Совершенствование управления движением воздушных судов и внедрение полетного диспетчерского обслуживания в целях повышения безопасности полетов и эффективности летной эксплуатации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.13, кандидат технических наук Нартов, Владимир Николаевич

• Нартов, Владимир Николаевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нартов, Владимир Николаевич

Введение.

Раздел 1. Оптимальные модели коррекции движущихся объектов.

Глава 1.1 Марковские случайные процессы в моделях коррекции движения транспортных объектов.

Глава 1.2 Оптимальное управление марковским случайным процессом отклонений от заданной траектории с учетом ошибок измерения.

Глава 1.3 Оптимальное управление полумарковским случайным процессом отклонений от заданной траектории.

Глава 1.4 Оптимальное управление движением транспортных средств при монотонном случайном отклонении от заданной траектории.

Глава 1.5 Более удобное правило оптимальной коррекции.

Сравнение результатов.

Глава 1.6 Общая оптимальная модель коррекции траектории движущегося объекта.

Глава 1.7 Оптимальные алгоритмы коррекции движения воздушного судна.

Глава 1.8 Гипотетический пример применения общего алгоритма коррекции движущегося объекта.

Глава 1.9 Коррекция траектории воздушного судна в условиях чрезвычайных вертикальных перемещений.

Раздел 2. Оптимальная модель предупреждения столкновений воздушных судов.

Раздел 3. Информационное обеспечение и модели оценки показателей безопасности движущихся объектов

Глава 3.1 Базы данных и базы знаний для оценки уровней безопасности движущихся объектов.

Глава 3.2 Оценка точности определения показателей безопасности полетов при ограниченной статистике

Глава 3.3 Применение теории перевыборок к оценке показателей безопасности полетов.

Раздел 4. Временная избыточность как фактор обеспечения надежности и безопасности воздушных судов в нештатных ситуациях.

Глава 4.1 Общие понятия о ситемах с временной избыточностью.

Глава 4.2 Источники временной избыточности и классификация методов временного резервирования

Глава 4.3 Временная избыточность как фактор безопасности в системе «человек - машина».

Раздел 5. Полетное диспетчерское обслуживание экипажей воздушных судов.

Введение к разделу 5.

Глава 5.1 Необходимость введения в процессе летной эксплуатации воздушных судов должности

Диспетчер по обеспечению полетов».

Глава 5.2 Основные задачи и функциональные обязанности диспетчера по обеспечению полетов.

Глава 5.3 Особенности и отличия летного диспетчера от других авиационных специалистов.

Глава 5.4 Организация рабочего места летного диспетчера и основные требования к оборудованию.

Глава 5.5 Квалификационные требования, порядок отбора и подготовки специалистов.

Глава 5.6 Состояние полетного диспетчерского обслуживания в мировой гражданской авиации.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование управления движением воздушных судов и внедрение полетного диспетчерского обслуживания в целях повышения безопасности полетов и эффективности летной эксплуатации»

Вопросам повышения эффективности летной эксплуатации воздушных судов гражданской авиации постоянно уделяется большое внимание в отрасли.

При этом под эффективностью летной эксплуатации воздушного судна понимается его свойство выполнить планируемый полет с заданным качеством (без отклонения от существующих летных норм и правил, с заданными параметрами летной годности) за заданное время.

Количественным показателем эффективности летной эксплуатации воздушного судна является вероятность выполнения полета с заданным качеством за заданное время. Этот показатель зависит от многих факторов: надежности и готовности воздушного судна (ВС) и его оборудования, его технических (конструктивных) характеристик, обученности и подготовленности экипажа, средств организации воздушного движения и других факторов, при этом установление взаимосвязи этих факторов и их влияния на эффективность летной эксплуатации ВС остается сложной и актуальной научной проблемой.

Поэтому в диссертации исследуются лишь отдельные аспекты этой проблемы: некоторые вопросы повышения безопасности полетов ВС, совершенствования навигационного обеспечения, организации работы экипажа в воздухе и его наземной подготовки к полетам.

Решение этих главных вопросов и явилось целью диссертационного исследования.

