JUSTIFICATION OF THE NEED FOR COMPETENT ACCOUNTING OF METEOROLOGICAL INFORMATION IN THE PLANNING AND EXECUTION OF AIRCRAFT FLIGHTS

ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ГРАМОТНОГО УЧЁТА МЕТЕОИНФОРМАЦИИ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ И ВЫПОЛНЕНИИ ПОЛЁТОВ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

Научная статья

Голивцова Н.С.^1, *, Будзинский В.Д.²

¹ ORCID: 0000-0002-4160-0294;

^{1, 2} Санкт-Петербургский Государственный университет гражданской авиации, Санкт-Петербург, Россия

* Корреспондирующий автор (nadezdags[at]yandex.ru)

Аннотация

Рассматривается система информационной поддержи принятия решений при планировании авиаперевозок и воздействие полётов на экологию. Выявленные проблемы связаны с необходимостью улучшения качества получаемой метеорологической информации для предполетной подготовки членов летных экипажей и осведомленности диспетчерского состава в прогнозируемой метеорологической обстановке, использования вертикальных разрезов атмосферы для получения необходимых метеорологических данных при планировании маршрута и ознакомления с возможными сложными метеоусловиями. Авторами предлагается внедрение конкретной методики расчета полезности прогностической информации, учитываемой на этапах планирования полетов, принятие решения на вылет, а также перепланирования в полете.

Ключевые слова: оценка экономической полезности метеорологических прогнозов, повышение экологическойбезопасности полётов, опасные явления погоды для авиации, планирование воздушного движения.

JUSTIFICATION OF THE NEED FOR COMPETENT ACCOUNTING OF METEOROLOGICAL INFORMATION IN THE PLANNING AND EXECUTION OF AIRCRAFT FLIGHTS

Research article

Golivtsova N.S.^1, *, Budzinsky V.D.²

¹ ORCID: 0000-0002-4160-0294;

^{1, 2} Saint Petersburg State University of Civil Aviation, Saint Petersburg, Russia

* Corresponding author (nadezdags[at]yandex.ru)

Abstract

The current article examines the system of information support for decision-making in the planning of air transportation and the impact of flights on the environment. The identified problems are related to the need to improve the quality of meteorological information received for pre-flight training of flight crew members and awareness of the dispatching staff in the predicted meteorological situation, the use of vertical sections of the atmosphere to obtain the necessary meteorological data when planning a route and familiarization with possible difficult weather conditions. The authors propose the introduction of a specific methodology for calculating the usefulness of predictive information taken into account at the stages of flight planning, decision-making for departure, as well as in-flight rescheduling.

Keywords: assessment of the economic usefulness of meteorological forecasts, improvement of environmental safety of flights, dangerous weather phenomena for aviation, air traffic planning.

Введение

Использование специализированной гидрометеорологической информации позволяет снижать погодные риски, предотвращать возможные ущербы или сокращать воздействия неблагоприятных погодных условий в ежедневной работе авиационных предприятий. В 2020 году общий экономический эффект от использования гидрометеорологической информации во многих отраслях экономики превысил показатели 2019 г и составил 56,5 млрд руб. [1] На рисунке 1 представлено распределение экономического эффекта по видам экономической деятельности за 2020 год.

Рис. 1 – Распределение ЭЭ по видам экономической деятельности

 

Спецификой авиационных потребителей метеорологической информации является то, что деятельность происходит в условиях наиболее высокого риска метеорологической опасности, так как именно авиация в наибольшей степени подвержена влиянию опасных явлений погоды. Авиационные потребители заинтересованы в получе­нии данных о фактических и прогностических условиях погоды, включая специализированные прогнозы, что в итоге составляет 83,3 % метеорологической информации [8].

На этапе организации планирования полётов ВС долгосрочное и среднесрочное прогнозирование метеорологических условий, основанное в том числе на данных о региональных климатических особенностях и информации, получаемой от сети доступных средств метеорологических наблюдений, так и данных многолетних изменений климата в условиях его глобального потепления. Развитие такого подхода к планированию полетов ВС позволит снизить количество инцидентов и катастроф, связанных с метеоусловиями, число ВС, ушедших на запасные аэродромы и, следовательно, финансовые издержки авиакомпаний. Также, за счет повышения топливной эффективности можно достичь уменьшения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, что положительно повлияет на экологическую безопасность.

