Micha "abu#
Przedsi+biorstwo Pa/stwowe Porty Lotnicze
WP"YW A-SMGCS NA BEZPIECZE(STWO
OPERACJI LOTNISKOWYCH
R+kopis dostarczono: luty 2014
Streszczenie: W artykule opisano budow+ systemu A-SMGCS stosowanego m.in. do poprawy
bezpiecze/stwa operacji lotniskowych. W odniesieniu do tego systemu opisano schemat podejmowania decyzji i wystBpienia bD+du w ukDadzie czDowiek-maszyna. W ko/cowej cz+Fci opisano przypadek katastrofy lotniczej i wskazano miejsca, w których dziaDajBcy system nie pozwoliD by na zaistnienie tego zdarzenia lub poprawiDby efektywnoFX akcji ratowniczo-gaFniczej.
S owa kluczowe: A-SMGCS, bezpiecze/stwo, podejmowanie decyzji
1. A-SMGCS
1.1. OPIS FUNKCJONALNY SYSTEMU
A-SMGCS (Advanced Surface Movement Guidance and Controls Systems) to zaawansowany system kontroli i kierowania ruchem w polu manewrowym lotniska. Jest to system majBcy na celu zwi+kszenie bezpiecze/stwa operacji lotniczych na ziemi, niezb+dnego dla utrzymania zdolnoFci operacyjnych lotniska w warunkach ograniczonej widzialnoFci.
Podr+cznik ICAO Doc 9830 z 2004 roku definiuje podstawowe funkcje tego systemu na 4 poziomach:
a) Nadzór (Surveillance), polegajBcy na uFwiadomieniu kontrolerów (oraz w ograniczonym zakresie pilotów i kierowców pojazdów) o aktualnej nad sytuacji operacyjnej, (np. wyFwietlacze pokazujBce pozycj+ i identyfikacj+ wszystkich statków powietrznych i pojazdów);
b) Sterowanie (Control), zapewniajBc wykrywanie konfliktów i alarmowanie potencjalnych konfliktach na zarówno na drogach startowych jak i w caDym polu manewrowym lotniska;
c) Trasowanie (Routing), to r+czne lub automatyczne wyznaczanie najbardziej efektywnej trasa przeznaczonej osobno dla kaadego statku powietrznego lub pojazdu;
kierowania i funkcji planowania, ale ich wytyczne nie zostaDy jeszcze okreFlone.
1.2. ELEMENTY SYSTEMU
Jak w kaadym systemie nawigacyjnym w lotnictwie, jakim niewBtpliwie jest A-SMGCS rozwiBzania stosowane w indywidualnych implementacjach muszB speDniaX, poza ogólnymi, wiele szczegóDowych, lokalnych wymaga/. Tym nie mniej w kaadym z istniejBcych i projektowanych systemów moana wyróaniX nast+pujBce elementy:
• SMR (Surface Movement Radar) – Radar kontroli powierzchni sDuaBcy do wykrywania statków powietrznych i pojazdów na powierzchni lotniska. Jest on uaywany przez kontrolerów ruchu lotniczego w celu uzupeDnienia wizualnych obserwacji. Stosowany zwDaszcza w nocy i podczas sDabej widocznoFci do monitorowania przepDywu samolotów i pojazdów.
• MLAT – Multilateracja jest technologiB wykorzystujBcB odbiór emisji radiowych, zarówno zamierzonych, jak i pochodzBcych od systemów pokDadowych. Korzysta si+ z odpowiedzi transponderów radaru wtórnego w trybach (modach) 3/A, C i S. Odpowiedzi te mogB byX rzeczywistymi odpowiedziami na zapytania radaru wtórnego lub tea zaprogramowanymi emisjami samorzutnymi. Sama zasada dziaDania jest analogiczna do hiperbolicznych systemów nawigacyjnych. Pewna iloFX stacji odbiorczych umiejscowiona w strategicznych miejscach lotniska odbiera odpowiedzi transponderów ze statków powietrznych. Pozycja statku powietrznego wyznaczana jest na podstawie róanicy w czasie dotarcia odpowiedzi do poszczególnych stacji.
• ADS-B – (Automatic Dependant Surveilance – Broadcast), automatyczny system raportowania pozycji statku powietrznego. Jest to system niezaleany od A-SMGCS, lecz stanowi waane hródDo danych dla stacji MLAT.