На защиту выносятся:

- оптимальные модели коррекции движущихся объектов;

- модели предупреждения столкновений воздушных судов;

- концепция информационного обеспечения для оценки уровней безопасности движущихся объектов;

- модели оценок показателей безопасности движущихся объектов;

- исследование вопросов временной избыточности как фактора обеспечения безопасного полета ВС при возникновении нештатных ситуаций;

- концепция полетного диспетчерского обслуживания экипажей ВС и первые результаты ее апробации в ОАО «Аэрофлот».

Научная новизна диссертации состоит в том, что в ней впервые разработаны модели и алгоритмы оптимального управления движущимися транспортными объектами (ВС и др.), обеспечивающие при их реализации повышение безопасности функционирования ВС при минимизации средних затрат на управление.

Практическая ценность работы и достоверность полученных результатов заключаются в их реализуемости в гражданской авиации, в положительных результатах предложенной системы организации работы экипажа как во время полетов, так и при его наземной подготовке к полетам.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- по результатам исследований обоснована и создана «Служба летных диспетчеров» в ОАО «Аэрофлот», которая по первому опыту работы показала свою высокую эффективность;

- опыт созданной «Службы» обобщается и распространяется в виде методических рекомендаций для использования в других авиакомпаниях;

- в стадии согласования находятся вопросы реализации предложенных алгоритмов оптимальной коррекции движущихся транспортных средств (ВС и др.) при взаимодействии службы летных диспетчеров и диспетчеров по организации воздушного движения.

Апробация результатов работы. Основные материалы выполненных исследований и отдельные результаты работы докладывать на ряде отраслевых научно-практических конференциях, на семинаре «Проблемы воздушного транспорта» РАН (май 2004 г.), на международной научно-технической конференции, посвященной 35-летию со дня основания Университета «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества», Москва, МГТУ ГА, 18-19 мая 2006 г. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, из них одна монография (в соавторстве) в МГУ им. М.В. Ломоносова (12,3 п.л.).

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов по работе, списка использованных источников и трех приложений.

Заключение диссертации по теме «Навигация и управление воздушным движением», Нартов, Владимир Николаевич

Общие выводы по работе

1. Тенденция усложнения современных воздушных судов, с одной стороны, и уменьшения состава экипажа, - с другой, а также появление спутниковых навигационных систем (СНС) привели и к появлению новых форм организации летной работы и качественного скачка в управлении воздушным движением.

Наибольшие возможности использования СНС с целью резкого повышения эффективности управления движением транспортных объектов появились в гражданской авиации.

2. До последнего времени теория управляемых случайных процессов не могла быть применена для решения задач повышения качества работы летных экипажей и управления воздушным движением в силу того, что точность определения координат ВС традиционными радиотехническими методами была соизмерима с шириной требуемых коридоров движения.

3. Наряду с реализацией современной технической и организационной концепции обеспечения безопасности полетов и воздушного движения предлагаемые в диссертации алгоритмы оптимальной коррекции движения ВС и предупреждения столкновений ВС, управления нештатными ситуациями позволят более эффективно реализовывать потенциальные возможности экипажей, бортовой и наземной авиационной техники.

4. Внедрение в перспективе рассмотренных алгоритмов управления нештатными ситуациями на борту воздушного судна, эффективная работа наземных диспетчеров дают возможность существенно повысить безопасность полетов отечественных воздушных судов.

5. В диссертации показано, как отобразить полученные оптимальные решения по коррекции движения ВС на традиционном индикаторе на земле. Однако вопрос отображения такой информации (и другой управляющей информации) на земле и на борту ВС (наряду с проведением исследований по более полному моделированию по реальным данным) требует глубокого самостоятельного исследования.

6. Все существующие в настоящее время статистические методы и методики оценки показателей безопасности полетов и надежности позволяют в силу принципиально ограниченной исходной информации получать лишь точечные оценки этих показателей и не позволяют строить устойчивые (асимптотически точные) законы распределения отклонений получаемых оценок от истинных, остающихся всегда неизвестными значений. Поэтому о точности общепринятых оценок ничего не известно.

Однако дальнейшее развитие методов статистического оценивания и появление нового направления в статистике - раздела компьютерной статистики открыли возможность ликвидировать отмеченный пробел в статистическом оценивании уровней безопасности полетов и показателей надежности авиационной техники.

