Wpływ europejskiego programu CASCADE na jakość dozorowania

Wpływ europejskiego programu CASCADE na jakość dozorowania

PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
z. 100
Transport
2013
Miros aw Siergiejczyk, Karolina Krzykowska
Politechnika Warszawska, Wydzia7 Transportu
WP$YW EUROPEJSKIEGO PROGRAMU CASCADE
NA JAKO() DOZOROWANIA W RUCHU
LOTNICZYM
R9kopis dostarczono, maj 2013
Streszczenie: Europejski program wdra=ania nowych technologii w zakresie dozorowania
CASCADE zosta7 stworzony przez EUROCONTROL w 2004 roku do koordynacji implementacji
pocz?tkowych aplikacji automatycznego dozorowania z rozg7aszaniem (ADS – B – Automatic
Dependent Surveillance - Broadcast) oraz systemu hiperbolicznego (WAM – Wide Area
Multilateration) w Europie, np. w Czechach czy Tasmanii. Celem artyku7u jest okreYlenie wp7ywu
takiego programu na rozwój infrastruktury, a co za tym idzie – na jakoY] dozorowania w ruchu
lotniczym. Przedstawiono tak=e regulacje prawne, które okreYlaj? zakres funkcjonalnoYci programu.
Wykorzystano literatur9 przedmiotu oraz normy i zarz?dzenia.
S owa kluczowe: dozorowanie, ruch lotniczy, nowe technologie
1. WPROWADZENIE
Europejski program wdra=ania nowych technologii w zakresie dozorowania CASCADE
zosta7 stworzony przez EUROCONTROL w 2004 roku do koordynacji implementacji
pocz?tkowych aplikacji automatycznego dozorowania z rozg7aszaniem (ADS – B) oraz
systemu hiperbolicznego (WAM) w Europie. Jest to zatem projekt skupiaj?cy si9 na
implementacji nowoczesnych metod nadzoru w ruchu lotniczym. W przeciwie^stwie do
obecnie stosowanych technik dozorowania, system automatycznego dozorowania z
rozg7aszaniem ADS – B zainstalowany w statku powietrznym – samodzielnie okreYla jego
po7o=enie oraz inne parametry i przesy7a je do stacji naziemnej oraz innych u=ytkowników.
Dane te okreYlane s? dzi9ki globalnemu systemowi nawigacji satelitarnej, a ich
aktualizacja odbywa si9 raz na sekund9.
OkreYlanie pozycji pojazdu za pomoc? satelitów systemów nawigacyjnych zale=y od
precyzji pomiaru czasu, st?d te= wa=na jest jego synchronizacja (satelity) z odbiornikiem
u=ytkownika. W zale=noYci od mierzonych parametrów potrzebna jest okreYlona liczba
satelitów.
!
182
Miros7aw Siergiejczyk, Karolina Krzykowska
2. CHARAKTERYSTYKA SYSTEMU AUTOMATYCZNEGO
DOZOROWANIA Z ROZG$ASZANIEM
Forma wiadomoYci wysy7anej przez ADS pojazdu to pakiet informacji zawarty 56 –
bitowym polu danych rozbudowanego 112 – bitowego squitter’a przesy7anego na
cz9stotliwoYci 1090 MHz. Pakiet ten zawiera zestaw zdefiniowanych parametrów pojazdu.
WiadomoY] ADS – B spe7nia dwie funkcje: ADS – B Out (zwi?zana z przekazywaniem
informacji) i ADS – B In (zwi?zana z otrzymywaniem informacji). Na rys. 1.
przedstawiono uproszczony schemat funkcjonalny ADS – B.
Rys. 1. Uproszczony schemat funkcjonalny ADS – B
System ADS – B staje si9 coraz bardziej popularny w Europie oraz w Stanach
Zjednoczonych, na co warto zwróci] szczególn? uwag9, tzn. mi9dzy innymi wyodr9bniono
tam (USA) dwa 7?cza danych przystosowane do ADS – B: 1090 MHz extender squitter
(1090 ES) oraz przekahnik o dost9pie uniwersalnym (Universal Access Transceiver UAT).
