SEPARACJE IRL 2 Wykład 5 Dr inż. Anna Kwasiborska Gdzie znajdują się procedury i minima separacji proceduralnej stosowane przy separowaniu statków powietrznych na etapie lotu po trasie oraz statków powietrznych przylatujących i odlatujących? Zapewnienie separacji Separacja pionowa lub pozioma jest zapewniana między: a) wszystkimi lotami w przestrzeniach powietrznych klasy A i B; b) lotami IFR w przestrzeniach powietrznych klasy C, D i E; c) lotami IFR a lotami VFR w przestrzeni powietrznej klasy C; d) lotami IFR a lotami specjalnymi VFR; i e) lotami specjalnymi VFR, jeżeli tak ustaliła właściwa władza ATS. Nie należy udzielać żadnego zezwolenia na wykonywanie jakiegokolwiek manewru, który zmniejszyłby odległość między dwoma statkami powietrznymi poniżej obowiązującego minimum separacji w danych okolicznościach Zwiększenie separacji Bezprawna ingerencja względem statku powietrznego stanowi szczególny przypadek, który będzie wymagał stosowania większych separacji, niż określone minima, między statkiem powietrznym poddanym bezprawnej ingerencji a innymi statkami powietrznymi SEPARACJE Separacje wyznaczenie samolotom takich wzajemnych odległości w płaszczyźnie poziomej i pionowej, które uniemożliwiają zderzenie się ich w locie. Klasyfikacja separacji: Separacje Pionowe Poziome Radarowe Nieradarowe Boczne Podłużne Geograficzne Kątowe Separacja pionowa (wysokościowa) Połówkowy podział wysokości został opracowany przez ICAO i zalecany do stosowania we wszystkich krajach zrzeszonych w tej organizacji. Istotą połówkowego podziału wysokości było stworzenie takich warunków, w których dwa lecące naprzeciw siebie statki powietrzne mijają się na różnych poziomach lotu. 1
Separacje pionowe w FIR Warszawa d 1 8 0 º d o 3 5 9 º L o t y I F R L o t y V F R L o t y I F R L o t y V F R F L M e t r y S t o p y F L M e t r y S t o p y F L M e t r y S t o p y F L M e t r y S t o p y 9 0 0 1 0 3 0 0 1 0 0 0 2 0 6 0 0 2 0 0 0 3 0 9 0 0 3 0 0 0 3 5 1 0 5 0 3 5 0 0 4 0 1 2 0 0 4 0 0 0 4 5 1 3 5 0 4 5 0 0 5 0 1 5 0 0 5 0 0 0 5 5 1 7 0 0 5 5 0 0 6 0 1 8 5 0 6 0 0 0 6 5 2 0 0 0 6 5 0 0 7 0 2 1 5 0 7 0 0 0 7 5 2 3 0 0 7 5 0 0 8 0 2 4 5 0 8 0 0 0 8 5 2 6 0 0 8 5 0 0 9 0 2 7 5 0 9 0 0 0 9 5 2 9 0 0 9 5 0 0 1 0 0 3 0 5 0 1 0 0 0 0 1 0 5 3 2 0 0 1 0 5 0 0 1 1 0 3 3 5 0 1 1 0 0 0 1 1 5 3 5 0 0 1 1 5 0 0 1 2 0 3 6 5 0 1 2 0 0 0 1 2 5 3 8 0 0 1 2 5 0 0 1 3 0 3 9 5 0 1 3 0 0 0 1 3 5 4 1 0 0 1 3 5 0 0 1 4 0 4 2 5 0 1 4 0 0 0 1 4 5 4 4 0 0 1 4 5 0 0 1 5 0 4 5 5 0 1 5 0 0 0 1 5 5 4 7 0 0 1 5 5 0 0 1 6 0 4 9 0 0 1 6 0 0 0 1 6 5 5 0 5 0 1 6 5 0 0 1 7 0 5 2 0 0 1 7 0 0 0 1 7 5 5 3 5 0 1 7 5 0 0 1 8 0 5 5 0 0 1 8 0 0 0 1 8 5 5 6 5 0 1 8 5 0 0 1 9 0 5 8 0 0 1 9 0 0 0 1 9 5 5 9 5 0 1 9 5 0 0 2 0 0 6 1 0 0 2 0 0 0 0 2 0 5 6 2 5 0 2 0 5 0 0 2 1 0 6 4 0 0 2 1 0 0 0 2 1 5 6 5 5 0 2 1 5 0 0 2 2 0 6 7 0 0 2 2 0 0 0 2 2 5 6 8 5 0 2 2 5 0 0 2 3 0 7 0 0 0 2 3 0 0 0 2 3 5 7 1 5 0 2 3 5 0 0 2 4 0 7 3 0 0 2 4 0 0 0 2 4 5 7 4 5 0 2 4 5 0 0 2 5 0 7 6 0 0 2 5 0 0 0 2 5 5 7 7 5 0 2 5 5 0 0 2 6 0 7 9 0 0 2 6 0 0 0 2 6 5 8 1 0 0 2 6 5 0 0 2 7 0 8 2 5 0 2 7 0 0 0 2 7 5 8 4 0 0 2 7 5 0 0 2 8 0 8 5 