Analiza wpływu elementów infrastruktury krytycznej na gotowość

PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
z. 92
Transport
2013
Paulina Staczyk, Anna Stelmach
Politechnika Warszawska, Wydzia Transportu
ANALIZA WP
YWU ELEMENTÓW
INFRASTRUKTURY KRYTYCZNEJ NA
GOTOWO OPERACYJN PORTU LOTNICZEGO
Rkopis dostarczono, kwiecie 2013
Streszczenie: W artykule przedstawiono problem oceny bezpieczestwa w porcie lotniczym majc na
uwadze okrelenie ,,infrastruktur krytycznych portu lotniczego. W obecnych czasach, kiedy z
problemem przemocy oraz aktami bezprawnej ingerencji mamy do czynienia bardzo czsto, problem
bezpieczestwa staje si coraz bardziej istotnym.
W celu analizy bezpieczestwa portu lotniczego naley okreli
podstawowe pojcia zwizane
z infrastruktur portu lotniczego oraz jej elementami a take okreli
w jakim stopniu wpywaj one
na poziom bezpieczestwa. Wielkoci za pomoc, której mona okreli
poziom bezpieczestwa jest
niezawodno
. Port lotniczy charakteryzuje si struktur szeregowo-równoleg i jest w stanie
gotowoci w momencie, gdy w czasie wykonywania operacji lotniczej bdzie istniaa, co najmniej
jedna minimalna cieka zdatnoci umoliwiajca realizacj tej operacji.
Sowa kluczowe: gotowo
operacyjna, infrastruktura krytyczna portu lotniczego
1. WSTP
Transport lotniczy jest jednym z najbardziej bezpiecznych form transportu we
wspóczesnym wiecie, dlatego te coraz wiksza ilo
ludzi wybiera ten wanie rodek
transportu w celu odbycia dalekiej i szybkiej podróy.
Na przeomie wier
wiecza zainteresowanie transportem lotniczym ulego radykalnym
zmianom, co byo spowodowane powstaniem konkurencji. Przewonik lotniczy, który
utrzymywa dotychczas monopol w danym rejonie, pobiera due kwoty za przelot, dlatego
te stanowio to ograniczenie w upowszechnieniu tego rodzaju transportu.
Obecnie, kiedy mamy do wyboru kilka, a nawet kilkanacie linii lotniczych moemy
wybra
, czy lecie
rejsowym samolotem i paci
wicej czy tanimi liniami lotniczymi. Dla
porównania, bilet lotniczy irlandzkiego przewonika Ryanair z Krakowa do Mediolanu
kosztuje mniej ni bilet kolejowy z Krakowa do Warszawy, pomijajc czasy podróy,
które w tym przypadku s porównywalne.
212
Paulina Staczyk, Anna Stelmach
Literatura dotyczca portów lotniczych, ich eksploatacji i zagadnie funkcjonowania nie
jest zbyt obszerna. Tym niemniej moemy tu wymieni
takie pozycje jak; [1], [3], [11] dotyczce utrzymania technicznego elementów infrastruktury oraz [2], [4], [6], [7], [12] metod modelowania i symulacji.
W zwizku z rosncym zainteresowaniem transportem lotniczym nie tylko przez
pasaerów a take inne osoby, np. terrorystów istotnym staj si pojcie gotowoci
operacyjnej oraz bezpieczestwa w porcie lotniczym.
2. PORT LOTNICZY
Lotnisko jest to wydzielony obszar na ldzie, wodzie lub innej powierzchni w caoci
lub czci przeznaczony do wykonywania startów, ldowa i naziemnego ruchu statków
powietrznych, wraz ze znajdujcymi si w jego granicach obiektami i urzdzeniami
budowlanymi o charakterze trwaym, wpisany do rejestru lotnisk. Rysunek 1 przedstawia
plan portu lotniczego im. F. Chopina w Warszawie.
Natomiast port lotniczy to lotnisko uytku publicznego wykorzystywane do lotów
handlowych okrelony, jako zoony organizm, którego zadaniem jest stworzenie
odpowiednich warunków do obsugi pasaerów i towarów odbywajcych podróe przy
wykorzystaniu statków powietrznych. Niestety w jego dziaalnoci dochodzi równie do
sytuacji kryzysowych [13].
