HRP20210018B1 - Postupak rada sustava za kontrolu zračnog prometa - Google Patents

Abstract

Predmetni izum otkriva postupak rada sustava za kontrolu zračnog prometa promatranog zračnog prostora <IMAGE NAME="20210018_01" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> koji koristi istovremeno jedan ili više kontrolora zračnog prometa koji su zaduženi za nadzor mnoštva zrakoplova <IMAGE NAME="20210018_02" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> <IMAGE NAME="20210018_03" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> u zračnom prostoru <IMAGE NAME="20210018_04" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> koji sadrži zračni prostor <IMAGE NAME="20210018_05" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> kao svoj podskup. Uz radne stanice kontrolora, računalnog servera (20) i baze podataka o zrakoplovima (30) koji se ažuriraju u realnom vremenu na bazi izračuna podataka primarnog i sekundarnog radara (10), sustav koristi i računalni model kompleksnosti (100) koji za zadanu konfiguraciju zrakoplova računa skalarnu vrijednost <IMAGE NAME="20210018_06" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> kao mjeru kompleksnosti prometne situacije <IMAGE NAME="20210018_07" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> i predlaže kratkotrajne mjere za upravljanje protokom i kapacitetom zračnog prometa [STAM]. Prednost izuma je u činjenici da za pouzdan rad sustava nije potrebno prethodno trenirati i prilagođavati rad sustava za postojeću geometriju zračnog prostora <IMAGE NAME="20210018_08" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> i <IMAGE NAME="20210018_09" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> ili novu geometriju <IMAGE NAME="20210018_10" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> što omogućava trenutnu primjenu postupka.The present invention discloses the method for air traffic control system operation of an observed airspace <IMAGE NAME="20210018_01" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> which is used at the same time by one or more air traffic controllers in charge of controlling a multitude of aircrafts <IMAGE NAME="20210018_02" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> <IMAGE NAME="20210018_03" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> in the airspace <IMAGE NAME="20210018_04" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> containing airspace <IMAGE NAME="20210018_05" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> as its subset. In addition to the workstations of the controllers, computer server (20) and aircraft database (30) that are updated in real time based on the calculation of primary and secondary radar data (10), the system also uses a computer complexity model (100) which for a given aircraft configuration calculates the scalar value <IMAGE NAME="20210018_06" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> as a measure of the complexity of the traffic situation <IMAGE NAME="20210018_07" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> and proposes short-term measures to control the flow and air traffic capacity [STAM]. The advantage of the invention is in the fact that for reliable operation of the system it is not necessary to pre-train and adjust the operation of the system for the existing airspace geometry <IMAGE NAME="20210018_08" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> and <IMAGE NAME="20210018_09" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> or the new geometry <IMAGE NAME="20210018_10" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> allowing the procedure to be applied immediately.

Description

Područje tehnike

Predmetni izum odnosi se na postupak rada sustava za kontrolu zračnog prometa koji koristi automatizirani postupak određivanja kompleksnosti zračnog prometa nad poznatim i nepoznatim zračnim prostorima na način koji nije opterećen subjektivnim procjenama kontrolora zračnog prometa zaduženih za spomenute zračne prostore. Područje tehnike predmetnog izuma pripada sustavima za kontrolu prometa, posebno sustavima za kontrolu prometa zrakoplova (eng. air trafic control [ATC]) gdje je potrebno pravovremeno identificirati povećanje kompleksnosti zračnog prometa te identificirati zrakoplove koji najviše doprinose povećanju kompleksnosti promatranog zračnog prometa.

Tehnički problem

Postupak rada sustava za kontrolu zračnog prometa provodi se već duže vrijeme uz značajnu podršku računalnih sustava koji olakšavaju praćenje prometne situacije i djelovanje samog centra za kontrolu zračnog prometa. Od esencijalne važnosti centra za kontrolu zračnog prometa je mogućnost ocjene kompleksnosti zračnog prometa u realnom vremenu i mogućnost da se spomenutom kompleksnošću upravlja od strane istog centra za kontrolu zračnog prometa.

Problem određivanja odgovarajuće ocjene kompleksnosti i dalje je značajan problem u kontroli zračnog prometa jer se kompleksnost zračnog prometa ocjenjuje subjektivno, iz perspektive kontrolora zračnog prometa. Kontrolori zračnog prometa promatraju i analiziraju podatke o prometu i procjenjuju koliko je određena prometna situacija kompleksna. Sve ostale metode su pokušaji približne procjene razine kompleksnosti prema subjektivnoj procjeni kontrolora zračnog prometa.

Bez obzira radi li se o potpuno matematičkom modelu koji ne uzima u obzir kontrolorove procjene kompleksnosti ili HITL (Human-in-the-loop) simulacijama obrađenim statističkim alatima, problem odgovarajućeg određivanja kompleksnosti i dalje je prisutan. Kako se promet povećava svake godine, određivanje kompleksnosti postat će vremenom još važnije jer značajno utječe na radno opterećenje kontrolora i kapacitet zračnog prostora.

Postojeće metode i modeli za određivanje kompleksnosti zračnog prometa imaju specifičnosti koje priječe široku upotrebu takvih modela. Uobičajeno se radi o jednoj ili više specifičnosti izabranih iz sljedećeg skupa:

A. nedostatna količina podataka prikupljenih za strojno učenje s obzirom na troškove povezane sa sudjelovanjem licenciranih kontrolora zračnog prometa za evaluaciju velikog broja prometnih situacija,

B. model koji je vezan za specifični zračni prostor i nije primjenjiv na drugom zračnom prostoru ili za njegovu primjenu je potrebna dugotrajna adaptacija koja može biti vremenski i duga i troškovno skupa, te

C. model koji je vezan za odabrano osoblje na kojem je testiran.

Gornji problemi čine svaki takav model neupotrebljiv za ocjenu kompleksnosti kada se pokušava trenutno primijeniti na različitim zračnim prostorima i na drugom osoblju. Prosječnom stručnjaku područja intuitivno je jasan izvor problema A-C, no ne i način kako prevladati te probleme i generalizirati pristup ocjenjivanja kompleksnosti po sustavu LOAA (Learn once, apply anywhere). Predmetni izum rješava ovaj problem, računalno implementiranim postupkom, s pogreškom koja je manja od prosječnog kontrolora, što će biti detaljnije elaborirano u samom opisu.

