Проблемы и совершенствование данных по структуре воздушного пространства

      Комментарии к записи Проблемы и совершенствование данных по структуре воздушного пространства отключены

Проблемы и совершенствование данных по структуре воздушного пространства

Авторская статья Гучкова Владимира Кузьмича о совершенствовании информации структуры воздушного пространства

В целях организации действенных и надёжных полетов в воздушном пространстве РФ выяснена и иногда модернизируется структура воздушного пространства (СВП) – совокупность некоторых геометрических количеств. Расположение элементов СВП задаются довольно общеземного эллипсоида геодезическими координатами, линиями и высотой их соединяющими.
К одним из важнейших и динамичных элементов СВП, определяющих вероятные траектории воздушных судов (ВС), относятся воздушные автострады (ВТ) и территории ограничения полетов (ЗОП). Информацию о ВТ и ЗОП публикуются в официальных навигационных документах и используются на разных стадиях подготовки, обеспечения и выполнения полетов.
Разумеется, что главные требования к информации о СВП (количество, полнота, структура, формат, точность, целостность и т.д.) должны определяться исходя из потребностей главных пользователей этих данных:
— экипажи воздушных судов,
— компании,
— работы организации воздушного перемещения,
— производители бортового и наземного оборудования,
— организации – поставщики продуктов аэронавигационной информации,
— другие работы, оказывающие услуги авиационной деятельности.
Вместе с тем опыт говорит, что навигационные информацию о СВП имеют множество недочётов, заключающихся в не учете значительной изюминке их применения. В частности — широкого применения всеми пользователями средств автоматизации на базе компьютерных разработок.
Информацию о СВП употребляются на всех этапах автоматизации процессов организации, непосредственного управления и планирования воздушным перемещением. Траектории полета ВС, наряду с этим, выбираются, уточняются и реализуются в условиях бессчётных ограничений, среди них и погодных, с учетом формы земной поверхности. Это обусловливает необходимость разработки сложных программных комплексов, включающих ответ многих неповторимых расчетных траекторных задач.
Исходная информация о СВП, наряду с этим, преобразуется пользователями в вид учитывающий особенности математических алгоритмов и методов функциональных задач и заносится в специальные базы данных.
Разглядим более подробно состав, основные характеристики и структуру публикуемых информации о ВТ и ЗОП.
Воздушные Автострады РФ
Воздушные автострады (ВТ) являются контролируемое воздушное пространство в виде коридоров ограниченных по высоте и ширине и проходящих по малейшему расстоянию (ортодромии) между пунктами маршрутов полета.

Информацию о ВТ находились в официальных аэронавигационных документах СССР, а позднее и в Российской Федерации и выпускались в виде Списка ВТ.
Действовавший до 15.09.2010 г. список ВТ РФ включал информацию о 904 воздушных автострадах, содержащих данные о 6351 маршрутом пункте и их геодезических координатах. Наряду с этим количество неповторимых пунктов маршрутов (не повторяющихся) составляло 3164. Другими словами имело место более чем двукратное дублирование самая ответственной, объемной и сложно контролируемой координатной информации.

Это разъясняется тем, что любой из пунктов маршрута какой-либо ВТ возможно включен и в другие ВТ.
С 15 сентября 2010 года информацию о ВТ, в соответствии с Приказом Минтранса РФ, выпускаются в виде сборника Маршрутов обслуживания воздушного перемещения. На сегодня сборник включает информацию о 486 маршрутах, содержащих данные о 2248 маршрутных пунктах и их геодезических координатах. Как возможно видеть количество содержащихся в нем пунктов маршрутов если сравнивать с Списком ВТ меньше практически в 3 раза.

На данный момент осуществляется значительная доработка сборника в направлении повышения количества включенных в него маршрутов полета. Исходя из этого при предстоящем анализе будем ориентироваться на количественные чертей, содержащиеся в Списке ВТ РФ.
Как показывает анализ и в Списке ВТ и в Сборнике Маршрутов приведены не все делаемые по ВТ траектории полетов. В этих документах через понятия Маршруты обслуживания и Воздушная Трасса воздушного перемещения неявно задана Сеть ВТ – совокупность вероятных обслуживаемых траекторий полетов ВС. Это с очевидностью направляться из наличия в них траекторий, состоящих только из одного участка полета, соединяющего, в большинстве случаев, какие-либо две ВТ либо два Маршрута.