На сегодняшний день российские пилоты-любители, авиакомпании получают метеорологическую информацию от органов «Авиаметтелеком Росгидромета», а также из Интернета у иностранных провайдеров, таких как: SITA (Швейцария), Jeppesen (США; входит в Boeing), Lido (Германия), JetPlanning (Германия). В то же время информация, предоставляемая в открытом доступе, не всегда вызывает доверие.

Авторами было разработано одно из направлений совершенствования системы информационной поддержи принятия решений, заключающееся в развитии технологий оперативного предоставления пользователям воздушного пространства (ВП) актуальной и достоверной информации об условиях погоды в радиусе аэродромной зоны с использованием гидродинамической модели атмосферы высокого разрешения и специализированных данных аэродромных наблюдений и данных полученных с борта воздушного судна (ВС). В целях обоснования целесообразности внедрения нового подхода при осуществлении планирования авиаперевозок авторами была проведена оценка точности прогноза полей параметров атмосферы и его полезности.

Оценка точности прогноза параметров атмосферы

Одной из основных задач авиации является обеспечение экономичности полетов ВС. Прогнозы погоды непосредственно связаны с данным фактором, не трудно в этом удостовериться. Например, если в прогнозе погоды по маршруту не было сказано о вероятности появления грозы, то пилоты, естественно, не рассчитывали на то, что им придется применять маневры по обходу зоны грозовой деятельности, либо прибегать к иным мерам обеспечения безопасности полета. Это, в свою очередь спровоцирует появление непредвиденных расходов на топливо, место стоянки и т.п. В другом же случае, члены экипажа имеют возможность заранее подготовится к явлениям, с которыми они могут столкнуться при выполнении полета по маршруту, а также диспетчер может помочь экипажу проложить безопасный и наиболее экономичный маршрут полета, следуя по которому экипаж сможет сохранить активы авиакомпании, не понеся убытков на непредвиденные обстоятельства. Следует упомянуть, что чем меньше полетное время, тем меньше негативного экологического воздействия оказывает полет ВС на окружающую среду, тем самым повышение точности прогнозирования оказывает позитивное влияние на экологическую безопасность.

Становится очевидно, что точность прогноза является очень важной его характеристикой. Именно она помогает оценить, насколько средства получения метеорологической информации предоставляют точную информацию, с помощью чего можно сделать вывод о необходимости их усовершенствования. Точность авиационного прогноза можно охарактеризовать при помощи специальной матрицы – матрицы оправдываемости прогнозов параметров атмосферы. Полезность данной матрицы заключается в том, что ее можно составить и провести качественный анализ для каждого параметра атмосферы, включая погодные явления. Допустим, у нас есть определенные данные по диагностическому ветру. Составляем матрицу в виде Таблицы 1:

 

Таблица 1 – Матрица оправдываемости прогноза диагностического ветра

Примечание: в данной матрице: Ф –явление наблюдалось; Ф’–явление не наблюдалось; П –явление неблагоприятного условия погоды прогнозировалось; П’–явление неблагоприятного условия погоды не прогнозировалось [2]

 

Анализируя данную матрицу, мы можем определить успешность прогнозов. Согласно ФАП «Предоставление метеорологической информации для обеспечения полетов воздушных судов» [3] (Приказ Минтранса России от 03.03.2014 № 60), в 80% случаев прогнозы должны предсказывать величину ветра в диапазоне 3 м/с. Теперь посмотрим на отношение несбывшихся прогнозов к сбывшимся:

где X – процент, показывающий, в скольких случаях явление, которое было спрогнозировано, реально наблюдалось [4].

В данном случае мы можем сказать, что прогнозы, получаемые по предложенному авторами методу [4], положенному в основу технологии совершенствования системы информационной поддержи принятия решений, удовлетворяют требованиям к точности метеорологической информации для обеспечения приемлемого уровня безопасности полетов.

Рассмотрим, к каким последствиям может привести низкая точность определения скорости ветра в прогнозе. Члены летных экипажей не имеют права производить взлет и посадку при определенном значении скорости ветра, эти ограничения также прописаны для отдельного типа воздушного судна в руководстве по летной эксплуатации. Очевидно, что если на аэродроме посадки наблюдается увеличение скорости ветра, то самолет безопаснее и экономически выгоднее оставить на земле. Неподходящие условия по скорости ветра могут привести к задержкам рейсов, непредвиденным уходам на второй круг или к уходу на запасной аэродром. Также это влияет на безопасность полетов, так как повышаются риски свершения авиационных инцидентов, либо происшествий. Стоит упомянуть и экономические потери авиакомпаний вследствие этих действий.