W portach lotniczych wykonywane s operacje ldowania i startów statków
powietrznych[8]:
- ldowanie1 VFR
- ldowanie IFR2
- start VFR3
- start4 IFR
Do wykonywania lotów VFR na lotnisku kontrolowanym musz by
spenione
okrelone warunki, wykonywane mog by
one jedynie midzy wschodem i zachodem
soca, na wysokoci do 6100 m z prdkoci poddwikow.
Dla wykonywania lotu IFR statek powietrzny powinien by
wyposaony w rodki
cznoci i urzdzenia nawigacyjne.
Port lotniczy to zoony system techniczny, w którym realizowane s liczne procesy
eksploatacyjne. Mona je podzieli
w nastpujcy sposób:
- Utrzymanie techniczne elementów infrastruktury
- Kontrola stanu eksploatacyjnego elementów infrastruktur
- Operacja startów i ldowa statków powietrznych
- Zapewnienie sub ruchu lotniczego
1
Ldowanie – zazwyczaj ostatni etap lotu polegajcy na sprowadzeniu statku powietrznego na ziemie.
IFR Instrument Flight Rules – skrót oznaczajcy przepisy wykonywania lotów wedug wskaza
przyrzdów.
3
VFR Visual Flight Rules – skrót oznaczajcy przepisy wykonywania lotów z widocznoci.
4
Start – pocztkowa faza lotu polegajca na oderwaniu statku powietrznego od ziemi i rozpoczcie lotu.
2
Analiza wpywu elementów infrastruktury krytycznej na gotowo
operacyjn portu lotniczego
-
-
213
Suby kontroli ruchu lotniczego
Suby informacji oraz suby alarmowe w odniesieniu do ruchu statków
powietrznych na drogach startowych i koowania oraz wykonujcych loty w
rejonie lotniska
Obsuga naziemna statków powietrznych
Obsuga naziemna pasaerów i ich bagau oraz poczty i adunków
Kontrole paszportowa i celna pasaerów
Kontrola bezpieczestwa i procesy zwizane z ochron przed atakami bezprawnej
ingerencji
Rys. 1. Plan Lotniska Chopina (ródo:[5])
214
Paulina Staczyk, Anna Stelmach
3. POJCIE INFRASTRUKTURY KRYTYCZNEJ
Podstawowym aktem prawnym dotyczcym zarzdzania kryzysowego jest Ustawa
z dnia 26 kwietnia 2007 r. o zarzdzaniu kryzysowym, która to pojcie infrastruktury
krytycznej okrela jako systemy oraz wchodzce w ich skad powizane ze sob
funkcjonalne obiekty, w tym obiekty budowlane, urzdzenia, instalacje, usugi kluczowe
dla bezpieczestwa pastwa i jego obywateli oraz suce zapewnieniu sprawnego
funkcjonowania organów administracji publicznej, instytucji i przedsibiorców. Naley
zaznaczy
, i obejmuje ona take systemy transportowe i komunikacyjne, w tym porty
lotnicze. Do najwaniejszych obiektów infrastruktury portowej podlegajcej szczególnej
ochronie naley zaliczy
:
- terminale (w tym pasaerski)
- wiee kontroli ruchu lotniczego
- generatory energetyczne
- magazyny paliw i smarów
- systemy klimatyzacyjne i wentylacyjne
- bocznice kolejowe
- ujcia wody
- pyty postojowe statków powietrznych
- hangary
- inne urzdzenia lub obiekty uznane prze prezesa ULC lub zarzdzajcego lotniskiem
za kluczowe dla ochrony lotnictwa cywilnego przed aktami bezprawnej ingerencji.
Terminal czyli ogólnodostpna strefa portu lotniczego ma bezporedni wpyw na jego
funkcjonowanie jako caoci i realizowane za jego porednictwem przewozy. Wraliwo
terminalu wynika przede wszystkim z faktu przebywania w nim osób postronnych
i pasaerów, którzy nie podlegali jakimkolwiek kontrolom. Z punktu widzenia ochrony
portu lotniczego istotne znaczenie ma bardzo dua powierzchnia do nadzoru.