5 0 2 8 0 0 0 2 8 5 8 7 0 0 2 8 5 0 0 2 9 0 8 8 5 0 2 9 0 0 0 3 0 0 9 1 5 0 3 0 0 0 0 3 1 0 9 4 5 0 3 1 0 0 0 3 2 0 9 7 5 0 3 2 0 0 0 3 3 0 1 0 0 5 0 3 3 0 0 0 3 4 0 1 0 3 5 0 3 4 0 0 0 3 5 0 1 0 6 5 0 3 5 0 0 0 3 6 0 1 0 9 5 0 3 6 0 0 0 3 7 0 1 1 3 0 0 3 7 0 0 0 3 8 0 1 1 6 0 0 3 8 0 0 0 3 9 0 1 1 9 0 0 3 9 0 0 0 4 0 0 1 2 2 0 0 4 0 0 0 0 4 1 0 1 2 5 0 0 4 1 0 0 0 4 3 0 1 3 1 0 0 4 3 0 0 0 4 5 0 1 3 7 0 0 4 5 0 0 0 4 7 0 1 4 3 5 0 4 7 0 0 0 4 9 0 1 4 9 5 0 4 9 0 0 0 5 1 0 1 5 5 5 0 5 1 0 0 0 08.04.2018 Od 000º do 179º O MAGNETYCZNY KĄT DROGI Minimum separacji pionowej Minimum separacji pionowej (VSM Vertical Separation Minimum) wynosi: a) nominalnie 300 m (1000 ft) poniżej FL 290 i nominalnie 600 m (2 000 ft) na lub powyżej tego poziomu, b) w wyznaczonej przestrzeni powietrznej, zgodnie z regionalnym porozumieniem żeglugi powietrznej: nominalnie 300 m (1 000 ft) poniżej FL 410 lub powyżej tego poziomu, jeżeli takie stosowanie przewidziano w określonych warunkach oraz nominalnie 600 m (2 000 ft) na lub powyżej tego poziomu. Separacje pionowe SP utrzymujący dany poziom lotu powinien mieć na nim pierwszeństwo przed innymi SP zamierzającymi zająć ten poziom. Gdy dwa lub więcej SP znajduje się na tym samym poziomie lotu, pierwszeństwo powinien mieć SP znajdujący się przed nim. Statek powietrzny może otrzymać zezwolenie zajęcia poziomu wcześniej zajętego przez inny SP dopiero wtedy, gdy ten drugi SP zgłosił opuszczenie zajmowanego poziomu, z wyjątkiem przypadków: gdy wiadomo, że występuje silna turbulencja; gdy znajdujący się wyżej statek powietrzny wykonuje wznoszenie po trasie; gdy różnica w charakterystykach technicznych statków powietrznych jest taka, że może wystąpić zmniejszenie stosowanego minimum separacji. Separacja boczna Separacja boczna jest stosowana w taki sposób, aby odległość między tymi odcinkami zamierzonych tras, na których statki powietrzne mają mieć separację boczną, nie była nigdy mniejsza od ustalonej odległości, uwzględniając niedokładności nawigacji plus określony bufor. Bufor ten jest określany przez właściwą władzę i włączony do minimów separacji bocznej jako jego integralna część. Separację boczną statków powietrznych znajdujących się na tym samym poziomie osiąga się przez wyznaczanie statkom powietrznym różnych tras lotu lub różnych miejsc geograficznych, które są określone wzrokowo za pomocą urządzeń nawigacyjnych lub wyposażenia nawigacji obszarowej. Kontrola radarowa - separacja pozioma W sytuacji gdy statek powietrzny wykonuje zakręt po trasie ATS nad punktem drogi, stosowana jest separacja inna niż zwyczajowo przewidziana separacja boczna, dla tej części lotu pomiędzy punktem drogi, nad którym wykonywany jest zakręt a następnym punktem drogi Minima separacji radarowej: H/H 4NM 5NM 6NM 5NM H/M L/H L/M 2