Разработанная в последние годы теория перевыборок, реализация которой принципиально опирается на использование вычислительных систем, позволила сколь угодно точно на основе ограниченных данных строить неизвестные ранее законы распределения отклонений оцениваемых показателей от истинных значений.

На основе этих достижений в диссертации была обоснована и разработана методика количественной оценки уровней безопасности полетов, реализация которой продемонстрирована на реальных данных по тяжелым летным происшествиям в ГА РФ в 1994-1997 гг.

7. Полученные оценки показателей безопасности полетов со строгим указанием задаваемых (по квантилям распределений) доверительных интервалов, сужаемых при той же значимости по мере поступления новых данных, удобно использовать и для проверки соответствия определяемых показателей требуемым.

В работе приведена программа вычислений, которая адаптирована к объему исходной статистической информации.

8. Полученные результаты могут быть использованы при оценке точности определения параметров неизвестных распределений случайных величин, встречающихся в практике эксплуатации не только воздушных судов, но и других транспортных средств и характеризующих надежность и безопасность их движения.

9. В диссертации описана предложенная автором и реализуемая под его руководством новая и важная для гражданской авиации России концепция создания «Службы летных диспетчеров» в отечественных авиакомпаниях и описан первый опыт работы такой службы в ОАО «Аэрофлот - Российские авиалинии».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нартов, Владимир Николаевич, 2006 год

1. Автоматизация процессов управления воздушным движением. М.: Транспорт, 1981.

2. Анализ существующего состояния системы организации воздушного движения РФ и возможных организационно-правовых форм ее функционирования. Отчет ГосНИИ «Аэронавигация». М., 1995.

3. Андронов A.M., Арустамов М.А., Барзилович Е.Ю. и др. Эксплуатация и ремонт. Справочник в 10-ти томах: «Надежность и эффективность в технике», Т. 8, под. ред. Кузнецова В.И. и Барзиловича Е.Ю. М.: Машиностроение, 1990.

4. Барзилович Е.Ю. Воскобоев В.Ф. О марковских задачах профилактики стареющих систем. Автоматика и телемеханика, № 12, 1967.

5. Барзилович Е.Ю. Модели технического обслуживания сложных систем. М.: Высшая школа, 1982.

6. Барзилович Е.Ю., Гладун В.П., Люлько C.B., Нартов В.Н. Управление нештатными ситуациями и определение вероятности благоприятного результата // Научный вестник Ml ТУ ГА. 2004. № 79.

7. Барзилович Е.Ю., Беляев Ю.К., Каштанов В.А. и др. Вопросы математической теории надежности. Под ред. Гнеденко Б.В. М.: Радио и связь, 1983.

8. Барзилович Е.Ю., Воскобоев В.Ф. Эксплуатация авиационных систем по состоянию (элементы теории). М.: Транспорт, 1981.

9. Барзилович ЕЛО., Воскобоев В.Ф., Маньшин Г.Г. Методы профилактического обслуживания эргатических систем. Под ред. Ящерицына П.И. Минск: Наука и техника, 1983.

10. Ю.Барзилович Е.Ю., Гнеденко Б.В. О некоторых актуальных проблемах надежности // Проблемы надежности летательных аппаратов. Под ред. Образцова И.Ф. и Вольмира A.C. М.: Машиностроение, 1985.

11. Барзилович Е.Ю., Каштанов В.А. Некоторые математические вопросы теории обслуживания сложных систем. М.: Сов. радио, 1971.

12. Барзилович Е.Ю., Каштанов В,А. Обслуживание систем при ограниченной информации о надежности. М.: Сов радио, 1976.

13. И.Барзилович Е.Ю., Коваленко И.Н., Москатов Г.К. Полумарковские процессы в задачах проектирования систем управления летательными аппаратами. М.: Машиностроение, 1973.

14. Барзилович Е.Ю., Савенков М.В. Статистические методы оценки состояния авиационной техники. М.: Транспорт, 1987.

15. Барзилович Е.Ю., Нартов В.Н. Актуальные вопросы повышения эффективности летной эксплуатации воздушных судов М.:МГУ, 2005.

16. Барзилович Е.Ю. К проблеме обслуживания сложных технических систем. I, II, III. // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. № 6, 1966; № 1,1967; № 2, 1968.

17. Барзилович Е.Ю. Полеты по упреждающим коридорам аэронавигация будущего // Научный вестник МГТУ ГА. 2003. № 66.

