WSPOMAGANIE BEZPIECZE STWA RUCHU LOTNICZEGO POPRZEZ WYKORZYSTANIE RADIOBIKONÓW

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 Janusz B aszczyk, Adam Grzybowski, Piotr Kowaleczko Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych WSPOMAGANIE BEZPIECZE STWA RUCHU LOTNICZEGO POPRZEZ WYKORZYSTANIE RADIOBIKONÓW R kopis dostarczono: luty 2014 Streszczenie: W referacie omówiono organizacj i rodki stosowane przez s u by powo ane do wykrywania sygna ów niebezpiecze stwa i inicjacji akcji ratowniczej w razie wypadku/katastrofy w ruchu lotniczym. Poprzez naszkicowanie organizacji mi dzynarodowego systemu Cospas Sarsat, przedstawienie zasad kodowania radiobikonów i omówienie ogólnych wytycznych w zakresie ratownictwa pokazane s mo liwo ci identyfikacji ród a sygna u niebezpiecze stwa Ko cowy cz on funkcjonuj cego systemu ratownictwa to w asny, narodowy, element wspomagany zbiorem informacji o eksploatowanych radiobikonach, ich u ytkownikach i obiektach, na których s zamontowane. Pokazane s wybrane zobrazowania, sposób wyszukiwania informacji. i mo liwo ci jej filtrowania Wszystkie te elementy analizowane s pod k tem szybkiego i ci g ego dost pu (7/24h) do danych. S u by ratownicze dzi ki takim mo liwo ciom s w stanie praktycznie na bie co zweryfikowa otrzyman informacj o podejrzeniu zaistnienia wypadku/katastrofy lotniczej i podj optymaln decyzj dotycz c zakresu i sposobu prowadzenia akcji ratowniczej. S owa kluczowe: bezpiecze stwo, Cospas Sarsat, ratownictwo 1. WST P COSPAS-SARSAT jest mi dzynarodowym satelitarnym system ratownictwa l dowego, powietrznego i morskiego. Niezb dnym warunkiem skuteczno ci systemu jest jednak wyposa enie u ytkowników w odpowiednie rodki radiotechniczne w postaci nadajników sygna ów niebezpiecze stwa (radiobikony), a tak e istnienie w a ciwych struktur w narodowych s u bach ratowniczych. Podstawowe wymagania dotycz ce parametrów technicznych urz dze jak i ramy organizacyjne systemu, okre laj przepisy mi dzynarodowych organizacji w tym przede wszystkim: - International Civil Organization (ICAO), - International Maritime Organization (IMO), - International Telecommunication Union (ITU). Do wy ej wymienionych wymaga dochodz szczegó owe przepisy wykonawcze poszczególnych krajów, uczestników wiatowego systemu ratowniczego

2 16 Janusz B aszczyk, Adam Grzybowski, Piotr Kowaleczko COSPAS SARSAT. W sumie, struktura systemu, jako ca o powinna zabezpiecza nale yty przep yw informacji zarówno w torze zbierania danych o eksploatowanych radiobikonach i ich u ytkownikach, jak i w torze wykrywania sygna ów i organizowania akcji ratowniczej. Rozpatrywane w niniejszym artykule zagadnienia przedstawiane s z punktu widzenia spe niania powy szych wymaga i p yn cych z tego praktycznych korzy ci. Omawiane parametry techniczne, sposoby tworzenia tre ci s owa informacyjnego sygna u 406 MHz i opcje jego wykorzystania, s niezb dnymi danymi wyj ciowymi do opracowania optymalnych zasad funkcjonowania systemu ratownictwa. 2. STRUKTURA SYSTEMU COSPAS SARSAT System Cospas Sarsat sk ada si z dwu zasadniczych elementów; satelitarnego i naziemnego. W chwili obecnej w sk ad systemu satelitarnego wchodz : satelity geostacjonarne systemu GEOSAR orbituj ce nad równikiem (5 satelitów na wysoko ci ok km) i obserwuj ce sta y obszar powierzchni ziemi, oraz satelity systemu LEOSAR kr ce po orbitach biegunowych (6 satelitów na wysoko ci 850 km i 1000 km). Element naziemny systemu tworz Centra Odbiorcze i Koordynacji, oraz Krajowe Centra Koordynuj ce, za po rednictwem których informacja przekazywana jest do Grup Poszukiwawczo Ratowniczych Radiobikony System satelitarny Centra odbiorcze i koordynacji Grupy Poszukiwawczo - Ratownicze Krajowe Centra Koordynacji Rys. 1. Obieg informacji w systemie Cospas Sarsat Kolejnym elementem, w a nie wchodz cym do eksploatacji jest system MEOSAR. Stanowi on b dzie uzupe nienie dotychczasowej kompletacji Cospas Sarsat. System MEOSAR jest przystosowany do wspó pracy z radiobikonami drugiej generacji, które to b d mog y odbiera informacj zwrotn z systemu ratownictwa. Satelity tego systemu umieszczane s na orbitach o wysoko ci ok km.

