автореферат диссертации по транспорту, 05.22.13, диссертация на тему:Разработка методов оценки и планирования безопасности полетов при модернизации системы ОрВД

На правах рукописи

Бобылев Дмитрий Владимирович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ И ПЛАНИРОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ ПРИ МОДЕРНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ОрВД

Специальность 05.22.13. Навигация и управление воздушным движением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт - Петербург 2004 год

Работа выполнена на кафедре "Управление воздушным движением' Академии гражданской авиации

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: кандидат технических наук, доцент

Затонский Виктор Максимович.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор технических наук, профессор Олянюк Петр Васильевич.

кандидат технических наук, доцент . Кравцов Валерий Федорович.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: - ОАО "Всесоюзный научно -исследовательский институт радиоаппаратуры" (ВНИИРА г. Санкт-Петербург).

Защита состоится ^(О^?/57=КР 2004 г. в «¿2» часов на

заседании Диссертационного совета Д 223.012.01 Академии гражданской авиации по адресу: 196210, Санкт-Петербург, ул. Пилотов, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии гражданской авиации по адресу 196210, Санкт-Петербург, ул. Пилотов 38.

Автореферат «2004 года

Ученый секретарь Диссертационного совета, Доктор физико-математических наук, профессор

С.А Исаев

Актуальность темы.. В Международной Организации Гражданской Авиации (ICAO) принята поправка № 40 к Приложению 11, обязывающая государства устанавливать приемлемый уровень и целевые показатели безопасности полетов применительно к воздушному пространству и аэродромам, за которые они несут ответственность. Предусмотрено введение программ управления безопасностью полетов при ОрВД, которые должны проверяться.

Обеспечение безопасности прямо связано с развитием технического оснащения ОрВД, что требует значительных капитальных вложений. В то же время практика показывает, что и в настоящее время - и в обозримой перспективе развитие системы ОрВД будет производиться в условиях жестких ресурсных ограничений.

Поэтому разработка методов оценки и планирования безопасности полетов при модернизации системы ОрВД, где оценка, сравнение и выбор плановых решений должны производится с учетом ресурсных ограничений, является актуальной. И это прямо подчинено требованиям обеспечения безопасности ВД.

Цель и задачи диссертационной работы. Целью диссертационной

работы является разработка методов оценки и планирования безопасности полетов при модернизации системы ОрВД.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе рассматриваются и решаются следующие основные задачи:

- разработка методов анализа безопасности воздушного движения;

- моделирование безопасности полетов при ОрВД;

- разработка методов планирования технического обеспечения ОВД на основе критериев безопасности воздушного движения.

При этом обеспечивается:

- использование «опережающего» показателя для оценки

РОС национальная I библиотека |

фактического значения безопасности воздушного движения;

- адекватное построение математических моделей для оценки безопасности воздушного движения за счет учета неоднородности исследуемых процессов и объектов;

- оценивание, обеспечиваемого уровня безопасности при модернизации- системы ОрВД;

- обоснованный выбор технических и временных характеристик плановых мероприятий по развитию технического обеспечения ОрВД;

- обоснованный выбор планов развития и размещения технических средств с максимальными оценками эффективности при1, ресурсных ограничениях или планов с заданными, оценками эффективности при минимизации потребного ресурсного обеспечения;

- обоснованный выбор целей и ограничений планов на основе их исследования в диапазоне возможных условий развития и функционирования системы ОрВД, и формирование планов, сохраняющих эффективность в указанном диапазоне условии.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования является система организации воздушного движения (ОрВД), а предметом исследования - безопасность полетов при ОрВД.

Научная новизна. Научная новизна работы состоит в том, что впервые:

- задачи оценки фактического уровня безопасности воздушного движения рассмотрены в контексте управления безопасностью ВД;

- разработан методический аппарат, позволяющий строить «опережающую» оценку уровня безопасности воздушного движения;

- разработан метод выявления неоднородных исходных данных при моделировании процессов безопасности;

- разработаны модели оценки риска катастроф при движении ВС по пересекающимся воздушным трассам и при пересечении занятых встречных и/или попутных эшелонов. Уточнена по сравнению с Руководством. по методике . планирования воздушного пространства для определения минимумов эшелонирования (ICAO Doc 9689) модель оценки риска катастроф при движении ВС по одной трассе на одной высоте. Разработана, модель оценки безопасности полетов при обслуживании движения ВС на воздушных трассах и коридорах подходов в районах размещения аэродромов государственной авиации;

- разработана комплексная модель оценки риска катастроф ВС при исправно работающих радиотехнических средствах.обеспечения полетов и связи (РСОП и С) в зоне ответственности управления воздушным движением в верхнем воздушном пространстве;

- задача развития. технического обеспечения ОрВД непосредственно подчинена критериям. безопасности воздушного движения и представлена в виде многокритериальной задачи математического программирования;

- предложены методы декомпозиции задачи, учета приоритета критериев и определения эффективных решений, а также методы исследования целей, ограничений и планов. развития технического оснащения ОрВД.

Практическая значимость. Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные методы могут использоваться для

мониторинга безопасности воздушного движения, то есть для выявления "узких" мест по обеспечению безопасности воздушного движения и последующего формирования эффективных мероприятий по их устранению.

На защиту выносятся:

- методический аппарат построения «опережающего» показателя безопасности воздушного движения;

- метод выявления неоднородных данных при моделировании процессов безопасности с помощью аппарата многомерного статистического анализа;

- модели оценки риска катастроф при движении ВС по пересекающимся воздушным трассам и при пересечении занятых встречных и/или попутных эшелонов, при движении ВС по одной трассе на одной высоте;

- модель оценки риска катастроф при обслуживании движения ВС на воздушных трассах и в коридорах подходов в районах размещения аэродромов государственной авиации;

- комплексная модель оценки риска катастроф ВС при исправно работающих радиотехнических средствах обеспечения полетов и связи (РСОП и С) в зоне ответственности управления воздушным движением в верхнем воздушном пространстве;

- методы планирования технического обеспечения системы ОрВД на основе критериев безопасности воздушного движения;

- методы исследования целей, ограничений и планов технического обеспечения в диапазоне будущих условий функционирования системы ОрВД.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались:

- на секциях научно-технических семинаров Государственного Научно-исследовательского института "Аэронавигация";

- на секциях научно-технических семинаров Федерального государственного унитарного предприятия "Государственная корпорация по организации воздушного движения";

- на научно-технических семинарах кафедры "Управление воздушным движением" Академии гражданской авиации. Санкт-Петербург, 2001 г.;

- на научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых (Академия ГА, Санкт-Петербург 1999 - 2002 г.).

Публикации. По материалам диссертационных исследований опубликовано 3 печатных работы, а реализация результатов диссертационной работы осуществлялась автором путем участия в НИР:

1. Разработка Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России (2002-2010 г.г.) и

2. Анализ деятельности аэродромов государственной и экспериментальной авиации в Московском аэроузле.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 101 наименование, приложения и содержит 184 стр. машинописного текста, 20 рисунков, 10 таблиц и одно Приложение.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы исследования, определена цель диссертационной работы и приведена ее краткая аннотация.

В первой главе рассматриваются требования ИКАО к

управлению безопасностью воздушного движения. Формулируются задачи анализа безопасности воздушного движения, как основного этапа управления.

Приводятся основные задачи анализа безопасности воздушного движения и методы решения этих задач (рис.1 ).

Общепринято, что фактическое значение показателя безопасности воздушного движения N определяется по итогам деятельности за год и вычисляется по формуле:

.// = —•10' ' Н

где: К - количество катастроф ВС по вине ОрВД;

Н- годовой налет в часах.

Такой показатель обладает серьезным недостатком: поскольку катастрофы ВС являются редкими событиями, которые иногда происходят один раз за 3 - 6 лет, значение этого показателя по итогам года, не имевшего таких событий, равное N = 0 может создать неверное представление об абсолютной безопасности при ОрВД. Здесь не учитывается тот факт, что катастрофы ВС являются случайными событиями, возникающими под воздействием, как правило, большого числа неблагоприятных факторов, механизмы действия которых также имеют вероятностную природу.

