Method for evaluation of traffic situation in medium-term conflict detection system

Adam Rytter , Jacek Skorupski

Abstract

Zarządzanie ruchem w przestrzeni kontrolowanej jest realizowane przez służby kontroli ruchu lotniczego. Ze względu na znaczne zagęszczenie ruchu lotniczego, jego skomplikowanie, złożoność struktury przestrzeni powietrznej oraz wysoką dynamikę ruchu, praca służb kontroli jest wspomagana przez różnego rodzaju systemy komputerowe. Oprócz funkcji wizualizacji, która jest podstawowa dla umożliwienia kontrolerowi pracy, oferują one inne funkcje kontrolne oraz doradcze. Te ostatnie są często realizowane jako systemy eksperckie, w których implementuje się elementy sztucznej inteligencji. Do grupy tej zaliczamy także systemy Medium-Term Conflict Detection (MTCD), które są głównym przedmiotem zainteresowania w tym artykule. Głównym zadaniem komputerowych systemów wykrywania konfliktów jest wykrycie sytuacji, w której istnieje zagrożenie wystąpienia konfliktu między dowolnymi dwoma statkami powietrznymi w przestrzeni kontrolowanej. Efektem tego jest wygenerowanie odpowiedniego komunikatu (dźwiękowego lub wizualnego) oraz w niektórych implementacjach systemu MTCD zasugerowanie rozwiązania problemu. Efektem stosowania tych rozwiązań jest zwiększenie bezpieczeństwa ruchu lotniczego, głównie poprzez poprawę świadomości sytuacyjnej kontrolera ruchu lotniczego. Konflikt jest tu rozumiany jako zdarzenie utraty minimalnej separacji pomiędzy dwoma lub więcej statkami powietrznymi. Utrata separacji z kolei to niepożądane zaniżenie minimalnej odległości między samolotami mogące doprowadzić do kolizji. W pracy przeanalizowano najistotniejsze cechy systemów MTCD, spośród których bardzo istotny jest horyzont czasowy detekcji konfliktu. Dla systemów średnioterminowych wynosi on około 15-20 minut. Podstawowym źródłem informacji pozwalającym na detekcję potencjalnego naruszenia separacji statków powietrznych jest planowana trajektoria lotu samolotu. Ze względu na duży czas przeszukiwania, to znaczy czas jaki może upłynąć do potencjalnego konfliktu, predykcja trajektorii obarczona jest dużą niepewnością spowodowaną zarówno zjawiskami meteorologicznymi, brakiem precyzji wykonywania manewrów czy zupełnie zwyczajnymi nieznacznymi odchyleniami od zaplanowanej trajektorii. Praktyka stosowania systemów MTCD przez kontrolerów ruchu lotniczego pokazuje, że dość często zdarzają się sytuacje, gdy system generuje komunikat o konflikcie, którego rzeczywiste zaistnienie jest bardzo mało prawdopodobne. W wielu przypadkach kontroler ma świadomość tej sytuacji, ewentualnie fałszywy alarm jest skutkiem niewłaściwej analizy przyszłych trajektorii lotu. Skutkiem takich błędnych (przedwczesnych) działań systemu MTCD jest prezentacja niepotrzebnego fałszywego alarmu, który rozprasza uwagę kontrolera ruchu lotniczego, która może być bardzo potrzebna w odniesieniu do innego fragmentu sytuacji ruchowej. Duża liczba fałszywych alarmów powoduje, że często w praktyce kontrolerzy rezygnują z wykorzystywania systemu MTCD, tym samym pozbawiając się ważnego narzędzia wspomagania. Podstawowym celem pracy jest zaproponowanie dodatkowego poziomu w algorytmie działania systemów MTCD. Jego istotą jest oszacowanie stopnia skomplikowania całości sytuacji ruchowej w sektorze kontroli. W zależności od wyniku tego oszacowania system MTCD może zmieniać próg reakcji na wykryte naruszenie separacji. I tak na przykład w przypadku sytuacji mało skomplikowanej ostrzeżenie o konflikcie powinno nastąpić w przypadku zdarzenia bardziej prawdopodobnego i przy mniejszym czasie do konfliktu niż w przypadku sytuacji bardziej skomplikowanej. W pracy zaproponowano wykorzystanie systemów wnioskowania rozmytego jako narzędzia pozwalającego na oszacowanie stopnia skomplikowania sytuacji. Uzasadnieniem wyboru takiego narzędzia jest niepewność co do przebiegu procesu ruchowego, zwłaszcza w warunkach zakłóceń ale także subiektywizm ocen. W zależności od doświadczenia czy indywidualnych predyspozycji kontrolera każdy z nich może oczekiwać innego progu reakcji systemu MTCD na przewidywaną sytuację konfliktową. W pracy wyodrębniono oraz przeanalizowano szczegółowo czynniki wpływające na poziom skomplikowania ruchu lotniczego w kontrolowanej przestrzeni powietrznej. Czynniki te to między innymi: ogólna liczba statków powietrznych w sektorze, wzajemne odległości między nimi, liczba trajektorii posiadających punkty wspólne, dostępność przestrzeni powietrznej (występowanie stref o ograniczonym dostępie, obszarów z silnymi zjawiskami meteorologicznymi itp.). Dla tak określonych zmiennych wejściowych zdefiniowano wszystkie elementy systemów wnioskowania rozmytego, a w szczególności rozmyte reguły wnioskowania, pozwalające na wynikowe oszacowanie stopnia skomplikowania sytuacji ruchowej. Opracowane rozwiązanie zostało zaimplementowane komputerowo w środowisku SciLab. Pozwoliło to na przeprowadzenie szeregu eksperymentów pozwalających na potwierdzenie przydatności uzyskanego narzędzia. Wykorzystanie zaproponowanej metody w rzeczywistych implementacjach systemów MTCD pozwoliłoby na lepsze dopasowanie progów reakcji systemu do faktycznego zagrożenia, a tym samym urealnienie wskazań systemu poprzez wyeliminowanie fałszywych alarmów. W dalszych etapach prac planowane jest rozbudowanie systemu między innymi o możliwość dopasowania progów reakcji do indywidualnych potrzeb każdego kontrolera ruchu lotniczego, a także uwzględnienie jeszcze innych parametrów mogących mieć wpływ na oszacowanie poziomu skomplikowania sytuacji ruchowej.
Author Adam Rytter ZITL
Adam Rytter,,
- Department of Air Transport Engineering
, Jacek Skorupski ZITL
Jacek Skorupski,,
- Department of Air Transport Engineering
Pages221-222
Publication size in sheets0.3
Book Cieciński Piotr (eds.): I Kongres Lotniczy i Kosmonautyczny. Streszczenia referatów, 2016, Politechnika Rzeszowska, 262 p.
Languageen angielski
File
04 - Rytter_Skorupski.pdf 261.21 KB
Score (nominal)5
Citation count*0 (2018-06-18)
Cite
Share Share

Get link to the record
msginfo.png


* presented citation count is obtained through Internet information analysis and it is close to the number calculated by the Publish or Perish system.
Back