• Data Fusion – ukDad DBczenia danych pochodzBcych z róanych hródeD. Poza danymi pochodzBcymi z systemu A-SMGCS pobiera dane z lotniskowych baz danych, systemu A-CDM, depesz itp. Zawiera w sobie równiea szereg algorytmów optymalizacyjnych i filtrujBcych.
Rys. 1. Schemat dziaDania M-LAT
2. PODEJMOWANIE DECYZJI W UK"ADZIE
CZ"OWIEK-MASZYNA
Przyjmijmy, ae chcielibyFmy opisaX prawdopodobie/stwo wystBpienia ogólnie poj+tej utraty zdatnoFci w ukDadzie czDowiek-maszyna w obiekcie technicznym, jakim jest lotnisko. Jeaeli proces utraty sprawnoFci operatora jest procesem Markowa, to dla klasycznego ukDadu dwustanowego, rozwiBzanie ogólnych równa/ KoDmogorowa wyznacza funkcj+ niezawodnoFci (bezpiecze/stwa) obiektu:
# # ! " $ % $ $ t t ZN u du ZN t e p t R ) ( ) , ( ) , ( (1) gdzie: ) , (t $
R – prawdopodobie/stwo, ae w czasie nie nastBpi przejFcie ukDadu w stan
niezdatnoFci; ) , (t$
pZN – prawdopodobie/stwo utraty sprawnoFci operatora;
) (u ZN
Rys. 2. Struktura procesu zdarze/ prowadzBcych do incydentu
Przyj+te nast+pujBce oznaczenia:
0
U
% – intensywnoFX wystBpienia bD+du technicznego,
1
U
% – intensywnoFX prawidDowej pracy urzBdzenia,
0
C
% – intensywnoFX podejmowania przez czDowieka bD+dnych decyzji,
1
C
% – intensywnoFX podejmowania przez czDowieka prawidDowych decyzji.
Prawdopodobie/stwo przejFcia ze stanu zdatnoFci (ZC, ZU) do stanu niezdatnoFci
DBcznej (NC, NU), a tym samym zaistnienia zdarzenia lotniczego, wynosi (2):
& ' & ' (( ) * ++ , -" " ! ! ! " " ! ! " . . ! ! # ! " ! " / t U U C C U U t U U C C C C U U U C C C N N Z Z U C U U U C U C e e t p 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 ) , ( ) , ( 1 ) ( % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % (2)
OczywiFcie przy analizie podejmowania decyzji naleay uwzgl+dniX caDoFX struktury niezawodnoFciowej obiektu technicznego, jakim jest lotnisko. Powyaszy wzór dotyczy tylko pojedynczej zaleanoFci w ukDadzie CzDowiek-Maszyna. Naleay go teraz odpowiednio przeDoayX na skomplikowanB, redundantnB, szeregowo-równolegDB struktur+ niezawodnoFciowB lotniska. Z uwagi na szczupDoFX miejsca struktura ta nie zostanie szczegóDowo omówiona w niniejszym referacie.
Ogólnie moana stwierdziX, ae zaleanoFX na prawdopodobie/stwo poprawnej pracy systemu o strukturze k z n, przy zaDoaeniu ae czasy poprawnej pracy jego elementów sB niezaleanymi zmiennymi losowymi, jest nast+pujBca:
Dzia#anie nieprawid#owe 1 C % 0 U % ZC NU ZC NU
) ( ) ( 1 t R t R m j j s
0
# # (3) gdzie:Rj(t) – prawdopodobie/stwo poprawnej pracy odniesione do j-tej kombinacji zdatnych
elementów dajBcej zdatnoFX systemu,
m – liczba kombinacji zdatnych elementów dajBcych zdatnoFX systemu (liczba stanów
zdatnoFci systemu).
3. ANALIZA WP"YWU A-SMGCS NA BEZPIECZE(STWO
NA PRZYK"ADZIE ZDARZENIA LOTNICZEGO
3.1. KATASTROFA SAS SK 686 – MEDIOLAN
3.1.1. Opis katastrofy
Dnia 8 pahdziernika 2001 r. na mediola/skim lotnisku Linate samolot MD-87 linii lotniczych SAS, lot nr SK686 do Kopenhagi, zderzyD si+ w czasie startu z odrzutowcem Cessna Citation D-IEVX. W wyniku zderzenia zgin+Dy wszystkie osoby na pokDadzie obu samolotów (110 na pokDadzie MD-87 i 4 w Cessnie), oraz 4 osoby pracujBce w sortowni bagaau, w którB uderzyD samolot SAS.