Primijenjeni računalni model procjene kompleksnosti prometne situacije dizajniran je tako da minimizira nekonzistentnost i samih kontrolora zračnog prometa. Naime, na setu pažljivo pripremljenih prometnih situacija primijećeno je u praksi da isti kontrolor procjenjuje različite razine kompleksnosti prometa s istim rezultatom kompleksnosti. Ovaj problem dobro je opisan u referenci 1):

1) Andraši P., Radišić T., Novak D., Juričić B. Subjective Air Traffic Complexity Estimation Using Artificial Neural Networks. Promet – Traffic & Transportation 2019; 31: 377–86; https://doi.org/10.7307/ptt.v31i4.3018

Postupak koji se koristi u predmetnom izumu u fazi treninga modela / izrade modela eliminira nekonzistentnost kontrolora s obzirom na samog sebe. Naime, kontrolor prometa uspoređuje, u danom trenutku, uvijek samo dvije prometne situacije i odabire, po njegovoj procjeni, kompleksniju situaciju. Taj postupak se primjenjuje dovoljan broj puta da se niz prethodno definiranih prometnih situacija sortira konzistentno od najmanje kompleksne prema najviše kompleksnoj prometnoj situaciji, korištenjem merge sort tehnike, s obzirom na istog kontrolora. S takvim pristupom eliminira se nekonzistentnost kod kontrolora i niti jedna prometna situacija nema jednaku razinu kompleksnosti, te se također unaprjeđuje postupak ocjene i značajnije doprinosi pouzdanosti i univerzalnosti generiranog modela.

Osnovni tehnički problem koji se rješava predmetnim izumom može se promatrati kao nadrastanje uočenog problema specifičnosti modela koji su do sada poznati u stanju tehnike. Jednom „sagrađen“ model kompleksnosti prema predmetnom izumu, u formi računalnog programa, omogućava da se na osnovu fizičkih podataka sustava za kontrolu zračnog prometa procjeni kompleksnost bilo koje prometne situacije nad danim zračnim prostorom i da se ta kompleksnost, izražena kao skalar, dalje učinkovito koristi u postupcima rada kontrole zračnog prometa.

U drugom aspektu izuma, primjenom nekih od mjerama za upravljanje protokom i kapacitetom zračnog prometa (STAM):

• virtualnog uklanjanja jednog zrakoplova iz spomenutog zračnog prostora; ili

• simuliranjem mijenjanja rute zrakoplova; ili

• simuliranjem mijenjanja visine zrakoplova; ili

• simuliranje mijenjanja vremena ulaska zrakoplova u promatrani zračni prostor; ili

• bilo koje druge potrebne STAM mjere;

dobiva se nova vrijednost mjere kompleksnosti zračnog prometa s obzirom na neku od gore navedenih i primijenjenih mjera provedenim nad specifičnim zrakoplovom u promatranom zračnom prostoru. Takva simulacija omogućava identifikaciju zrakoplova koji najviše doprinose kompleksnosti trenutne prometne situacije s obzirom na neku od primijenjenih mjera – što se signalizira i prikazuje na odgovarajućim radnim stanicama osoba zaduženih za nadzor u kontroli zračnog prometa. Pojednostavljeno rečeno, sustav sugerira od kojeg zrakoplova, ili više njih, i s kojom STAM mjerom treba započeti rješavanje postojeće prometne situacije u svrhu smanjenja kompleksnost zračnog prometa.

U sljedećem aspektu izuma, omogućava se nadzor i održavanje optimalne kompleksnosti zračnog prometa i radnog opterećenja kontrolora leta na način da sustav predlaže mjere takve da se kompleksnost zračnog prometa zadržava uvijek na određenoj razini u svrhu održavanja određenog stanja situacijske svijesti kontrolora zračnog prometa.

Stanje tehnike

Stanje tehnike je izuzetno bogato teorijskim radovima s obzirom na važnost zračnog prometa i ocjenu kompleksnosti istog. U kratkom pregledu navest ćemo same neke od, prema mišljenju izumitelja, najvažnijih radova područja.

2) Schmidt D. K. On Modeling ATC Work Load and Sector Capacity. Journal of Aircraft 1976:531–7.

https://doi.org/10.2514/3.44541

Autor u radu 2) pristupa problemu modeliranja opterećenja kontrolora iz kuta uočljivih radnji kontrolora. Autor je proveo opsežna istraživanja kako bi utvrdio odgovarajuće težine i frekvencije za različite događaje, no, ovaj pristup može pobrojati samo vidljive radnje kontrolora, što ovaj pristup čini vrlo ograničavajućim.

Autori u referencama 3)-5) razvili su 35 indikatora kompleksnosti od kojih je kasnije pokazano da je njih samo 17 uistinu statistički značajno. Uz to autori zaključuju da je pobrojane indikatora teško primijeniti u operativne svrhe.

3) Chatterji G., Sridhar B. Measures for air traffic controller workload prediction, Los Angeles: 2012.

https://doi.org/10.2514/6.2001-5242

4) Wyndemere I. An Evaluation of Air Traffic Control Complexity. Report NASA-2-14284, NASA Ames Research Center, CA, 1996.

5) Kopardekar P. Dynamic Density, A Review of Proposed Variables, Federal Aviation Administration William J. Hughes Technical Center, NAS Advanced Concept Branch (ACT-540), Atlantic City, NJ, 2000

Autori iz reference 6) koristili su samo jednostavne zadaće kontrolora za područje terminala kako bi razvili svoj model za ocjenu kompleksnosti. Problem ovog pristupa je što se isti ne mogu koristiti u drugom prometu i zračnom prostoru osim područja definiranog terminala.

6) Rank A., Dervic A. ATC complexity measures: Formulas measuring workload and complexity at Stockholm TMA. Linköping University, 2015.

http://liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:790857/FULLTEXT01.pdf

Kopardekar i suradnici, vidjeti referencu 7), pokazali su da težinski indikatori kompleksnosti nisu univerzalni za sve sektore zračnog prostora, tj. da se isti moraju prilagođavati po sektorima.

7) Kopardekar P, Magyarits S. Measurement and prediction of dynamic density. Proceedings of the 5th USA/Europe Air Traffic Management R & D Seminar, vol. 139, 2003.

Radišić i suradnici u referenci 8) zaključuju da model procjene kompleksnosti treba prilagoditi i ponovno osposobiti za svaki novi zračni prostor. Uz to su korištene HITL simulacije u kojima su kontrolori zračnog prometa ocjenjivali kompleksnost na skali od 1 do 7.