Оценка полезности прогноза параметров атмосферы

Наряду с точностью прогнозов следует также рассмотреть и такую характеристику, как их полезность.

Авторами предлагается внедрение методики расчета полезности прогностической информации, учитываемой на этапах планирования полетов, принятие решения на вылет, а также перепланирования в полете. Данная методика позволит выбирать качественного провайдера метеорологической информации на основе оценки точности предоставляемой прогностической информации, и обосновать целесообразность предлагаемого авторами нового подхода к совершенствованию системы информационной поддержи принятия решений, основанного на внедрении разработанной технологии получения метеорологической информации и предоставления ее эксплуатантам [4].

Полезность прогнозов можно представить в виде функции потерь, которая выражается по следующей формуле:

 

где  – фактическая погода (явление, условие) в период, предусмотренный прогнозом и действие потребителя (пилота) . Действие ограничивается принятием одного из двух решений: принимать защитные меры, либо не применять. Соответственно, для пилота – это либо принять решение на вылет, либо наоборот. Также для примера, на этапе захода на посадку может быть принято решение на посадку или решение на ожидание в зоне ожидания вблизи аэродрома. Матрица потерь представлена в виде следующей Таблицы 2:

 

Таблица 2 – Матрица потерь

Примечание: в данной матрице: Ф – явление наблюдалось; Ф’– явление не наблюдалось;  – затраты на меры защиты;  – прямые потери в случае ошибок-пропусков явления или опасного условия погоды;  = 0 – потери отсутствуют; ε  – коэффициент непредотвращенных потерь

 

С помощью данной матрицы можно определить, какие потери понесет авиакомпания в зависимости от того, наблюдалось ли опасное явление погоды или нет, а также принятого решения командира воздушного судна [2], [10].

К примеру, командир воздушного судна решил не производить взлет при прогнозе шторма. В таком случае авиакомпания понесет убытки, связанные с предпринятым действием. Однако, если командир воздушного судна (КВС) принял решение об отмене полета, шторм наблюдался, и самолет был подвергнут вследствие шторма механическому воздействию (попадание инородного предмета, вызвавшее повреждение обшивки, антенн, остекления и т.п.), то авиакомпания понесет убытки, не только связанные с принятым решением КВС, но и связанные с повреждением ВС [5].

Анализируя эти данные, мы можем с уверенностью сказать, что точность и полезность авиационных прогнозов напрямую связана с безопасностью полетов, экологической безопасностью, регулярностью и экономичностью полетов [6]. С этой точки зрения существует необходимость улучшения качества получаемой метеорологической информации, улучшение качества предполетной подготовки членов летных экипажей и осведомленности диспетчерского состава в прогнозируемой обстановке, использования вертикальных разрезов атмосферы для получения необходимых метеорологических данных при планировании маршрута и ознакомления с возможными сложными метеоусловиями.

Но на всех этапах полёта важна достоверная информация. Так, например, сложные условия на взлете и посадке характеризующиеся ограни­ченной видимостью и высотой нижней границей облачности, грозами, шквалами, сильными ливневыми осадками и вертикальными сдвигами ветра, могут стать причиной ухода ВС на запасной аэродром, полета в зоне ожидания, что в следствии повлечет увеличенный расход топлива, дополнительные экономические потери авиакомпании, повышенное загрязнение атмосферы [7], [9].