3 Wspomaganie bezpiecze stwa ruchu lotniczego poprzez wykorzystanie radiobikonów PODSTAWOWE PARAMETRY Prawdopodobie stwo i czas wykrycia pracuj cego radiobikonu zale od wielko ci wycinka powierzchni ziemi obserwowanego przez satelity oraz ci g o ci tej obserwacji. W przypadku systemu GEOSAR satelity umieszczone s stacjonarnie nad okre lonym obszarem, co jest niew tpliw zalet, gdy sygna od pracuj cego w tym obszarze radiobikonu odbierany jest przez satelit praktycznie natychmiast po uruchomieniu nadajnika i po czasie niezb dnym do jego przetworzenia przesy any do cz ci naziemnej systemu. Nie mo na jednak nie wspomnie o bardzo powa nej wadzie: o ile na przewa aj cym obszarze kuli ziemskiej jest pe ne pokrycie w obserwacji, to w strefach podbiegunowych istniej obszary, w których nie ma mo liwo ci odbioru sygna u. Inaczej wygl da sytuacja w systemie LEOSAR. Tutaj mamy do czynienia z obserwacj punktu o okre lonych w terenie wspó rz dnych tylko w pewnym przedziale czasowym. Satelity tego systemu kr po orbitach biegunowych. Czas jednego obiegu wynosi ok. 100 minut, a obserwowana powierzchnia kuli ziemskiej stanowi obszar o promieniu ok km. Odmiennie ni w GEOSAR przedstawia si pokrycie obserwacj poszczególnych rejonów. Najwi ksze jest w strefach podbiegunowych a najmniejsze w przyrównikowej. redni czas widoczno ci satelity z danego punktu wynosi 15 minut a redni czas oczekiwania na czno z satelit wynosi minut. Powy sze warto ci ró ni si znacznie w zale no ci od szeroko ci geograficznej. Wprowadzany do eksploatacji system MEOSAR do okre lania pozycji nadajnika b dzie korzysta z wielu róde informacji co pozwala na szybsze jego wykrycie i zwi kszenie dok adno ci okre lenia pozycji. Dodatkowo, MEOSAR b dzie móg wspó pracowa z systemami GLONAS i GALILEO. Wed ug za o e, dok adno okre lenia pozycji w nowym systemie powinna wynosi (prawdopodobie stwo 95%): - <5 km po czasie 30 sek od momentu uruchomienia nadajnika - <1 km po czasie 5 min. od momentu uruchomienia nadajnika - < 100 m po czasie 30 min. od momentu uruchomienia nadajnika Wszystkie powy ej przedstawione systemy satelitarne wymagaj, aby ród em sygna u by radiobikon emituj cy sygna niebezpiecze stwa w pa mie cz stotliwo ci 406 MHz. W pocz tkowych latach dzia alno ci COSPAS SARSAT przystosowany by tak e do odbioru, typowej dla lotnictwa cz stotliwo ci ratowniczej 121,5 MHz, z uwagi jednak na du liczb fa szywych alarmów, ma moc sygna u (20 dbm) i lepsze mo liwo ci radiobikonów 406 MHz, cz stotliwo ta od 2008 roku zosta a wycofana z u ycia. Nadajniki ratownicze pracuj ce na cz stotliwo ci 406 MHz dysponuj moc 7 dbw, a promieniowany sygna w.cz. zawiera tre cyfrow umo liwiaj c identyfikacj u ytkownika. Istotn w a ciwo ci systemu COSPAS SARSAT jest mo liwo okre lania pozycji ród a sygna u poprzez przekazanie tych danych w tre ci wiadomo ci lub na podstawie dokonanych oblicze. W systemie MEOSAR pe na identyfikacja uruchomionego nadajnika powinna nast pi w czasie nie d u szym ni 10 minut. System ten dzi ki wspó pracy z GALILEO posiada mo liwo przesy ania do radiobikonów (nowej generacji) informacji zwrotnej SAR, której celem jest potwierdzenie faktu odbioru sygna u niebezpiecze stwa. Obieg informacji w torach transmisji pierwotnej i zwrotnej przedstawiony jest na rys. 2 i 3.

