ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭТАПОВ ПЛАНИРОВАНИЯ ПОТОКОВ ВОЗДУШНОГО ДВИЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КИМ УВД
 

Во всем мире имеет место тенденция кардинального пересмотра принципов ор-ганизации и управления воздушным движением (ВД), необходимость которых обу-словлена увеличением интенсивности ВД и повышением требований авиаперевозчиков по предоставлению им больших возможностей совершать наиболее экономически эф-фективные полеты. Целью проводимых международными и многими национальными организациями работ является создание и полномасштабное внедрение системы, реали-зующей новую концепцию управления воздушным движением (УВД), основанную на перспективных концепциях связи, навигации и управления (так называемая концепция CNS/ATM).
Системы организации и управления воздушным движением относятся к слож-ным системам, описываются математическими моделями очень высокого порядка, не-линейными, нестационарными, с распределенными параметрами, непрерывно-дискретными. Сложность такой системы обусловлена характером информационных связей между отдельными ее элементами, многомерность – большим количеством ор-ганов и объектов управления (сотни и тысячи аэродромов, тысячи выполняемых в су-тки рейсов).
Оценить функционирование таких систем аналитическими или расчетно-аналитическими методами в условиях, достаточно адекватных реальности, невозможно. Поэтому имитационное моделирование является совершенно необходимым. В Гос-НИИАС в настоящее время разработана первая версия программного комплекса ими-тационного моделирования процессов организации и управления воздушным движени-ем (КИМ УВД) для анализа и синтеза систем организации ВД (ОрВД) (как современ-ных, так и перспективных).
Задачу моделирования можно сформулировать следующим образом /1, 2/.
Что произойдет с эффективностью функционирования системы УВД (интен-сивностью полетов, регулярностью, задержками, отменами и пр.), с экономической эффективностью выполнения полетов (стоимостью полетов), с выполнением требо-ваний по использованию воздушного пространства (ИВП) (уровнем выполнения ограни-чений, “ущербом”, наносимым ограничениями) при изменении:
– интенсивности полетов;
– структуры воздушного пространства и системы УВД (закрыт/открыт аэро-порт, трасса и пр.);
– состояния воздушного пространства и системы управления воздушным дви-жением (СУВД), что связано с реализацией тех или иных организационных мер (снизи-лась или увеличилась пропускная способность, изменился регламент работы, введены или ликвидированы маршруты выхода на трассу и схода с нее, введены ограничения ИВП и т. д.);
– стратегии планирования и регулирования потоков на любом из этапов плани-рования;
– концепции планирования полетов (трассовые полеты, “свободные полеты”).

КИМ УВД обеспечивает:
– исследование систем УВД и управляемых потоков ВД, соответствующих трас-совым полетам и «свободным полетам» для всех этапов планирования и управления;
– простое формирование или выбор требуемого потока ВД, а также удобную и простую настройку на требуемое состояние воздушного пространства (ВП);
– возможность проведения отдельных исследований процессов планирования и собственно выполнения управляемых полетов и сквозного проведения исследований;
– формирование показателей эффективности планирования и выполнения пото-ков по следующим группам: безопасности, производительности, регулярности, эконо-мической эффективности;
– приемлемое для исследователя быстродействие моделирования.

Функции организации и управления ВД по времени их выполнения можно раз-бить на 3 этапа:
• стратегический этап, начинающийся с предварительного составления долго-временных расписаний и решений по стратегической структуризации воздушного про-странства за несколько недель/месяцев и заканчивающийся приблизительно за день до выполнения рейсов;
• предтактический этап, начинающийся за день до выполнения рейсов и закан-чивающийся с окончанием этих календарных суток; на этом этапе завершается работа по приему заявок и планированию и согласованию планов полетов с учетом прогнози-руемых на день полетов условий;
• тактический этап, включающий в себя выполнение всех функций по оконча-тельным операциям планирования и управлению собственно движением воздушных судов (ВС) в день выполнения рейсов.
При моделировании этих этапов в рамках КИМ УВД процесс планирования и управления потоками ВД может быть представлен обобщенно в виде следующей структурной схемы (рис. 1). Система управления потоками ВД на всех этапах планиро-вания и управления движением ВС включает объект управления – совокупность воз-душных судов со своими экипажами и регулятор – совокупность управляющих орга-нов: планирующие службы систем ОВД и авиакомпаний и диспетчерские службы СУВД. Информационные связи между отдельными участниками управления обеспечи-вают работу системы управления потоками ВД как замкнутой системы управления. Ее функционирование происходит в условиях, определяемых структурой и текущим со-стоянием ВП и СУВД. Конкретное распределение задач, решаемых отдельными участ-никами процесса управления, обуславливается принятой схемой управления, а также возможностями измерительных средств и возможностями по обмену информацией.
Функционирование системы, качество выполнения в ее рамках потоков ВД оцениваются широким спектром показателей, которые могут быть объединены по группам в зависимости от характеризуемого аспекта системы. Основными являются четыре группы показателей: эффективности, безопасности, производительности, регулярности. В свою очередь, каждая группа показателей подразделяется на отдельные подгруппы. Использование той или иной подгруппы показателей и их конкретного состава зависит от целей исследования и решаемых при этом задач. В составе КИМ УВД реализованы расчет и представление в удобной текстовой, графической и картографической формах большого количества характеристик функционирования системы ОрВД и выполнения управляемых потоков ВД. В докладе иллюстрируется применение этих интерфейсных средств при исследованиях.
Особенности организации моделирования существенным образом обусловлены свойствами моделируемого этапа планирования ВД.
Моделирование этапа стратегического планирования включает в себя следую-щую последовательность операций (рис. 1).

