Диссертация (Контроль и управление безопасным движением пассажирских воздушных судов при пересечении их маршрутов и речных судов при их сближении), страница 6

Бортовая система идентификации вычисляет положениесамолётаотносительнорадиомаяка,позволяетпилотулучшеориентироваться в пространстве.Все полосы аэродромов имеют номера. Номер полосы обусловлен еёнаправлением относительно сторон света и совпадает со шкалой компаса.За ноль отсчета принят, как и полагается, север. У каждой полосы есть 2номера, один соответствует посадке с одним курсом, другой номер – дляпосадки с противоположной стороны. Для Шереметьево, например, есть 2курса для каждой из двух параллельных полос. Магнитные курсы полос дляаэропорта Шереметьево – 066 и 246.

Маркировка полос идет от магнитногокурса и округляется до ближайшего значения, 066 округляется до 07, а 246до 25. Таким образом, две параллельные полосы на этом аэродроме имеютобозначения – 07L/25R и 07R/25L. Индексы полос “L”– left (левая полоса)и “R”– right (правая полоса) обозначают её положение относительно осипри посадке заданным курсом. Например, при посадке самолёта 25-ымкурсом самолёт может быть направлен диспетчером на левую или правуюполосу, о чем будет сказано пилоту в сеансе радиосвязи. Аэродром Внуковоне имеет параллельных полос, а имеет, номинально более выгодное,крестообразное расположение полос, поэтому индексы “L” и “R” для полосне применяются.41Магнитные курсы полос аэродромов в Московском аэроузле:-Шереметьево: 066 и 246 (2 параллельные полосы 07L/25R и 07R/25L);-Домодедово: 136 и 316 (2 параллельные полосы 14L/32R и 14R/32L);-Внуково: 014 и 194 для первой полосы, 058 и 238 для второй полосы(индексы полос 01/19 и 06/24).Из всех режимов полета летательных аппаратов (ЛА) наиболеесложным и напряженным является режим захода на посадку инепосредственно посадки.

Связано это, в первую очередь, с большойстепенью аварийности ЛА на этом режиме, вследствие быстротечностипроцесса посадки и очень высокой нервно-психологической нагрузкиэкипажа. Данный режим имеет достаточно высокую скоротечность итребует от экипажа уверенных, слаженных действий, быстрой реакции напроисходящие изменения. Время на заход на посадку и посадку занимаетне более 1-2% всего времени полета, однако на этот режим приходитсяболее 50% всех авиационных происшествий (АП).

За последние 40 лет наэтот режим пришлось около 55% всех потерь. Трудности управленияособенно возрастают в условиях плохой видимости (туман, темнота), когдазрительное ориентирование затруднено или невозможно.Радионавигация играет очень важную роль в воздушном движении.Жизнь людей зависит непосредственно от надлежащего функционированияэлектронного позиционирования и навигации.Когда самолет путешествует от одного аэропорта до другого, онпроходит через несколько стадий. Во-первых, есть взлет, которыйвыполняется визуально.

После взлета, самолет почти всегда зависит отэлектронной системы позиционирования, чтобы получить командыуправления полета по маршруту и текущей позиции. Поэтому разработанысистемы подобно VHF Всенаправленный Диапазон (VOR) и Измерительное42устройство Расстояния (DME). Спутниковые системы подобно GPS такжеиграют важную роль.Когда самолет приближается к взлетно-посадочной полосе, особеннопри плохих условиях видимости ночью или при условиях плохой погоды,экипаж необходимо обеспечить очень точной информацией о позициисамолета относительно взлетно-посадочной полосы (ВПП).В настоящее время система посадки по приборам (ILS) –доминирующая система, поддерживающая гражданские подходы и посадкув мире.Среди многообразия подходов к совершенствованию процедуруправления пассажиров в аэропорту все более важное место занимаетавтоматизация действий специалистов для обеспечения показателейбезопасности и экономичности.

Однако указанные показатели вступают впротиворечие при выборе управляющих действий. Так, при заходесамолетов на посадку безопасность полета определяется дистанцией междуними, и для ее увеличения нужно совершить дополнительные маневры, аэто связано с дополнительной потерей топлива. В особых случаяхпредаварийного состояния самолета (малый запас топлива, отказ некоторойкомпоненты бортового оборудования) маневрирование исключено, и выборнаилучшегорешенияусложняется.Вэтихсложныхситуацияхответственные решения принимает авиадиспетчер, основываясь на своемопыте, но он неспособен дать формализованную оценку критерия качествавыбираемой альтернативы.При заходе самолётов в московский узловой диспетчерский райондиспетчер дает команду экипажам самолётов на снижение и на векторениепо радиомаякам. Самолёт, пролетая по радиомаякам и слушая командыдиспетчера, заходит на посадочную прямую, которая совпадает смагнитным курсом полосы.43Упрощением в данной работе будем считать сам самолёт и егопринадлежность к какой-либо авиакомпании.

