Оценка интенсивности потоков воздушных судов в часы пик в системе управления воздушным движением тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.13, кандидат технических наук Купин, Владимир Васильевич

• Купин, Владимир Васильевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Купин, Владимир Васильевич

Список используемых сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБОСНОВАНИЕ СОСТАВА ЗАДАЧ В ИССЛЕДОВАНИИ

МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ИНТЕНСИВНОСТИ ПОТОКОВ ВОЗДУШНЫХ

СУДОВ

1.1. Показатели эффективности организации воздушного пространства.

1.2. Проблема оценки интенсивности потока воздушных судов.

1.3. Косвенный метод оценки интенсивности потока воздушных судов в часы пик.

1.4. Взаимосвязь основных задач анализа интенсивности потока воздушных судов в часы пик.

Выводы по главе

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ПОТОКОВ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ В СИСТЕМЕ УВД

2.1. Вероятностные модели потоков воздушных судов на воздушных трассах и в районе аэродрома.

2.2. Математическое моделирование процессов анализа интенсивности потока воздушных судов в часы пик.

2.2.1. Экспериментальные исследования взаимосвязи случайной величины наблюдаемого количества воздушных судов в часы пик с суточным количеством обслуживаемых воздушных судов

2.2.2. Исследование характеристик распределение случайной величины количества воздушных судов, наблюдаемого в часы пик.

2.2.3. Оценка максимального правдоподобия для анализа интенсивности потока воздушных судов в часы пик.

2.3. Аналитические модели для оценки интенсивности потока воздушных судов в часы пик.

Щ Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ ОЦЕНКИ

ИНТЕНСИВНОСТИ ПОТОКА ВОЗДУШНЫХ СУДОВ В ЧАСЫ ПИК

3.1. Анализ точности и надежности оценки интенсивности при непосредственном подсчете количества воздушных судов в часы пик.

3.2. Анализ точности и надежности косвенной оценки интенсивности потока воздушных судов.

3.3. Сравнительная характеристика методов оценки интенсивности потока воздушных судов в часы пик.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ ПРЕДЛАГАЕМЫХ МЕТОДОВ

АНАЛИЗА ИНТЕНСИВНОСТИ ПОТОКА ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

4.1. Точность оценки показателей эффективности организации воздушного пространства.

4.2. Исследование влияния методов оценки интенсивности потоков воздушных судов на точность оценки показателей эффективности организации воздушного пространства.

4.3. Рекомендации по применению разработанных методов оценки интенсивности потока воздушных судов.

4.3.1. При решении задачи деления воздушного пространства.

4.3.2. При решении задачи организации схем и маршрутов движения воздушных судов.

4.4. Категорирование диспетчерских пунктов по количеству обслуживаемых воздушных судов.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка интенсивности потоков воздушных судов в часы пик в системе управления воздушным движением»

Одним из условий безопасности полетов при обслуживании воздушного движения является ограничение по интенсивности X потока воздушных судов, поступающих в сектор УВД, на участок маршрута, в точку пересечения маршрутов, на аэродром. Норматив допустимой интенсивности потока воздушных судов для каждого из перечисленных элементов системы УВД задается значением пропускной способности ц:

Х<ц

Такое ограничение является ключевым как при планировании воздушного движения, так и при решении задачи организации воздушного пространства.

Принцип гарантийного подхода в обеспечении безопасности воздушного движения требует особого внимания к изучению функционирования элементов системы УВД в условиях максимальной загруженности. Так как значениям интенсивности Я на суточном интервале свойственна значительная изменчивость, то выполнение указанного ограничения контролируется, как правило, для так называемых часов пик, т.е. часов, в течение которых наблюдается наибольшая загруженность элементов системы УВД.

В настоящее время практический интерес имеют вопросы, связанные с определением критериев выбора часов пик и с разработкой надежных методов оценки интенсивности потока воздушных судов в часы пик. Особую актуальность вопрос о строго формализуемых критериях определения часов пик приобретает при решении задач автоматизации процессов анализа и совершенствования организации воздушного пространства в системе УВД.

Интенсивность потока воздушных судов в часы пик является также аргументом большого количества показателей эффективности организации воздушного пространства в системе УВД, таких как загруженность секторов УВД и частота конфликтных ситуаций в точках схождения и пересечения маршрутов. Поэтому точность оценки интенсивности оказывает непосредственное влияние на точность оценки эффективности организации воздушного пространства.