18. Барзилович Е.Ю. Об оптимальном управлении контролируемым монотонно возрастающим случайным процессом // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. № 3,1966.

19. Барзилович Е.Ю. Определение оптимальных сроков профилактических работ на автоматических системах // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. № 3, 1964.

20. Барзилович Е.Ю., Беляев Ю.К. Об алгоритме оптимального управления векторным случайным процессом // Сборник научных трудов IX Всесоюзной школы по надежности больших систем. Под ред. Тима-шева С. А. Екатеринбург, 1990.

21. Барзилович Е.Ю., Захаренко С.К. Сравнительная оценка оптимальных методов управления монотонно возрастающим случайным процессом с независимыми приращениями // О надежности сложных технических систем. Сб. трудов. М.: Сов. радио, 1966.

22. Барзилович Е.Ю., Кравченко A.B., Филиппов В.В. Об одной управляемой системе массового обслуживания // Межвузовский научный сборник «Кибернетические системы управления подвижными объектами». Уфа: УАИ, 1982.

23. Беллман Р. Динамическое программирование. ИИЛ., 1960.

24. Брант Н. Интеграция ILS и GNSS для захода на посадку. // Сб. трудов Международной конференции "Планирование глобальной радионавигации", том 2, М., 1995.

25. Веремеенко К.К., Тихонов В.А. Интегрированный навигационно-посадочный комплекс // Сб. трудов Международной конференции "Планирование глобальной радионавигации", том 2, М., 1995.

26. Верещака А.И., Олянюк П.В. Авиационная радиоэлектроника, средства связи и радионавигации. М.: Транспорт, 1993.

27. Гнеденко Б.В., Барзилович ЕЛО., Чепурин Е.В. Применение вероятностных методов в технике. // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. № 6, 1968.

28. Гребенников A.B., Кокорин В.И., Новиков В.Б. и др. Многофункциональный приемоиндикатор навигационной системы ГЛОНАСС // Сб. трудов Международной конференции "Планирование глобальной радионавигации", том 2, М., 1995.

29. Громов Г.Н. Перспективы развития интегрированных систем авиации для обеспечения навигации, посадки, наблюдения ВС и информационного обмена. // Сб. трудов Международной конференции "Планирование глобальной радионавигации", том 2, М., 1995.

30. Гужва Ю.Г., Корниенко В.В., Пушкина И.Г. Радионавигация в XXI веке: новое качество информационного пространства. // Сб. трудов Международной конференции "Планирование глобальной радионавигации", том 2, М., 1995.

31. Дайк К.В. Использование систем GPS и ГЛОНАСС для обеспечения требуемого уровня характеристик системы ГНСС. // Сб. трудов Международной конференции "Планирование глобальной радионавигации", том 2, М., 1995.

32. Денисов В.И., Дрогайцев В.М., Курманов A.B. и др. Перспективы развития РКТ, роль и место навигационных космических систем в проектах XXI века. // Сб. трудов Международной конференции "Планирование глобальной радионавигации", том 2, М., 1995.

33. Дынкин Е.Б. Марковские процессы. М.: ФМ, 1964.

34. Зубков Б.В. Методологические основы анализа и оценки безопасности полетов и летной годности воздушных судов (теория и практика). МГТУГА, М., 1997.

35. Зб.Кейн В.М., Красов А.И. Крыжановский Г.А. и др. Применение автоматизированных систем для управления воздушным движением. М.: Транспорт, 1979.

36. Кинкулькин И. Интегрированная аппаратура потребителей космических радионавигационных систем. // Сб. трудов Международной конференции "Планирование глобальной радионавигации", том 2, М., 1995.

37. Колодий A.B. Универсальные бортовые системы предупреждения столкновений как основа будущего. // Межв. сб. научных трудов "Теория и практика функционального использования и эксплуатации электронных систем ГА. М., МГТУ ГА, 1997.

38. Дедков В.К., Северцев H.A. Основные вопросы эксплуатации сложных систем. М., 1976.

39. Северцев H.A. Надежность сложных систем в эксплуатации и отработке. М.: Высшая школа, 1989.41.3акс Ш. Теория статистических выводов. М., 1975.

40. Ильичев A.B. и др. Эффективности проектирования сложных систем. М., 1980.

