Автореферат (Система управления приоритетным обслуживанием воздушных судов при заходе на посадку и пассажиров в аэропорту после прилета)

На правах рукописиТин Пхон Чжо“СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРИОРИТЕТНЫМ ОБСЛУЖИВАНИЕМВОЗДУШНЫХ СУДОВ ПРИ ЗАХОДЕ НА ПОСАДКУ И ПАССАЖИРОВ ВАЭРОПОРТУ ПОСЛЕ ПРИЛЕТА”Специальность 05.13.01«Системный анализ, управление и обработка информации»(информатика, управление и вычислительная техника)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора технических наукМосква – 20152Работавыполненанакафедре«Системыавтоматическогои интеллектуального управления» Московского авиационного института(национального исследовательского университета).Научный консультант:доктор технических наук, профессор,Заслуженный деятель Науки РФЛебедев Георгий Николаевич.Официальные оппоненты:доктор технических наук, профессор,Сельвесюк Николай Ивановичведущий научный сотрудник Государствен-ного научного центра РФ «Государственныйнаучно-исследовательский институтавиационных систем» (ГосНИИАС),доктор технических наук, профессор,Семенов Михаил Евгеньевичпрофессор военно-учебного научного центравоенно-воздушных сил«военно-воздушнаяакадемия им Н.

Е Жуковского иЮ.А. Гагарина»доктор технических наук, профессор,Бронников Андрей Михайловичпрофессор Московского государственноготехнического университета им. Н.Э. Баумана.Ведущая организация:Открытое акционерное общество«Московский институт электромеханики иавтоматики»Защита диссертация состоится «27» апреля 2015 года в 10 часов на заседанииДиссертационного совета Д 212.125.11 Московского авиационного институтапо адресу: 125993, Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, 4.и на сайте http://mai.ru/events/defence/doctor/index.php?ELEMENT_ID=54574Автореферат разослан _________________________.Отзывы в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу;129993, 125993, Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, 4, Ученыйсекретарь МАИ.Ученый секретарьДиссертационного совета Д 212.125.11.к. т.

н., доцент_______________ Горбачев Ю. В.3Общая характеристика работыАктуальностьработы.Существуютситуации,когдалетящиепроизвольным курсом самолеты должны попасть на заданную новую линиюпути или в заданный строй. К таким случаям относится, в частности, ситуациявнезапногоизмененияусловийпосадкинаразличныеВППпометеорологическим или техническим причинам.В этом случае нужно быстро указать в текущий момент времениочередность или приоритет в обслуживании каждого судна и последовательновводить их в заданный эшелон, проверяя при этом возможность соблюдениягарантированной безопасности полета, либо отправлять их в соответствующиеочереди нужной трассы, называемые тромбонами.Задача автоматизации управления оперативным планированием прилетана аэродромы Внуково, Домодедово, Шереметьево, а также организацииоптимального и эффективного процесса выпуска воздушных судов с этих трехаэродромов уже сегодняявляется актуальной.

Без решения данной задачиневозможно достичь количественных и качественных показателей, заложенныхв Программе развития гражданской авиации в РФ.заключаетсявнесовершенствеструктурыОсновная проблемавоздушногопространстваМосковского узлового диспетчерского района (Московского аэроузла) (рис.1),которая может существенно меняться с изменением хотя бы одногопосадочного курса, которых всего 8 (по два на каждую и четырех ВПП). Длякаждогопосадочногокурсанеобходимосформироватьсобственную,оптимальную по ряду критериев структуру воздушного пространства. Только вэтом случае возможно эффективное разведение потоков прилета и вылета,исключение непредсказуемого так называемого в гражданской авиации«векторения»,чтопозволитсущественноувеличитьинтенсивностьвоздушного движения без ущерба безопасности полетов.Данную процедуру необходимо применять и для аварийных самолётов, вчастности, с малым запасом топлива, с техническими неисправностями, сбольным на борту.

Таким воздушным судам нужен быстрый заход на посадку, у4них нет времени на векторение. В экстремальной ситуации необходимы самыеудобные условия для посадки авиалайнера, особенно в части направленияветра.Рис.1. Московский аэроузел, включающий аэродромы Внуково, Домодедово,ШереметьевоПоэтому тема данной диссертационной работы, посвященная решениюважной практической задачи перераспределения воздушных судов при ихзаходе на посадку на разные трассы Московского аэроузла в случае внезапногоизменения ветра, является актуальной.Целью диссертационной работы является повышение экономичности ибезопасности полетов воздушных судов при их заходе на посадку привнезапном изменении направления ветра.5Объектом исследования является система управления воздушнымдвижением при оперативном планировании прилета на аэродромы Московскогоаэроузла.

Предметом исследования являются методы оптимального управленияи принятия альтернативных решений при приоритетном обслуживании судов,имеющих аварийный запас топлива и технические неисправности, а такжепассажиров в аэропорту после прилета.На защиту выносятся следующие научные положения:1. Единыйпараметрическийкритерийоценкиэкономичностиибезопасности управления полетом.2.

Алгоритмназначениядинамическихприоритетовдлякаждоговоздушного судна при заходе на посадку по любой из заданных трасс.3. Процедура оперативного контроля безопасности попутного движениявоздушных судов в эшелоне.4. Методика вычисления оптимальной длины очереди воздушных судов втромбоне по критерию экономичности их захода на посадку.5. Методика расчета числа каналов бесприоритетного и приоритетногообслуживания пассажиров в аэропорту после прилета.6.