Из этого следует, что в течение такого достаточно небольшого периода времени, как календарный год, даже с учетом высокой интенсивности полетов (большого налета ВС) отсутствие катастроф ВС не является следствием нулевой вероятности этого события.

Следовательно, необходим подход, который позволял бы давать оценку обеспечиваемого уровня безопасности воздушного движения по значениям некоторых других показателей, которые по терминологии ИКАО являются «опережающими», т.е. с одной стороны связанными с катастрофами стохастическими связями, а с другой происходящими и в отсутствие катастроф

Для решения указанной задачи наиболее предпочтительным представляется метод вероятностно-статистического моделирования, который успешно применяется в исследовании процессов, имеющих стохастическую природу, и предполагает наличие исходных данных,

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ АНАЛИЗА

Определение значений перспективных уровней показателей безопасности воздушного движения

Оценка действующих при ОрВД технико-экономических механизмов обеспечения безопасности воздушного движения

Рис.1. Основные цели и задачи анализа безопасности воздушного движения

характеризующих исследуемый процесс, практически неограниченной размерности.

Задача состоит в построении такой методической процедуры на основе математической модели, которая бы позволила охарактеризовать уровень безопасности воздушного движения при ОрВД по совокупности значений косвенных показателей, являющихся «опережающими» по отношению к показателю К- количество катастроф по вине ОрВД.

Решение задачи будет найдено, если будет осуществлено построение математической вероягаостно-статистической модели вида

У = /(*,(11)

где:

у - результирующий обобщенный показатель безопасности воздушного движения, интерпретируемый как «ожидаемое количество катастроф ВС» по причинам, связанным с ОрВД;

- факторы-аргументы модели, которыми являются показатели аварийности полетов по причинам, связанным с ОрВД, например, авиационные происшествия без человеческих жертв, серьезные инциденты, инциденты, опасные сближения и другие подобные показатели; в - вектор параметров размерности (п+ 1);

е - случайная составляющая модели, характеризующая влияние на результирующий показатель случайных (неучтенных) факторов. Построение модели (1.1) предполагает:

- корреляционный анализ исследуемых показателей;

- спецификацию модели, т.е. выбор класса функций, в котором осуществляется построение модели;

- определение состава и числа факторов аргументов , из их возможного состава и числа т, как правило т^п ;

- определение метода построения модели (1.1), т.е. определения неизвестных значений параметров модели ;

- нахождение параметров в по имеющимся исходным данным;

- оценка адекватности построенной модели

В работе каждый из перечисленных этапов рассмотрен подробно с обоснованием необходимости использования соответствующего

математического аппарата.

Рассматриваются некоторые особенности вероятностно-статистического моделирования при исследовании показателей безопасности воздушного движения. Показано негативное влияние на адекватность моделей наличие неоднородностей в исходных данных.

Разработан новый метод определения однородности на основе аппарата многомерного статистического анализа, позволяющий исследовать совокупность объектов с большим числом признаков на наличие среди них неоднородных групп.

Этот метод базируется на визуализации многомерных данных на основе построения «главных компонент» для исследуемых показателей Методы визуализации данных основаны на переходе от большого числа р исходных признаков к новой системе признаков, являющихся

функциями от исходных. Необходимо, чтобы небольшое число д (для целей визуализации д =1,3) новых признаков сохраняло наиболее существенные черты структуры изучаемых многомерных данных, например, наличие «сгустков» (кластеров) объектов; объектов, далеко отстоящих от основной совокупности, и других образований.

Задача перехода (с наименьшими потерями информации) от набора исходных признаков к новому набору

(д « р) является экстремальной задачей, в которой набор новых показателей

подчинен максимизации некоторой экзогенно заданной меры информативности

Если такая информация отсутствует, то используются критерии информативности, нацеленные на максимальное сохранение информации,

содержащейся в исходной матрице данных - так называемые критерии автоинформативности На применении критериев такого типа и основан рассматриваемый далее метод визуализации, сводящийся к построению проекции точек на двумерную плоскость образованную первыми

собственными векторами их обшей ковариационной матрицы .

Для проверки адекватности построения математических моделей приводятся условия применения классического регрессионного анализа, несоблюдение которых приводят к частичному или полному нарушению адекватности моделей безопасности воздушного движения.

Пусть уравнение линейной множественной регрессии имеет вид Г = Ха + е (1.2)

где:

У- вектор зависимой переменной размерности п х 1, представляющий собой п наблюдений

Х- матрица независимых переменных, элементы которой есть п наблюдений значений т независимых переменных Хи Хг, , Хт,

а - подлежащий оцениванию вектор неизвестных параметров размерности т х1;

£- вектор случайных отклонений размерности п х1.

Классический регрессионный анализ базируется на следующих предположениях, определяющих требования к параметрам а, случайным отклонениям ей независимым переменным х, -

А На вектор неизвестных параметров регрессии (1.2) не наложено ограничений, т.е. - множество априорных значений

параметров а.

B. Вектор е-{еиег,...,е„У - случайный, отсюда следует, что

- также случайный вектор

C. Математическое ожидание е1 равно нулю, т е Л/(г,) = 0, 1 = \п,М{е,) = О

D. Для любых /, хг, ) = 0;Л/(г,1:) = (Т2 для всех/=1, я;

Другими словами

где: - дисперсия отклонений,

- матрица ковариаций отклонений размерности, - единичная матрица размерности

E. Матрица X - детерминирована, т.е. ху не являются случайными переменными.

F. Ранг матрицы X равен m.

При выполнении предположений А - F оценки ¿параметров модели а, полученные методом наименьших квадратов (МНК), в соответствии с теоремой Гаусса-Маркова являются несмещенными и. эффективными в классе всех несмещенных оценок, линейных по У.

В работе подробно рассмотрены последствия нарушения каждого из предположений.

Во второй главе- приводятся результаты решения- задачи моделирования, риска катастроф ВС. Риск катастроф в дальнейшем используется как критерий оценки уровня безопасности при обслуживании воздушного движения в верхнем воздушном пространстве при исправно работающих технических средствах ОВД. В соответствии с поставленной задачей здесь рассматриваются шесть типов относительного движения ВС и, соответственно, шесть моделей оценки риска катастроф:

при движении по параллельным в горизонтальной плоскости участкам воздушных трасс на одной- высоте (модель бокового эшелонирования);

при движении по одной трассе на разных высотах (модель вертикального эшелонирования);

при движении по одной трассе на одной высоте (модель продольного эшелонирования);

при движении по пересекающимся маршрутам на одной высоте;

> при пересечении занятых попутных эшелонов;

> при пересечении занятых встречных эшелонов.

Указанные модели оценивают риск как для потоков, в которых

интервалы между ВС не меньше минимумов эшелонирования, так и для потоков, интервалы которых не отрегулированы диспетчером УВД.

Кроме того, выполнено моделирование риска катастроф при обслуживании ВС на воздушных трассах и коридорах подходов в районах размещения аэродромов государственной авиации.

Модельные выражения рисков при пересечении воздушных трасс и занятых встречных эшелонов получены методами теории надежности систем и представляют собой соответствующие вероятности столкновений пар ВС за время существования пары в секторе управления. Оценки рисков столкновений при полетах на одной трассе на одной высоте, на параллельных воздушных трассах и на трассах в районах размещения аэродромов государственной авиации получены методами теории выбросов многомерных случайных процессов.

В моделях, в которых интервалы между ВС отрегулированы диспетчером УВД, под среднеквадратическими отклонениями ВС от планового положения понимают показатели точности контура наблюдения

В моделях, интервалы которых не отрегулированы диспетчером УВД, в качестве параметров неопределенности положения ВС в пространстве используют соответствующие параметры RNP и точности стабилизации ВС на эшелоне исследуемого воздушного пространства или параметры точности самолетовождения. Оценку вероятности потери управления воздушным движением следует получать в соответствии с разработанной в Гос НИИ «Аэронавигация» методикой.

Все расчетные формулы оценок рисков второго раздела получены в предположении о DE законах ошибок самолетовождения и контура наблюдения.

На основании частных моделей разработана комплексная модель оценки риска катастроф ВС при исправно работающих радиотехнических средствах обеспечения полетов и связи (РСОП и С) в зоне ответственности управления воздушным движением в верхнем воздушном пространстве.