Minima separacji podłużnej na podstawie czasu przy turbulencji w śladzie aerodynamicznym SP przylatujące - minima separacji są stosowane dla statków powietrznych lądujących za CIĘŻKIM lub ŚREDNIM statkiem powietrznym: a) ŚREDNI statek powietrzny za CIĘŻKIM statkiem powietrznym 2 minuty; b) LEKKI statek powietrzny za CIĘŻKIM lub ŚREDNIM statkiem powietrznym 3 minuty. Minima separacji podłużnej na podstawie czasu przy turbulencji w śladzie aerodynamicznym SP odlatujące min separacji 2 minuty między LEKKIM lub ŚREDNIM statkiem powietrznym, startującym za CIĘŻKIM statkiem powietrznym, albo LEKKIM statkiem powietrznym startującym za ŚREDNIM, gdy statki te korzystają z: a) tej samej drogi startowej; b) równoległych dróg startowych odległych od mniej niż 760 m (2500 ft); c) przecinających się dróg startowych, jeżeli zamierzona ścieżka lotu drugiego statku powietrznego ma przeciąć zamierzoną ścieżkę lotu pierwszego statku powietrznego na tej samej wysokości bezwzględnej lub mniej niż 300 m (1000 ft) poniżej; d) równoległych dróg startowych odległych od siebie 760 m (2500 ft) lub więcej, jeżeli zamierzona ścieżka lotu drugiego statku powietrznego ma przeciąć zamierzoną ścieżkę lotu pierwszego statku powietrznego na tej samej wysokości bezwzględnej lub mniej niż 300 m (1000 ft) poniżej. Separacja w pobliżu lotnisk PROCEDURY DLA PRZYLATUJĄCYCH STATKÓW POWIETRZNYCH - Przylatujące statki powietrzne mogą otrzymać polecenie zgłaszania opuszczenia lub minięcia znaczącego punktu nawigacyjnego lub pomocy nawigacyjnej, lub rozpoczęcia zakrętu proceduralnego, lub zakrętu podstawowego, albo dostarczenia innych informacji żądanych przez kontrolera w celu przyspieszenia odlotów i przylotów statków powietrznych STAR Na lotniskach, gdzie są ustalone standardowe doloty według wskazań przyrządów (STARs), przylatujące statki powietrzne powinny normalnie otrzymywać zezwolenie na przylot zgodnie z właściwą STAR. Statki powietrzne są informowane o spodziewanym rodzaju podejścia i drodze startowej będącej w użyciu tak wcześnie, jak to możliwe Kolejność podejść Kolejność podejść jest ustalona w taki sposób, który umożliwi przylot jak największej liczby statków powietrznych z najmniejszym średnim opóźnieniem. Pierwszeństwo jest udzielone: statkowi powietrznemu, który przewiduje, że będzie zmuszony do lądowania ze względu na czynniki mające wpływ na bezpieczeństwo lotu (np. awarię silnika, mały zapas paliwa itd.); statkom powietrznym sanitarnym lub statkom powietrznym, które mają na pokładzie chore lub poważnie ranne osoby, wymagające natychmiastowej pomocy lekarskiej; statkom powietrznym wykonującym zadania związane z poszukiwaniem i ratownictwem; innym statkom powietrznym zgodnie z decyzją właściwej władzy. Kolejność podejścia Podążający SP otrzymuje zezwolenie na podejście, gdy: SP poprzedzający zgłosił, że jest w stanie wykonać podejście bez napotkania warunków meteorologicznych dla lotów IFR; SP poprzedzający posiada łączność z organem kontroli lotniska i jest przez niego widziany oraz istnieje uzasadniona pewność, że może być wykonane normalne lądowanie; podejścia następują według czasu, a statek powietrzny poprzedzający minął określony punkt w kierunku lotniska i istnieje uzasadniona pewność, że może być dokonane normalne lądowanie. 3
