении для исключения КС при поиске решения ЗУ либо запроса на уточнение ограничений в ЗУ.
Задача определения аэродрома экстренной посадки для ВС в полете при наличии данных о состоянии и фактическом местоположении ВС состоит из следующих подзадач:
1. Определение радиуса достижимости (дальности полета) с учетом фактических летных характеристик, в том числе с учетом отказа на ВС.
2. Определение фактических посадочных и взлетных (для дальнейшего продолжения перевозки) характеристик ВС на аэродромах (а/д) в радиусе достижимости для определения пригодных а/д экстренной посадки.
3. Перестроение маршрута перевозки с учетом посадки на одном из пригодных а/д экстренной посадки в соответствии с заданным критерием оптимальности и ограничениями. В современных условиях, когда расходы на топливо составляют более 40% себестоимости авиаперевозки, определение оптимального плана заправки с учетом расчета эффективности танкирования топлива является неотъемлемой частью задачи построения маршрута перевозки и оценки его экономичности.
Решение первой задачи реализовано в СППР «VDA Airlift» с использованием алгоритма интерполяции таблицы предвычисленных значений расхода топлива и летного времени в зависимости от полетной массы ВС, высоты и дальности полета, а также типа отказа на ВС с учетом среднестатистических ежедневных данных по направлению и скорости ветра от уровня земли до высоты 12 км по миру. Метеорологическая БД предоставлена Росгидромет РФ по договору.
Решение второй задачи реализовано в СППР «VDA Airlift» с использованием алгоритма расчета взлетно-посадочных характеристик ВС для эксплуатируемых в ООО «АК Волга-Днепр» типов Ан-124-100 и Ил-76 с функциональной возможностью добавления других необходимых типов ВС.
Подход к решению задачи 3 основан на методах теории графов, методах решения задач линейного и динамического программирования. Решение задачи построения оптимального маршрута перевозки по заданному критерию оптимальности основан на алгоритме «Дейкстры» и его модификации - алгоритма «А*», позволяющих получить ранжированную выборку вариантов выполнения перевозки после посадки на одном из найденных пригодных аэродромов в радиусе достижимости. Решение задачи определения оптимального плана заправки с учетом эффективности танкирования топлива основано на симплекс методе решения задач линейного программирования. Примеры ЧМИ СППР при ПДУиО «VDA Airlift» представлены на рис. 2-4.
Модель системы управления (МСУ)
Модуль 1 расчета взлетнопосадочных характеристик ВС
Модуль 2 расчета расстояний
Модуль 3 поиска пригодных аэродромов
Модуль 4 расчета оптимального по заданному критерию маршрута перевозки
Модуль 5 расчета расписания полетов
\
База данных (БД) летно-технических и взлетно посадочных характеристик ВС (БД ТТХ и ВПХ ВС)
БД эксплуатационных характеристик аэродромов и навигационных объектов (БД ЭХАиНО)
БД метеопараметров (БД МП)
БД запасных аэродромов (БД ЗАР)
БД расстояний и коэффициентов увеличения ортодромических расстояний (БД РиКУО)
БД электронного дела рейса (БД ЭДР)
N
БД сроков получения разрешений стран в зависимости от типа груза (БД ПРС)
\
БД учета труда и отдыха экипажей ВС (БД УТиО ВС)
БД расписания полетов (БД РП)
"ч
БД ресурса и технического состояния ВС (БД ТС ВС)
Рис. 1. Структурно-логическая модель ИСППР при полетном диспетчерском управлении и информационном обеспечении рейсов АК
Рис. 2. Интерфейс модели системы управления СППР «VDA Airlift» для задач управления и информационного обеспечения рейсов АК с примером отображения плановой траектории и местоположения ВС на всем маршруте перевозки (ломаная линия на изображении слева) и на отдельном перелете рейса для решения задачи выбора аэродрома экстренной посадки
Рис. 3. Табличный и графический интерфейс «VDA Airlift» для автоматизированного определения пригодных аэродромов экстренной посадки ВС в полете и оперативного перестроения маршрута перевозки при возникновении ситуации в полете, не позволяющей выполнить перевозку по плану
Рис. 4. Табличный и графический интерфейс «VDA Airlift» с результатами поиска пригодных аэродромов посадки и маршрутной сети для целей перестроения маршрута перевозки по заданному критерию оптимальности
Вывод
1. Предложенный подход с использованием компьютерной системы поддержки принятия решения в динамичной авиационной системе управления позволяет решить проблемы информационной перегрузки ЛПР при «ручных» способах решения задач управления.
2. Функциональность разработанной системы «VDA Airlift» позволяет решать широкий круг сопутствующих ЗУ, в число которых входят построение маршрута перевозки для целей заключения контракта и построение маршрута стыковки рейсов для целей подготовки расписания движения ВС авиакомпании.
3. Решения, полученные с использованием СППР «VDA Airlift», не исключают дальнейшее участие подготовленных специалистов полетного диспетчерского управления в окончательном выборе и передаче на ВС варианта решения конкретной ЗУ совместно с другими службами авиакомпании по обеспечению полетов ввиду наличия дополнительных, не контролируемых в «VDA Airlift», ограничений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Поспелов Д.А. Ситуационное управление. Теория и практика. - М.: Наука, 1986.
2. Левушкин Д.В. Формализация ситуационной информации в интеллектуальных системах поддержки управления воздушным движением // Математическое моделирование физических, экономических, технических, социальных систем и процессов: труды 4-й международной научно-технической конференции. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2001. - С. 89-90.
3. Глухих И.Н., Левушкин Д.В. Разработка баз знаний интеллектуальных тренажеров диспетчерского персонала в сложных системах управления // Теория и практика имитационного моделирования и создание тренажеров: сборник материалов международной научно-практической конференции. - Пенза, 2001. - С. 64-67.
4. Глухих И.Н., Левушкин Д.В. Модели оценки решений в интеллектуальных системах поддержки принятия решений при управлении сложными объектами // Континуальные логико-алгебраические и нейронные методы в науке, технике и экономике: труды международной конференции. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2000. - Т. 2. - С. 89.
SITUATIONAL FLIGHT DISPATCHER MANAGEMENT SYSTEM OF THE AIRLINE OPERATIONS
Levushkin D.V.
The results of the special software development are considered for decision making support for flight dispatcher management of the international nonscheduled cargo airline operations.
Key words: software, support decision making, flight dispatcher management.
Сведения об авторе
Левушкин Дмитрий Владимирович, 1977 г.р., окончил УВАУ ГА (1998), соискатель УВАУ ГА, автор 9 научных работ, область научных интересов - системы принятия решений.