1090 ES jest 7?czem dedykowanym dla lotnictwa komunikacyjnego oraz wojskowego,
natomiast UAT zosta7 stworzony dla general aviation. Dla kontrolera ruchu lotniczego typ
7?cza w sensie wyYwietlania danych – nie ma znaczenia, poniewa= s? dane s? wyYwietlane
tak samo. Dodatkowo, wspomniane 7?cza poza ADS – B obs7uguj? tak=e us7ugi
wspieraj?ce system, to jest TIS – B (Traffic Information Service – Broadcast) oraz FIS – B
(Flight Information Services – Broadcast).
TIS – B jest us7ug?, której zadaniem jest nadawanie informacji o ruchu lotniczym ze
stacji naziemnych statkom powietrznych wyposa=onym w ADS – B. iród7em danych s?
radary dozorowania. Zalet? tej aplikacji jest zwi9kszanie YwiadomoYci sytuacyjnej pilota.
FIS – B z kolei zajmuje si9 nadawaniem informacji meteorologicznej (np. METAR,
SPECI, TAF) oraz innych, dodatkowych informacji lotniczych (NOTAM). Zalet? FIS – B
!
Wp7yw europejskiego programu CASCADE na jakoY] dozorowania w ruchu lotniczym
183
jest umo=liwianie pilotowi pozyskiwania informacji na temat aktualnej sytuacji
meteorologicznej w powietrzu oraz na lotniskach.
3. ZA$O1ENIA I WYMAGANIA OPERACYJNE
DOTYCZ2CE WDRA1ANIA NOWYCH TECHNOLOGII
DOZOROWANIA
Powszechne wprowadzenie ADS – B w europejskiej przestrzeni powietrznej jest
u7atwiane dzi9ki publikowaniu ustaw oraz rozporz?dze^ przez Komisj9 Europejsk?.
Podstawowe oczekiwania wobec CASCADE obejmuj?:
, standaryzacj9, certyfikacj9 oraz wspomaganie integracji aplikacji wdro=ono
zarówno w przestrzeni powietrznej, jak i w stacjach naziemnych;
, dzia7alnoY] wzgl9dem bezpiecze^stwa;
, analiz9 funkcjonalnoYci oraz analizy b79dów systemu (ich wykrycie oraz
wyeliminowanie).
Cele programu realizowane s? dzi9ki Ycis7ej wspó7pracy z podmiotami
mi9dzynarodowymi, których kompetencje obejmuj? wszystkie aspekty zarz?dzania ruchem
lotniczym. Bliskie partnerstwo zosta7o ustalone pomi9dzy CASCADE oraz:
, providerami us7ug nawigacyjnych w Europie i na Ywiecie, a zw7aszcza z FAA, Air
Services Australia i Nav Canada;
, operatorami statków powietrznych i ich organami przedstawicielskimi;
, partnerami przemys7owymi (producentami elektroniki lotniczej i infrastruktury
naziemnej)
, organizacjami mi9dzynarodowymi, w tym ICAO, EUROCAE, EASA.
Co do kwestii prawnych, Komisja Europejska opublikowa7a przepis wykonawczy
ustanawiaj?cy oczekiwania wobec wydajnoYci oraz interoperacyjnoYci s7u=by dozorowania
dla Jednolitej Europejskiej Przestrzeni Powietrznej. Przepis ten definiuje wymagania w
zakresie operacyjnoYci sprz9tu dozorowania w awionice statku powietrznego, oraz daty, do
której samolot musi by] wyposa=ony przez przewohnika w ten sprz9t.
Zgodnie z rozporz?dzeniem wykonawczym [7], wszystkie statki powietrzne
wykonuj?ce operacje IFR w Europie ju= niebawem b9d? musia7y pracowa] w modzie S.