8) Radišić T, Novak D, Juričić B. Reduction of Air Traffic Complexity Using Trajectory-Based Operations and Validation of Novel Complexity Indicators. TRANSACTIONS ON INTELLIGENT TRANSPORTATION SYSTEMS 2017:PP: 1-11.

Autori iz reference 9 zaključuju da je kompleksnost zračnog prometa osnovni pokretač radnog opterećenja, ali da veza između kompleksnosti i radnog opterećenja nije jednostavna.

9) Mogford R.H., Guttman J.A., Morrow S.L., Kopardekar P. The Complexity Construct in Air Traffic Control: A Review and Synthesis of the Literature. MCKEE CITY NJ: CTA INCORPORATED; 1995.

Autori utvrđuju da su bitni i drugi čimbenici, kao što su kvaliteta opreme, individualne razlike i kognitivne strategije samih kontrolora. Dakle, uključivanje kontrolora na simulator u stvarnom vremenu radi procjene kompleksnosti može uzrokovati i neke neočekivane probleme. Primjerice, može im biti teško razlikovati kompleksnost zračnog prometa od radnog opterećenja koje doživljavaju kroz druge posredničke čimbenike poput interakcije čovjek-stroj (HMI).

Kopardekar i dr. u ref. 10) koristili su HITL simulacije s kontrolorom zračnog prometa za procjenu kompleksnosti zračnog prometa.

10) Kopardekar P, Schwartz A, Magyarits S, Rhodes J. Airspace complexity measurement: An air traffic control simulation analysis. International Journal of Industrial Engineering: Theory, Applications and Practice 2009:61–70.

Autori rada 11) koristili su HITL simulacijske pokrete u kojima su kontrolori zračnog prometa davali ocjene radnog opterećenja, koje su zatim uspoređivane sa vrijednosti kompleksnosti na temelju putanje zrakoplova.

11) Prevot T, Lee P. Trajectory-Based Complexity (TBX): A modified aircraft count to predict sector complexity during trajectory-based operations, Seattle, USA: IEEE; 2011. https://doi.org/10.1109/DASC.2011.6096045.

U referencama 13)-15):

13) Gianazza D, Guittet K. Selection and evaluation of air traffic complexity metrics, Portland, United States: IEEE; 2006, p. 1–12. https://doi.org/10.1109/DASC.2006.313710.

14) Gianazza D. Forecasting workload and airspace configuration with neural networks and tree search methods. Artificial Intelligence, Elsevier 2010:530–49. https://doi.org/10.1016/j.artint.2010.03.001.

15) Gianazza D. Smoothed traffic complexity metrics for airspace configuration schedules, Fairfax, United States: 2008.

Gianazza i drugi su upotrijebili 27 indikatora za analizu utjecaja razdvajanja i spajanja zračnog prostora na kompleksnost zračnog prometa bez savjetovanja s kontrolorima zračnog prometa.

Pobrojani dokumenti stanja tehnike 1)-15) ne rješavaju tehničke probleme na način kako je to ranije opisano. Predmetnim izumom definira se status zrakoplova u zračnom prometu u odnosu na druge zrakoplove u nadziranom prostoru kroz seriju stanja na način koji nije prije opisan u stanju tehnike i koji omogućava, za razliku od citirane literature, generiranje općenitog modela i primjenu istog na nepoznatom zračnom prostoru bez potrebe za prilagođavanjem spomenutog modela.

Bit izuma

Predmetni izum opisuje postupak rada sustava za kontrolu zračnog prometa promatranog zračnog prostora[image] , koji koristi istovremeno jedan ili više kontrolora zračnog prometa koji su zaduženi za nadzor mnoštva zrakoplova[image] ,[image] , u zračnom prostoru[image] koji sadrži zračni prostor[image] kao svoj podskup. Spomenuti sustav sastoji najmanje od:

- jedne ili više radnih stanica centra za kontrolu zračnog prometa, koje su povezane međusobno lokalnom komunikacijskom mrežom i dodatno komunikacijskom mrežom s drugim elementima sustava;

- računalnog servera koji je povezan s komunikacijskom mrežom, primarnim i sekundarnim radarom i s bazom podataka o zrakoplovima, koja je smještena na istom serveru ili na izdvojenom računalu mrežno povezanom sa spomenutim serverom;

- gdje se baza podataka zrakoplova ažurira u realnom vremenu podacima iz servera koji, na osnovu zaprimljenih ulaznih podataka primarnog i sekundarnog radara o vremenskom odzivu reflektiranog signala sa svakog zrakoplova[image] , te iz njegove udaljenosti, visine i identifikacijske oznake, računa u realnom vremenu: brzinu, položaj i smjer leta svakog od navedenih zrakoplova[image] , te pohranjuje izračunate podatke u bazu podataka i, dodatno, putem komunikacijske mreže šalje na zahtjev podatke o svakom zrakoplovu[image] na daljnje procesiranje radnim stanicama centra za kontrolu zračnog prometa; te

- računalnog modela kompleksnosti, koji je u formi računalnog programa smješten na izdvojenom računalu koje komunicira s komunikacijskom mrežom ili se opcijski već izvršava kao računalni program na samom serveru.

Spomenuti računalni model kompleksnosti u realnom vremenu računa seriju vektora stanja[image] svakog zrakoplova[image] prema svim drugim zrakoplovima[image] s obzirom na njihove parametre pozicije, brzine, smjera leta, trenutne visine leta, odobrene visine leta, izlazne visine leta i granicama promatranog zračnog prostora[image] , te posredno iz njihovih položaja u zračnom prostoru[image] i[image] , s obzirom na svaku vrijednost[image] , ponavljajući gornji postupak za sve vrijednosti[image] gdje su[image] .

Na osnovu serije vektora stanja[image] zrakoplova, podataka o[image] broju zrakoplova koji ulaze u promatrani prostor[image] i[image] broja zrakoplova koji izlaze iz promatranog zračnog prostora[image] u prošireni zračni prostor[image] :

A. za trenutnu prometnu situaciju[image] , za koju su prethodno određene sve vrijednosti[image] , model kompleksnosti računa skalarnu vrijednost[image] kao mjeru kompleksnosti prometne situacije[image] s obzirom na zračne prostore[image] i[image] i trenutne položaje svih zrakoplova[image] ;

B. postupcima virtualnog uklanjanja jednog zrakoplova[image] iz zračnog prostora[image] ili simuliranjem mijenjanja njegove rute, visine ili vremena ulaska zrakoplova u zračni prostor[image] ; iz promatrane prometne situacije[image] izračunava se nova vrijednost mjere kompleksnosti zračnog prometa[image] povezana s mjerama provedenim nad zrakoplovom[image] za zračni prostor[image] ;

C. pri čemu se ponavlja korak B. za svaki zrakoplov iz zračnog prostora[image] , te se dobije serija vrijednosti[image] povezana sa uklanjanjem, mijenjanjem rute, visine ili vremena ulaska u[image] pojedinog zrakoplova[image] ,[image] iz prometne situacije[image] ; te

D. iz serije podataka[image] iz koraka C., koji se bilježe na serveru, formira se prioritetna lista zrakoplova[image] sortirana prema njihovu doprinosu kompleksnosti zračnog prometa[image] s obzirom na primijenjenu mjeru iz koraka B.