В третьей главе рассматриваются методы планирования технического оснащения ОрВД на основе критериев безопасности воздушного движения. Определяются предпосылки, допущения и состав задач, которые необходимо решить для реализации такого планирования.

Производится формальная постановка задач.-

Система ОрВД на маршруте представляется как совокупность районов УВД с известными характеристиками воздушного пространства, воздушного движения и технического оснащения. Взаимосвязь между этими характеристиками и показателями безопасности воздушного движения районов устанавливается на основе, методов, описанных в предыдущем разделе. Определяется взаимосвязь между оценками риска столкновений ВС в районах УВД и на маршруте в целом.

Вводится формальное представление планов развития технического оснащения-районов. Показано, что для каждого района УВД на периоде планирования можно разработать ряд альтернативных планов переоснащения- отличающихся по уровню и по времени реализации-переоснащения. Для каждого такого плана можно определить текущие и конечные затраты на реализацию и, при использовании методов раздела 2, текущие и конечные риски столкновений ВС, обеспечиваемые в ходе и при полной'реализации плана. Далее, с учетом этого, можно определить то количество катастроф ВС, которое будет предотвращено при реализации плана и соответствующем, приросте безопасности ВД. В результате

образуется множество альтернативных планов, отражающее ситуацию выбора.

Формируются критерии выбора планов. Рассматриваются две постановки задачи оптимизации планов Оптимизационный аспект этих постановок заключается в определении уровней и сроков переоснащения районов УВД, наилучшим образом адаптированных к ожидаемым условиям воздушного движения, ресурсным ограничениям и требуемым целевым показателям планов.

В первом случае предполагается, что целевые показатели риска катастроф ВС в конце периода планирования заданы и они учитываются в качестве ограничений. В качестве критериев оптимизации рассматриваются критерий минимума затрат на реализацию плана и критерий максимума предотвращенных на периоде планирования катастроф ВС. Последний критерий должен обеспечивать быстрое снижение риска катастроф ВС на начальных этапах периода планирования. Исходя из социальной значимости, этот критерий полагается приоритетным, так как он прямо связан с безопасностью воздушного движения. В такой постановке задача выбора плана является двухкритериальной задачей с неравноценными критериями.

Вторая постановка базируется на том- факте, что ресурсы, выделяемые на развитие технического обеспечения ОрВД, в настоящее время крайне ограничены. Тогда в качестве ограничения задачи рассматривается ресурсное обеспечение, а риск катастроф ВС в конце периода и количество предотвращенных на периоде планирования катастроф ВС рассматриваются в качестве оптимизируемых показателей. В этой постановке задача является также двухкритериальной, но критерии выбора плана здесь равноценны, так как оба критерия прямо связаны с безопасность движения ВС.

Рассматривается задача синтеза планов. Пусть для каждого района УВД сформированы альтернативные планы и для каждого из этих планов получены оценки риска и количества предотвращенных катастроф ВС, а также затрат на реализацию. В результате образовано множество

альтернативных планов, где любой полный набор планов является допустимым планом системы ОрВД на маршруте. Тогда, задача формирования оптимального плана сводится к выбору на этом множестве планов, наилучшим образом соответствующих выдвинутым критериям задач. То есть формально задача выбора оптимального плана сводится к экстремальной комбинаторной задаче. Такая задача может быть решена при использовании методов линейного математического программирования в булевых переменных.

Полученные задачи формализуются в виде задач линейного математического программирования в булевых переменных, которые можно классифицировать как многомерные задачи о ранце с тем Существенным отличием, что они являются двухкритериальными задачами в первом случае с неравноценными и во втором случае с равноценными критериями.

Рассматриваются методы определения решений связанные с многокритериальностью, равноценностью и неравноценностью критериев задач.

Рассматриваются методы учета приоритетов критериев, показывается, что учет приоритетов обеспечивается при решении задач в лексикографической постановке, при использовании метода главного критерия или при специальной свертке критериев. Предлагается два метода декомпозиции задач, позволяющих найти в каждом случае по одному эффективному решению. Вводится понятие решений, оптимальных по Парето, и приводится два метода определения множества таких решений

Рассматриваются методы исследования планов развития и размещения РСТО. Показывается, что рассмотренные задачи являются частным случаем задач исследования планов, то есть задач, в рамках которых исследуется взаимосвязь между эффективностью системы, объемами выполняемых авиационных работ, ресурсным обеспечением и планами развития и размещения технических средств. Использование методов оптимизации при

этом. позволяет найти граничные значения исследуемых зависимостей. Рассматриваются возможные постановки задач исследования планов.

В четвертой главе рассмотрены примеры оценки уровня безопасности полетов в регионе ОрВД и улучшения реального плана развития технического оснащения ряда районов УВД.

В первом примере регион УВД, состоит из семи Районных Центров. Вследствие неравномерности распределения суммарного по региону потока ВС часть секторов управления в рассматриваемом регионе работают с перегрузкой.

Для секторов УВД выполнены расчеты оценки риска катастроф ВС для различных вариантов прогноза интенсивности и показано, что существующая организация воздушного движения в регионе ни для одного из вариантов не обеспечивает безопасности к 2010 г. -

Далее рассматриваются вопросы создания- укрупненного Районного Центра, состоящего из существующих семи РЦ и показано, что в Объединенном Центре появляется возможность обеспечения приемлемого риска за счет перераспределения потоков ВС и повышения качества УВД.

Приводится пример улучшения плана развития технического обеспечения районов УВД на основе применения методов планирования технического обеспечения ОрВД. При этом в качестве исходного плана выбран фрагмент реального плана, разработанного при использовании существующих методов. С учетом ограничений этого плана разработан вариант оптимального плана. Использование предлагаемых методов при этом позволило значительно превысить эффективность исходного плана. Приведена приближенная оценка экономической эффективности использования предлагаемых методов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

На основании проведенного диссертационного исследования были получены следующие основные иыводы и результаты:

1. Определены цели и задачи анализа.и планирования безопасности полетов в системе управления - воздушным движением, разработано методическое обеспечение для решения основных задач анализа, оценивания и планирования безопасности воздушного движения.

2. Рассмотрены некоторые особенности вероятностно-статистического моделирования обеспечения безопасности в системе ОрВД, такие как:

• моделирование при наличии аномальных наблюдений в исходных данных;

• моделирование в условиях неоднородных исходных данных.

3. Предложен метод определения однородности исследуемых процессов и объектов системы ОрВД, рассмотрены, условия применения классического регрессионного анализа для моделирования процессов обеспечения безопасности в системе ОрВД.

4. Разработаны модели оценки риска катастроф- при движении ВС по пересекающимся воздушным трассам и при пересечении занятых встречных и/или попутных эшелонов. Уточнена по сравнению с Руководством по методике планирования воздушного пространства для определения минимумов эшелонирования (ICAO Doc 9689) модель оценки риска катастроф при движении ВС по одной трассе на одной высоте.

5. Разработана модель оценки безопасности полетов при обслуживании движения ВС на воздушных трассах и коридорах подходов в районах размещения аэродромов государственной авиации.

6. Разработана комплексная модель оценки риска катастроф ВС при исправно работающих радиотехнических средствах обеспечения

полетов и связи в зоне ответственности управления воздушным движением в верхнем воздушном пространстве.

7 Разработан подход к планированию безопасности ВД, определены критерии и ограничения, произведена содержательная и математическая постановка, предложены методы решения задач планирования технического обеспечения ОрВД.

8 Предложены методы обоснования целей и ограничений планов, оценки показателей планов при возможных вариациях" исходных условий планирования.