Таким образом, внедрение предлагаемого авторами подхода совершенствования системы информационной поддержи принятия решений при планировании авиаперевозок и технологии получения и передачи пользователям метеорологической информации является целесообразным с точки зрения улучшения экологической и экономической ситуации. Реализация этих предложений будет способствовать повышению уровня безопасности полетов, экологической безопасности и снижению стоимости авиаперевозок, что в первую очередь коснется внутреннего рынка.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Обзор деятельности Росгидромета, 2020 г., С.12
2. Дробжева Я.В. Метеорологические прогнозы и их экономическая полезность. Учебное пособие / Я.В. Дробжева, О.В. Волобуева. – СПб.: Адмирал, 2016 -116 с.
3. ФАП «Предоставление метеорологической информации для обеспечения полетов воздушных судов», 2014. -58 с.
4. Moiseeva N.O. Methodological issues of improving the efficiency of meteorological support for regional air transportation / N.O. Moiseeva, G.V. Kovalenko // Intertational journal of engineering and technology. 2013. С. 13
5. Богаткин О.Г. Анализ и прогноз погоды для авиации / О.Г. Богаткин, В.Д. Еикеева. С.-Петербург, Гидрометеоиздат, 1992г., -348 с.
6. Бородинова А.С. Оценка экономической эффективности метеорологического обеспечения полетов в Российской Федерации / А.С. Бородинова, Л.Ю. Белоусова // Международный Научно-исследовательский журнал, 2015 г. С. 5
7. Руководство ВМО по возмещению расходов на авиационное метеорологическое обслуживание, 2008 г., -147с
8. ООН, Из-за пандемии число авиапассажиров сократилось до уровня 2003 год. [Электронный ресурс]: URL: https://news.un.org/ru/story/2021/01/1394402 (дата обращения: 23.09.20021)
9. Белов Э.А. Метеорологическое обеспечение полетов гражданской авиации: проблемы и пути их решения» / Э.А. Белов. 2018. - 251 с.
10. Новиков П.В. Алгоритм высокоточных вычислений метеодобавки скорости ветра для участка полета воздушного средства / П.В. Новиков // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2012. № 11. С. 5–7. [Электронный ресурс]: URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=17105440 (дата обращения: 23.09.2021)

Список литературы на английском языке / References in English

1. Obzor dejatel'nosti Rosgidrometa [Review of the activities of Rosgidromet], 2020, p.12 [in Russian]
2. Drobzheva Ya.V. Meteorologicheskie prognozy i ikh ehkonomicheskaja poleznost'. Uchebnoe posobie [Meteorological forecasts and their economic usefulness. Textbook] / Ya.V. Drobzheva, O.V. Volobueva. - St. Petersburg: Admiral, 2016 - 116 p. [in Russian]
3. Federal Aviation Regulations Predostavlenie meteorologicheskojj informacii dlja obespechenija poletov vozdushnykh sudov ["Provision of meteorological information for aircraft flights"], 2014. - 58 p. [in Russian]
4. Moiseeva N.O. Methodological issues of improving the efficiency of meteorological support for regional air transportation / N.O. Moiseeva, G.V. Kovalenko // Intertational journal of engineering and technology. 2013. С. 13
5. Bogatkin O.G. Analiz i prognoz pogody dlja aviacii [Analysis and weather forecast for aviation purposes] / O. G. Bogatkin, V. D. Eikeeva. St. Petersburg, Hydrometeoizdat, 1992, -348 p. [in Russian]
6. Borodinova A.S. Ocenka ehkonomicheskojj ehffektivnosti meteorologicheskogo obespechenija poletov v Rossijjskojj Federacii [Assessment of the economic efficiency of meteorological support of flights in the Russian Federation] / A. S. Borodinova, L. Yu. Belousova // Mezhdunarodnyjj Nauchno-issledovatel'skijj zhurnal [International Research Journal], 2015, p.5 [in Russian]
7. Rukovodstvo VMO po vozmeshheniju raskhodov na aviacionnoe meteorologicheskoe obsluzhivanie [WMO Guidelines on Reimbursement of Costs for Aviation Meteorological Services], 2008, -147 p. [in Russian]
8. OON, Iz-za pandemii chislo aviapassazhirov sokratilos' do urovnja 2003 god [UN, Due to the pandemic, the number of air passengers decreased to the level of 2003]. [Electronic resource]. URL: https://news.un.org/ru/story/2021/01/1394402 (accessed: 23.09.20021) [in Russian]
9. Belov E.A. Meteorologicheskoe obespechenie poletov grazhdanskojj aviacii: problemy i puti ikh reshenija ["Meteorological support of civil aviation flights: problems and ways to solve them"] / E. A. Belov, 2018, -251 p. [in Russian]
10. Novikov P.V. Algoritm vysokotochnykh vychislenijj meteodobavki skorosti vetra dlja uchastka poleta vozdushnogo sredstva [The algorithm of high-precision calculations of the wind speed meteorological correction for the flight section of the aircraft] / P. V. Novikov // Nauka i obrazovanie. MGTU im. N.Eh. Baumana [Science and education. Moscow State Technical University named after N.E. Bauman]. 2012. No. 11, pp. 5-7. [Electronic resource]. URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=17105440 (accessed: 23.09.2021) [in Russian]