4 18 Janusz B aszczyk, Adam Grzybowski, Piotr Kowaleczko Rys. 2. Obieg informacji pierwotnej w systemie MEOSAR ( ród o: Cospas-Sarsat Council Forty-Third Session / Open Meeting) Rys. 3. Obieg czno ci zwrotnej w systemie GALIEO ( ród o: Cospas-Sarsat Council Forty- Third Session / Open Meeting)

5 Wspomaganie bezpiecze stwa ruchu lotniczego poprzez wykorzystanie radiobikonów RADIOBIKONY 406 MHz, SZYBKO PODEJMOWANIA DECYZJI O AKCJI RATOWNICZEJ Zgodnie z obowi zuj cymi przepisami przewo nik/operator u ytkuj cy statek powietrzny, który jest wykorzystywany do komercyjnego transportu lotniczego jest zobowi zany wyposa y go w nadajnik sygna u niebezpiecze stwa typu ELT i dokona jego rejestracji. Zaleca si, aby pozostali u ytkownicy równie dokonywali powy szych czynno ci. Takie przedsi wzi cia umo liwiaj s u bom ratowniczym weryfikacj odbieranych powiadomie o detekcji sygna ów niebezpiecze stwa i przyczyniaj si do zmniejszenia liczby niepotrzebnych akcji poszukiwawczo-ratowniczej przy jednoczesnym zwi kszeniu skuteczno ci udzielenia pomocy za ogom i pasa erom statków powietrznych znajduj cym si w rzeczywistym zagro eniu. W Polsce wpisowi do ewidencji podlegaj tylko radiobikony 406 MHz, z kodem kraju 261(przydzia dla Polski wed ug listy ITU) MO LIWO CI KODOWANIA Sposób kodowania radiobikonów jest ci le okre lony przez Sekretariat Cospas Sarsat. Radiobikony w zale no ci od ich docelowego zastosowania dziel si na morskie (EPIRB), lotnicze (ELT) i dla u ytkowników indywidualnych (PLB). Protokó kodowania dobiera si w zale no ci od rodzaju u ytkownika radiobikonu. Dzi ki temu na podstawie samego typu protokó u mo na uzyska zgrubn informacj o nosicielu/u ytkowniku. Dalsze mo liwo ci identyfikacji wynikaj z zawartej w nim tre ci. Sposoby kodowania i rodzaje protokó ów okre lone s w dokumentach Cospas Sarsat i wytycznych danego kraju. W Polsce zgodnie z zaleceniami Urz du Lotnictwa Cywilnego dla przypadku nie przesy ania wspó rz dnych obowi zuje protokó typu U ytkownika Seryjny (User Serial), a dla wersji ze wspó rz dnymi Standardowy Protokó Lokacyjny (Standard Location). Przyj cie konkretnego protokó u skutkuje tym, e informacja znajduj ca si w s owie 406 MHz zawiera wybrany zakres danych o nosicielu i u ytkowniku, co z kolei jest istotne dla ratownictwa. W przypadku tre ci bez wspó rz dnych, stosuj c dla obiektów lataj cych Protokó U ytkownika Lotniczy (Aviation User Protocol) istnieje mo liwo wpisania w tre s owa 406 MHz znaków rozpoznawczych statku powietrznego, natomiast gdyby to by protokó typu SERIAL mo na by oby umie ci : 24-ro bitowy identyfikator statku, lub znaki armatora ewentualnie numer nadajnika. W przypadku protokó ów ze wspó rz dnymi, oprócz `danych o po o eniu przy protokóle typu Standard Location radiobikon lotniczy mo e przesy a dane o nosicielu takie jak wy ej, ale bez znaków rozpoznawczych. Nie wchodz c w szczegó y nale y zaznaczy, e stosuj c inne protokó y lokacyjne równie mo na przesy a znaki rozpoznawcze, ale dzieje si to kosztem dok adno ci pozycji.