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

- анализ является важнейшим элементом системы управления безопасностью воздушного движения, поскольку определяет фактическое и ожидаемое в ближайшем будущем значения безопасности;

- в качестве показателя безопасности воздушного движения следует использовать «опережающий» (по терминологии ИКАО) показатель, основанный на авиационных происшествиях без человеческих жертв, серьезных инцидентах, инцидентах, опасных сближениях и других подобных показателях , который связан с катастрофами стохастическими связями, но имеет ненулевое значение и в отсутствии катастроф;

- для получения адекватных моделей опенки фактической безопасности воздушного движения и прогнозных значений необходимо использование предлагаемого метода определения однородности данных;

- модели рисков катастроф на пересекающихся воздушных трассах и при пересечении занятых встречных и/или попутных эшелонов не имеют аналогов в ICAO Doc 9689. Уточненная модель оценки риска катастроф при движении по одной трассе на одной высоте

дает более осторожные оценки рисков по сравнению с аналогичной моделью из 1С АО Doc 9689,

- уровень безопасности полетов, как показывает анализ функционирования комплексной модели оценки риска катастроф ВС при исправно работающих радиотехнических средствах обеспечения полетов и связи, является комплексной характеристикой системы УВД, зависящей от суммарной интенсивности воздушного движения, структуры воздушного пространства, распределения суммарного потока ВС по элементам структуры, характеристик связи, навигации и-наблюдения и уровня автоматизации процессов управления;

- математические модели риска катастроф позволяют оценивать обеспечиваемый уровень безопасности полетов при различных вариантах модернизации системы УВД в том числе и при укрупнении районов обслуживания воздушного движения;

- исходя из практических потребностей необходимо рассматривать две постановки задач планирования технического обеспечения ОрВД. В первом случае целевые показатели риска катастроф ВС следует учитывать в качестве ограничений, а затраты на реализацию плана и темпы снижения риска - в качестве критериев плана, обладающих различной социальной ценностью. Во втором случае ресурсное обеспечение следует рассматривать в качестве ограничения, а показатели и темпы снижения риска - в качестве равноценных критериев плана;

- формально задачи оптимального планирования технического обеспечения ОрВД сводятся к экстремальным комбинаторным задачам и решаются методами линейного математического программирования в булевых переменных. В случае равноценных критериев, для решения задач следует использовать метопы оттепеления пешений. оптимальных по Папето В сг.учче

неравноценных критериев - метод главного критерия, метод решения задач в лексикографической постановке или метод специальной свертки критериев;

- основные соотношения, полученные при формализации задач планирования, позволяют обосновать цели и ограничения планов, а также исследовать разрабатываемые планы при возможных вариациях исходных условий планирования;

- практическое использование комплексной модели оценки риска катастроф ВС при исправно работающих радиотехнических средствах обеспечения полетов и связи показало её работоспособность и эффективность;

- исследование модернизации системы ОВД посредством укрупнения зоны ответственности Районного Центра по критерию безопасности полетов показало, что укрупнение приводит к снижению риска катастроф за счет перераспределения потоков в целом по укрупненному району, снижению удельных временных затрат на обслуживание одного ВС, повышению качества непосредственного УВД, текущего и суточного планирования;

- приведенные примеры подтверждают практическую применимость и эффективность методов планирования технического обеспечения ОрВД. Как это показано в примере улучшения исходного плана, количество предотвращенных катастроф ВС в оптимальном плане в 1,2 раза выше, а риск катастроф ВС - в 1,5 раза ниже, чем в исходном плане при тех же объемах ресурсного обеспечения. Эффективность капитальных вложений повышается при этом на 30 ~50%.

Публикации исследований. По содержанию диссертации опубликованы следующие работы:

1. Бобылев Д.В., Болтачев В.Ю. Планирование технического обеспечения ОрВД на основе критериев безопасности воздушного движения. -Межвузовский тематический сборник научных трудов «Проблемы эксплуатации и совершенствования транспортных систем», т.УГДСборник научных трудов Академии ГА №11(80), стр.86-89, Санкт-Петербург, 2004.

2. Бобылев Д.В., Болтачев В.Ю. Методы решения задач планирования технического обеспечения ОрВД на основе критериев безопасности воздушного движения. - Межвузовский тематический сборник научных трудов «Проблемы эксплуатации и совершенствования транспортных систем», т.УШ,Сборник научных трудов Академии ГА №11(80), стр.90-95, Санкт-Петербург, 2004.

3. Д.В. Бобылев, В.Б. Спрысков, Л.К. Щербаков. Оценка безопасности полетов при обслуживании движения ВС на воздушных трассах и коридорах подходов в районах размещения аэродромов государственной авиации. Научный вестник МГТУ ГА №73.-М.:МГТУ ГА, 2004.

Подписано к печати 02.07.2004. Формат бумаги 60x90 1/16. Тираж 100. Заказ 499. Усл. печ. л. 1,7. Уч.- изд. Л. 1,7. Тип. Академия ГА. 196210 С - Петербург, ул. Пилотов, дом 38.

р16455

ВВЕДЕНИЕ.

1. МЕТОДЫ АНАЛИЗА БЕЗОПАСНОСТИ

ВОЗДУШНОГО ДВИЖЕНИЯ.

1.1. Общие положения.

1.2. Анализ безопасности полетов в системе ОрВД.

1.2.1. Цели и задачи анализа.

1.3. Методическое обеспечение решения основных задач анализа.

1.3.1. Основные задачи анализа на уровне системы ОрВД.

1.3.2. Методы решения.

1.4. Некоторые особенности вероятностно-статистического моделирования процессов в системе ОрВД.

1.4.1. Последствия наличия аномальных значений и неоднородных исходных данных.

1.4.2. Определение однородности исследуемых процессов и объектов ф 1.4.3. Выполнение условий применения классического регрессионного анализа.

В Международной Организации Гражданской авиации (ICAO) в 2001 году принята поправка № 40 к Приложению 11 [1], обязывающая государства устанавливать приемлемый уровень и целевые показатели безопасности полетов применительно к воздушному пространству и аэродромам, за которые они несут ответственность. Предусмотрено также введение новых процедур при управлении безопасностью полетов ОВД (поправка № 4 к PANS-ATM). Положения Приложения № 11 и документа PANS-ATM [2] должны проверяться. Эти проверки должны оценить эффективность надзора со стороны органа государственного регулирования за применением поставщиком обслуживания положений документа Doc.4444.

Приложение 11 предусматривает, что любое значительное, связанное с безопасностью полетов изменение в системе ОрВД, включая внедрение сокращенного минимума эшелонирования или нового правила, осуществляется после того, как оценка безопасности полетов продемонстрирует обеспечение приемлемого уровня безопасности и проведены консультации с пользователями. В полной мере это требование относится к укрупнению районов УВД, при котором помимо технико-экономического обоснования необходимо выполнять анализ обеспечиваемого уровня безопасности полетов в новой структуре воздушного пространства укрупненного района.

В Российской Федерации регулярный контроль уровня безопасности проводят с использованием прямых и косвенных методов контроля.

Прямые методы контроля основаны на учете авиационных происшествий и предпосылок к ним (авиационных инцидентов), связанных с недостатками функционирования ЕС ОрВД. Здесь частота авиационных инцидентов используется для качественного анализа и принятия мер по улучшению безопасности воздушного движения на уровне поставщика обслуживания. Частота авиационных происшествий используется в качестве критерия уровня безопасности воздушного движения на федеральном уровне.

В силу редкости событий чувствительность критерия, основанного на оценке фактической частоты катастроф при УВД, очень низка. В связи с этим задействованы процедуры оценки риска катастроф ВС на математических моделях. Оценивание риска столкновений ВС проводится при этом на специальных математических моделях, часть из которых представлена в ICAO Doc 9689 (Руководство по методике планирования воздушного пространства для определения минимумов эшелонирования). Однако в Руководстве отсутствуют модели рисков на пересечении воздушных трасс и занятых эшелонов. Кроме того, в Руководстве представлена модель риска при продольном эшелонировании в общем виде, непосредственно не пригодном для практического использования. Поэтому в работе исследованы эти вопросы и представлены необходимые модели оценки риска катастроф.

Применяемые математические модели позволяют получить оценки риска катастроф в зависимости от характеристик структуры воздушного пространства (ВП), технического оснащения, обслуживаемых потоков ВС, применяемых правил, процедур и технологий УВД (норм эшелонирования ВС, RNP, основных тактико-технических характеристик и уровня автоматизации технического обеспечения, и т.д.). С учетом этого результаты моделей могут применяться для решения широкого круга прикладных задач, где в качестве критерия используется либо риск катастроф, либо отношение риск катастроф /затраты на его обеспечение.