Так как гражданскийавиалайнер является собственностью какой-либо компании, а компания всвою очередь имеет договор с аэропортом на обслуживание ВС в данномконкретномаэропорту,иперелет, например,самолётакомпании“Аэрофлот”, с базовым аэродромом в Шереметьево, на другой аэропортмосковского аэроузла, скажем, во Внуково, по причине изменениянаправления ветра, практически невозможен в реальной ситуации из-заотсутствия договора на обслуживание в данном аэропорту. Если подуматьо простых людях, которые приехали встречать рейс в один аэропорт, апотом узнают о том, что самолёт садится на другой аэродром всего лишьиз-за направления ветра, это вызвало бы множество жалоб в сторонуавиакомпаний. Поэтому данный алгоритм посадки можно считатьприменимым для аварийных самолётов, с техническими неисправностями,с больным на борту и т.п. Таким воздушным судам нужен быстрый заходна посадку, у них нет времени на векторение, для них диспетчер можетспециально сделать спрямление, чтобы выиграть драгоценное время.

Дляаварийного самолёта очень много может значить направление ветра. Вэкстремальной ситуации необходимы самые удобные условия для посадкиавиалайнера, особенно в части направления ветра.Таким образом, в ряде случаев при перелете воздушных судов нановые трассы возможно пересечение маршрутов, и в этом случае нужногарантировать безопасность их полета.1.2 Общая постановка задачиДано:1. Задана группа подвижных управляемых объектов (воздушных илиречных судов) с известными в текущий момент времени земными44координатами местоположения и заданным курсовым углом ψiдвижения с заданной постоянной попутной скоростью V .

Процессрегулированияскоростивработенерассматривается.Израссмотрения также исключены объекты, маршруты которых непересекаются с основным маршрутом первого, главного объекта,стратегию управления которым необходимо синтезировать.2. Курс движения основного объекта с координатами x1, x2 , x3 совпадаетс осью x3 , как показано на рис.1.18, т.е. угол ψ0  0 , а курсовые углысближающихся остальных объектов с координатамиy1i , y2i , y3iотсчитываются в каждой точке пересечения их линий пути противчасовой стрелки. Таким образом, курсовые углы ψi лежат в широкомдиапазоне 0  ψi  360 , как показано на рис 1.18.Рис.1.18 Картина на плане местности движения судов по заданнымпересекающимся курсам3.

Не вызывающие угрозу безопасности объекты, которые припопадании в точку встречи основного объекта оказываются от него на45расстоянии, большем заданной безопасной дистанцииd , нерассматриваются.4. Весь процесс управления движением основного объекта при встречес другими объекта может быть представлен последовательностьюкоординированного взаимодействия пар – основного объекта спервым, вторым и т.д при их сближении, очередность которыхпредстоит установить.5.

В качестве основной меры уклонения от аварийного сближенияочередной пары в данной работе рассматривается боковое движениеодного или двух судов одновременно при постоянной попутнойскорости.6. Динамические свойства сближающихся судов примерно одинаковы,и движение основного судна по заданной линии путиm0описывается упрощенной системой дифференциальных уравнений.x1  x2x2  ax2  bu0x3  V(1.30)x1 (0)  m0 , x2 (0)  0, x3 (0)  0где x1 - линейная координата бокового движения, x2 - боковая скорость, aи b - заданные динамические параметры, u0 - синтезируемый сигналуправления, x3 - координата попутного движения.Поперечное движение другого i -того сближающегося судна позаданной линии пути mi при пересекающемся курсе ψi аналогичноописывается своими дифференциальными уравнениями.46y1i  y2i  V sin(270  ψi )y2i  ay2i  bui .cos(270  ψi )(1.31)y3i  V1  V cos(270  ψi )y1 (0)  mi (0), y2 (0)  0, y3 (0)  M  m0  0; i  1где y1i - линейная координата бокового движения другого судна,двигающегося поперечно основному; y2i - боковая скорость, ui синтезируемый сигнал координированного управления другим судном;y3i - координата попутного движения, V1 - величина скорости, равная (V ), если судно приближается к основному слева под углом ψi  270(см.