6 20 Janusz B aszczyk, Adam Grzybowski, Piotr Kowaleczko 3.2. IDENTYFIKACJA RADIOBIKONU I U YTKOWNIKA Omówione wcze niej informacje o organizacji systemu ratownictwa, jako ca o ci i zasadach kodowania mia y na celu uzmys owi, jakie istniej mo liwo ci i uwarunkowania aby w razie konieczno ci mo na by o potencjalnym rozbitkom przyj ze skuteczn pomoc i to w mo liwie krótkim czasie od chwili uruchomienia nadajnika ratowniczego. Z przedstawionych mo liwo ci wynika, e czas, jaki up ywa od momentu w czenia radiobikonu do chwili powiadomienia krajowych s u b ratowniczych wynosi od kilku/kilkunastu minut do kilkudziesi ciu w skrajnym przypadku. Zale y to od lokalizacji nadajnika, zastosowanego protokó u, czy wreszcie wzajemnego usytuowania nadajnika i satelitów systemu Cospas Sarsat. Zastanówmy si, jak szersz informacj mo na uzyska z odebranego sygna u, bo samo stwierdzenie wyst powania promieniowania na cz stotliwo ci ratowniczej nie stanowi dla s u b ratowniczych istotnej wiadomo ci, tym bardziej e w praktyce zaledwie kilka procent wykrytych sygna ów stanowi prawdziwe wezwania pomocy. Poni ej przedstawiony jest przyk adowy telegram odebrany przez krajowy punkt kontaktowy (SPOC). Rys. 4. Posta telegramu z MCC - informacja wst pna Z zawarto ci powy szego telegramu wynika, e system Cospas Sarsat zarejestrowa odbiór sygna u niebezpiecze stwa, który zosta wyemitowany przez radidiobikon z protokó em typu U ytkownika Lotniczy, identyfikatorem kraju jest POLSKA, a znakiem rozpoznawczy statku powietrznego jest SP-LLA. W protokóle tym podana jest te data i godzina wys ania telegramu. W tre ci powy szej informacji brak jest danych o po o eniu, co mo e wiadczy o tym, e system nie zd y jeszcze okre li po o enia ród a, a zastosowany protokó nie jest protokó em ze wspó rz dnymi. Nie mniej jednak ilo informacji jest du a i zawiera bardzo istotne dane, dzi ki czemu polski punkt kontaktowy (SPOC) mo e rozpoczyna proces identyfikacyjny i wst pn aktywizacj s u b ratowniczych. W tym miejscu zamyka si obieg informacji w p tli Cospas Sarsat. W praktyce mo e mie miejsce dalsze uaktualnianie danych, na przyk ad podanie wspó rz dnych, ale decyzja o zasadno ci podj cia akcji ratowniczej i faktyczny moment jej rozpocz cia zale y ju od systemu krajowego.