Infrastruktur portu lotniczego mona podzieli
na trzy skadowe elementy, które
tworz cao
i s ze sob powizane funkcyjnie. Do elementów tych naley zaliczy
:
- Cz
lotnicz lotniska, jest to obszar trwale przeznaczony dla startów i ldowa
statków powietrznych oraz do zwizanego z tym ruchu statków powietrznych, wraz z
urzdzeniami sucymi do obsugi tego ruchu, obejmujca w szczególnoci pole
manewrowe oraz pyty postojowe
- Scentralizowan infrastruktur portu lotniczego, s to elementy infrastruktury
i urzdzenia w porcie lotniczym suce do wykonywania usug obsugi naziemnej,
obejmujca system odpraw pasaerów i bagau, pomieszczenia sortowni bagau oraz
tamocigi suce do transportu bagau wewntrz terminalu lotniska, naziemne
stacje zasilania w energi elektryczn, system informacji lotniskowej
- Lotnicze urzdzenia naziemne, obiekty i urzdzenia do kierowania, kontroli, nadzoru
i zabezpieczenia obsugi ruchu lotniczego takie jak:
- Urzdzenia radiokomunikacyjne
- Urzdzenia radiolokacyjne
- Urzdzenia radionawigacyjne
- Wzrokowe pomoce nawigacyjne
- Automatyczne systemy pomiarowe parametrów meteorologicznych
Analiza wpywu elementów infrastruktury krytycznej na gotowo
operacyjn portu lotniczego
215
W przypadku wystpienia sytuacji kryzysowej w lotnictwie cywilnym zarzdzajcy
lotniskiem zwouje sztab kryzysowy, który prowadzi dziaania z poziom centrum. W jego
skad wchodz:
- zarzdzajcy lotniskiem lub wyznaczona przez niego osoba odpowiedzialna za
ochron lotniska
- przedstawiciele:
- Suby Cywilnej
- sub ochrony
- lotniskowego organu sub ruchu lotniczego
- jednostek ochrony przeciwpoarowej
- sub medycznych i sanitarnych
- waciwego przewonika lotniczego
W zakresie przeciwdziaania aktom bezprawnej ingerencji oraz ich skutkom sztab dziaa
w porozumieniu z organami administracji rzdowej.[2]
4. POJCIE GOTOWOCI OPERACYJNEJ PORTU
LOTNICZEGO
Szczególn cech elementów infrastruktury lotnisk powinna by
bardzo dua
niezawodno
. Stan niezawodnoci eksploatacyjnej któregokolwiek z jej elementów
wynika zazwyczaj wykonywania planowej obsugi technicznej lub kontroli aktualnego
stanu. Dla skrócenia czasu obsug, zalecane jest czne wykonywanie planowych obsug.
Drogi startowe i pozostae elementy infrastruktury portu lotniczego podlegaj planowym,
doranym i awaryjnym kontrolom stanu i obsugom technicznym.
Stan gotowoci operacyjnej portu lotniczego zdefiniowano jako stan eksploatacyjny, w
którym:
- moliwe jest kontynuowanie podejcia do ldowania i ldowanie
- moliwe jest wykonanie odlotu po zakoczeniu obsugi naziemnej
Modelujc w sposób zgodny z planem, procedurami i przepisami ruchu lotniczego port
lotniczy mona zaoy
, e ma on szeregowo-równoleg struktur niezawodnociow.
Mona równie przyj
, e jest on w stanie gotowoci operacyjnej, jeeli w czasie
wykonywania operacji lotniczej bdzie istniaa co najmniej jedna minimalna cieka
zdatnoci (zdatna droga startowa i zbiór zdatnych lotniczych urzdze naziemnych, do
wykonywania operacji lotniczej na okrelonym kierunku drogi startowej) umoliwiajca
realizacj tej operacji.
Stan gotowoci operacyjnej portu lotniczego jest zdeterminowany przez
identyfikowalne czynniki (losowe i zdeterminowane) o znanych rozkadach
prawdopodobiestwa, opisujce: struktur niezawodnociow, ruch lotniczy i warunki
meteorologiczne.