Другими словами такие участки снабжают переход между разными траекториями, объединяя их в некую сеть вероятных траекторий полета, в частности — Сеть ВТ.
Таковой подход к описанию ВТ сложился исторически, начиная с установления первых повторяющихся маршрутов полета, в то время, когда ввиду их маленького количества отсутствовала необходимость объединения их в Сеть. На данный момент обстановка кардинально изменилась. Имеет место много делаемых полетов. Возрастают
требования к обеспечению их безопасности, регулярности и экономичности на базе широкого применения компьютерных разработок. Это, со своей стороны, предопределяет применение действенных методов при разработке ПО (ПО).
Как мы знаем, что теория графов с е? сетевой организацией данных сейчас образовывает базу действенной математики в области ответа транспортных задач. Вместе с тем существующая структура информации о ВТ заставляет всех пользователей создавать, отлаживать и поддерживать сложное ПО (ПО) для извлечения Сети ВТ из Списка ВТ.
Вывод очевиден: — публикация и централизованная подготовка данных в виде Сети ВТ есть сейчас серьёзным направлением увеличения эффективности деятельности всех аэронавигационных работ. Наряду с этим нужно учесть да и то, что многие пользователи обширно используют в качестве справочных данных данные о Маршрутах полетов, содержащиеся в Списке ВТ РФ.
Предлагаю: информацию о ВТ в официальных аэронавигационных документах воображать Сетью ВТ совместно со перечнем делаемых на данной сети повторяющихся Маршрутов полетов. В целом документ возможно представлен в виде следующих двух взаимосвязанных разделов:

1. Сеть ВТ в Лучевой структуре – параметры и список вершин (пунктов маршрутов) и исходящих из них лучей (дорог) к смежным вершинам.
Параметры вершин:
— неповторимый порядковый номер,
— неповторимое буквенное наименование,
— геодезические координаты расположения вершины,
— перечень порядковых номеров смежных вершин.
Параметры лучей:
— номера разрешенных эшелонов полета в направлении смежных вершин.

2. Перечень повторяющихся Маршрутов полетов, представленный неповторимыми порядковыми номерами пунктов их маршрутов (вершин).
Предлагаемый вариант организации данных по Сети ВТ апробирован автором в ряде НИР и продемонстрировал высокую эффективность, как при подготовке исходной информации, так и в ходе эксплуатации созданного на е? базе ПО.
Территории ограничения полетов
Территория ограничения полетов (Z) – это воздушное пространство, в котором полет ВС запрещен или ограничен. Ограничение возможно постоянным или установленным на некое время.
Информация о всех Z выпускается в виде сборника, содержащего описание их параметров и пространственное размещение довольно общеземного эллипсоида.
Типы ограничений по каждой Z берутся из официальных публикаций, и подразделяется на:
1. Предупреждение,
2. Предостережение,
3. Опасность,
4. Территория полетов ВВС,
5. Территория нацбезопасности,
6. Запретная территория,
7. Ограниченная территория,
8. Тренировочная территория,
9. Оповещение,
10. Не выяснено.
Эти, характеризующие размещение Z, определяют в воздушном пространстве различного вида количества, каковые имеют ограничения по высоте, а на земной поверхности отображаются следующими двумя типами фигур :
? Круг, заданный его геодезическими координатами и радиусом центра;
? Полигон, заданный списком геодезических координат вершин его ограничивающих, и данными о характере и типе линий между его смежными вершинами, в качестве которых допускаются:
— ортодромия,
— локсодромия,
— дуга окружности заданного радиуса:
— по часовой стрелке,
— против часовой стрелки.
Материалы сборника Z, имеют строковую организацию. В таблице 1 приведены количественные характеристики, дающие кое-какие представление о сборнике в целом, и входящих в него элементах.
Таблица 1 Кол. строчков в сборнике Z = 5187. Общее кол. Z = 993 Z типа Круг: количество Z = 202; Z типа Полигон: количество Z = 791, суммарное кол. вершин во всех Z = 4985, большое кол. вершин в одной Z = 38, количество типов линий между вершинами Z: ортодромий: = 4543, локсодромий = 347: кол. совпадений с меридианом = 76; дуг окружностей = 95: по часовой стрелке = 80, против часовой стрелки = 15.
Как возможно видеть, информацию о территориях ограничения полетов включают более 5000 строчков, в которых представлены 993 территории. Главным типом территорий (80 %), являются Полигоны. Они имеют достаточно сложную структуру.

Периметр Полигонов между его вершинами представлен разнотипными геометрическими элементами – ортодромиями, дугами и локсодромиями окружностей. Они определяют на общеземном эллипсоиде сложные пространственные линии с переменной кривизной. Не имеют конечных аналитических выражений, а математически смогут быть формализованы только совокупностями дифференциальных уравнений.

Разглядим эти три типа линий с позиций их последующего применения.

Ортодромия

Как уже отмечалось, СВП организуется в интересах обеспечения полетов ВС, каковые должны быть выполнены в соответствии с аэронавигационных документов по ортодромиям, другими словами по малейшему пути между смежными пунктами заданного маршрута. Это указывает, что в аэронавигации ортодромия – главной структурный элемент воздушного пространства. Исходя из этого использование ортодромий в сборнике Z не вносит дополнительных вычислительных
неприятностей в методы комплексной обработки пространственной аэронавигационной информации. Как возможно видеть из таблицы 1 количество ортодромий в описании Полигонов господствует, и образовывает более 92%.