объект 1 на рис.1.18), либо равная V , если судно приближаетсясправа под углом ψi  90 (см. объект 1 на рис.1.18).7. Считается, что на борту каждого судна имеются необходимыеизмерительные средства о параметрах собственного движения ивстречающихся судов с необходимой точностью.8. Интегральный штраф за снижение безопасности движения каждойпарысудовприихсближенииописываетсязаданнымминимизируемым функционалом JTJ   f0dt0Tττττ3(1.32)  [ 0 (u02  u12 )  1 [( x1  m1 )2  ( x3  mi )2 ]  2 ( x22  y22 ) ]dt222221  ( x1  x3  d ) k  k ( y1  y3  d )0гдеτ 0 , τ1 , τ 2 , τ3-весовыекоэффициентызначимостиштрафовсоответственно за расходуемую мощность, отклонения от заданных линийпути, отклонения по боковой скорости и штрафа за опасное сближение посравнению с заданной величиной d безопасной дистанции.47Последнее слагаемое в подинтегральном выражении f 0 в формуле(1.32) определяет растущий риск столкновения по мере приближения судовдруг к другу, а коэффициент τ 3 равен максимальной стоимости ущерба пристолкновении судов.Требуется: сформировать процедуру альтернативного выбора первоочередногообъекта,сближающегосясосновным,дляорганизациивзаимодействия пары при их безопасном сближении; провести классификацию сближения объектов при его отнесении кпопутному, встречному и поперечному движению, чтобы длякаждого из них указать основной способ избежания столкновенияобъектов друг с другом; на основе динамического программирования синтезировать законоптимального координированного управления боковым движениемсближающейся пары объектов для обеспечения необходимойбезопасности; сформировать функцию риска возможного столкновения объектовпри их сближении, чтобы осуществлять оперативный контрольбезопасности движения и своевременно принять необходимые меры.481.3 Выводы по главе 1На основании проведенных исследований можно сделать следующиевыводы:1.

Анализ известных системы ручного управления движением речныхсудов показал, что в сложных ситуациях, таких как причаливание кпристании и встреча судов на пересекающихся курсах, безопасностьсближения в значительной мере зависит от человеческого фактора.Вместе с тем полезным является подход, основанный на оптимальномуправлениииприменённыйв частнойзадаче[16] движенияавтомобильного транспорта.2. Установлено, что при управлении воздушным движением вблизиаэропортов возможно пересечение воздушными судами заданных трассв случае внезапного изменения направления ветра и соответственнопосадочного курса, что требует иногда перелета на другой аэродром.3. На основе теории оптимального управления сформулирована общаяпостановка задачи управления боковым двух сближающихся судов приодновременной оценке риска и выборе способа избежания ихстолкновения.49Глава II.

Классификация встречного движения судов и выборнаиболее опасного, очередного судна, движущегося поперечнымкурсом2.1 Классификация встречного движения судовКлассификация типов движения сближающихся объектов дляопределения предупредительных мер избежания их столкновенияПриназначениивзаимодействующихспособаобъектовдополнительногонеобходимоманеврированияразличатьтипихотносительного движения.

Дело в том, что при встречном движении обычноиспользуетсябоковоедвижениекаждогообъектаводинаковомнаправлении [6]. В частности, в России речное и автомобильноеправостороннеедвижениепредписываетповорачиватьвопасныхситуациях вправо [25]. При попутном движении сначала, как правило,регулируется скорость (один тормозит, другой повышает скорость), а затемпри необходимости каждый объект должен поворачивать в разные стороны– один влево, другой вправо [9].Как было показано в [10], при идеальном поперечном движении припересекающихся под углом90курсах необходимо также, как привстречном движении, обеим объектам поворачивать в одну сторону.Однако, если встречаемый объект приближается слева к основной трассе,то нужно поворачивать вправо, а если приближается справа – то влево.Таким образом, принимаемые меры в разных случаях неодинаковы.Идеальные направления курсов сближающихся объектов дляпопутного, встречного и двух вариантов поперечного движения можнопредставить на рис.2.1 четырьмя исходящими из общего центрапунктирными линиями, для которых известны способы дополнительногоманеврирования.50Поперечное движениеслеваПопутноедвижениеВстречноедвижениеОсновноесудноПоперечное движениесправаРис.2.1 Диаграмма направлений движения сближающихся судов приразличных курсахВсе остальное множество направлений образует показанную на рис.2.1область, которую нужно разбить на четыре сектора.В качестве простого решения предлагается представить эти секторыв виде одинаковых конусов, в каждом из которых возможные направлениякурсов отличаются по модулю от идеального направления не более, чем на45.