W dniu katastrofy na lotnisku panowaDa g+sta mgDa - widocznoFX nie przekraczaDa 50-100 m. Lotnisko nie posiadaDo odpowiednich systemów do kontroli koDowana samolotów po pDycie lotniska. Mimo, ae w 1998 r. zostaD zakupiony radar SMR w ciBgu 3 lat nie zostaD on zainstalowany. Do pomocy kontrolerom sDuayDa mapa lotniska i kartka, na której odnotowywano poDoaenie statków powietrznych.
Pilot dyspozycyjnej Cessny z 4 osobami na pokDadzie poprosiD kontrol+ naziemnB o zgod+ na koDowanie do progu drogi startowej. Kontroler nakazaD koDowanie na póDnoc drogB "R5" oraz zgDoszenie zatrzymania na przedDuaeniu progu drogi startowej 36R (tym samym omijajBc drog+ startowB w uayciu). Pilot jednak bD+dnie skr+ciD na poDudnie w drog+ "R6" prowadzBcB bezpoFrednio na drog+ startowB w uayciu.
Jednym z momentów, w którym moana byDo zapobiec katastrofie, byDo zgDoszenie przez pilota Cessny mini+cia zatoki drogi "S4", która nie byDa zaznaczona na oficjalnej mapie lotniska i o której istnieniu nie miaD poj+cia kontroler. Pilot, kontynuowaD koDowanie drogB "R6", gdy dojechaD do linii zatrzymania przed drogB startowB skontaktowaD si+ z wieaB. ZameldowaD, ia stoi w punkcie oczekiwania (w jego i kontrolera mniemaniu przed póDnocnB pDytB postojowB) i oczekuje na zezwolenie na kontynuowanie koDowania. Kontroler zezwoliD na kontynuowanie koDowania po "gDównej pDycie postojowej" i gDównej drodze koDowania" (nazwy sprzeczne z oficjalnie obowiBzujBcymi).
W tym samym momencie, od innego kontrolera, skandynawski MD-87 dostaD zgod+ na wjazd na drog+ startowB i rozpocz+cie startu. W momencie, gdy MD-87 osiBgnBD znacznB
udzielona w odpowiednim czasie.
3.1.2. Przyczyny katastrofy
Jako gDównB przyczyn+ katastrofy wskazano brak systemu, monitorujBcego pozycje statków powietrznych w polu manewrowym lotniska. OdpowiedzialnoFX spada tutaj na wDadze lotniska, które dopuFciDy do tego, ae przez 3 lata dostarczony system nie zostaD zamontowany. Ponadto win+ ponosi system organizacji kontroli ruchu naziemnego (dwóch kontrolerów nie wymieniajBcych si+ informacjami o prowadzonym ruchu, brak odpowiednich szkole/), jak i sam kontroler prowadzBcy Cessn+, który mógD kilkakrotnie zauwaayX pomyDk+.
3.1.3. Analiza Ryzyka
Sam przypadek katastrofy lotniczej w Mediolanie byD jua wielokrotnie opisywany w literaturze. Tym nie mniej warto spróbowaX dokonaX jego analizy w oparciu o narz+dzia analizy ryzyka jakich dostarcza nam norma PN-EN ISO 31010.