Podaci u obliku {[image] , mjera, prioritetna lista zrakoplova[image] } iz koraka D., prethodno spremljeni na računalni server, prosljeđuju se u realnom vremenu jednoj ili više radnih stanica centra za kontrolu zračnog prometa na daljnju računalnu obradu, signalizaciju i prikaz informacija.

Važno je naglasiti da za izračun[image] i serije podataka[image] iz koraka B. i C. nije potrebno prethodno trenirati i prilagođavati rad sustava računalnog modela kompleksnosti za postojeću geometriju zračnog prostora[image] koji sadrži[image] ili za neki drugu geometriju zračnog prostora[image] ,[image] .

U jednom aspektu izuma radne stanice koje prate zračni prostor[image] signaliziraju na grafičkom sučelju koji zrakoplov[image] , uz koju odabranu mjeru, najviše reducira trenutno izračunatu vrijednost kompleksnosti[image] za danu prometnu situaciju[image] .

U još jednom aspektu izuma radne stanice dodatno signaliziraju na grafičkom sučelju koja serija zrakoplova[image] , uz prethodno lociran zrakoplov[image] i uz koju odabranu mjeru najviše reduciraju trenutno izračunatu vrijednost kompleksnosti[image] za danu prometnu situaciju[image] .

U još jednom aspektu izuma ukoliko je vrijednost[image] veća od gornjeg postavljenog praga kompleksnosti[image] vrši se signaliziranje i naznačuje na grafičkom sučelju radnih stanica način računalno predložene podjele zračnog prostora[image] u barem dvije sektorske konfiguracije[image] i[image] , gdje nadzor sektora[image] dodatno preuzima drugi kontrolor zračnog prometa i čije zasebne mjere kompleksnosti[image] ([image] i[image] ([image] su manje od[image] . Nadalje, ukoliko je vrijednost[image] manja od donjeg postavljenog praga kompleksnosti[image] , vrši se signaliziranje i naznačuje na grafičkom sučelju radne stanice način računalno predloženog spajanja dva susjedna zračna prostora[image] i[image] u novi zračni prostor[image] na način da kompleksnost tog novog prostora veća od[image] , ali ujedno i manja od[image] . Spomenuto za cilj ima održavanje optimalne kompleksnosti zračnog prometa i radnog opterećenja kontrolora leta.

Opis crteža

Crtež 1 prikazuje način formiranja zračnog prostora[image] iz promatranog zračnog prostora[image] .

Crtež 2 prikazuje cilindre[image] i[image] oko izabranog zrakoplova[image]

Crtež 2A prikazuje stanje dva zrakoplova s obzirom na vertikalnu separaciju.

Crtež 3 prikazuje podklasifikaciju stanja zrakoplova s obzirom na vrstu putanje; ista, ukrštavajuća i suprotna.

Crtež 4 prikazuje položaj konfliktne točke[image] i način određivanja udaljenosti[image] i[image] za zrakoplove[image] i[image] do konfliktne točke.

Crtež 5 pokazna prometna situacija koja se koristi za primjer izračuna vektora stanja[image] između odabrana dva zrakoplova[image] i[image] .

Crtež 6 prikazuje testiranje izračuna modela kompleksnosti zračnog prometa u usporedbi sa ocjenjivanjem dobivenim od licenciranih kontrolora zračnog prometa na novom zračnom prostoru. Gdje je na apscisi zapisana apsolutna maksimalna razlika od srednje vrijednosti interpoliranih ocjena.

Crtež 7 prikazuje samo nužni dio sustava za kontrolu zračnog prometa prema predmetnom izumu.

Detaljan opis izuma

Opis izuma sastoji se od više cjelina koje su pojašnjene niže.

I. Opis sustava za kontrolu zračnog prometa

Sustav za kontrolu zračnog prometa, prema predmetnom izumu, sastoji se od više cjelina koje međusobno surađuju. Popisat će se i detaljnije objasniti funkcionalnost samo onih dijelova koji su nužni za izvođenje predmetnog izuma, no ne i svih dijelova modernog sustava za kontrole zračnog prometa, vidjeti crtež 7.

Primarni i sekundarni radar (10) čini tehničku osnovu funkcioniranja kontrole zračnog prometa jer se kroz taj sustav dobivaju bitne informacije o poziciji, brzini, visini i identifikacijskoj oznaci zrakoplova. Spomenuti radari emitiraju elektromagnetsko zračenje u mikrovalnom području koje kolokvijalno nazivamo emitirani radarski signali (11). Zemaljska antena osnovnog radara generira radarski impuls (11). Odbijanje radarskog signala (11) od prepreke, u našem slučaju nekog zrakoplova[image] , generira se slab reflektirani signal (11.i) kojeg hvata antena primarnog radara. Iz razlike vremena emitiranog pulsa i zaprimljenog refleksa elementarnom matematikom određujem se udaljenost zrakoplova[image] od radara.

Rad sekundarnog radara zahtijeva transponder ugrađen u zrakoplov, koji reagira na primanje impulsa sa zemaljske antene sekundardnog rada odašiljanjem zasebnog povratnog signala. Budući da transponder emitira mnogo jači signal od onog koji se odbija od zrakoplova kod primarnog radara, sekundarni radar omogućava veći domet i pouzdanost uz manje zahtjevnu opremu instaliranu na zemlji. Uz to, u povratnom signalu koji emitira transponder zrakoplova[image] uobičajeno se dodaju informacije kao što su nadmorska visina i kod zrakoplova.