Informacje dla statków powietrznych przylatujących Możliwie jak najwcześniej po nawiązaniu łączności przez SP z organem APP są nadawane do tego statku informacje w podanej kolejności: 1. rodzaj podejścia i droga startowa w użyciu; 2. informacje meteorologiczne: kierunek i prędkość wiatru przyziemnego, Widzialność, zasięg widzenia wzdłuż drogi startowej (RVR); aktualna pogoda; Zachmurzenie; temperatura powietrza; każda dostępna informacja dotycząca znaczących zjawisk meteorologicznych w strefie podejścia. Szeregowanie samolotów Teoria szeregowania Szeregowanie zadań Harmonogramowanie Planowanie Kontrola produkcji Wektor czasów wykonywania t j = [t 1j, t 2j,, t mj ] t ij - czas, w którym zadanie zostanie wykonane. Moment przybycia (gotowości do wykonania) r j = [r 1j, r 2j,, r mj ] Termin zakończenia wykonywania d j Waga (piorytet) w j koszt przebywania zadania w obszarze portu lotniczego w ciągu jednostki czasu. Ustalenie kolejności wykonywania zadań na maszynach (procesorach) min max wartość pewnego zadanego kryterium Kryteria: minimalizacja długości uszeregowania, minimalizacja średniego czasu przepływu (przebywania zadania w systemie obsługi) oraz szeregowania zadań z żądanymi czasami zakończenia. Przepustowość Prognozy ruchu lotniczego w Europie Rozwiązania ogólne Europa: SESAR (2005-2020) USA: NextGen (2003-2025) Ograniczenia operacyjne Użycie drogi startowej Separacje w ruchu lotniczym Ograniczenia czasowe Priorytety Optymalne sekwencjonowanie i planowanie operacji lotniczych może zwiększyć przepustowość drogi startowej, z powodu złożoności problemu jest to problem skomplikowany Wzrost ponad dwukrotny, w Europie środkowej trzykrotny 4
SESAR Trzykrotne zwiększenie przepustowości przestrzeni powietrznej, co doprowadzi do ograniczenia liczby opóźnień startów i lądowań; Dziesięciokrotną poprawę wskaźników bezpieczeństwa; 10% ograniczenie negatywnego wpływu ruchu lotniczego na środowisko naturalne; 50% obniżenie kosztów związanych z zapewnianiem służb ruchu lotniczego dla użytkowników przestrzeni powietrznej A-CDM Koncepcja ta zakłada, że: każda decyzja jest podejmowana wspólnie, przy udziale wszystkich zainteresowanych stron, przy jednoczesnym zapewnieniu przejrzystych zasad współpracy oraz usprawnieniu przepływu informacji. Cele A-CDM 1. Usprawnienie zarządzania przepływem ruchu lotniczego i przepustowością (Air Trafic Flow and Capacity Management ATFCM) 2. Redukcja opóźnień 3. Zwiększenie przewidywalności zdarzeń 4. Optymalizacja wykorzystania zasobów. Ruch lotniczy - kryteria minimalizacja opóźnień, maksymalizacja przepustowości dróg startowych, minimalizacja oddziaływania na środowisko, żądanie czasu zakończenia zadania (powiązanie z kryterium zachowania punktualności ruchu jak też z kryterium bezpieczeństwa związanym z np. zapasem paliwa w samolocie), minimalizacja długości uszeregowania (minimalizacja długości kolejki samolotów do startu). Opis problemu Założenia ogólne Możliwe trasy ruchu samolotów wokół lotniska zapisane jako graf skierowany. Zbliżanie samolotów do lotniska jest unormowane. Następujące warunki: samoloty przemieszczają się z odpowiednią prędkością w zależności od miejsca, w jakim się w danym momencie znajdują; pomiędzy samolotami