Gotowo
operacyjn portu lotniczego mona wyrazi
w postaci zbioru stanów AA
umoliwiajcych realizacj danych operacji Op przez statek powietrzny s w czasie i [8]:
216
Paulina Staczyk, Anna Stelmach
AA(Op,si,R,pSE)=<SL(Op,i,R,pSE),WA(i),SP(si)>
(1)
gdzie:
AA(Op,si,R,pSE)
zbiór stanów gotowoci operacyjnej portu lotniczego do realizacji
operacji Op przez statek powietrzny s w czasie i
SL(Op,i,R,pSE)
zbiór stanów zdatnoci struktury portu lotniczego do realizacji
operacji Op przez statek powietrzny s w czasie i
WA
zbiór warunków meteorologicznych w czasie i, w którym operacj wykonuje
statek powietrzny si w danym porcie lotniczym
SP(si)
zbiór wymaga statków powietrznych klasy s obsugiwanych w czasie i
R
program obsugowy dróg startowych portu lotniczego
pSE
prawdopodobiestwa bezawaryjnej pracy urzdze technicznych w porcie
lotniczym
si
dany (np. wylosowany) dla chwili i egzemplarz statku powietrznego
obsugiwanego przez port lotniczy definiowany przez jego klas s
Op{A,D}
rodzaj operacji lotniczej (ldowanie lub start statku powietrznego)
Op
­ A ldowanie
®
¯ B start
(2)
Zbiór stanów zdatnoci struktury portu lotniczego SL mona zdefiniowa
w nastpujcy sposób:
SL(Op,i,R,pSE)=<DA(Op,i,R),SE(i,pSE),KP,PAW>
gdzie:
DA
SE
KP
PAW
(3)
dugo
rozporzdzalna
stan eksploatacyjny
kategoria oprzyrzdowania nawigacyjnego
rodzaj nawierzchni drogi startowej
Kady ze stanów zdatnoci wystpujcych w zbiorze zdatnoci SL mona opisa
zmienna stanu zdatnoci Xsz(i) w postaci ogólnej:
­1, - gdy dany element struktury portu lotniczego spenia odpowiednie warunki
Xsz (i) ®
¯0, - w przeciwnym przypadku
Zbiór meteorologicznych warunków wykonywania lotów:
Analiza wpywu elementów infrastruktury krytycznej na gotowo
operacyjn portu lotniczego
WA(i)=<lv(i), nvp(i)>
217
(4)
gdzie:
lv(i)
nvp(i)
zbiór meteorologicznych warunków widzialnoci w porcie lotniczym
zbiór meteorologicznych warunków wiatrowych w porcie lotniczym
Zbiór wymaga statków powietrznych:
SP(si)=<rl(si), Vsk(si)>
(5)
gdzie:
rl(si) zbiór wymaga dotyczcych drogi startowej
Vsk(si) warto
dopuszczalnej skadowej poprzecznej wektora wiatru przyziemnego
Ostatecznie mona zdefiniowa
funkcj celu gotowoci operacyjnej portu lotniczego
jako:
F X sz i : AA, N m ! 
oR
(6)
postaci:
F X sz i 1
N pNm ¦
siN p
Nm X sz si , pSE , R, KP , lv i nv p i , Vsk si (7)
gdzie:
R
N pNm zbiór liczb rzeczywistych
o
rozkadzie
liczno
naboru
statków
powietrznych
N(pNm)
prawdopodobiestwa pNm wystpowania poszczególnych klas statków
w naborze
Na rys. 2 zaprezentowano ogólny schemat postpowania w procesie badania gotowoci
operacyjnej portu lotniczego.
Wykorzystujc zdefiniowan funkcj celu (7), mona okreli
niezawodno
portu
lotniczego. Okrela ona prawdopodobiestwo wykonania operacji lotniczej w ruchu
lotniskowym, w sposób zgodny z planem, procedurami i przepisami ruchu lotniczego, dla
okrelonej zbiorowoci statków powietrznych. Okrela ona w jakim stopniu odpowiednie
elementy infrastruktury, tj. rodzaj nawierzchni oraz dugo
drogi startowej, stan
eksploatacyjny lotniska, warunki meteorologiczne, itp. wpywaj na gotowo
operacyjn
portu lotniczego.