Server računalo (20) prima informacije od primarnog i sekundarnog radara (10), baze podataka (30) i komunikacijske mreže (40). Osim primljenih informacija, predmetni server (20) šalje izračunate informacije nazad u bazu podataka (30) i do komunikacijske mreže (40) na daljnju upotrebu stanica centra za kontrolu zračnog prometa (50) i računalnog modela kompleksnosti zračnog prometa (100). Server (20) je standardni server s svim neophodnim računalnim komponentama poznatim stanju tehnike na kojem se izračunava brzina, položaj i smjer leta svakog zrakoplova na osnovu informacija (11.i) zaprimljenih s primarnog i sekundarnog radara (10).

Baza podataka (30) pohranjuje informacije o svakom zrakoplovu[image] , uključujući tip zrakoplova, i razne podatke o performansama poput minimalne i maksimalne težine, brzine i maksimalne brzine uspona za određenu visinu zrakoplova. Osim već pohranjenih podataka o performansama zrakoplova baza podataka (30) se ažurira u realnom vremenu podacima iz servera (20) za stanja svih zrakoplova[image] za odabrane zračne prostore. Baza podataka (30) kao takva može biti smještena na istom serveru (20) ili na izdvojenom računalu mrežno povezanom sa spomenutim serverom (20).

Komunikacijska mreža (40) povezuje informacije između računalnog servera (30), računalnog modela kompleksnosti zračnog prometa (100) i stanica centra za kontrolu zračnog prometa (50) preko komunikacijskih čvorova čija je osnovna svrha da u mreži obavljaju funkciju komutiranja informacija, a svrha komutiranja je da se informacija prenese od čvora do čvora i na kraju do točno određenog odredišta.

Centar za kontrolu zračnog prometa (50) sadrži više radnih stanica (50.e) i (50.p) za izvršnog i planerskog kontrolora zračnog prometa, respektivno, te minimalno jednu ili više radnih stanica (50.s) i (50.f) za nadzornika i voditelja smjene (SUP) i za upravljanje protokom zračnoga prometa (FMP), respektivno. Gdje su tehnički aspekti spomenutih stanica već ranije poznati stanju tehnike i nema potrebe ih detaljno raspisivati. Uloga nadzornika i voditelja smjene (SUP) i upravljanja protokom zračnoga prometa (FMP) je da odluče hoće li i kako prihvatiti let zrakoplova[image] za promatrani obujam zračnog prostora koji kontrolira centar za kontrolu zračnog prometa (50). Ako za promatrani obujam zračnog prostora propisani kapaciteti ne dopuštaju veći broj zrakoplova stanice (50.s) i (50.f) preko komunikacijske mreže (40) dobivaju informaciju od računalnog modela (100) koje kratkotrajne mjere za upravljanje protokom i kapacitetom zračnog prometa (STAM) se mogu upotrijebiti da bi se napravila preraspodjela kapaciteta zračnog prostora na način da se smanji ukupna kompleksnost zračnog prometa za promatrani volumen zračnog prostora. STAM je eng. kratica za Short Term Air Traffic Flow and Capacity Management Measures.

Spomenuti proces se odvija na način da promatrani zračni prostor[image] , u određenom budućem vremenskom periodu, ne može primiti više zrakoplova zbog ograničenja kapaciteta tog zračnog prostora. Tada stanice (50.s) uz pomoć (50.f) određuju mjere zabrane da određeni zrakoplovi ne mogu ući, tj. letjeti u prekapacitiranom, promatranom, zračnom prostoru[image] . Da bi se to izbjeglo, koristi se proces procesiranja signala prema predmetnom izumu.

Naime, kroz grafičko sučelje na stanicama (50.s) i (50.f), kroz komunikacijsku mrežu (40) dobiju se informacije od računalnog modela (100) koje STAM mjere najviše doprinose učinku smanjenja kompleksnosti zračnog pormeta u svrhu povečanja kapaciteta zračnog prostora. Uz to, kroz pravovaljanu signalizaciju s računalnog modela (100) može biti odabrana najbolja mjera koja omogućava smanjenje ukupne kompleksnosti zračnog prometa, kao i povećanja kapaciteta za promatrani zračni prostor[image] .

Stanica izvršnog kontrolora zračnog prometa (50.e) služi da bi preko nje i njenih popratnih sustava, koja su poznata stanju tehnike, izvršni kontrolor leta izdavao verbalne ili tekstualne naredbe zrakoplovima[image] za sigurnu i efikasnu provedbu kontrole zračnog prometa za odabrani volumen zračnog prostora za koji je zadužen.

Stanica planerskog kontrolora zračnog prometa (50.p) služi da bi preko nje i njenih popratnih sustava, koja su poznata stanju tehnike, planerski kontrolor leta pratio sav promet u volumenu zračnog prostora za koji je zadužen izvršni kontrolor leta, te i okolni promet u susjednim volumenima zračnog prostora u svrhu planiranja prometa, uočavanja konflikata i koordinacije sa susjednim zračnim prostorima za olakšavanje posla sigurne i efikasne provedbe kontrole zračnog prometa za izvršnog kontrolora zračnog prometa. Izlazna i odobrena visina leta za svaki pojedini zrakoplov[image] definiran od strane kontrolora leta sa radnih stanica (50.e) i (50.p) šalju se kroz komunikacijsku mrežu (40) sve do server računala (20) i računalnog modela kompleksnosti zračnog prometa (100), čiji detaljniji opis dan u nastavku.

II. Detaljan opis modela kompleksnosti

U sljedećem tekstu bit će vrlo detaljno objašnjen model kompleksnosti (100) prema predmetnom izumu. Intuitivno je jasno da ako imamo[image] zrakoplova u istom zračnom prostoru[image] , tada njihov broj, međusobni položaj, smjer kretanja, visine leta, kao i drugi parametri utječu na kompleksnost promatrane prometne situacije. Ono što predstavlja osnovni problem je na odgovarajući način, što je moguće jednostavnije i točnije, zapisati takvu prometnu situaciju na jednoznačan način.

Kontrola zračnog prometa eksplicitno je zadužena za promatrani (nadzirani) zračni prostor[image] Kontrola zračnog prometa, razumljivo je, prati i sva događanja u proširenom zračnom prostoru[image] koji se nalazi nad susjednim zračnim prostorima. Prošireni zračni prostor[image] formiran je na način da se radi homotetija iz težišta zračnog prostora[image] za faktor[image] za svaku točku iz prostora[image] . U preferiranoj izvedbi, parametar[image] ima vrijednost 1,5.

U predmetnom izumu odnos bilo koja dva zrakoplova[image] i[image] opisan je pomoću vektora stanja[image] ,[image] [image] ,[image] . Radi generalizacije zapisa[image] , uvode se i dodatna stanja za vrijednosti[image] koja poučavaju o odnosu zrakoplova[image] prema promatranom zračnom prostoru[image] i ulaznoj odnosno izlaznoj visini leta u tom prostoru.