obowiązuje separacja czasowa lub odległościowa w zależności od ich aktualnej pozycji; każdy samolot posiada swoją klasę wagową, w zależności od niej separacja pomiędzy różnymi maszynami może się dodatkowo różnić; samoloty nie muszą ściśle przestrzegać poruszania się po drogach lotniczych danych na mapie. Kontrola lotu może skierować je na trasę pomiędzy punktami, które nie mają wspólnej krawędzi (tzw. stosowanie skrótów). Kontrola zbliżania (APP - Approach Control) - sprawne doprowadzenie samolotów, znajdujących się w odległości 100-150 km od lotniska 29 30 5
Opis modelu Celem modelu jest opisanie organizacji ruchu samolotów w obszarze zbliżania do lotniska. Założenia szczegółowe Samoloty po wkroczeniu w przestrzeń powietrzną wokół lotniska do momentu lądowania (zajęcia punktu o najwyższym numerze) mogą przebywać tylko i wyłącznie na punkach oznaczonych numerami lub na krawędziach łączących ten punkty. Każdy samolot może przebywać tylko w jednym miejscu w tym samym czasie. Z każdym samolotem wchodzącym w obszar zbliżania związany jest jego unikatowy numer, czas przylotu podany w minutach, numer punktu, od którego zaczyna się zbliżanie do lotniska. Ruch lotniczy odbywa się po krawędziach tylko w jednym kierunku, tzn. od punktów o mniejszym numerze w stronę punktów o większym numerze. Liczby znajdujące się przy krawędziach opisują ich długości w milach morskich. Samoloty poruszają się ruchem jednostajnym po całej długości krawędzi. Dopuszczalna prędkość samolotów wynosi 220 NM/h na wszystkich krawędziach oprócz krawędzi łączącej dwa ostatnie punkty, na której wynosi 160 NM/h. Zakładamy, ze prędkość rzeczywista samolotów może się różnić od prędkości dopuszczalnej maksymalnie o 10%. Samoloty podczas zbliżania muszą być oddalone od siebie o pewną odległość, na krawędziach, których początek zawiera wierzchołki 1-12. Na krawędziach o początku 13-18 separacja wynosi 5 NM, a na ostatniej krawędzi łączącej punkty 18 i 19 wynosi 3 NM. Nie rozpatrywano separacji wagowej. 31 32 Zbiory, parametry, zmienne Zbiory: Pwejsc - zbiór punktów początkowych dla samolotów zbliżających się do lotniska. PDalsze - zbiór punktów bez punktów początkowych. PBezKoncza - zbiór punktów bez ostatniego. S - zbiór wszystkich samolotów, dla których planujemy ruch lotniczy. SS - zbiór wszystkich par różnych samolotów. Parametry: Przylot[S] - czas wejścia w przestrzeń powietrzną wokół lotniska dla każdego samolotu. Ostatni - ostatni punkt oznaczający lotnisko. V [PDalsze] - dopuszczalna prędkość na punktach. Na krawędziach obowiązuje dopuszczalna prędkość następnego odwiedzonego punktu. sep[psep] - separacja w milach w zależności od punktu, w którym samolot sie znajduje. Dist[P x P] - macierz opisująca odległości pomiędzy punktami. Jeśli pomiędzy punktami nie ma krawędzi, odległość wynosi inf. Zmienne: T[S x P] - zmienna rzeczywista mówiąca o tym, kiedy samolot ma być w danym punkcie. czy[s x P] - zmienna binarna mówiąca o tym, czy samolot ma być w danym punkcie, jeśli tak, to przyjmuje wartość 1, 0 w przeciwnym przypadku. pierwszy[ss x PSep] - zmienna binarna mówiąca o tym, który z pary samolotów był pierwszy w danym punkcie. Przyjmuje ona wartość 1, jeśli pierwszy z pary pojawił się wcześniej, 0 w przeciwnym przypadku. 