Разработка методов снижения загрузки диспетчера планирования на основе реорганизации информационных потоков системы управления воздушным движением

Актуальность темы

.

Рост интенсивности воздушного движения (ВД) ведет к необходимости совершенствовать систему его организации (ОрВД). Один из путей совершенствования заключается в достижении максимально возможного соответствия между сформированными заранее планами и реальными полетами воздушных судов (ВС). Это относится, в первую очередь, к обеспечению соответствия между фактической и плановой траекториями полета [6].

Эта задача имеет многолетнюю историю, однако ее решение стало возможным только в настоящий момент за счет использования современной вычислительной техники и повышения степени автоматизации при планировании ВД.

Система планирования воздушного движения (ПВД) является неотъемлемой составной частью Единой Системы (ЕС) ОрВД. На нее возложены функции по формированию планов полетов. Система ПВД Российской Федерации характеризуется иерархической структурой, включающей четыре уровня: аэродромные диспетчерские пункты (АДП), районные центры (РЦ), зональные центры (ЗЦ) и Главный центр планирования и регулирования потоков воздушного движения (ГЦ ППВД). Каждый уровень иерархии системы ПВД в рамках подконтрольного ему воздушного пространства (ВП) решает, в частности, задачи регулирования потоков ВД, формируя планы полетов на основе поступающих от эксплуатантов заявок и информации о состоянии системы ОрВД. С этой целью между уровнями иерархии системы ПВД РФ реализован информационный обмен.

Проблемы регулирования потоков воздушного движения выступают на первый план в ходе текущего планирования полетов, когда выявляются недочеты предварительного (составление сезонного расписания) и суточного (уточнение графика движения на ближайшие сутки) этапов. Изменения условий выполнения рейсов, вызванные изменением состояния элементов системы управления воздушным движением (УВД), организационными и другими причинами приводят к необходимости перераспределения потоков ВС. Ситуации, в которых за ограниченный интервал времени нужно фактически заново создать сводный план на территории системы, значительно влияют на загруженность диспетчерского персонала. Это неизбежно сказывается и на безопасности полетов, которая существенно зависит и от принимаемых диспетчером решений.

Принятие решений диспетчером планирования выполняется на основе большого объема данных. В РФ источником информации для диспетчера планирования является интегрированная многоуровневая автоматизированная система планирования потоков воздушного движения (1II1ВД). Вопросы работы диспетчера с этой системой составляют содержание диссертации.

Недостатки существующей системы ПВД и, соответственно, увеличение загруженности диспетчерского персонала обусловлены тем, что: а) изменения состояния системы ОрВД органом планирования не отслеживаются в реальном масштабе времениб) отсутствует обратная связь, т. е. орган планирования не имеет инструментов воздействия на эксплуатантов в случае возникновения необходимости в корректировке заявокв) у большинства эксплуатантов отсутствуют возможности получения актуальной информации о состоянии системы ОрВД, что приводит к необходимости использования для обработки заявок искусственных механизмов, искажающих реальную информацию, при этом процесс ПВД становится малоэффективнымг) отсутствует двусторонний информационный обмен между уровнями иерархии системы в реальном масштабе времени.

Отмеченные недостатки связаны с организацией информационных потоков системы и чрезмерной загруженностью диспетчера, поэтому возникает актуальная научная задача разработки методов снижения загрузки диспетчера на основе реорганизации информационных потоков системы УВД.

Цель и задачи работы.

Целью работы является научное обоснование комплекса мероприятий, направленных на снижение загруженности диспетчерского персонала.

Для реализации поставленной цели необходимо:

— исследовать деятельность диспетчера планирования;

— выполнить сбор статистической информации об ошибках в поступающих сообщениях системы УВД и их классификацию;

— разработать методы, направленные на снижение загрузки диспетчера ПВД;

— разработать оперативный алгоритм прокладки сети маршрутов в.

ВП;

— разработать модель межуровневого информационного обмена системы ПВД.