Osnovna ideja iza predmetnog izuma je da se jednoznačno klasificira odnos zrakoplova[image] s obzirom na odabrani zrakoplov[image] ,[image] . Odabrani pristup svodi se na testiranjem serije izabranih binarnih stanja[image] . Binarna stanja[image] , zapravo čine rezultat 0 ili 1 indikatora koji klasificiraju, kao što ćemo vidjeti, razna stanja zrakoplova.

U kreiranju modela i samoj praksi nije nužno koristiti svih 53 indikatora, nego npr. samo dio njih. Matematički možemo zapisati testiranu seriju izabranih binarnih stanja[image] kao stanja koja su iz skupa[image] gdje je[image] ,[image] ,[image] gdje su stanja[image] , a naznačeni produkt je Kartezijev produkt skupova.

No, prije nego se sami indikatori mogu iskoristiti, potrebno je u uređaj za obradu podataka učitati stvarne ili umjetno generirane podatke. Bez obzira na porijeklo podataka, učitavaju se dvije vrste podataka, podaci o zrakoplovima i podaci o zračnim prostorima:

− za neki odabrani zrakoplov[image] i za svaki od zrakoplova[image] ,[image] ; učitavaju se podaci koji se sastoje od: identifikacijske oznake zrakoplova, pozicije, brzine, smjera leta, trenutne visine leta, odobrene visine leta i izlazne visine leta; te

− učitavanja granica promatranog zračnog prostora[image] i izračuna granica zračnog prostora[image] za prethodno zadani parametar[image] .

Sustav s ranije definiranim ulaznim varijablama spreman je izračunati binarna stanja. Međusobna stanja dva različita zrakoplova grupirana su po relevantnosti kao stanja iz Grupe I, Grupe II i Grupe III.

Grupa I

Prva skupina binarnih stanja[image] klasificira konflikte i potencijalne konflikte u zračnom prostoru.

Oko odabranog zrakoplova[image] definiraju se cilindri[image] i[image] , vidjeti crtež 2, kojima je pozicija zrakoplova[image] smještena u težište. Prvi cilindar[image] definiran je radijusom[image] i visinom[image] ako je[image] ∈[image] . Drugi cilindar[image] definiran je radijusom[image] i visinom[image] ako je[image] ∈[image] .

Stanja koja se promatraju jesu konflikt (C), potencijalni konflikt (P), koordinacija konflikta (CC) i koordinacija potencijalnog konflikta (CP) koja se definiraju na način prikazan donjom tablicom:

[image]

Iz tablice je razvidno da se radi o tipičnim geometrijskim izračunima sjecišta putanje drugog zrakoplova[image] i zamišljenog volumena[image] , odnosno[image] gdje su termini „konfliktna putanja“ i „potencijalna putanja“ objašnjeni detaljnije tekstom koji slijedi, s pozivom na crtež 2A.

Definirana stanja[image] osim ranije definiranih uvjeta prate i sljedeće pravilnosti. Zrakoplovi su u stanju konflikta ([image] i[image] ) ako im se putanje (visine) leta križaju, tj. ako im se naruši definirani volumen[image] ili[image] na putanjama od trenutne visine (CUFL) direktno sve do odobrene visine (CLFL) te nakon odobrene visine zrakoplov leti pravocrtno horizontalno na odobrenoj visini sve do zadnjeg trenutka kada mora početi s penjanjem ili spuštanjem da bi se stigao popeti ili spustiti na izlaznu visinu (EFL) prije izlaska iz zračnog prostora[image] . Tako definirane putanje zovemo konfliktne putanje zrakoplova[image] i[image] i označavaju se s[image] i[image] . Stanja potencijalnog konflikta ([image] i[image] ) su definirana ako im se naruši definirani volumen[image] ili[image] na putanjama leta koja idu od trenutne visine (CUFL) leta direktno do izlazne visine leta (EFL) i nastavljaju s horizontalnim letom direktno sve do izlaska iz zračnog prostora[image] , s tim da bi se ostvarili potencijalni konflikti ([image] i[image] ) mora biti zadovoljen uvjet[image] i[image] . Prethodno opisane putanje zovemo potencijalne putanje zrakoplova[image] i[image] i označavaju se s[image] i[image] .

Da bi se utvrdilo o kojem se konfliktu radi prvo se gleda da li postoji horizontalno narušavanje[image] ili[image] za cilindar[image] ili[image] . Za odabrano narušavanje definiraju se vremena tt1 i tt2 kao vremena početka i kraja narušavanja horizontalne separacije. Ako vremena ne postoje, onda znači da nikada neće biti konflikta i ne mora se dalje gledati situacija. Ako postoje vremena tt1 i tt2 onda se izvodi prethodno opisan postupak, ali samo između vremena tt1 i tt2, s tim da se prvo izvršava provjera za stanja[image] i[image] , a tek onda stanja[image] i[image] .

Crtež 2A prikazuje stanje dva zrakoplova s obzirom na vertikalnu separaciju. Oznake su karakteristične za struku; FL je oznaka visine leta u stotinama stopa mjerena po tlaku od 1013.25 hPa, npr. FL 330 iznosi 33000 stopa (1000 ft = 304,8 m) prikazanu na ordinati, u vremenu t zapisanom na apscisi. Vremena tt1 i tt2 su vremena između kojih je narušena horizontalna separacija zrakoplova od[image] ili[image] , zavisno da li je[image] ∈[image] ili[image] ∈[image] . Za visinske promjene putanja, oznake koje koristimo za zrakoplov[image] jesu > za[image] i >' za[image] , dok za zrakoplov[image] koristimo oznake >> za[image] i >>' za[image] .

Vremena ct3-ct6 zovemo kritična vremena zrakoplova[image] , a ct7-ct10 zovemo kritična vremena zrakoplova[image] . Kritična vremena su kritična vremena zrakoplova[image] zajedno sa kritičnim vremenima[image] . Kritična vremena ct3 i ct7 su vremena kada je zrakoplov završio penjanje ili spuštanje s trenutne visine (CUFL) direktno na odobrenu visinu (CLFL) leta. Vremena ct4 i ct8 su vremena kada je zrakoplov završio penjanje ili spuštanje s trenutne visine (CUFL) direktno na izlaznu visinu (EFL). Vremena ct5 i ct9 su zadnja vremena kada zrakoplov mora početi penjanje ili spuštanje da bi se stigao popeti ili spustiti na izlaznu visinu (EFL) prije izlaska iz zračnog prostora[image] . Vremena ct6 i ct10 su vremena kada zrakoplov postigne izlaznu visinu točno po izlasku iz zračnog prostora[image] . Vrijeme tt1 je vrijeme kada je započeto narušavanje horizontalne separacije između promatranih zrakoplova[image] i[image] , a tt2 je vrijeme kada narušavanje horizontalne separacije prestaje za iste promatrane zrakoplove. Vremena tt1 i tt2 se unaprijed izračunaju na osnovu podataka brzina leta, položaja i smjera leta promatranih zrakoplova.