К таким задачам следует отнести планирование организационно-технического обеспечения ОрВД на основе критериев безопасности воздушного движения. Предполагается, что посредством такого планирования будет обеспечиваться управление главным показателем ОрВД-безопасностью воздушного движения. Главным принципом при этом будет оставаться формирование эффективной политики в обеспечении безопасности, т.е. обеспечение приемлемых уровней безопасности при располагаемых ресурсных возможностях.

Реализация такого управления предполагает установление взаимосвязей между содержанием, сроком и объемами мероприятий по совершенствованию организационной структуры и технического обеспечения системы ОрВД и изменением показателей безопасности ВД, обеспечиваемом при их реализации в различных структурах и при различных параметрах УВД. Это необходимое условие, обеспечивающее целенаправленное планирование безопасности ВД, так как только на этой основе может производиться отбор наиболее эффективных мероприятий по обеспечению безопасности ВД.

Повышение безопасности прямо связано с развитием технического обеспечения ОрВД, что требует значительных капитальных вложений. В то же время практика показывает, что в настоящее время и в обозримой перспективе развитие системы ОрВД будет производиться в условиях жестких ресурсных ограничений.

Другим направлением обеспечения безопасности полетов при УВД является деятельность по укрупнению районов обслуживания воздушного движения.

Оба этих направления, а именно, развитие технического обеспечения процессов управления и совершенствование организационной структуры районов обслуживания хможно объединить общим термином - модернизация системы ОрВД. В настоящее время обстоятельства складываются таким образом, что без коренной модернизации национальной системы ОрВД невозможно вписаться во всемирный процесс гармонизации региональных систем обслуживания воздушного движения и обеспечить тем самым высокие показатели безопасности и экономической эффективности полетов.

Поэтому диссертационная работа, направленная на разработку методов анализа и планирования безопасности полетов при модернизации системы обслуживания воздушного движения, дающих возможность выбора конкретных эффективных путей совершенствования системы ОрВД при минимальных затратах на их реализацию, является важной и актуальной.

Целью диссертационной работы является разработка методов оценки и планирования безопасности полетов при модернизации системы ОрВД.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе рассматриваются и решаются следующие основные задачи:

- разработка методов анализа безопасности воздушного движения;

- моделирование безопасности полетов при ОрВД;

- разработка методов планирования технического обеспечения ОВД на основе ' критериев безопасности воздушного движения.

Решение поставленных задач проводится на основе использования методов теории вероятностей и математической статистики, многокритериальной оптимизации и дискретного математического программирования. При этом обеспечивается:

- использование «опережающего» показателя для оценки фактического значения безопасности воздушного движения;

- адекватное построение математических моделей для оценки безопасности воздушного движения за счет учета неоднородности исследуемых процессов и объектов;

- оценивание обеспечиваемого уровня безопасности при модернизации системы ОрВД;

- обоснованный выбор технических и временных характеристик плановых мероприятий по развитию технического обеспечения ОрВД;

- обоснованный выбор планов развития и размещения технических средств с максимальными оценками эффективности при ресурсных ограничениях или планов с заданными оценками эффективности при минимизации потребного ресурсного обеспечения;

- обоснованный выбор целей и ограничений планов на основе их исследования в диапазоне возможных условий развития и функционирования системы ОрВД, и формирование планов, сохраняющих эффективность в указанном диапазоне условии.

В первом разделе рассматриваются требования ИКАО к системе управления безопасностью воздушного движения. Формулируются цели и задачи анализа безопасности воздушного движения, как основного этапа системы управления.

Приводятся основные задачи, решаемые при анализе безопасности воздушного движения и даны методы их решения.

Рассматриваются некоторые особенности вероятностно-статистического моделирования при моделировании показателей безопасности воздушного движения. Показано негативное влияние на адекватность моделей наличия неоднородностей в исходных данных.

В разделе разработаны новые методы определения однородности на основе аппарата многомерного статистического анализа, позволяющие исследовать совокупность объектов с большим числом признаков на наличие среди них неоднородных групп. Для проверки адекватности построения математических моделей приводятся условия применения классического регрессионного анализа, несоблюдение которых приводят к частичному или полному нарушению адекватности моделей безопасности воздушного движения.

Во втором разделе решаются задачи моделирования критерия оценки уровня безопасности при обслуживании воздушного движения в верхнем воздушном пространстве при исправно работающих технических средствах ОрВД. В соответствии с поставленной задачей здесь рассматриваются шесть типов относительного движения ВС и, соответственно, шесть моделей оценки риска катастроф:

- при движении по параллельным в горизонтальной плоскости участкам воздушных трасс на одной высоте (модель бокового эшелонирования);

- при движении по одной трассе на разных высотах (модель вертикального эшелонирования);

- при движении по одной трассе на одной высоте (модель продольного эшелонирования); '

- при движении по пересекающимся маршрутам на одной высоте;

- при пересечении занятых попутных эшелонов;

- при пересечении занятых встречных эшелонов.

Указанные модели оценивают риск как для потоков, в которых интервалы между ВС не меньше минимумов эшелонирования, так и для потоков, интервалы которых не отрегулированы диспетчерами.

В разделе разработана комплексная модель оценки уровня безопасности системы ОрВД при исправно работающих технических средствах обеспечения полетов.

В третьем разделе рассматриваются задачи планирования технического обеспечения ОрВД на основе критериев безопасности воздушного движения. Определяются предпосылки, допущения и состав задач, которые необходимо решить для реализации такого планирования. Вводится формальное описание системы ОрВД. Устанавливается формальная взаимосвязь между характеристиками авиационных работ, техническим оснащением, показателями безопасности воздушного движения и затратами на развитие технического оснащения для районов УВД и системы ОрВД на маршруте в целом. Вводится формальное описание планов развития технического оснащения системы ОрВД и рассматривается задача синтеза этого плана.

В разделе решаются задачи формирования критериев плана. Рассматриваются различные постановки задач оптимизации планов. Показано, что полученные задачи являются двухкритериальными дискретными задачами оптимизации с равноценными или неравноценными критериями и большим количеством переменных. Эти задачи формально отражают содержание, цели и ограничения планов развития системы ОрВД. Оптимизационный аспект этих задач заключается в определении уровней и сроков переоснащения районов УВД, наилучшим образом адаптированных к ожидаемым условиям воздушного движения и требуемым целевым показателям безопасности.

Планы развития технического оснащения представляются в виде совокупности мероприятий и определяются взаимосвязь характеристик этих мероприятий с критериями и ограничениями задач оптимизации планов. Для каждого района УВД вводится множество возможных альтернативных планов технического переоснащения.

В результате формируется множество планов, где любой выбор из этого множества образует реализуемый план переоснащения районов и для этого плана по приводимым соотношениям ¿можно определить текущие и конечные затраты на реализацию плана, текущие и конечные значения риска и количества катастроф, предотвращенных при реализации выбранного плана.

Рассматриваются методы формирования оптимальных планов. Показано, что такая задача сводится к экстремальной комбинаторной задаче и эта задача может быть решена при использовании методов линейного математического программирования в булевых переменных. Полученные задачи формализуются в виде задач линейного математического программирования в булевых переменных, которые можно классифицировать как многомерные задачи о ранце с тем существенным отличием, что они являются двухкритериальными задачами с равноценными и неравноценными критериями.

Рассматриваются методы определения решений связанные с многокритериальностью, равноценностью и неравноценностью критериев задач.

В разделе предлагаются два метода, основанных на декомпозиции задач и позволяющих найти в каждом случае по одному эффективному решению. Вводится понятие решений, оптимальных по Парето, и приводится два метода определения множества таких решений. Учет приоритетов критериев обеспечивается при решении задач в лексикографической постановке, при использовании метода главного критерия или при специальной свертке критерия.

Рассматриваются методы исследования планов. Показывается, что задачи оптимизации являются частным случаем задач исследования планов, то есть задач, в рамках которых исследуются взаимосвязи между эффективностью системы, объемами выполняемых авиационных работ, ресурсным обеспечением и планами развития технических средств, а использование методов оптимизации позволяет определить граничные значения указанных зависимостей. Рассматриваются возможные постановки задач исследования планов и методы их решения.

В четвертом разделе рассмотрен пример оценки уровня безопасности полетов в регионе УВД, состоящего из семи Районных Центров и пример улучшения плана развития технического оснащения районов УВД.