Методы исследования.

При решении поставленных задач используются методы теории автоматизированных систем управления (АСУ) и систем ОрВД, системного анализа, математической статистики, исследования операций, динамического программирования, экспертного опроса, имитационного моделирования.

Научная новизна работы.

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

— исследованы условия работы диспетчера планирования и предложены методы снижения его загруженности;

— выполнены сбор и статистическая обработка данных, а также классификация ошибок в поступающих в систему ПВД сообщениях;

— исследованы алгоритмы прокладки маршрутов в ВП с целью их применения для оперативного регулирования потоков ВД;

— разработана модель межуровневого информационного обмена системы планирования ВД РФ.

Практическая значимость работы.

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результаты позволяют:

— снизить загрузку диспетчера планирования;

— расширить возможности по повышению достоверности формируемых планов полетов в системе ПВД РФ;

— сократить количество ошибок при формировании заявок эксплуатантами ВП на выполнение полетов ВС в ВП;

— исследовать характеристики информационных потоков между структурными элементами системы ПВД.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях в МГТУ ГА, МАИ (2001, 2003, 2005 г. г), международной научно-практической конференции в Тамбове в 2005 г., международной научно-технической конференции в Пензе в 2005 г.

Внедрение.

Результаты работы внедрены на Федеральном государственном унитарном предприятии Главный центр планирования и регулирования потоков воздушного движения в виде программного изделия и Федеральном государственном унитарном предприятии Государственный научно-исследовательский институт аэронавигации.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 6 статей, тезисы 5 докладов на НТК.

Структура и объем диссертации

.

Работа состоит из Введения, трех разделов и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 119 страниц и включает 32 рисунка и 10 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 70 наименований.

3.5. Выводы.

1. Предложен подход к исследованию процесса межуровневого • информационного обмена системы ПВД, основой которого является исследование характеристик внешних потоков системы и их физической реализации.

2. Построена формализованная модель межуровневого информационного обмена системы ПВД РФ с учетом выявленных проведенным анализом входных и выходных параметров.

3. Разработана имитационная модель межуровневого информационного обмена. Результаты моделирования для системы планирования ВД РФ показали, что интенсивность межуровневых информационных потоков зависит от временных интервалов, отражающих порядок взаимодействия между элементами. 1.

Заключение

.

Проведен анализ функционирования системы ПВД РФ и показано, что недостатки в работе системы, и как следствие загрузка диспетчера планирования, связаны с тем, что не отслеживаются в реальном масштабе времени изменения состояния системыотсутствует обратная связь между органом планирования и эксплуатантомотсутствует двусторонний информационный обмен между уровнями иерархии системы в реальном масштабе времени.

Проведено исследование деятельности диспетчера планирования и найдено значение его нормативной и реальной загрузки. Отмечено, что причинами его чрезмерной загруженности являются значительное количество ошибок в поступающих ТС и отсутствие информации о состоянии элементов системы УВД.

Предложены методы снижения загрузки диспетчера планирования, и показано, что помимо принятия организационных решений необходимо применение оперативных алгоритмов прокладки маршрута в ВП и решение задачи организации взаимодействия между уровнями иерархии системы (синхронизации данных системы УВД между уровнями в реальном масштабе времени).

Разработаны и программно реализованы оперативные алгоритмы построения маршрута минимальной длины и сети маршрутов, базирующиеся на известных алгоритмах теории графов и использовании знаний о специфике ВП. Применение разработанных алгоритмов для формирования ТС и использование информации БД системы ПВД позволяет повысить корректность поступающих к диспетчеру ТС.

Разработана имитационная модель межуровневого информационного обмена. Результаты моделирования позволяют сформулировать требования к техническим средствам, реализующим передачу информации. Получены параметры информационных потоков для существующей системы ПВД РФ.

Полученные в диссертационной работе результаты позволяют снизить загрузку диспетчера планирования ВД, что является обязательным условием повышения уровня безопасности пролетов.