Primjer određivanja točnog vremena početka narušavanja separacije za dani primjer iz Crteža 2A detaljnije je objašnjen tekstom ispod. Prvo se provjeravaju putanje označene s > i >>, a tek onda putanje označene s >' i >>'.

Prva provjera se radi na tt1 gdje se gleda koji zrakoplov leti više od drugog na način da se oduzmu visine prvog od drugog i utvrdi se, ako je npr. dobivena vrijednost negativna, da je prvi zrakoplov ispod drugog, a u slučaju pozitivnog iznosa - obratno. Kada se utvrde visinske pozicije zrakoplova to se memorira za daljnju provjeru i automatski se gleda je li narušena visinska separacija od 1000 ft.

Iduća provjera bi bila u vremenu ct3 gdje se oduzima visina od početno višeg zrakoplova s početno nižim i gleda se je li razlika manja od 1000 ft. Ako je visinska separacija dozvoljena i odgovarajuća provodi se iduća provjera, a to je u prikazanom slučaju vrijeme ct4 gdje se vidi da, nakon oduzimanja visine početno višeg zrakoplova od visine početno nižeg zrakoplova, rezultat je manji od 1000 ft, tj. negativan je, što znači da je separacija narušena ili bila narušena.

Da bi se utvrdilo točno vrijeme početka narušavanja separacije gleda se zadnje kritično vrijeme kada je vertikalna separacija bila nenarušena, a to je vrijeme ct3, i kritični trenutak kada je separacija narušena, a to je ct4. U tom intervalu od ct3 do ct4 pogleda se gdje je razlika visina početno višeg i nižeg zrakoplova jednaka 1000 ft i to je točno vrijeme početka narušavanja vertikalne separacije između zrakoplova[image] i[image] . Pošto je narušavanje horizontalne separacije utvrđeno između tt1 i tt2, a ona sadrže interval između ct3 i ct4, to je ujedno i točno vrijeme početka narušavanja separacije.

Generalni postupak određivanja točnog vremena početka narušavanja separacije radi se na sljedeći način. Odaberu se putanje zrakoplova[image] i[image] te se traži prvo kritično vrijeme između tt1 i tt2 u kojem je razlika visine početno višeg i početno nižeg zrakoplova manja od 1000 ft za odabrane putanje. Kada se utvrdi to vrijeme, gleda se interval između prvog prethodnog kritičnog vremena i tog kritičnog vremena. U tom intervalu pogleda se gdje je razlika visina početno višeg i nižeg zrakoplova jednaka 1000 ft i to je točno vrijeme početka narušavanja separacije između zrakoplova[image] i[image] .

Prioritetna lista izvršavanja funkcija je sljedeća. Prvo se gleda da li postoje vremena tt1 i tt2. Ako ne postoje onda znači da nikada neće biti konflikta i ne mora se dalje gledati situacija. Ako postoje vremena tt1 i tt2 onda se izvodi prethodno opisan postupak, ali samo između vremena tt1 i tt2, s tim da se prvo izvršava provjera za stanja[image] i[image] (putanje za[image] i[image] ), a tek onda stanja[image] i[image] (putanje za[image] i[image] ).

Grupa II

Konfliktne i potencijalno konfliktne situacije iz prethodno zapisanih stanja[image] nužno je dodatno klasificirati s obzirom na vrstu njihovih putanja, točnije na kut vektora leta kao stanja[image] . Glavne situacije prema ovdje primijenjenom modelu prikazane su na crtežu 3. Problem i nomenklatura derivirana iz crteža 3 dobro je opisana u referenci 16):

16) International Civil Aviation Organization (ICAO). Doc 4444, Procedures for Air Navigation Services — Air Traffic Management. Sixteen Edition, 2016. ISBN 978-92-9258-081-0

Tako se stanje zrakoplova[image] s obzirom na druge zrakoplove[image] ,[image] , opisuje s obzirom na kut[image] između vektora leta zrakoplova[image] i zrakoplova[image] projiciranih u ravninu paralelnu tlu, na način prikazan u tablici niže:

[image]

Grupa III

Ova grupa stanja dodatno klasificira stanja zrakoplova[image] s obzirom na svaki drugi zrakoplov[image] ,[image] , i odnos spomenutih zrakoplova u odnosu na promatrani zračni prostor[image] i[image] . Radi se o vrlo finoj klasifikaciji s obzirom na jedan ili više uvjeta propisanih niže, uz definiciju 1,00 NM = 1,852 km:

[image]

[image]

Problem brzina i udaljenosti zrakoplova dobro je poznat u stanju tehnike i nema potrebe isti ovdje elaborirati. Za primjer konfliktne točke vidjeti crtež 4, a detaljan opis konfliktne točke bit će elaboriran u daljnjem tekstu.

[image]

Razlika gore popisani stanja između[image] i[image] je sljedeća; stanja od[image] opisuju kut konvergiranja između putanja zrakoplova, a stanja[image] međuodnos dva zrakoplova koji može imati kut veći od 180o. Također, stanja definirana u[image] su preciznija i sadržavaju više informacija unutar sebe za daljnje istraživanje. Izračun za kut konvergiranja računa se na slijedeći način; ako je[image] onda je vrijednost[image] . Ukoliko je[image] onda je vrijednost[image] , gdje su[image] i[image] vektora leta zrakoplova[image] i[image] .