218
Paulina Staczyk, Anna Stelmach
Dane
charakterystyki:
- lotniska
- pogody i inne
Dane
charakterystyki klas
statków powietrznych
Generator liczb losowych
Baza
danych
stan:
- portu lotniczego
- pogody
Filtr
danych
Generator liczb losowych
klasa statku powietrznego
Wyniki
funkcja celu gotowoci operacyjnej portu lotniczego
Rys. 2. Schemat badania gotowoci operacyjnej portu lotniczego
(ródo: opracowanie wasne)
5. PODSUMOWANIE
Infrastruktura krytyczna, w odniesieniu do portu lotniczego, okrela wszystkie
powizane ze sob funkcjonalne obiekty majce wpyw na gotowo
operacyjn oraz na
bezpieczestwo portu lotniczego, który moe by
obiektem niepodanych dziaa osób
trzecich.
Dlatego te, wprowadzenie pojcia funkcji gotowoci operacyjnej okrelajcej
spenienie warunków niezbdnych do realizacji koniecznych operacji w ruchu lotniczym
przez statek powietrzny, naley rozpatrywa
w powizaniu z badaniem infrastruktur
krytycznych danego portu lotniczego. Analizy tego typu maj bezporedni zwizek
z badaniem niezawodnoci portu lotniczego.
Na niezawodno
portu lotniczego maj wpyw okrelone wielkoci, takie jak: stany
zdatnoci portu lotniczego, warunki meteorologiczne, wymagania i rodzaj statku
powietrznego, program obsugowy dróg startowych portu lotniczego oraz urzdzenia
techniczne w porcie lotniczym. Wyznaczenie i uwzgldnienie wpywu elementów
infrastruktury krytycznej portu lotniczego moe posuy
do przeprowadzenia analiz
ryzyka w portach lotniczych.
Analiza wpywu elementów infrastruktury krytycznej na gotowo
operacyjn portu lotniczego
219
Bibliografia
1. Airport Service Manual. ICAO Doc 9137 - AN/898.
2. A method of Estimating the Capacity of Air Traffic Sectors - An Interim Report. CAA (UK) DORA
Research Paper 7301, 2001.
3. Annex 6, 10, 14 ICAO of the Convention on International Civil Aviation-Aerodromes (Fourth Edition –
July 2004).
4. Ashford N., Wright P.; Airport Engineering. J. Wiley & Sons, 1984
5. Cielak G.: Infrastruktura krytyczna lotnisk – kuracja ze skutkami ubocznymi, :Terroryzm”, 2010,
Korespondencja z pracownikiem PAP
6. Gilbo E. P.: Airport Capacity. Representation, Estimation, Optimization. IEEE Transaction on Control
Systems Technology, Vol.1, pp.144-154. 1993
7. Horonjeff R., Fransis X., Mc Kelevey: Planing and design of airport. Mc Graw-Aill Book Company, New
York, NY 10020
8. Kozowski M.: Metoda oceny gotowoci operacyjnej portu lotniczego. Rozprawa doktorska, WT PW,
Warszawa 2004.
9. Kozowski M., Malarski M.: Wyznaczanie zdatnoci operacyjnej portu lotniczego. Prace naukowe
Politechniki Radomskiej – Transport nr 1 (17) 2003, Radom 2003
10. Malarski M., Skorupski J.: Modelowanie i Optymalizacja. Metody i zastosowania. „Modelowanie pracy
portu lotniczego wykorzystujce kongesti ruchu”. Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa
2002.
11. Procedures for Air Traffic Services - Aircraft Operations. ICAO Doc 8168 - OPS/611
12. Stelmach A.: Metoda oceny procesu ruchu lotniczego w rejonie lotniska. Praca doktorska, WT PW, 2005
13. Ustawa Prawo Lotnicze z dnia 3 lipca 2002r.
IMPACT ANALYSIS OF CRITICAL INFRASTRUCTURE FOR OPERATIONAL
AVAILABILITY OF THE AIRPORT
Summary: The article discusses the problem of safety assessment at the airport whereas the term critical
infrastructure of the airport. In these times when the problem of violence and acts of unlawful interference we
have to do very often, the issue of security is becoming increasingly important.
In order to analyze the security of the airport to define the basic concept of the airport infrastructure and its
components, and determine the extent to which they affect the level of security. The amount by which you
can specify the level of security is reliability. Airport is characterized by a series-parallel structure and is
ready when the time air operations, there will be at least a minimum fitness path thus providing the operation.
Keywords: operational availability, airport critical infrastructure