Norma ta opisuje zbiór narz+dzi majBcych zastosowanie w róanych aspektach analiz ryzyka. Jako narz+dzie w najwi+kszym stopniu ukazujBce wpDyw A-SMGCS na bezpiecze/stwo wskazano tu metod+ Bow-Tie. Stanowi ona uporzBdkowane i zrozumiaDe zwizualizowanie zaleanoFci pomi+dzy przyczynami wywoDujBcymi zagroaenia, zjawiskami eskalujBcymi te zagroaenia, aa do niepoaBdanych skutków oraz istniejBcymi (lub moaliwymi) Frodkami kontrolujBcymi ryzyko - zarówno od strony przyczyn jak i skutków. Po raz pierwszy o tej metodzie wspomniano w 1979, w publikacji Uniwersytetu w Queensland, w Australii. Samo tworzenie diagramu Bow-Tie rozpoczyna si+ od zdefiniowania zjawiska, które generuje zagroaenie lub samego zagroaenia. Lewa strona diagramu pokazuje zdarzenia inicjujBce dane ryzyko oraz istniejBce Frodki zabezpieczajBce nie pozwalajBce tym zdarzeniom zaistnieX. Prawa strona pokazuje moaliwe skutki lub scenariusze rozwoju wypadków, jeFli zdarzenie zmaterializuje dane ryzyko, oraz pokazuje Frodki zapobiegawcze po stronie skutków nie pozwalajBce zdarzeniu eskalowaX. Metoda jest powszechnie wykorzystywana do rozpracowania ryzyk zwiBzanych z wypadkami przy pracy, incydentami Frodowiskowymi, zjawiskami takimi jak ogie/, wybuch, powódh, czy tea ryzyka IT i bezpiecze/stwa fizycznego. Firmy takae wykorzystujB jB niejednokrotnie do zademonstrowania, ae dane ryzyko speDnia zasad+ ALARP.
Rys. 4. Uproszczony schemat Bow-Tie dla zdarzenia ze wskazaniem barier pochodzBcych z systemu A-SMGCS
i wczeFniejsze wykrycie wraku Cessny na drodze startowej, a co za tym idzie prawdopodobne uratowanie czterech jej pasaaerów.
4. PODSUMOWANIE
Jak przedstawiono w niniejszym referacie budowa systemu A-SMGCS to dla lotniska ogromna poprawa bezpiecze/stwa wykonywania operacji lotniczych. System ten przez ksztaDtowanie w czasie rzeczywistym FwiadomoFci operacyjnej wpDywa na poprawnoFX podejmowania decyzji, oraz dzi+ki automatycznym moduDom wykrywania kolizji pozwala na odpowiednio wczeFniejszB reakcj+ kontrolera na sytuacje potencjalnie niebezpieczne. W teorii podejmowania decyzji jego wpDyw moana opisaX, jako zwi+kszenie wspóDczynnika %C0 i odpowiednie zmniejszenie %C1
.
OczywiFcie rodzi si+ tu pytanie czy niezawodnoFX tego systemu jest na tyle wysoka, aby on sam nie staD si+ przyczynB ewentualnych incydentów lotniczych. Otóa stosowane w systemie A-SMGCS zabezpieczenia powodujB, ae w przypadku krytycznych dla niego awarii ulega on stopniowej degradacji do niaszego poziomu, nie dopuszczajBc do sytuacji zagroaenia bezpiecze/stwa i umoaliwiajBc proceduralnB prac+ kontrolera.
Bibliografia
1. Podr+cznik ICAO Doc 9830.
2. PN-EN 31010:2010 ZarzBdzanie ryzykiem – Techniki oceny ryzyka.
3. Jahwi/ski J., Borgo/ J.: NiezawodnoFX eksploatacyjna i bezpiecze/stwo lotów. Warszawa, WKib 1989. 4. Gerek J.,Winiewski A.: Analiza ZawodnoFci UkDadu CzDowiek – Technika na PrzykDadzie Wybranego
Zdarzenia Lotniczego. MateriaDy konferencyjne XXXVII ZSN Szczyrk 2009.
5. babuF M.: Projekt Systemu A-SMGCS na Lotnisku Chopina w Warszawie w Aspekcie Poprawy PrzepustowoFci i Bezpiecze/stwa Wykonywania Operacji Lotniczych. MateriaDy konferencyjne, III MKN D+blin 2013.
6. ZapData S.: Metody oceny ryzyka na potrzeby implementacji znormalizowanych systemów zarzBdzania. WspóDczesne ZarzBdzanie. 1/2012 WUJ Kraków 2012.
A-SMGCS IMPACT ON AIRPORT OPERATIONS SAFETY
Summary: The article describes the construction of the A-SMGCS used, among others, to improve the
safety of airport operations. In relation to this system article describes a scheme decision-making and an error occurs in the man-machine system. The final part describes the case of the plane crash and indicated the points where the operating system would not allow for the existence of this event or would improve the effectiveness of emergency response.