7 Wspomaganie bezpiecze stwa ruchu lotniczego poprzez wykorzystanie radiobikonów UWARUNKOWANIA PRZEBIEGU AKCJI RATOWNICZEJ Jak wcze niej wspomniano, po ród wszystkich zarejestrowanych wykry sygna u niebezpiecze stwa tylko niewielka ich cz to rzeczywista aktywacja radiobikonu w celu uruchomienia akcji ratowniczej. Cz ciowa selekcja prawdziwo ci alarmu mog aby mie miejsce ju na poziomie Naziemnych Centrów Koordynacji (MCC) pod warunkiem jednak, e wszystkie montowane na obiektach radiobikony by yby rejestrowane i znajdowa y si w centralnej bazie Cospas Sarsat-u. W praktyce sytuacja taka jest nierealna, dlatego te ka dy odebrany i zdekodowany sygna niebezpiecze stwa 406 MHz jest przekazywany do Krajowych Punktów Kontaktowych (SPOC) i tu powinna odbywa si w a ciwa weryfikacja. Selekcja ta powinna by realizowana na podstawie danych zawartych w protokó ach rejestracyjnych radiobikonów. Zakres podstawowych, wymaganych, informacji, jakie powinny by zawarte w formularzu zg oszeniowym okre la Sekretariat Cospas Sarsat. Szczegó ow posta formularza ustalaj odpowiednie, do tego celu wyznaczone, organizacje narodowe. W Polsce jest to Urz d Lotnictwa Cywilnego. ( Identyfikatorem radiobikonu jest jego pi tnastoheksadecymalne oznaczenie utworzone z bitów od 26 do 85 s owa informacyjnego 406 MHz. Mo liwa do uzyskania informacja wst pna wynikaj ca z tre ci tego s owa zosta a omówiona w p-kcie 3.1 na podstawie przyk adowego telegramu. Formularz zawiera informacje o typie radiobikonu, jego numerze, nazwie producenta i inne dane techniczne, a tak e pozycje dotycz ce w a ciciela/u ytkownika cznie z adresem i telefonem kontaktowym (dost p 24h). Ostatnia grupa to informacje o obiekcie, na którym zamontowany jest radiobikon zg aszany do rejestracji. Dane, które zawarte s w formularzu zg oszeniowym powinny pozwoli na szybk weryfikacj wiadomo ci dotycz cej pracy radiobikonu otrzymanej przez krajowe s u by ratownicze z MCC. Tre formularza zg oszeniowego jest s u bom ratowniczym niezb dna nie tylko w celu weryfikacji prawdziwo ci otrzymanych z zewn trz informacji, ale tak e po to, aby podj akcj ratownicz o odpowiednim rozmiarze, z uwzgl dnieniem rodzaju nosiciela i innych uwarunkowa. W celu stworzenia odpowiednich mo liwo ci w omawianym zakresie s u by ratownicze powinny dysponowa wyspecjalizowan baz danych, w której zawarte s informacje z formularzy zg oszeniowych i która z jednej strony pozwoli na prowadzenie nadzoru nad rejestracj radiobikonów, a z drugiej zapewni pe ny i ci g y dost p do danych przez upowa nione s u by krajowego systemu ratownictwa. Wej cie do bazy wymaga posiadania indywidualnego kodu rozpoznawczego. Kod jest jednocze nie kluczem okre laj cym uprawnienia u ytkownika. Jest oczywiste, e inne uprawnienia posiada u ytkownik dokonuj cy rejestracji radiobikonu drog elektroniczn a inne operator zespo u koordynuj cego akcj ratownicz. W dalszej cz ci naszkicowane s mo liwo ci, jakie daje dost p do bazy w zakresie identyfikacji radiobikonu, u ytkownika i nosiciela.