В первом примере выполнены расчеты оценки риска катастроф ВС для различных вариантов прогноза интенсивности и показано, что вследствие неравномерности распределения суммарного по региону потока ВС часть секторов управления в рассматриваемом регионе работают с перегрузкой, и существующая организация воздушного движения в регионе ни для одного из вариантов не обеспечивает приемлемого уровня безопасности к 2010г. Здесь также рассматриваются вопросы создания укрупненного Районного Центра, состоящего из существующих семи РЦ, и показано, что в Объединенном Центре появляется возможность обеспечения приемлемого риска за счет перераспределения потоков ВС и повышения качества УВД.

Во втором примере в качестве исходного плана выбран фрагмент реального плана, разработанного при использовании существующих методов. С учетом ограничений этого плана разрабатывается вариант оптимального плана. Показывается, что использование предлагаемых методов позволяет существенно повысить эффективность плана. Приведена приближенная оценка экономической эффективности предлагаемых методов и примеры решения задач исследования планов.

В итоге решения поставленных в работе задач автором выносятся на защиту следуюгцие научные результаты:

- методический подход к определению «упреждающего» показателя, характеризующего уровень безопасности воздушного движения на этапе анализа;

- процедура исследования многомерных данных на однородность на основе использования методов многомерного статистического анализа;

- модели оценки риска катастроф при движении ВС по пересекающимся воздушным трассам и при пересечении занятых встречных и/или попутных эшелонов, при движении ВС по одной трассе на одной высоте, модель оценки риска катастроф при обслуживании движения ВС на воздушных трассах и коридорах подходов в районах размещения аэродромов государственной авиации;

- комплексная модель оценки риска катастроф ВС при исправно работающих технических средствах обеспечения полетов в верхнем воздушном пространстве;

- постановка задач планирования технического оснащения системы ОрВД на основе критериев безопасности воздушного движения,; выбор и обоснование методов определения эффективных и реализуемых решений задач, разработка методов исследования целей, ограничений и планов развития технического оснащения ОрВД в диапазоне будущих условий функционирования.

Основные результаты диссертационной работы изложены в 3-х печатных трудах [3-5].

Приведенные в работе результаты исследований доведены до вычислительных процедур и реализованы на ЭВМ. Разработанные методы использованы при выполнении НИР:

- Разработка Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России (2002 -2010 г.г.)»;

- Анализ деятельности аэродромов государственной и экспериментальной авиации в Московском аэроузле

Научная новизна работы состоит в том, что впервые:

- исследованы особенности вероятностно-статистического моделирования процессов в системе ОрВД, позволяющего получать адекватные модели показателей безопасности воздушного движения;

- разработаны методы построения «опережающего» показателя безопасности воздушного движения на основе многомерного статистического анализа;

- разработаны модели оценки риска катастроф при движении ВС по пересекающимся воздушным трассам и при пересечении занятых встречных и/или попутных эшелонов. Уточнена (по сравнению с ICAO Doc 9689) модель оценки риска катастроф при движении ВС по одной трассе на одной высоте.

- разработана комплексная модель оценки риска катастроф ВС при исправно работающих радиотехнических средствах обеспечения полетов и связи (РСОП и С) в зоне ответственности управления воздушным движением в верхнем воздушном пространстве.

- задача развития технического обеспечения ОрВД подчинена непосредственно критериям безопасности воздушного движения, представлена в виде многокритериальной задачи математического программирования в булевых переменных;

- предложены методы декомпозиции задачи, учета приоритета критериев и определения эффективных решений, а также методы исследования целей, ограничений и планов развития технического оснащения ОрВД.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные методы могут использоваться для мониторинга безопасности воздушного движения, то есть для выявления "узких" мест по обеспечению безопасности воздушного движения и последующего формирования эффективных мероприятий по их устранению.

Основные результаты и выводы по четвертому разделу

1. Практическое использование комплексной модели оценки риска катастроф ВС при исправно работающих радиотехнических средствах обеспечения полетов и связи и методов планирования технического обеспечения ОрВД на основе критериев безопасности воздушного движения показало их работоспособность и эффективность.

2. Исследование модернизации системы ОВД посредством укрупнения зоны ответственности Районного Центра по критерию безопасности полетов показало, что укрупнение приводит к снижению риска катастроф за счет перераспределения потоков в целом по укрупненному району, снижению удельных временыч затрат на обслуживание одного ВС, повышению качества непосредственного УВД, текущего и суточного планирования.

3. Методы планирования технического оснащения системы ОрВД позволяют сформировать на множестве предложенных альтернативных вариантов решения, оптимальные по выдвинутым критериям при назначенных ограничениях. Реализуемость и эффективность этих решений будет определяться реализуемостью и эффективностью предложенных альтернативных вариантов.

4. Возможности программного обеспечения задач линейного математического программирования в булевых переменных превышают потребности реальных задач планирования технического обеспечения ОрВД. Для решения частных задач с невысокой размерностью целесообразно использовать точные методы, а для решения полномасштабных задач большой размерности необходимо использовать приближенные методы.

5. Как показано в приведенном примере, применение разработанных методов обеспечивает существенное повышение эффективности планов оснащения системы ОрВД: риск катастроф ВС в оптимальном плане в 1,2 раза ниже, а количество предотвращенных катастроф ВС в 1,5 раза больше чем в исходном плане при тех же объемах ресурсного обеспечения. Эффективность капитальных вложений повышается при этом на 30-50% .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основными научными результатами диссертационной работы в целом, полученными автором, являются:

1. Определены цели и задачи анализа и планирования безопасности полетов в системе управления воздушным движением, разработано методическое обеспечение для решения основных задач анализа, оценивания и планирования безопасности воздушного движения.

2. Рассмотрены некоторые особенности вероятностно-статистического моделирования обеспечения безопасности в системе ОрВД, такие как:

• моделирование при наличии аномальных наблюдений в исходных данных;

• моделирование в условиях неоднородных исходных данных.

3. Предложен метод определения однородности исследуемых процессов и объектов системы ОрВД, рассмотрены условия применения классического регрессионного анализа для моделирования процессов обеспечения безопасности в системе ОрВД.

4. Разработаны модели оценки риска катастроф при движении ВС по пересекающимся воздушным трассам и при пересечении занятых встречных и/или попутных эшелонов. Уточнена по сравнению с Руководством по методике планирования воздушного пространства для определения минимумов эшелонирования (ICAO Doc 9689) модель оценки риска катастроф при движении ВС по одной трассе на одной высоте.

5. Разработана модель оценки безопасности полетов при обслуживании движения ВС на воздушных трассах и коридорах подходов в районах размещения аэродромов государственной авиации.

6. Разработана комплексная модель оценки риска катастроф ВС при исправно работающих радиотехнических средствах обеспечения полетов и связи в зоне ответственности управления воздушным движением в верхнем воздушном пространстве.

7. Разработан подход к планированию безопасности ВД, определены критерии и ограничения, произведена содержательная и математическая постановка, предложены методы решения задач планирования технического обеспечения ОрВД.

8. Предложены методы обоснования целей и ограничений планов, оценки показателей планов при возможных вариациях исходных условий планирования.