Statki powietrzne z maksymaln? mas? startow? wi9ksz? ni= 5700 kg lub maksymaln?
rzeczywist? pr9dkoYci? lotu wi9ksz? ni= 250 kts b9d? musia7y by] pracowa] w modzie S
oraz wykorzystywa] ADS – B – Out. Daty realizacji za7o=e^ ustalono na stycze^ 2015 –
wdro=enie oraz grudzie^ 2015 – wprowadzanie poprawek. Statki powietrzne musz? by]
certyfikowane na podstawie odpowiednich postanowie^ specyfikacji EASA dla CNS
(CS-ACNS). Opublikowanie CS – ACNS przewiduje si9 na 2013 rok.
ADS – B jak ka=dy u=ytkowy system regulowany jest okreYlonymi normami.
W przypadku lotnictwa w7aYciwe ramy prawne s? wyj?tkowo istotne. Za7o=enia dotycz?ce
wdro=enia tego systemu mo=na znaleh] mi9dzy innymi w Rozporz?dzeniu Wykonawczym
Komisji (UE) Nr 1207/2011 z dnia 22 listopada 2011 r. ustanawiaj?cym wymogi
!
184
Miros7aw Siergiejczyk, Karolina Krzykowska
dotycz?ce skutecznoYci dzia7ania i interoperacyjnoYci systemów dozorowania w jednolitej
europejskiej przestrzeni powietrznej.
Rozporz?dzenie to ustanawia wymogi dla systemów s7u=?cych dostarczaniu danych
dozorowania w celu zapewnienia skutecznoYci dzia7ania w ramach europejskiej sieci
zarz?dzania ruchem lotniczym. Zgodnie z tym zarz?dzeniem – pa^stwa cz7onkowskie Unii
Europejskiej zobowi?za7y si9 do przeprowadzenia oceny bezpiecze^stwa wszystkich
istniej?cych systemów nadzoru i przetwarzania danych nadzoru do 5 lutego 2015 roku.
Co wa=niejsze, okreYlone zosta7y tak=e wymogi dotycz?ce danych dozorowania
zapewnianych przez sieci dozorowania wspó7pracuj?cego takiego, jak ADS. Powinny to
by] dane o po7o=eniu statku powietrznego wraz z ich statusem (np. utracone/nieutracone)
oraz dodatkowo – operacyjne dane identyfikacyjne i wskahniki uzupe7niaj?ce (np. awaria
7?cznoYci radiowej).
ZdatnoY] do u=ytku ADS – In umo=liwia odbiornik, system przetwarzania danych oraz
interfejs HMI – Human Machine Interface, cz9sto nazywany CDU – Cockpit Display Unit.
Interfejs ten ma prowadzi] do zmniejszenia obci?=enia prac? kontrolerów, pilotów oraz
innych kieruj?cych pojazdami. U=ywa si9 do tego systemów komputerowych oraz
prowadzi do ogólnej automatyzacji otoczenia zachowuj?c manualn? zdolnoY] kontroli
sytuacji. Ogóln? zasad9 dzia7ania interfejsu przedstawiono na rys. 2.
Rys. 2. Ogólna zasada dzia7ania jednostki HMI
Jednostka CDU zosta7a zaprojektowana w celu monitorowania zada^ wykonywanych
przez pilota statku powietrznego. JakoY] jego pracy mo=na podda] weryfikacji dzi9ki
wielozadaniowemu symulatorowi kokpitowemu. Projekt ten nadzoruje EURONTROL
dzi9ki programowi PHARE. Poni=ej przedstawiono widok pionowy z wyYwietlacza HMI
(rys. 3). Jest on elementem wyposa=enia kokpitu statku powietrznego. Taki wyYwietlacz
pe7ni dodatkowo funkcj9 nawigacyjn?.
!