33 Ograniczenia 1. Ograniczenia podstawowe, łączące zmienne. Ograniczenie powodujące, że jeśli samolot był w danym punkcie, to musiał się pojawić, w co najmniej jednym z jego poprzedników. s, pp S x PDalsze czy s, pp czy[s, p] 2. Nierówności opisujące zachowanie w punktach wejściowych. Ograniczenie wymuszające, że samolot pojawi się tylko w jednym punkcie wejściowym. s S p Pwejsc czy s, p p PunktyWczesniej [pp ] 3. Ograniczenia opisujące zachowanie w punkcie końcowym. 4. Ograniczenia wymuszające zachowanie dopuszczalnej prędkości przez samoloty. Warunek wymuszający, aby prędkość samolotu pomiędzy dwoma połączonymi punktami nie była większa od maksymalnej. s, p1, p2 S x PPpolaczone (T s, p2 T[s, p1]) V[p2] 1.1 Dist[p1, p2] 60 (1 czy s, p1 ) inf (1 czy s, p2 ) inf 5. Warunki wymuszające odpowiednie separacje pomiędzy samolotami. Drugi warunek powodujący zachowanie odpowiednich separacji pomiędzy samolotami. s1,s2,p1,p2 SSxPPSep: (Dist p1,p2] sep[p2]) (T s1,p2 T[s1,p1] Dist p1, p2 T s2, p2 T s1, p1 (1 czy s1, p1 inf 1 czy s1, p2 inf 1 czy s2, p2 inf pierwszy[s2, s1, p1] inf = 1 34 Funkcja celu Minimize: T s, Ostatni s S Minimalizacja sumy czasów lądowań samolotów. minimalizacja opóźnień, maksymalizacja przepustowości dróg startowych, minimalizacja oddziaływania na środowisko, żądanie czasu zakończenia zadania (powiązanie z kryterium zachowania punktualności ruchu jak też z kryterium bezpieczeństwa związanym z np. zapasem paliwa w samolocie), minimalizacja długości uszeregowania (minimalizacja długości kolejki samolotów do startu). Separacja między samolotami (T2 T1) V1 Sep Problematyczny fragment przestrzeni s1, s2, p1, p2 SSxPPSepDist p1, p2] T s2, p1 T s1, p1 sep p1 T s1, p2 T s1, p1 (1 czy s1, p1 inf 1 czy s2, p1 inf 1 czy s1, p2 inf pierwszy[s1, s2, p1] inf 35 36 6
Podsumowanie Ćwiczenie 5 Pojęcie sekwencjonowanie samolotów nieco odmienne od szeregowania zadań, bo uwzględniające obok ustalenia kolejności wykonywania operacji także czas ich rozpoczęcia jako jedną ze zmiennych decyzyjnych. Ważny kierunek badań - stworzenie algorytmów sekwencjonowania. Modelowanie z wykorzystaniem więcej niż jednego kryterium. Narzędzie do analizy ruchu lotniczego w przypadku zakłóceń i zdarzeń losowych. Na podstawie opracowanego grafu dla danej DS. w użyciu należy założyć, że SP pojawiają się w tym samym momencie na każdej bramie wlotowej. Opisać założenia słownie i matematycznie. Określić ustawienie SP w kolejce do lądowania, zakładając obowiązującą separację w danym rejonie. Wprowadzić następne zgłoszenia SP i określić kolejkę samolotów do lądowania. 37 Zagadnienie na ćwiczenie 6 Na podstawie AIP Polska przedstawić zmiany do AIP suplementy. Zagadnienie można przygotować osobiście lub w 2-osobowych zespołach (jeśli wymaga tego większe zaangażowanie) lecz należy przy tym wyjaśnić wszystkie definicje, wyrażenia z tym związane. Konieczne jest powiązanie zmian z planowaniem lotów z ćwiczenia nr 5. 7