В первой главе производится обоснование состава и взаимосвязи задач анализа интенсивности потока воздушных судов при оценке показателей эффективности организационно-структурных решений в системе УВД.

Вторая глава посвящена экспериментальным исследованиям основных характеристик потоков воздушных судов в системе УВД и решению задач математического моделирования в целях анализа и оценки интенсивности потока воздушных судов в часы пик.

В целях построения вероятностных моделей потоков воздушных судов выполнено исследование распределения количества обслуживаемых воздушных судов по часам суток в системе УВД.

Предложен способ оценки интенсивности потоков воздушных судов в часы пик, базирующийся на информации о суточном количестве S обслуживаемых воздушных судов, для краткости который можно назвать косвенным способом.

Третья глава посвящена сравнительному анализу точности и надежности оценки интенсивности потока воздушных судов в часы пик разработанным методом косвенной оценки в сравнении с методом непосредственного подсчета количества воздушных судов в часы пик. Показана возможность получения более точных оценок интенсивности потока воздушных судов в часы пик в случае использования предлагаемого метода косвенной оценки.

В четвертой главе рассматриваются прикладные аспекты использования предлагаемых методов анализа интенсивности потока воздушных судов в системе УВД для оценки показателей эффективности организации воздушного пространства при делении воздушного пространства и организации схем и маршрутов движения воздушных судов, а также разработаны практические рекомендации по применению метода косвенной оценки интенсивности потоков воздушных судов в часы пик для категорирования диспетчерских пунктов по количеству обслуживаемых воздушных судов.

Заключение диссертации по теме «Навигация и управление воздушным движением», Купин, Владимир Васильевич

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.

В четвертой главе получены следующие результаты:

1. Выполнено исследование влияния точности оценки интенсивности потоков воздушных судов на точность оценки показателей эффективности организационно-структурных решений в системе УВД.

2. Получены аналитические выражения для оценки характеристик точности показателей эффективности организации воздушного пространства и осуществлена количественная сравнительная характеристика результатов применения метода непосредственного подсчета и косвенного метода оценки интенсивности потоков воздушных судов.

3. Разработаны рекомендации по применению косвенного метода оценки интенсивности потоков воздушных судов в часы пик при сравнении альтернативных вариантов деления воздушного пространства.

4. Разработаны рекомендации подготовки исходных данных для проектирования организации схем и маршрутов движения прилетающих и вылетающих воздушных судов при использовании косвенного метода оценки интенсивности потоков воздушных судов в часы пик.

5. Разработаны рекомендации по применению методики оценки эффективности разрабатываемых вариантов организации схем и маршрутов движения прилетающих и вылетающих воздушных судов в случае использования метода косвенной оценки интенсивности потоков воздушных судов в часы пик.

6. Разработаны практические рекомендации по применению косвенной оценки интенсивности потоков воздушных судов в часы пик при использовании методики категорирования диспетчерских пунктов по количеству обслуженных воздушных судов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1. Предложен подход к определению часов пик для потоков воздушных судов в системе УВД, позволяющий организовать исследование взаимосвязи случайной величины пикового часового количества наблюдаемых воздушных судов с суточным количеством обслуживаемых воздушных судов с целью использования априорной информации о количестве обслуживаемых воздушных судов для повышения точности и надёжности оценки эффективности организации воздушного пространства.

2. Предложен косвенный способ оценки интенсивности потоков воздушных судов в часы пик, базирующийся на информации об их свойствах. Статистические свойства потоков ВС, выражающиеся в неравномерности потребностей в использовании воздушного пространства в течение 24-х часов в сутки, характеризуются законом распределения количества обслуживаемых ВС по часам суток. Неожиданным и удивительным результатом исследования оказалась высокая стабильность согласия экспериментальных данных с гипотезой о геометрическом законе указанного распределения для отдельных потоков ВС. Причём, для единственного параметра этого закона существует детерминированная взаимосвязь с суточным количеством обслуживаемых воздушных судов. Уравнение взаимосвязи получено с применением математического аппарата производящих функций. Для суммарных потоков ВС в секторе УВД возможно применение пуассоновского закона распределения.