Wp7yw europejskiego programu CASCADE na jakoY] dozorowania w ruchu lotniczym
185
Rys. 3. WyYwietlacz HMI w statku powietrznym
Program CASCADE we wspó7pracy z u=ytkownikami przestrzeni powietrznej, jako
pierwszy uruchomi7 projekt wdro=enia ADS – B. Program monitoruje procesy certyfikacji
oraz mo=liwoY] stosowania ADS do u=ytku operacyjnego w przestrzeni powietrznej
obj9tej oraz nieobj9tej dozorowaniem radarowym. Pionierski projekt obejmuj?cy ADS – B
wykorzystywane operacyjnie w przestrzeni nie radarowej uruchomiono dla 18
przewohników, w tym czternastu ró=nych typów pi9ciuset statków powietrznych.
Dodatkowo, w ramach EUROCONTROL CASCADE, utworzono nowy projekt ATSAW.
Jego zadaniem jest towarzyszenie liniom lotniczym oraz doradzanie przy wyposa=aniu
statków powietrznych w urz?dzenia niezb9dne do pracy ADS – B. ATSAW oferuje
wyposa=enie certyfikowane w ramach swojego projektu, który rozpocz?7 si9 w 2009 roku.
Do tej pory, przewohnicy, którzy zakupili sprz9t w ramach ATSAW to mi9dzy innymi
British Airways, Swiss International Airlines, US Airways, Virgin Atlantic, czy Delta.
Reasumuj?c, mo=na wyró=ni] szereg wytyczonych zada^ programu CASCADE, tj.:
, d?=enie do stosowania ADS-B w ramach infrastruktury nadzoru;
, zapewnianie pokrycia radiolokacyjnego na wytyczonym obszarze;
, nadzór statku powietrznego w trybie gate – to – gate, czyli zgodnie z zasadami
programu SESAR;
, wyYwietlanie sytuacji ruchowej w kokpicie statku powietrznego;
, d?=enie do wysokiej wydajnoYci uk7adu i jakoYci danych;
, poprawa poziomu bezpiecze^stwa;
, zwi9kszenie pojemnoYci przestrzeni powietrznej;
!
186
Miros7aw Siergiejczyk, Karolina Krzykowska
,
,
,
,
,
,
wzrost efektywnoYci kosztowej;
zmniejszenie kosztów utrzymania infrastruktury nadzoru (ADS-B i WAM s?
ta^sze w eksploatacji ni= radar);
zrównowa=ony rozwój (oszcz9dnoY] paliwa oraz redukcja emisji CO2);
zwi9kszenie =ywotnoYci 7?cza 1090 MHz;
d?=enie do globalnej interoperacyjnoYci w zarz?dzaniu ruchem lotniczym na
Ywiecie;
wdra=anie nowych technologii w zakresie dozorowania na powierzchni lotnisk –
obejmuje to dost9p do informacji o ruchu za pomoc? HMI.
4. KORZY(CI WYNIKAJ2CE Z WDRA1ANIA APLIKACJI
SYSTEMU AUTOMATYCZNEGO DOZOROWANIA
Z ROZG$ASZANIEM
W ramach projektu CASCADE utworzono tak=e jednostk9 Operational Focus Group
(OFG), której zadaniem jest stworzenie wykazu korzyYci wynikaj?cych z wdra=ania
aplikacji dla u=ytkowników systemu ADS – B. Jedn? z pozycji w wykazie zajmuje ATSA
– AIRB, które opisuje zastosowanie systemu podczas lotu statku powietrznego do
kontrolowania sytuacji ruchowej w przestrzeni, w której znajduje si9 dany statek
powietrzny. Jest to przede wszystkim daleko id?ce udogodnienie dla za7ogi statku
powietrznego. Dzi9ki dost9pnym aplikacjom mo=e mie] ona YwiadomoY] sytuacji w czasie
rzeczywistym bez korzystania z dotychczasowych hróde7 dozorowania (okno, radio).