– имитация “регулирования” этого расписания путем имитации действий служб организации потоков ВД (ОПВД) и органов управления авиакомпаний;
– анализ эффективности действий по регулированию.
Два последних действия могут повторяться неоднократно, имитируя итерацион-ный процесс согласования. В силу специфики задачи процесс моделирования состоит из последовательного применения расчетных моделей в интерактивном режиме.
Моделирование этапов суточного и текущего планирования заключается в вы-полнении следующей последовательности процессов согласования и регулирования подлежащего выполнению плана полетов:
– имитация первоначального плана полетов с использованием библиотечных по-токов и средств их модификации, а также с учетом прогнозируемого состояния ВП и СУВД;
– имитация “регулирования” этого плана полетов путем применения процедур, моделирующих действия служб ОПВД и органов управления авиакомпаний;
– анализ эффективности действий по регулированию;
– изменение планируемого потока ВД (имитация изменений заявок на полеты);
– имитация изменения состояния ВП и СУВД.
Имитация действий по регулированию суточного плана полетов, аналогично предыдущему этапу моделирования, может повторяться.
КИМ УВД позволяет обеспечить имитацию сквозного процесса планирования и управления путем последовательного моделирования всех трех этапов, проводимого в диалоговом режиме. Вместе с тем в рамках принятой идеологии можно проводить ис-следования, ограничиваясь решением частных с точки зрения полного цикла планиро-вания и управления задач.
Моделирование функционирования такой системы при выполнении полетов обеспечивается моделями следующих функциональных блоков:
• инфраструктура системы;
• поток ВД, под которым понимается совокупность рейсов. Каждый рейс опре-деляется своим 4-х мерным планом полета, а также параметрами реализовавшегося по-лета, которые могут отличаться от плановых;
• структура, принципы организации и собственно алгоритмы управления пото-ками ВД, под которыми понимаются действия бортовых средств управления и назем-ного сегмента управления, которые обеспечивают управление каждым ВС в общем по-токе ВД в соответствии с реализующимися условиями.
В докладе демонстрируются примеры решения следующих исследовательских задач с использованием комплекса имитационного моделирования.
Задача 1. Исследование и оценка эффективности выполнения заданного (вы-бранного из библиотеки вариантов) варианта потока ВД при заданном состоянии СУВД. Ее решение обеспечивается путем предварительного и полного формирования “сценария” моделирования, включающего выбор из библиотеки и необходимую моди-фикацию моделируемого потока ВД, а также определения состояния СУВД путем за-дания пропускных способностей и формирования данных по ограничениям ИВП и ва-рианта и параметров системы управления.
Задача 2. Исследование влияния увеличения интенсивности ВД на функциони-рование СУВД и эффективность выполнения потоков с целью прогноза последствий увеличения потоков ВД при сохранении принципов организации СУВД (т. е. может ли справиться система с таким изменением).
Порядок проведения исследований включает выбор исходного варианта потока, моделирование увеличения его интенсивности (имитация увеличившегося потока зая-вок), приведение потока в соответствие с возможностями СУВД (имитация действий по регулированию изменившегося потока ВД), собственно моделирование выполнения и анализ потока ВД (рис. 2).
Задача 3. Исследования, проводимые с целью прогноза последствий полного или частичного закрытия по организационным причинам либо по метеоусловиям эле-ментов СУВД и отдельных объемов ВП и отработки различных стратегий регулирова-ния потоков ВД на стадии планирования.
Задача 4. Сравнительное исследование эффективности схем управления ВД, со-ответствующих стратегиям трассовых и “свободных полетов” для оценки преимуществ или недостатков перехода на “свободный полет” с точки зрения безопасности и эконо-мической эффективности.
Задача 5. Исследование основных организационно-технических вопросов разра-ботки мероприятий по совершенствованию системы ОрВД РФ в рамках деления воз-душного пространства региона (страны в целом, Зоны ОрВД) на ВП районов, а также деление района в пространстве и времени на зоны ответственности отдельных диспет-черов РЦ (сектора ОВД).

Следует отметить следующие особенности моделирования этапов планирования потоков воздушного движения с использованием КИМ УВД:
– реализация средств моделирования основана на методах моделирования слож-ных иерархических организационно-технических систем и моделирования сложных взаимосвязанных пространственно-временных процессов большой размерности;
– для описания моделирующего комплекса разработаны или адаптированы соот-ветствующие методы и алгоритмы оптимизации сложных многомерных, дискретно-непрерывных, нестационарных систем, функционирующих в условиях нелинейных, не-стационарных, как правило, невыпуклых и, возможно, несвязных, ограничений;
– исходный объем информации, используемый комплексом, хранится в специ-ально организованных базах данных, включающих таблицы многовариантных данных о структуре ВП, пространственной структуре СУВД, состоянии СУВД, о плановых по-токах ВД (в качестве таковых принимаются реальные или условные (модельные) су-точные планы полетов);
– сложность и многообразие задач, которые могут быть решены с использовани-ем КИМ УВД, что обуславливает наличие множества различных интерфейсных и рас-четных средств анализа потоков ВД;
– средства, объединенные в блок формирования сценария, обеспечивают пред-варительную настройку модели на конкретный исследовательский вариант.
Программная реализация комплекса выполнена в среде DELPHI, что определя-ется необходимостью объектной ориентированности, серьезной графической и карто-графической поддержки, наличием большого числа расчетных процедур.

 
назад

вперед