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

- анализ является важнейшим элементом системы управления безопасностью воздушного движения, поскольку определяет фактическое и ожидаемое в ближайшем будущем значения безопасности;

- в качестве показателя безопасности воздушного движения следует использовать «опережающий» (по терминологии ИКАО) показатель, основанный на авиационных происшествиях без человеческих жертв, серьезных инцидентах, инцидентах, опасных сближениях и других подобных показателях , который связан с катастрофами стохастическими связями, но имеет ненулевое значение и в отсутствии катастроф;

- для получения адекватных моделей оценки фактической безопасности воздушного движения и прогнозных значений необходимо использование предлагаемого метода определения однородности данных:

- модели рисков катастроф на пересекающихся воздушных трассах и при пересечении занятых встречных и/или попутных эшелонов не имеют аналогов в ICAO Doc 9689. Уточненная модель оценки риска катастроф при движении по одной трассе на одной высоте дает более осторожные оценки рисков по сравнению с аналогичной моделью из 1С АО Doc 9689; уровень безопасности полетов, как показывает анализ функционирования комплексной модели оценки риска катастроф ВС при исправно работающих радиотехнических средствах обеспечения полетов и связи, является комплексной характеристикой системы УВД, зависящей от суммарной интенсивности воздушного движения, структуры воздушного пространства, распределения суммарного потока ВС по элементам структуры, характеристик связи, навигации и наблюдения и уровня автоматизации процессов управления; математические модели риска катастроф позволяют оценивать обеспечиваемый уровень безопасности полетов при различных вариантах модернизации системы УВД в том числе и при укрупнении районов обслуживания воздушного движения; исходя из практических потребностей необходимо рассматривать две постановки задач планирования технического обеспечения ОрВД. В первом случае целевые показатели риска катастроф ВС следует учитывать в качестве ограничений, а затраты на реализацию плана и темпы снижения риска - в качестве критериев плана, обладающих различной социальной ценностью. Во втором случае ресурсное обеспечение следует рассматривать в качестве ограничения, а показатели и темпы снижения риска - в качестве равноценных критериев плана; формально задачи оптимального планирования технического обеспечения ОрВД сводятся к экстремальным комбинаторным задачам и решаются методами линейного математического программирования в булевых переменных. В случае равноценных критериев, для решения задач следует использовать методы определения решений, оптимальных по Парето. В случае неравноценных критериев - метод главного критерия, метод решения задач в лексикографической постановке или метод специальной свертки критериев; основные соотношения, полученные при формализации задач планирования, позволяют обосновать цели и ограничения планов, а также исследовать разрабатываемые планы при возможных вариациях исходных условий планирования; практическое использование комплексной модели оценки риска катастроф ВС при исправно работающих радиотехнических средствах обеспечения полетов и связи показало её работоспособность и эффективность; исследование модернизации системы ОВД посредством укрупнения зоны ответственности Районного Центра по критерию безопасности полетов показало, что укрупнение приводит к снижению риска катастроф за счет перераспределения потоков в целом по укрупненному району, снижению удельных временых затрат на обслуживание одного ВС, повышению качества непосредственного УВД, текущего и суточного планирования; приведенные примеры подтверждают практическую применимость и эффективность методов планирования технического обеспечения ОрВД. Как это показано в примере улучшения исходного плана, количество предотвращенных катастроф ВС в оптимальном плане в 1,2 раза выше, а риск катастроф ВС- в 1,5 раза ниже чем в исходном плане при тех же объемах ресурсного обеспечения. Эффективность капитальных вложений повышается при этом на 30 -50%.

1. Правила аэронавигационного обслуживания. Организация воздушного движения. 1.AO Doc 4444 ATM/501, издание 14. -Монреаль, 2001.

2. Д.В.Бобылев, В.Б. Спрысков, Л.К. Щербаков. Оценка безопасности полетов при обслуживании движения ВС на воздушных трассах и коридорах подходов в районах размещения аэродромов государственной авиации. Научный вестник МГТУ ГА №73.-М.гМГТУ ГА, 2004.

3. Доклад XI Аэронавигационной конференции. Монреаль, 2003г., ИКАО, AN-Conf/11-WP/206

4. Анализ состояния безопасности полетов при УВД за последние 10 лет, и разработка рекомендаций по совершенствованию ОВД. Отчет о НИР.- М.: ГосНИИ «Аэронавигация», 1999.-228с

5. Группа экспертов по рассмотрению общей концепции эшелонирования (RGCSP), 5-ое совещание.- Монреаль, Doc 946, RGCSP,1985.

6. Айвазян С.А., Енюков' И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Исследование зависимостей.- М.:Финансы и статистика, 1985.- 488с.

7. Айвазян С.А. Основы эконометрики.- М.: ЮНИТИ, 2001.- 432с.

8. И. Болч Б, Хуань К.Дж. Многомерные статистические методы для экономики. Перевод с англ. М.:Статистика, 1979.—318с.

9. Айвазян С.А., Мхитарян В.А. Теория вероятностей и прикладная статистика. М.:ЮНИТИ, 2001.-656с.

10. Демиденко Е.З. Линейная и нелинейная регрессии. М.: Финансы и статистика, 1981.-302с.

11. Методика для определения минимумов эшелонирования, применяемых для разделения параллельных линий пути в структурах маршрутов ОВД.- Циркуляр ИКАО N120-AN/89-2, Монреаль, 1976.

12. Пакет программ по прикладному статистическому анализу (ППСА). М.:ЦЭМИ, 1983.-188с.

13. P.Brooker, T.Ingham. Target levels of safety of Controlled airspace. CAA Paper 77002, 1977.

14. World airline accident summary 1976 1990. Safety data analysis unit (SDAV) computerised database. -CAA, 1990.

15. Target level of safety. FAA system analysis branch. Draft tecnical note, May, 1985.

16. Руководство по информационному обеспечению автоматизированной системы обеспечения безопасности полетов воздушных судов гражданской авиации Российской Федерации (АСОБП). -М.: ООО «Аэронавигационное консалтинговое агентство», 2002,-192с.

17. Воздушный кодекс Российской Федерации.- М.: Издательство «Ось-89», 1997.-64с.

18. E.Davies, A.Sharpe. Review of the target level of safety for NAT MNPS airspace. NATS CAA, London, 1993.

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

20. Review MNPS airspace of target level of safety (TLS) consept. ICAO, NAT SPG/29, WP/47, 1993.

21. Анализ состояния безопасности воздушного движения ГА СНГ и Российской Федерации и разработка методики обоснования целевых уровней безопасности воздушного движения. М.: ГосНИИ" Аэронавигация", 1994.

22. Разработка целевых уровней безопасности воздушного движения ГА стран СНГ и Российской Федерации,- М.: ГосНИИ" Аэронавигация", 1994.

23. Reich P.G. Analisys of long-range air traffic system separation standards. The Journal of Navigation (U.K.), Vol 19, N 1,2,3, 1966.

24. Brooker, P. Aircraft Separation assurance: System desing. The Journal of navigation (V.K.), vol 36, N 1, 1983.

25. The risk from traffic crossing the North Atlantic OTS vertically separated by 1000 ft. ICAO, NAT SPG/22-WP/10, march, 1985.

26. Reich, P.G. Specifying the colibration of static pressure systems for the safe use of 1000ft vertical separation standard in the NAT jet traffic. RAE Tecnical report 66156, may 1966.

27. Вентцель E.C., Овчаров JI.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М. : Наука, 1988.

28. Broker P. and Lloyd D. Е. Collision risk and longitudinal separation standards for North Atlantic Air Traffic. DORA communication 7801 -Issue 2, April 1978.

29. Совершенствование методического и программного обеспечения задачи расчета риска столкновения ВС с целью повышения оперативности и достоверности оценок уровня безопасности воздушного движения. Отчет по НИР. М.: ГосНИИ «Аэронавигация», 1998.м

30. Предложения по внедрению требований RNP в Российской Федерации. Отчет по НИР. М.: ГосНИИ «Аэронавигация», 1994.

31. Наставление по производству полетов в гражданской авиации СССР. М., Воздушный транспорт, 1985.

32. Уточненный анализ влияния воздушной обстановки на безопасность Калининской АЭС. М., ГосНИИ «Аэронавигация», 2003 г.

33. Руководство по методике планирования воздушного пространства для определения минимумов эшелонирования (Doc 9689). -Монреаль, ICAO, 1998.

34. Reich, P.G. Analisys of long-range air traffic systems: Separation standards. The Journal of Navigation (U.K.), vol. 19, №1,2, 3, 1966.

35. Математическое обеспечение методологии анализа и планирования аэронавигационных систем. ИКАО, КСС5Р/9-\УР/5, 1996.

36. Анодина Т.Г. Проблемы совершенствования и развития единой системы управления воздушным движением в гражданской авиации и методы их решения. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук/- Л.: ОЛАГА, 1979.

37. Шныров В.Г. Разработка вероятностно статистических методов прогнозирования потребностей зон системы УВД в радиотехнических средствах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: НЭЦ АУВД, 1983.

38. Мокшанов В.И. Исследование и разработка вопросов рационального функционирования систем управления воздушным движением. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: НЭЦ АУВД, 1979.