Narz9dzie ATSA – AIRB zapewnia graficzne przedstawienie ruchu w najbli=szym
otoczeniu samolotu z dodatkowymi informacjami na temat tego ruchu. Aplikacja mo=e by]
stosowana w odpowiednio wyposa=onych statkach powietrznych, gdzie do7?cza si9
równie= specjalistyczny wyYwietlacz. Jest dedykowana ca7ej przestrzeni powietrznej,
zarówno kontrolowanej, jak i niekontrolowanej. OFG sugeruje jednak, =e wi9cej korzyYci
zwi?zanych z bezpiecze^stwem lotu aplikacja dostarczy w przestrzeni, w której nie ma
zapewnionej s7u=by kontroli ruchu lotniczego oraz w przypadku lotów VFR. Nast9puj?ce
parametry b9d? wyYwietlane za7odze statku powietrznego o po7o=eniu danego statku
wzgl9dem ruchu lotniczego w jego otoczeniu:
, wzgl9dna pozycja pozioma;
, wysokoY] (jeYli dana jest np. wzgl9dna wysokoY] ciYnieniowa);
, mo=liwoY] wznoszenia.
Ponadto, mo=liwe b9dzie wybranie opcji wyYwietlenia informacji o identyfikacji
samolotu oraz o jego pr9dkoYci. Na rys. 4. przedstawiono przyk7adowy wyYwietlacz
aplikacji ATSA – AIRB, który mo=e by] umieszczony w kokpicie.
!
Wp7yw europejskiego programu CASCADE na jakoY] dozorowania w ruchu lotniczym
187
Rys. 4. Przyk7adowy wyYwietlacz aplikacji ATSA – AIRB
Kolejnym narz9dziem proponowanym przez OFG wartym uwagi jest ATSA – SURF.
Celem tej aplikacji jest redukcja b79dów, kolizji oraz wtargni9] wyst9puj?cych na drogach
startowych i drogach ko7owania. Jest kierowana do wszystkich pojazdów znajduj?cych si9
na polu manewrowym lotniska oraz zbli=aj?cych si9 do niego (5 NM).
ATSA – SURF umo=liwia swego rodzaju kierowanie po polu ruchu naziemnego. Jest
dedykowane u=ytkownikom wszystkich lotnisk, tj. kontrolowanych (jako wspomaganie)
oraz niekontrolowanych (jako narz9dzie operacyjne). Okazuje si9 by] aplikacj?
szczególnie istotn? w z7ych warunkach pogodowych, przy s7abej widzialnoYci. Podobnie
jak w poprzednim przypadku – g7ównym elementem narz9dzia jest wyYwietlacz
zainstalowany w statku powietrznym oraz, opcjonalnie, w wie=y kontroli lotów.
Nast9puj?ce informacje mog? by] prezentowane:
, certyfikowana mapa powierzchni lotniska o ustalonym zasi9gu;
, pozycja statku powietrznego;
, kierunek poruszania si9;
oraz do wyboru:
, identyfikacja statku powietrznego;
, wysokoY] (jeYli dana jest np. wzgl9dna wysokoY] ciYnieniowa);
, pr9dkoY] na ziemi.
Poprawne dzia7anie takich instrumentów jest mo=liwe, gdy znaczna cz9Y] statków
powietrznych w swoim wyposa=eniu posiada wbudowany system ADS – B i jego
dodatkowe aplikacje. Na rys. 5. przedstawiono przyk7adowy wyYwietlacz aplikacji ATSA
– SURF, który mo=e by] umieszczony w kokpicie.
!