Результаты моделирования на ЭВМ, подтвердившие эффективностьпредложенного подхода.Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:1. Предложенный критерий эффективности управления учитывает влинейной свертке как экономичность, так и безопасность полета, приэтом весовые коэффициенты значимости обеих показателей найдены спомощью решения обратной задачи линейного программирования прииспользованиипризнанныхправильнымипримеровповеденияавиадиспетчерской службы.2.

Алгоритм назначения динамических приоритетов воздушных судовявляется главным научным результатом, полученным на основе теорииоптимального управления и учитывающем близость судна к трассе,направление его полета, запас оставшегося топлива и близость с6соседними судами при возможном входе в эшелон. Алгоритм позволяетформировать приоритетные списки судов для каждой трассы, и в случаеих ограниченного числа - списки очередей в соответствующие тромбоныдля каждой трассы, чтобы потом воспользоваться окном и прилететь натот же аэродром позднее.3. Процедура оперативного контроля безопасности попутного движениясудов в эшелоне сформирована с помощью определения специальнойфункции риска, вычисленной с помощью используемого в динамическомпрограммировании уравнения Беллмана и, главное, учитывающего нетолько дистанцию между судами, но и скорости их полета и ихизменения.4.

Методика вычисления длины очереди судов в тромбоне использует нетолькотеорию массового обслуживания, но методы параметрическойоптимизации, применив критерий минимума общего расхода топливавсех судов при заходе на посадку. Кроме того, принципиально новымнаучным результатом является, в отличие от бесприоритетных СМО,получение формул расчета вероятных состояний системы внеочередногоприоритетного обслуживания аварийных самолетов, и с помощью этихформул – расчет средней стоимости израсходованного топлива всехсудов.5. Методикарасчетаобслуживаниянеобходимогопассажироввчислаканаловаэропортуприоритетногоучитываеттекущуюинтенсивность прилета самолетов, степень их аварийности и реальнуювзаимопомощь между каналами при переводе части пассажиров из одногоканала в освободившийся, что отличает найденные оценки от идеальногослучая расчетов с помощью известных формул Эрланга.Методы исследования.

При исследовании поставленных в диссертациизадачиспользовалисьавтоматическоготеориярегулирования,дифференциальныхметодыуравнений,параметрическойтеорияоптимизации,7динамического программирование и принцип максимума Понтрягина из теорииоптимального управления, методы теории массового обслуживания. Примоделированиидинамическойсистемыуправленияиспользовалсяпрограммный пакет MATLAB и C++.Практическая ценность работы прежде всего состоит в том, что в нейсделана попытка оптимизировать расходы топлива для решения задачи«векторения» воздушных судов из-за погодных условий, но с обязательнымсоблюдением гарантированной безопасности как с точки зрения учитываемыхзапасов топлива, так и при соблюдении нужной дистанции между соседнимивоздушнымисудами,чтоподтвержденоактамиовнедрении.Такжепредложенный подход был использован при выполнении лабораторных работпо дисциплине «Современные методы теории управления» в рамкахмагистерской подготовки на кафедре 301 МАИ по учебному направлению«Управление и информационные технологии в технических системах», а такжев тренажерном центре МГТУ ГА при подготовке авиадиспетчеров.Ценность работы для науки и практики состоит в том, что в ней наоснове теории оптимального управления сформирован алгоритм назначениядинамических приоритетов воздушных судов, учитывающих совместно ихпространственное и техническое состояние, что позволяет рациональнораспределять их по трассам при заходе на посадку.ДостоверностьматематическимполученныхмоделированиемнарезультатовЭВМсистемыподтвержденаприоритетногообслуживания судов и пассажиров и использованием при синтезе нужныхалгоритмов научно – обоснованных методов параметрической оптимизации,теории массового обслуживания и теории оптимального управления, в первуюочередь динамического программирования.Личный вклад автора состоит в проведении анализа известных системуправления воздушным движением, разработке алгоритмов управленияприоритетным обслуживанием судов, формировании методик расчета нужных8вероятностных характеристик стоимости и безопасности полетов, личномучастии в моделировании на ЭВМ и подготовке основных публикаций.Публикации и апробация работы.

По теме диссертации опубликовано23 работы, из них 17 – в изданиях, рекомендованных ВАК. Научные иприкладные результаты докладывались и обсуждались конференции в Тамбове2009.г и на Всероссийских научных конференциях (г. Тула, г. Орел, г. Пенза),на международном научно-техническом семинаре «Современные технологии взадачах управления, автоматики и обработки информации и г. Алушта в 2012,2013, 2014 годах.Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, девятиглав, заключения и библиографического списка. Основное содержаниедиссертации изложено на 300 страницах и содержат 65 рисунков и 10 таблиц.Список использованных источников включает 82 ссылки на научнуюбиблиографию по теме проводимых исследований.Краткое содержание работыВовведенииобоснованаактуальностьработы,перечисленыеетеоретические и практические результаты, указана их научная и практическаяценность, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.В первой главе проводится анализ работы известных систем управлениявоздушным движением при заходе на посадку, подчеркивается возросшаянеобходимостьвзаимодействияаэропортовВнуково,ДомодедовоиШереметьево и объединения усилий авиадиспетчерских служб в необходимыхслучаях в Московском аэроузле.Сформулируем общую постановку решаемой в диссертации задачи приследующих допущениях:1.