39. Федоров Ю.М. Проблема обеспечения безопасности воздушного движения и пути ее решения в ГА. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: НЭЦ АУВД, 1984.

40. Мокшанов В.И. Методы и модели исследования и оптимизации эргатических процессов в системе управления воздушнымдвижением. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: НЭЦ АУВД, 1987.

41. Уточнение методики оценки загрузки диспетчера сектора УВД с целью использования ее для оценки риска столкновения ВС. М.: ГосНИИ "Аэронавигация", 1996.

42. Методика оценки загруженности и пропускной способности секторов УВД. М. НЭЦ АУВД, 1985.ж

43. Методика нормирования загруженности диспетчеров УВД. М.: НЭЦ АУВД, 1983.

44. Опытная проверка типовых нормативов и рекомендаций по практическому использованию нормативов пропускной способности. М.: ГосНИИ"Аэронавигация", 1995.

45. Провести исследования и определить нормативы загруженности диспетчеров службы от структуры воздушного пространства, технической оснащенности пунктов УВД, характеристик потоков движения. -М.: НЭЦ АУВД, 1985.

46. Скорректированная методика определения загруженности диспетчеров УВД и нормативов пропускной способности. М.: ГосНИИ "Аэронавигация", 1994.

47. Провести исследования и разработать критерии оценки сложности и интенсивности труда диспетчеров, осуществить научно методическое обеспечение аттестации рабочих мест диспетчеров МЦ АУВД. М. НЭЦ АУВД, 1990.

48. Сарычев В.М. Определение вероятности совершения опасных сближений в зависимости от величины показателя загруженности для секторов РЦ, ДПП, ДПК. -М., НЭЦ АУВД, 1989.

49. Влияние диспетчера УВД на пропускную способность системы УВД. Отчет Стенфордского научно-исследовательского института, 1976.

50. Унгурян С.Г., Маркович Е.Д., Волевич А.И. Анализ и моделирование систем управления, воздушным движением. -М.: Транспорт, 1980.

51. Mathematical modelling of АТС intervention rates on parallel tracks. ICAO, RSCSP WG/A, WP/17, Brussels, 1997.

52. Comparision of different risk assessments. ICAO, RGCSP WG/A, IP/17, Brussels, 1997.

53. Разработка Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы Российской Федерации (2002-20Юг.г.)», -М.: ГосНИИ "Аэронавигация", 2001.

54. Hazard analysis of route separation standards. Rev.3.-London, Eurocontrol, 1997.

55. Фокин Ю.Г., Карлов В.Ф., и др. Прикладные вопросы военно-инженерной психологии. М., ВИА им.Дзержинского, 1968.

56. Возможности системы УВД в районе аэропорта Сидней и предельная нагрузка диспетчеров. М., Воздушный транспорт, N 35, 1966.

57. A collision risk model for a crossing track separation metodology.-ICAO, RGCSP/9-WP/9, Montreal, 1996.

58. KletsT. An engineer's view of human error, Ichem E, 1991.

59. Сергиенко И.В. Математические модели и методы решения задач дискретной оптимизации. Киев: Наукова думка, 1985.

60. Подиновский В.В. Многокритериальные задачи с однородными равноценными критериями. ЖВМ и МФ, 2, 1975.

61. Подиновский В.В. Двухкритериальные задачи с неравноценными критериями. Изв. АН СССР, сер. Техническая кибернетика, №5, 1977.

62. Балаш 3. Аддитивный алгоритм для решения задач линейного программирования с переменными, принимающими значения 0 или 1.-М.: Кибернетический сборник, Новая серия, 1969, вып.6.

63. Финкельштейн Ю.Ю. Приближенные методы и прикладные задачи дискретного программирования. -М.: Наука, 1976

64. Подиновский В.В. Математическая теория выработки решений в сложных ситуациях. М.: Мин. обороны, 1981.

65. Подиновский В.В., Гаврилов В.М. Оптимизация по последовательно применяемым критериям. М. : Сов. Радио, 1975.

66. Подиновский В.В. Многокритериальные задачи с упорядоченными по важности критериями. Автоматика и телемеханика, № 11, 1976.

67. Подиновский В.В. Методы многокритериальной оптимизации. М.: ВА им. Дзержинского, 1971.

68. Моисеев н.н. Математические задачи системного анализа. М: Наука, 1981.

69. Подиновский В.В., Ногин В.Д. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач. -М: Наука, 1982.

70. Болтянский В.Г. Математические методы оптимального управления. М: Наука, 1966.

71. Табель оснащения аэродромов гражданской авиации средствами радиотехнического обеспечения и связи. М: МГА, 1980.

72. Волошин А.Ф. Алгоритмы решения задач линейного программирования с булевыми переменными. В кн.: Вычислительная математика в современном научно-техническом прогрессе. - Киев: ИК АН УССР, 1984.

73. Сергиенко И. В., Лебедева Т. Т., Рощин В.Н. Приближенные методы решения дискретных задач оптимизации. -Киев: Наукова думка, 1990.

74. Системы программного обеспечения решения задач оптимального планирования. В кн. : Материалы 9-го Всесоюзного симпозиума. -Минск, 1986.

75. Пакет научных подпрограмм 4.29. Алгоритмы и программы решения задач дискретной оптимизации . Минск, 1985.

76. Пакет прикладных программ "Математическое программирование (ПИП МП).-Калинин: НПО "Центрпрограммсистем", 1976.

77. Пакет прикладных программ "Линейное программирование в АСУ"(ШШ Ж АСУ). Описание применения. Калинин; НПО "Центрпрограммсистем", 1978.

78. Пакет прикладных программ "Линейное программирование 2" (ШШ ЛП 2). -Калинин: НПО "Центрпрограммсистем", 1979.

79. Пакет прикладных программ Диспро. Киев: Гос. фонд алгоритмов и программ, 1981.

80. Богданов А.В., Демин Б.Е., Игнатов B.C. Руководство по использованию пакета ПМП' для решения задач линейного и сепарабельного программирования. М.: Препринт , 1978.

81. Валюкевич С. Пакет программ для решения задачи о рюкзаке.-В кн. : Структура и организация пакетов программ. Тезисы докладов Международной конференции. Тбилиси: Мецниереба, 1976

82. Васильев В. П. Численные методы решения экстремальных задач.-М.: Наука, 1980.

83. Михалевич B.C., Сергиенко И.В., Быков В.Н. и др. О математиеском обеспечении программ Диспро для решения задач дискретного программирования.(Препринт). -Киев: Ин-т кибернетики АН УССР, 1979.

84. Михалевич B.C., Сергиенко Н.В. и др. Пакет прикладных программ Диспро, предназначенный для решения задач дискретного программирования. К., Кибернетика, №3, 1981.

85. Михалевич B.C., Волкович В. JI. Вычислительные методы исследования и проектирования сложных систем. -М.: Наука, 1982.

86. Руа Б. Проблемы и методы принятия решений в задачах с многими целевыми функциями. Вопросы анализа и процедуры принятия решений. -М. : Наука, 1976.

87. Беллман Р. Динамическое программирование. -М.: ИЛ, I960.

88. Моисеев H.H. Элементы теории оптимальных систем. -М.: Наука, 1975.

89. Taxa X. Введение в исследование операций. -М.: Мир, 1985.

90. Сарычев В.М. Определение вероятности совершения опасных сближений в зависимости от величины показателя загруженности для секторов РЦ, ДПП, ДПК,- М.: Гос НИИ «Аэронавигация», 1990.

91. Спрысков В.Б., Демидов О.М. Оценка вероятности потери управления воздушным движением в системах с различным уровнем оснащения. Научный вестник МГТУ ГА №52. -М.:МГТУ ГА, 2002.

92. Г.А.Крыжановский и др. Организация управления воздушным движением. М.:"Транспорт", 1988г.

93. Крыжановский Г. А. Введение в прикладную теорию УВД.: Учебник для вузов ГА.- М.: Машиностроение, 1984. 368с.

94. Концепции и системы CNS/ATM в гражданской авиации. Бочкарев в.в., Кравцов В.Ф., Крыжановский Г.А. и др.; Под ред. Г.А. Крыжановского. М.: ИКЦ "Академкнига", 2003.-415 с.