8 22 Janusz B aszczyk, Adam Grzybowski, Piotr Kowaleczko Krajowa Baza Radiobikonów COSPAS-SARSAT Algorytmy przydzia u, raportowanie z baz lokalnych, raportowanie do C-S Internet Zg aszanie wniosków Stacja robocza Administrator systemu Baza lokalna Stacja robocza S u by Ratowniczej Stacja robocza Administrator Krajowej Bazy Radiobikonów Rys. 5. Schemat funkcjonalny bazy danych Rys. 6. Plansza wej ciowa bazy ( ród o: materia y ITWL) Po zalogowaniu na stronie tytu owej, wy wietlana jest informacja o po czeniu z serwerem, co uaktywnia tor wpisywania nowych danych lub sczytywania istniej cych. Operator ma do dyspozycji sze filtrów identyfikuj ch (radiobikony, w a cicieli, kontakty, nosicieli), mo liwe jest te przes anie informacji w formacie XML a tak e skorzystanie ze wspomagania s ownika (zbiór producentów, typów radiobikonów itp.). Oddzieln mo liwo udost pniaj zak adki dekoder i koder. Operator mo e w ka dej chwili zweryfikowa znany mu ID poprzez rozkodowanie jego tre ci wykorzystuj c dekoder wchodz cy w sk ad bazy. S u by nadzoru natomiast na podstawie posiadanych informacji szczegó owych mog poprzez koder sprawdzi poprawno podanego identyfikatora ID. Operator (na poziomie RCC, czy SPOC) po otwarciu zak adki R-bikony w pierwszej fazie ma do dyspozycji wykaz wszystkich zarejestrowanych radiobikonów. Stosuj c filtr ID R-bikona i wpisuj c znane mu ID ogranicza zakres przeszukiwanej informacji tylko do wybranego urz dzenia (rys. 8): W ten sposób uzyskiwany jest dost p do danych, które podane by y w formularzu zg oszeniowym. Operator zespo u koordynuj cego akcj ratownicz ma mo liwo

9 Wspomaganie bezpiecze stwa ruchu lotniczego poprzez wykorzystanie radiobikonów 23 w krótkim czasie, od otrzymania z centrum koordynacji MCC telegramu, sprawdzi wszystkie znajduj ce si w bazie dane dotycz ce konkretnego radiobikona, w a ciciela/u ytkownika czy nosiciela. Analiza tych danych powinna by obowi zkowa przed podj ciem akcji ratowniczej po to, by przy szybkiej decyzji o podj ciu akcji ratowniczej zapewni adekwatno jej rozmiarów do powsta ego zagro enia. Rys. 7. Weryfikacja przes anego ID pracuj cego radiobikona ( ród o: materia y ITWL) Rys. 8. Zak adka R-bikony z uruchomionym filtrem ID R-bikona ( ród o: materia y ITWL) cz c mo liwo korzystania z systemu Cospas Sarsat z dysponowaniem odpowiednim, w asnym, zbiorem informacji o radiobikonach przy zapewnieniu pe nego i szybkiego do nich dost pu mo na uzyska du efektywno dzia alno ci systemu

10 24 Janusz B aszczyk, Adam Grzybowski, Piotr Kowaleczko ratowniczego daj c u ytkownikom wi ksze poczucie bezpiecze stwa w trakcie wykonywania lotów. Bibliografia 1. Caspas Sarsat Council.SAR/GALILEO implementation plan. Wrzesie Prace ITWL n.t. System zarz dzania radiobikonami 2010 rok. 3. Specyfication for Cospas Sarsat 406 MHz distress beacons. T.001 Insue 3 - Revition 13 October THE AID OF THE SAFETY BEACONS Summary: This paper presents the structure and actions taken by the rescue services which are responsible for detecting emergency signals and initiating rescue missions in case of an air crash. To show system s capabilities to identify the source of an emergency signal, the structure of the Cospas-Sarsat international system has been presented, as well as the beacons coding methods, and general rules for rescue services. The closest part of the system to user is the national system, which is supported by the database providing information about beacons in use, their users and their carriers. Several methods of getting the information, applying filters and displaying it have been presented. The access to data is provided 24 hours a day, 7 days a week, so rescue services are able to verify emergency signals in real time, and then choose the optimal method of managing a rescue mission Keywords: safety, Cospas Sarsat, rescue