3. Найдены аналитические выражения интенсивности потоков воздушных судов в часы пик для отдельных и суммарных потоков воздушных судов в зависимости от суточного количества обслуживаемых воздушных судов.

4. Экспериментальные исследования случайной величины количества наблюдаемых воздушных судов в часы пик для реальных суммарных потоков (в отличие от идеальных), поступающих в секторы УВД, позволили оценить возможность применения для её анализа математических моделей пуассоновского и биноминального законов распределения. Эти модели оказались приемлемыми для трёх смежных часов пик, но не приемлемыми для трёх максимальных часов пик.

5. Для анализа реальных потоков ВС в системе УВД разработана математическая модель косвенной оценки интенсивности потоков ВС в часы пик, параметрическая идентификация которой выполнена предложенным методом двухуровневой кусочно - линейной аппроксимации с применением метода максимального правдоподобия. Оценки максимального правдоподобия для анализируемых пуассоновского и биноминального законов распределения оказались совпадающими. Причём, для предложенной математической модели удалось доказать несмещённость полученной оценки даже для произвольного закона распределения случайной величины количества воздушных судов в часы пик, если опорные точки для кусочно — линейной аппроксимации выбрать предложенным в диссертации способом. Это позволило расширить применение предложенного способа оценки на случай анализируемых в диссертации трёх максимальных часов пик.

6. Применение разработанных математических моделей и оценок позволили рекомендовать для практического применения табличные значения оценок интенсивности Хпик, коэффициента взаимосвязи b и коэффициента неравномерности Н в зависимости от суточного количества обслуживаемых воздушных судов S.

7. Выполнен анализ точности и надёжности разработанных методов оценки интенсивности потоков воздушных судов в часы пик для реальных потоков ВС. Для конкретных примеров Курганского, Московского и Ханты — Мансийского районных центров УВД расчёты показали возможность повышения точности оценки интенсивности соответственно в 5 раз, в 3 раза и в 14 раз по сравнению с методом непосредственного подсчёта.

8. Повышение точности оценки интенсивности потоков ВС в часы пик, как следствие, приводит к повышению точности оценки показателей эффективности организации воздушного пространства. Для конкретных примеров это повышение составляет 3-^-7 раз.

9. Применение предлагаемого метода косвенной оценки позволяет обоснованно перейти при принятии организационно - управленческих решений в системе УВД от нормативной базы по количеству воздушных судов в час к нормативной базе по количеству обслуживаемых ВС в сутки или в месяц пик. На примере методики категорирования диспетчерских пунктов (см. Приказ ФАС России от 31.07.97 №163) это приведёт к изменению соответствующих критериев более чем в 2 раза.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Купин, Владимир Васильевич, 2004 год

1. Воздушный кодекс Российской Федерации. Федеральный закон от 19.03.1997г. №60-ФЗ.

2. Дополнительные региональные правила (Doc. 7030). 4-е изд. Монреаль, ИКАО, 1987, вкл. поправки 1-190.

3. Методика категорирования пунктов управления воздушным движением, секторов районных центров ЕС УВД. Приложение к приказу ФАС России от 31.07.1997 № 163.

4. Методика определения пропускной способности диспетчерских пунктов УВД. Распоряжение Минтранса России от 07.05.03 № НА-111-Р.

5. Методика организации воздушного пространства и движения в районе аэродрома (аэроузла). Утв. Первым Зам. Министра ГА А.Н.Катричем 22.07.87.

6. Методика оценки пропускной способности секторов РЦ УВД. Утв. Начальником УДС МГА Л.В.Ильчуком 28 сентября 1981г.

7. Наставление по производству полетов в гражданской авиации СССР (HI111 ГА-85). М.: Воздушный транспорт, 1985.

8. Нормы годности к эксплуатации в СССР гражданских аэродромов (НГЭА СССР), Воздушный транспорт, 1991.

9. Об утверждении типовых нормативов пропускной способности ДНК. Указание МГА от 30.09.88 № 635/У.

10. Об утверждении типовых нормативов пропускной способности секторов УВД. Указание МГА от 24.12.85 № 927/У.

11. Постановление Правительства РФ № 605 от 18.06.1998г. «О государственном регулировании и организации ИВП РФ».