188
Miros7aw Siergiejczyk, Karolina Krzykowska
Rys. 5. Przyk7adowy wyYwietlacz aplikacji ATSA – SURF
Doskona7ym przyk7adem zastosowania ró=nych aplikacji systemu ADS – B jest obszar
nieobj9ty dozorowaniem radarowym w Kanadzie. Hudson Bay (250000 NM2) nie
podlega7o =adnemu dozorowaniu, a= do momentu idei ADS – B. Brak tej us7ugi wymusza7
na pilotach szczególn? czujnoY] przy zachowaniu separacji. Dzi9ki wdro=eniu ADS,
roczne oszcz9dnoYci na paliwie b9d? rz9du 10 mln $, a emisja CO2 zredukuje si9
o 50000 ton. Raz zainstalowane ADS – B (stacja naziemna) rocznie obs7u=y wszystkie
35000 lotów nad Hudson Bay. Przyjmuje si9 tutaj, =e popularnoY] systemu ADS – B
w Ameryce Pó7nocnej gwarantuje wyposa=enie statków powietrznych w urz?dzenia
nadawczo - odbiorcze ADS – B pracuj?ce w odpowiednim trybie (obecnie standardem jest
Mod S). Przy tym, piloci lataj?cy nad obszarem Kanady b9d? mieli wi9ksz? YwiadomoY]
sytuacyjn? oraz mniejszy poziom obci?=enia prac?, co tak=e wp7ynie na efektywnoY] lotu.
5. PODSUMOWANIE
Systemy dozorowania powinno poddawa] si9 ocenie zgodnoYci lub przydatnoYci.
W tym celu mo=na podj?] czynnoYci weryfikuj?ce zgodnoY] danego systemu
z odpowiednimi wymogami w Yrodowisku testowym. W wyniku weryfikacji powstaje
dokumentacja techniczna obejmuj?ce opis procesu wdra=ania systemu oraz sprawozdanie
z inspekcji i testów zrealizowanych przed oddaniem systemu do eksploatacji. W przypadku
!
Wp7yw europejskiego programu CASCADE na jakoY] dozorowania w ruchu lotniczym
189
ADS – B oraz WAM, na stronie EUROCONTROL istniej? powszechnie dost9pne
dokumenty oraz certyfikaty, które reguluj? wymagania oraz za7o=enia systemów.
Bibliografia
1. Airborne Human Machine Interface (AHMI), www.eurocontrol.int, maj 2013 r.
2. CASCADE Use of ADS – B for Enchanced Traffic Situational Awareness by Flight Crew During Flight
Operations – Airborne Surveillance (ATSA – AIRB), EUROCONTROL 2009.
3. CASCADE, www.eurocontrol.int, maj 2013 r.
4. CASCADE Use of ADS – B for Enchanced Traffic Situational Awareness on the Airport Surface (ATSA
– SURF), EUROCONTROL 2009.
5. Multilateration Executive Reference Guide, Creativerge, 2007, s. 32.
6. Procedury S7u=b reglugi Powietrznej Zarz?dzanie Ruchem Lotniczym (PL – 4444).
7. ROZPORZsDZENIE WYKONAWCZE KOMISJI (UE) NR 1207/2011 z dnia 22 listopada 2011 r.
ustanawiaj?ce wymogi dotycz?ce skutecznoYci dzia7ania i interoperacyjnoYci systemów dozorowania w
jednolitej europejskiej przestrzeni powietrznej.Warszawa 2003, s. 189.
8. Siergiejczyk M., Krzykowska K., Koncepcja wdro=enia nowoczesnych systemów naziemnych detekcji
sytuacji ruchowych dla wybranego lotniska, w: V Mi9dzynarodowa Konferencja Naukowo – Techniczna
Systemy Logistyczne Teoria i Praktyka. Materia7y Konferencyjne, Waplewo 2011.
INFLUENCE OF THE EUROPEAN PROGRAM CASCADE ON THE QUALITY
OF SURVEILLANCE IN AIR TRAFFIC
Summary: European program for the implementation of new technologies in surveillance CASCADE has
been developed by EUROCONTROL in 2004 to coordinate the implementation of the initial applications of
automatic dependent surveillance - broadcast (ADS - B) and the hyperbolic system (WAM) in Europe. This
article aims to determine the effect of such a program for infrastructure development, and as a result - the
quality of the air traffic surveillance. Presented as well were some legal regulations, which define the
functionality of the program. Literature of the subject, norms and regulations were used.
Keywords: surveillance, air traffic, new technologies
!