41. Кемени Дж., Снелл Дж. Конечные цепи Маркова / Пер. с англ. М., 1970.

42. Крыжановский Г.А., Солодухин В.А. Методы оптимизации процессов управления воздушным движением. М.: Транспорт, 1978.

43. Крыжановский Г.А., Черняков М.В. Оптимизация авиационных систем передачи информации. М.: Транспорт, 1986.

44. Куклев Е.А. Системы управления со скачкообразными воздействиями. Минск: Наука и техника, 1985.

45. Куранов В.П., Задорожный А.И., Соловьев Ю.А., Федоров Ю.М. Роль и место радиотехнических систем в навигационном обеспечении подвижных объектов. // Сб. трудов Международной конференции "Планирование глобальной радионавигации", том 2, М., 1995.

46. Люлько В.И. Эксплуатация авиационных двигателей по техническому состоянию (теория и практика). М.: МГУ, 2002.

47. Плаксин A.M., Рудельсон Л.Е., Перминов Н.Л. Автоматизация процесса тренажа и обучения диспетчерского состава районного центра управления воздушным движением. // Управление воздушным движением. Сб. трудов. М.: Воздушный транспорт, 1979.

48. Планирование глобальной радионавигации. Сборник трудов международной конференции. Т.2. М., Россия, 1995.

49. Разработка требований к организации воздушного пространства и потоков ВС, средствам УВД, навигации и связи, обеспечивающим заданную пропускную способность и безопасность воздушного движения ГА стран СНГ и РФ. Отчет / ГосНИИ «Аэронавигация». М., 1994.

50. Российский радионавигационный план. Межведомственная Комиссия "Интернавигация" РФ, 1994.

51. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. // Сб. трудов под ред. Шебшаевича B.C., М., Радио и связь, 1993.

52. Теория и практика функционального использования и эксплуатации радиотехнических систем ГА.//Сборник научных трудов, МГТУ ГА, М., 19975 5. У правление воздушным движением. Под ред. Дарымова Ю.П. М.: Транспорт, 1989.

53. Федеральная программа модернизации Единой системы ОВД РФ на период до 2005 года. М., 1993.

54. Фербенкс М., Харре И., Ансельмо Дж. Организационные аспекты применения спутниковых навигационных систем на транспорте. // Сб. трудов Международной конференции "Планирование глобальной радионавигации", том 2, М. 1995.

55. Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов. Отв. редактор Барзилович Е.Ю. // Научный вестник МГТУ ГА,М 19, М., 1999.

56. Юстас Г. Переход к радиотехнической аэронавигационной сети ИНТЕРНЕТ. // Сб. трудов Международной конференции "Планирование глобальной радионавигации", том 2, М., 1995.

57. Ярлыков М.С., Барзилович Е.Ю. Оптимальная эксплуатация авиационных систем по состоянию с учетом ошибок измерения. // Проблемы надежности летательных аппаратов. Под ред. Образцова И.Ф., Воль-мираА.С. М., Машиностроение, 1985.

58. Barzilovich E.Y. Optimally controlled random processes and their applications. Proc. of the First European Conference on Structural Control. Barcelona, Spain, May 29-31, 1996.

59. Belyaev Y.K. Bootstap, Resampling and Mallows Metric. Institute of Mathematical Statistics, Umea University, Umea, Sweden, Lecture notes, N1,1995.

60. Belyaev Yuri K. Central Limit Resampling Theorems for m-Dependent Heterogeneous Random Variable. Department of Mathematical Umea University, Umea, Sweden, Research Report, N 5, 1996.

61. Benkers G.M. Developing a Commercial Market for GPS Receiving Equipment. GPS World, 1998, v .2, N 3.

62. Review of the Target Level of Safety for NAT MNPS airspace, CS Report 9301.-СAA London, 1993.

63. RGCSP WG/ A- WP / 17, 22/4/92. Derivation of future TLS for use in NAT airspace. - Montreal, 1992.

64. Нартов B.H. Летный диспетчер авиакомпании новая профессия в гражданской авиации // Авиаглобус. 2003. № 47,48.

65. Нартов В.Н. Создание службы летных диспетчеров в ГА России веление времени.// Научный вестник МГТУ. № 90, 2005.