Локсодромия

является линией между двумя точками поверхности эллипсоида, которая пересекает все меридианы под одним и тем же углом. В соответствии с приведенным определением к локсодромиям относятся и параллели и меридианы. С учетом того, что меридианы являются кроме этого и ортодромиями, количество локсодромий в описании Полигонов образовывает менее 6%.
направляться отметить кроме этого высокую сложность методов точного определения обоюдного размещения локсодромии с другими элементами СВП, к примеру, с маршрутом ВС – полилинии, складывающейся из ортодромий.

Дуга окружности

В первую очередь, направляться отметить некорректность применения к поверхности земного эллипсоида плоскостных понятий дуга и окружность окружности. Но в случае если кроме того будем исходить из того, что эти линии являются отображением элемента границы Полигона не на поверхности эллипсоида, а на касательной плоскости к заданному центру соответствующих окружностей, то и в этом случае использование дуг окружностей имеет последовательность значительных недочётов. Разглядим это пара подробнее.
В число параметров, которыми определяются дуги окружности, входят:
— геодезические координаты двух смежных вершин границы территорий, каковые соединяются дугой окружности,
— радиус дуги окружности,
— показатель направленности дуги — по либо против часовой стрелки,
— геодезические координаты центра дуги окружности,
— пеленг вершины начала дуги окружности из центра дуги окружности.
Разумеется, что последние два параметра смогут быть взяты из первых трех методом расчетов. Другими словами имеет место избыточность данных, которая может приводить к их противоречивости и погрешностям при предстоящем применении.
Совершённые оценки подтверждают это. Несовпадение заданных радиусов дуг окружностей и их расчетных радиусов, составляют величины:
0 – 200 м …….. для 73% дуг окружностей,
200 – 800 м …..… для 24% дуг окружностей,
2000 м ……. для двух дуг окружностей,
а в одном случае отличие достигает величины 3000 м.
Конечно же, такие погрешности в официальной исходной информации о Z — недопустимы. Это более чем на два порядка ниже точности определения координат, снабжаемые спутниковыми навигационными совокупностями кроме того без дифференциальной обработки их данных.
По величинам и характеру погрешностей данных для дуг окружностей возможно высказать предположение, что их подготовка осуществлялась методом съема с каких-либо навигационных карт, в которых постоянно присутствуют расстояний и искажения углов.
Главные советы по модернизации территорий ограничения полетов
Принимая к сведенью разнообразие типов линий между смежными вершинами Полигонов, сложность их последующей совместной математической обработки с другими элементами СВП, и величины погрешностей, имеющих место для дуг окружностей, самые рациональным представляется сохранение в качестве элементов границ только ортодромии.
С целью проведения таковой модификации данных автором создано специальное ПО, разрешающее для границ Полигонов аппроксимировать ортодромиями другие типы их линий. Другими словами перейти на единую форму линий для Полигонов, такую же, как и для маршрутов полета ВС. Наряду с этим замена исходных дуг и локсодромий окружностей осуществляется Полилинией, складывающейся из предельного числа ортодромий, снабжающих параметрически задаваемую точность аппроксимации.

К недочётом для того чтобы подхода направляться отнести большое повышение количества вершин Полигона, в особенности это относится дуг окружностей. Исходя из этого представляется целесообразным проводить модификацию данных методом сочетания компьютерного подхода с проработкой настоящей обстановке на местах.
Представляется кроме этого целесообразным в сборнике располагать описания данных для территорий типа Круг и типа Полигон раздельно. Это разрешит детализировать количественное представление о структуре данных и более рационально осуществлять их предстоящее применение.

Дополнение к статье
На данный момент при подготовке баз данных для содержания и формата файлов аэронавигационных данных активно используется ARINC 424 — стандарт, рекомендуемый авиационной индустрией. Вместе с тем практика его применения порождает множество взаимообусловленных недочётов.
Так, к примеру, использование этого стандарта при описании Территорий ограничения полетов, ведет к следующим негативным последствиям:
формирует избыточность данных при описании дугами окружностей границ Территорий ограничения полетов типа Полигон, что приводить к их противоречивости и погрешностям при предстоящем применении;
предопределяет громадные методические неточности их пространственного размещения (в отдельных случаях до 3км);
определяет необходимость при моделировании, визуализации и анализе воздушной и наземной обстановки разрабатывать сложные алгоритмы и математические методы совместного координатного представления элементов структуры геометрии Зон и воздушного пространства ограничения полетов;
увеличивает суммарные неточности обработки аэронавигационных данных;
затрудняет сопряжение и унификацию ПО совокупностей, в особенности создаваемых разными ведомствами.
Ясно, что в совокупности перечисленные последствия применения стандарта ARINC 424 отрицательно отражаются на всех главных показателях эффективности IT в области аэронавигации.
Вывод: Требуется незамедлительная корректировка стандарта ARINC 424 и уточнение методик его применения.

Источник — издание Геопрофи

Контактная информация: тел.: 8-910-429-50-45.
E-mail: Данный адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

05 Структура и классификация воздушного пространства


Подобранные по важим запросам, статьи по теме: