WP YW A-SMGCS NA BEZPIECZE STWO OPERACJI LOTNISKOWYCH

Transkrypt

1 P R A C E N A U K O W E P O L I T E C H N I K I W A R S Z A W S K I E J z. 103 Transport 2014 Micha abu Przedsibiorstwo Pastwowe Porty Lotnicze WPYW A-SMGCS NA BEZPIECZESTWO OPERACJI LOTNISKOWYCH Rkopis dostarczono: luty 2014 Streszczenie: W artykule opisano budow systemu A-SMGCS stosowanego m.in. do poprawy bezpieczestwa operacji lotniskowych. W odniesieniu do tego systemu opisano schemat podejmowania decyzji i wystpienia bdu w ukadzie czowiek-maszyna. W kocowej czci opisano przypadek katastrofy lotniczej i wskazano miejsca, w których dziaajcy system nie pozwoli by na zaistnienie tego zdarzenia lub poprawiby efektywno akcji ratowniczo-ganiczej. Sowa kluczowe: A-SMGCS, bezpieczestwo, podejmowanie decyzji 1. A-SMGCS 1.1. OPIS FUNKCJONALNY SYSTEMU A-SMGCS (Advanced Surface Movement Guidance and Controls Systems) to zaawansowany system kontroli i kierowania ruchem w polu manewrowym lotniska. Jest to system majcy na celu zwikszenie bezpieczestwa operacji lotniczych na ziemi, niezbdnego dla utrzymania zdolnoci operacyjnych lotniska w warunkach ograniczonej widzialnoci. Podrcznik ICAO Doc 9830 z 2004 roku definiuje podstawowe funkcje tego systemu na 4 poziomach: a) Nadzór (Surveillance), polegajcy na uwiadomieniu kontrolerów (oraz w ograniczonym zakresie pilotów i kierowców pojazdów) o aktualnej nad sytuacji operacyjnej, (np. wywietlacze pokazujce pozycj i identyfikacj wszystkich statków powietrznych i pojazdów); b) Sterowanie (Control), zapewniajc wykrywanie konfliktów i alarmowanie potencjalnych konfliktach na zarówno na drogach startowych jak i w caym polu manewrowym lotniska; c) Trasowanie (Routing), to rczne lub automatyczne wyznaczanie najbardziej efektywnej trasa przeznaczonej osobno dla kadego statku powietrznego lub pojazdu;

2 148 Micha abu d) Kierowanie (Guidance), udzielanie wskazówek pilotom i kierowcom w sposób umoliwiajcy im podanie przypisan tras. Ponadto EUROCONTROL (Europejska Organizacja ds. Bezpieczestwa eglugi Powietrznej) okrelia cztery poziomy realizacji systemu: a) Poziom pierwszy zapewnia nadzór kontrolera, dostarcza systemy wizualizacji i procedury, umoliwiajc wytworzenie kompleksowej wiadomoci sytuacyjnej; b) Poziom drugi skada si z funkcjonalnoci poziomu pierwszego, wraz z automatycznymi, kilkustopniowymi, funkcjami monitorowania i ostrzegania, w tym przewidywania konfliktów na drogach startowych w uyciu, a take wtargnicia do strefy zastrzeonej lotniska; c) Poziomy trzy i cztery odpowiadaj prowadzeniu routingu, automatycznego kierowania i funkcji planowania, ale ich wytyczne nie zostay jeszcze okrelone ELEMENTY SYSTEMU Jak w kadym systemie nawigacyjnym w lotnictwie, jakim niewtpliwie jest A-SMGCS rozwizania stosowane w indywidualnych implementacjach musz spenia, poza ogólnymi, wiele szczegóowych, lokalnych wymaga. Tym nie mniej w kadym z istniejcych i projektowanych systemów mona wyróni nastpujce elementy: SMR (Surface Movement Radar) Radar kontroli powierzchni sucy do wykrywania statków powietrznych i pojazdów na powierzchni lotniska. Jest on uywany przez kontrolerów ruchu lotniczego w celu uzupenienia wizualnych obserwacji. Stosowany zwaszcza w nocy i podczas sabej widocznoci do monitorowania przepywu samolotów i pojazdów. MLAT Multilateracja jest technologi wykorzystujc odbiór emisji radiowych, zarówno zamierzonych, jak i pochodzcych od systemów pokadowych. Korzysta si z odpowiedzi transponderów radaru wtórnego w trybach (modach) 3/A, C i S. Odpowiedzi te mog by rzeczywistymi odpowiedziami na zapytania radaru wtórnego lub te zaprogramowanymi emisjami samorzutnymi. Sama zasada dziaania jest analogiczna do hiperbolicznych systemów nawigacyjnych. Pewna ilo stacji odbiorczych umiejscowiona w strategicznych miejscach lotniska odbiera odpowiedzi transponderów ze statków powietrznych. Pozycja statku powietrznego wyznaczana jest na podstawie rónicy w czasie dotarcia odpowiedzi do poszczególnych stacji. ADS-B (Automatic Dependant Surveilance Broadcast), automatyczny system raportowania pozycji statku powietrznego. Jest to system niezaleny od A-SMGCS, lecz stanowi wane ródo danych dla stacji MLAT. Data Fusion ukad czenia danych pochodzcych z rónych róde. Poza danymi pochodzcymi z systemu A-SMGCS pobiera dane z lotniskowych baz danych, systemu A-CDM, depesz itp. Zawiera w sobie równie szereg algorytmów optymalizacyjnych i filtrujcych. HMI (Human Machine Interface) fizyczne stanowisko pracy kontrolera.

3 Wpyw A-SMGCS na bezpieczestwo operacji lotniskowych 149 Rys. 1. Schemat dziaania M-LAT 2. PODEJMOWANIE DECYZJI W UKADZIE CZOWIEK-MASZYNA Przyjmijmy, e chcielibymy opisa prawdopodobiestwo wystpienia ogólnie pojtej utraty zdatnoci w ukadzie czowiek-maszyna w obiekcie technicznym, jakim jest lotnisko. Jeeli proces utraty sprawnoci operatora jest procesem Markowa, to dla klasycznego ukadu dwustanowego, rozwizanie ogólnych równa Komogorowa wyznacza funkcj niezawodnoci (bezpieczestwa) obiektu: t ZN ( u) du t R( t, ) p ( t, ) e (1) ZN gdzie: R ( t, ) prawdopodobiestwo, e w czasie nie nastpi przejcie ukadu w stan niezdatnoci; p ZN ( t, ) prawdopodobiestwo utraty sprawnoci operatora; ZN (u) intensywno podejmowania bdnych decyzji.

4 150 Micha abu Analizowany ukad czowiek urzdzenie techniczne znajduje si w stanie zdatnoci (bezpieczestwa), gdy obydwa elementy s w stanie zdatnoci ( Z stan zdatnoci czowieka, Z U stan zdatnoci urzdzenia). Ukad znajduje si w stanie niezdatnoci (ryzyko zdarzenia lotniczego), gdy obydwa elementy przejd w stan niezdatnoci cznej N stan niezdatnoci czowieka, N stan niezdatnoci urzdzenia). ( C U C U1 Z C Z U Dziaanie prawidowe Z C Z U U 0 N C N U Dziaanie nieprawidowe Z C N U Z C N U Rys. 2. Struktura procesu zdarze prowadzcych do incydentu Przyjte nastpujce oznaczenia: U 0 intensywno wystpienia bdu technicznego, U1 intensywno prawidowej pracy urzdzenia, intensywno podejmowania przez czowieka bdnych decyzji, intensywno podejmowania przez czowieka prawidowych decyzji. Prawdopodobiestwo przejcia ze stanu zdatnoci (Z C, Z U ) do stanu niezdatnoci cznej (N C, N U ), a tym samym zaistnienia zdarzenia lotniczego, wynosi (2): p ( Z, Z ) ( C U 1 C 0 U 0 N C, NU )( t) U 0 U1 U 0 U1 U 0 U 1 t C 0 U 1 t e e U 0 U1 U 0 U1 (2) Oczywicie przy analizie podejmowania decyzji naley uwzgldni cao struktury niezawodnociowej obiektu technicznego, jakim jest lotnisko. Powyszy wzór dotyczy tylko pojedynczej zalenoci w ukadzie Czowiek-Maszyna. Naley go teraz odpowiednio przeoy na skomplikowan, redundantn, szeregowo-równoleg struktur niezawodnociow lotniska. Z uwagi na szczupo miejsca struktura ta nie zostanie szczegóowo omówiona w niniejszym referacie. Ogólnie mona stwierdzi, e zaleno na prawdopodobiestwo poprawnej pracy systemu o strukturze k z n, przy zaoeniu e czasy poprawnej pracy jego elementów s niezalenymi zmiennymi losowymi, jest nastpujca:

5 Wpyw A-SMGCS na bezpieczestwo operacji lotniskowych 151 m j R ( t) R ( t) (3) s gdzie: R j (t) prawdopodobiestwo poprawnej pracy odniesione do j-tej kombinacji zdatnych elementów dajcej zdatno systemu, m liczba kombinacji zdatnych elementów dajcych zdatno systemu (liczba stanów zdatnoci systemu). j1 3. ANALIZA WPYWU A-SMGCS NA BEZPIECZESTWO NA PRZYKADZIE ZDARZENIA LOTNICZEGO 3.1. KATASTROFA SAS SK 686 MEDIOLAN Opis katastrofy Dnia 8 padziernika 2001 r. na mediolaskim lotnisku Linate samolot MD-87 linii lotniczych SAS, lot nr SK686 do Kopenhagi, zderzy si w czasie startu z odrzutowcem Cessna Citation D-IEVX. W wyniku zderzenia zginy wszystkie osoby na pokadzie obu samolotów (110 na pokadzie MD-87 i 4 w Cessnie), oraz 4 osoby pracujce w sortowni bagau, w któr uderzy samolot SAS. W dniu katastrofy na lotnisku panowaa gsta mga - widoczno nie przekraczaa m. Lotnisko nie posiadao odpowiednich systemów do kontroli koowana samolotów po pycie lotniska. Mimo, e w 1998 r. zosta zakupiony radar SMR w cigu 3 lat nie zosta on zainstalowany. Do pomocy kontrolerom suya mapa lotniska i kartka, na której odnotowywano pooenie statków powietrznych. Pilot dyspozycyjnej Cessny z 4 osobami na pokadzie poprosi kontrol naziemn o zgod na koowanie do progu drogi startowej. Kontroler nakaza koowanie na pónoc drog "R5" oraz zgoszenie zatrzymania na przedueniu progu drogi startowej 36R (tym samym omijajc drog startow w uyciu). Pilot jednak bdnie skrci na poudnie w drog "R6" prowadzc bezporednio na drog startow w uyciu. Jednym z momentów, w którym mona byo zapobiec katastrofie, byo zgoszenie przez pilota Cessny minicia zatoki drogi "S4", która nie bya zaznaczona na oficjalnej mapie lotniska i o której istnieniu nie mia pojcia kontroler. Pilot, kontynuowa koowanie drog "R6", gdy dojecha do linii zatrzymania przed drog startow skontaktowa si z wie. Zameldowa, i stoi w punkcie oczekiwania (w jego i kontrolera mniemaniu przed pónocn pyt postojow) i oczekuje na zezwolenie na kontynuowanie koowania. Kontroler zezwoli na kontynuowanie koowania po "gównej pycie postojowej" i gównej drodze koowania" (nazwy sprzeczne z oficjalnie obowizujcymi). W tym samym momencie, od innego kontrolera, skandynawski MD-87 dosta zgod na wjazd na drog startow i rozpoczcie startu. W momencie, gdy MD-87 osign znaczn

6 152 Micha abu prdko, Cessna wyjechaa na pas. Piloci MD-87 widzieli Cessn przez uamek sekundy (prdko MD-87 wynosia okoo 75 m/s, a widoczno bya na poziomie 50m), ale nie mogli w aden sposób zareagowa. Uderzenie miao miejsce z prawej strony MD-87. Uszkodzenie przedniego, prawego i lewego podwozia oraz uszkodzenie prawego silnika spowodoway prawie natychmiastow utrat wysokoci (samolot na 9 s wzniós si w powietrze) i MD-87 uderzy w znajdujca si w okolicach koca drogi startowej sortowni bagay. Zgino 118 osób. Ponadto sama akcja ratownicza okazaa si wysoce nieskuteczna. Dopiero pi minut po zderzeniu na lotnisku rozleg si alarm, a po a 25 minutach znaleziono wrak Cessny. W wyniku dochodzenia okazao si, i cztery z piciu osób na pokadzie Cessny zgino na skutek zatrucia dymem, czyli przeyo sam moment katastrofy, lecz pomoc nie zostaa im udzielona w odpowiednim czasie. Rys. 3. Schemat katastrofy w Mediolanie

7 Wpyw A-SMGCS na bezpieczestwo operacji lotniskowych Przyczyny katastrofy Jako gówn przyczyn katastrofy wskazano brak systemu, monitorujcego pozycje statków powietrznych w polu manewrowym lotniska. Odpowiedzialno spada tutaj na wadze lotniska, które dopuciy do tego, e przez 3 lata dostarczony system nie zosta zamontowany. Ponadto win ponosi system organizacji kontroli ruchu naziemnego (dwóch kontrolerów nie wymieniajcych si informacjami o prowadzonym ruchu, brak odpowiednich szkole), jak i sam kontroler prowadzcy Cessn, który móg kilkakrotnie zauway pomyk Analiza Ryzyka Sam przypadek katastrofy lotniczej w Mediolanie by ju wielokrotnie opisywany w literaturze. Tym nie mniej warto spróbowa dokona jego analizy w oparciu o narzdzia analizy ryzyka jakich dostarcza nam norma PN-EN ISO Norma ta opisuje zbiór narzdzi majcych zastosowanie w rónych aspektach analiz ryzyka. Jako narzdzie w najwikszym stopniu ukazujce wpyw A-SMGCS na bezpieczestwo wskazano tu metod Bow-Tie. Stanowi ona uporzdkowane i zrozumiae zwizualizowanie zalenoci pomidzy przyczynami wywoujcymi zagroenia, zjawiskami eskalujcymi te zagroenia, a do niepodanych skutków oraz istniejcymi (lub moliwymi) rodkami kontrolujcymi ryzyko - zarówno od strony przyczyn jak i skutków. Po raz pierwszy o tej metodzie wspomniano w 1979, w publikacji Uniwersytetu w Queensland, w Australii. Samo tworzenie diagramu Bow-Tie rozpoczyna si od zdefiniowania zjawiska, które generuje zagroenie lub samego zagroenia. Lewa strona diagramu pokazuje zdarzenia inicjujce dane ryzyko oraz istniejce rodki zabezpieczajce nie pozwalajce tym zdarzeniom zaistnie. Prawa strona pokazuje moliwe skutki lub scenariusze rozwoju wypadków, jeli zdarzenie zmaterializuje dane ryzyko, oraz pokazuje rodki zapobiegawcze po stronie skutków nie pozwalajce zdarzeniu eskalowa. Metoda jest powszechnie wykorzystywana do rozpracowania ryzyk zwizanych z wypadkami przy pracy, incydentami rodowiskowymi, zjawiskami takimi jak ogie, wybuch, powód, czy te ryzyka IT i bezpieczestwa fizycznego. Firmy take wykorzystuj j niejednokrotnie do zademonstrowania, e dane ryzyko spenia zasad ALARP. Rys. 4. Uproszczony schemat Bow-Tie dla zdarzenia ze wskazaniem barier pochodzcych z systemu A-SMGCS

8 154 Micha abu Jak wida na powyszym schemacie A-SMGCS jest narzdziem generujcym znaczne odpornoci na zdarzenia. O ile wpyw samego systemu na znajomo topografii lotniska przez pilota jest adna, o tyle pozwala kontrolerowi na poprawne prowadzenie statku powietrznego podczas koowania niezalenie od warunków atmosferycznych. Ponadto stosowane w systemie systemy zobrazowania i przekazywania informacji nie pozwalaj na brak wiadomoci sytuacji operacyjnej na lotnisku podczas warunków ograniczonej widzialnoci. Po stronie skutków system A-SMGCS, dziki zaawansowanym algorytmom, w czasie rzeczywistym wykrywa potencjalnie niebezpieczne zdarzenia, jak i zaistniae klasy incydentów (np. runway incursion) w obszarze pola manewrowego lotniska. Pozwolioby to, w tym konkretnym przypadku, na szybsze rozpoczcie akcji ratowniczo-ganiczej i wczeniejsze wykrycie wraku Cessny na drodze startowej, a co za tym idzie prawdopodobne uratowanie czterech jej pasaerów. 4. PODSUMOWANIE Jak przedstawiono w niniejszym referacie budowa systemu A-SMGCS to dla lotniska ogromna poprawa bezpieczestwa wykonywania operacji lotniczych. System ten przez ksztatowanie w czasie rzeczywistym wiadomoci operacyjnej wpywa na poprawno podejmowania decyzji, oraz dziki automatycznym moduom wykrywania kolizji pozwala na odpowiednio wczeniejsz reakcj kontrolera na sytuacje potencjalnie niebezpieczne. W teorii podejmowania decyzji jego wpyw mona opisa, jako zwikszenie wspóczynnika i odpowiednie zmniejszenie. Oczywicie rodzi si tu pytanie czy niezawodno tego systemu jest na tyle wysoka, aby on sam nie sta si przyczyn ewentualnych incydentów lotniczych. Otó stosowane w systemie A-SMGCS zabezpieczenia powoduj, e w przypadku krytycznych dla niego awarii ulega on stopniowej degradacji do niszego poziomu, nie dopuszczajc do sytuacji zagroenia bezpieczestwa i umoliwiajc proceduraln prac kontrolera. Bibliografia 1. Podrcznik ICAO Doc PN-EN 31010:2010 Zarzdzanie ryzykiem Techniki oceny ryzyka. 3. Jawiski J., Borgo J.: Niezawodno eksploatacyjna i bezpieczestwo lotów. Warszawa, WKi Gerek J.,Winiewski A.: Analiza Zawodnoci Ukadu Czowiek Technika na Przykadzie Wybranego Zdarzenia Lotniczego. Materiay konferencyjne XXXVII ZSN Szczyrk abu M.: Projekt Systemu A-SMGCS na Lotnisku Chopina w Warszawie w Aspekcie Poprawy Przepustowoci i Bezpieczestwa Wykonywania Operacji Lotniczych. Materiay konferencyjne, III MKN Dblin Zapata S.: Metody oceny ryzyka na potrzeby implementacji znormalizowanych systemów zarzdzania. Wspóczesne Zarzdzanie. 1/2012 WUJ Kraków 2012.

9 Wpyw A-SMGCS na bezpieczestwo operacji lotniskowych 155 A-SMGCS IMPACT ON AIRPORT OPERATIONS SAFETY Summary: The article describes the construction of the A-SMGCS used, among others, to improve the safety of airport operations. In relation to this system article describes a scheme decision-making and an error occurs in the man-machine system. The final part describes the case of the plane crash and indicated the points where the operating system would not allow for the existence of this event or would improve the effectiveness of emergency response. Keywords: A-SMGCS, safety, decision making

10