Na crtežu 4 prikazan je položaj konfliktne točke[image] s obzirom na položaj i putanje zrakoplova[image] i[image] čije ekstrapolacije završavaju u točki[image] . Konfliktna točka[image] definira se kao središte kružnice s dijametrom[image] ili[image] , zavisno da li je[image] ∈[image] ili[image] ∈[image] , u preferiranom modelu s vrijednošću 10 NM (18,52 km) ili 15 NM (27,78 km), gdje spomenuta kružnica siječe putanje zrakoplova tako da su u prvom ekstrapoliranom trenutku leta zrakoplovi na pozicijama[image] i[image] koje se nalaze na sjecištu spomenute kružnice i putanja tih zrakoplova. Set stanja[image] prikazuje udaljenosti[image] i[image] za zrakoplove[image] i[image] do konfliktne točke[image] određene na prethodno opisan način:

[image]

[image]

Sloboda prometa nekog zrakoplova[image] i/ili[image] bitna je za mogućnost razrješavanja konfliktnih situacija. Stanja[image] daju set indikatora slobode prometa, prikazanih tablicama niže:

[image]

Kao zadnja serija indikatora računa se udaljenost[image] promatranog para zrakoplova[image] ili[image] s obzirom na izlaz iz zračnog prostora[image] . Ova serija indikatora prikazana je tablicom niže:

[image]

Kako u praksi izgleda izračun stanja za dva određena zrakoplova[image] i[image] prikazano je uz pomoć crteža 5 gdje razmatramo umjetno generiranu prometnu situaciju između zrakoplova DLH826 i KLM363. Iz prve grupe indikatora jasno je da se radi o rješavanju konflikta pa je[image] a ostali indikatori ili stanja iz te grupe[image] . Iz grupe dva indikatora, sustav bi izračunao da se radi o uvrštavajućoj putanji pa je vrijednost[image] , a ostali indikatori ili stanja iz te grupe imaju vrijednost[image] .

Fina klasifikacija bila bi provedena, što nije vidljivo sa crteža 5, s obzirom na slijedeće čimbenike geometrijske i brzinske čimbenike:

•[image] ,[image] = 32,5 NM =>[image] i[image] ;

•[image] =>[image] i[image] ;

•[image] ° =>[image] i[image] ;

•[image] = 10,8 NM =>[image] i[image] ;

•[image] = 25,6 NM =>[image] i[image] ;

Nešto je složenija kalkulacija za međusobna stanja zrakoplova

[image] ,[image] ,[image] ,[image] , … itd. relativno se lako može utvrditi udaljenosti do izlaza:

•[image] = 44,8 NM =>[image] i[image] ;

•[image] = 46,1 NM =>[image] i[image] ;

Na spomenuti način klasificira se stanje jednog zrakoplova prema drugom. No s obzirom na prvu grupu klasifikacija dodatno se još definiraju stanja opisana niže s obzirom na već prethodno određena stanja prema tablici niže:

[image]

Stanja[image] -[image] nam daju informaciju o zdaći koju kontrolor radi, a to je uočavanje konflikta. Klasificirane su tri kategorije ovisno o statusu konflikta[image] . Iako se čini da stanja[image] i[image] -[image] sadrže istu informaciju, u praksi kontrolor odrađuje dvije različite zadaće za istu stvar. Prvo mora uočiti konflikt – stanje[image] , a onda ga razriješiti kao[image] ili[image] da bi održao sigurnost zračnog prometa. Dodatna klasifikacija na ovakav način nam daje detaljniju informaciju za izračun kompleksnosti zračnog prometa.

Time se kompletira zapis stanja[image] za jedan odabran zrakoplov[image] s obzirom na jedan zrakoplov[image] i izabrani skup stanja[image] od sveukupnog skupa binarnih stanja[image] ; u obliku:

[image] =[image]

Radi kompletnosti, zapisujemo i stanja kada je[image] , a koja se odnose na promatrani zrakoplov[image] . Ona se dalje klasificiraju serijom binarnih stanja[image] na sljedeći način:

[image]

čime se konačno dobije zapis stanja uređene trojke[image] za jedan odabran zrakoplov[image] u obliku:

[image] =[image]

Kompletiranje serije vektora stanja[image] [image] s obzirom na zadanu vrijednost[image] ponavljajući gornji postupak za sve vrijednosti[image] .

Na spomenuti način smo digitalizirali kroz vrijednosti iz skupa[image] međusobne položaje zrakoplova i njihov odnos prema zračnom prostoru. Jasno je da prema preferencijama moguće neće svih 53 indikatora stanja sudjelovati u formiranju skupa vrijednosti[image] =[image] već samo ona iz prethodno selektiranog skupa[image] .

U preferiranom modelu vrijednosti varijabli definiramo:[image] = 10 NM (18,52 km),[image] = 15 NM (27,78‬ km),[image] = 1000 ft (304,8 m),[image] = 15 NM (27,78 km),[image] 20 NM (37,04 km) i[image] 1,5. No, model bez poteškoća može funkcionirati i za drugačije izbore vrijednosti ukoliko je potrebno u nekom specifičnom zračnom prostoru.

Ovako priređene statuse[image] koristit ćemo za modeliranje i procjenu kompleksnosti zračnog prometa[image] . Postupak za modeliranje i procjenu sastoji se od nekoliko bitnih koraka koje je potrebno napraviti.

Prvi korak odnosi se na generiranja[image] umjetnih prometnih situacija[image] ;[image] nad zračnim prostorom[image] i[image] s različitim težinama kompleksnosti. Sve prometne situacije dizajnirane su tako da sadrže određeni broj zrakoplova na različitim položajima koje utječu na aktiviranje odgovarajuće kombinacije binarnih stanja iz odabranog skupa[image] . Ukupno je razvijeno 120 jedinstvenih prometnih situacija i podijeljeno u šest grupa. Svaka grupa sastoji se od 30 prometnih situacija od kojih je 18 jedinstvenih za tu grupu, a 12 prometnih situacija je isto i ponovljeno u svih šest grupa. Ponavljane prometne situacije kreirane su namjerno s ciljem bolje procjene kompleksnosti zračnog prometa između različitih kontrolora. U jednoj grupi su tri kontrolora zračnog prometa, tako da se za testiranje predmetnog izuma koristilo ukupno 18 licenciranih kontrolora zračnog prometa.

Za svaku takvu prometnu situaciju[image] sustav za obradu podataka zasebno izračunava[image] matrica sa stanjima[image] za[image] [image] , gdje je[image] broj zrakoplova koji sudjeluje u svakoj od navedenih prometnih situacija[image] . Poredak ovih prometnih situacija, konkretno način numeriranje varijablom[image] je takav da se generira poredak prometnih situacija[image] koji je poželjno nasumičan.

Prometne situacije su prikazivane i davane kontrolorima preko papirnatih statičkih slika. Slike su slične radarskoj slici stvarnog radnog okruženja kontrolora. Takav metodološki pristup je napravljen da se izbjegne veza HITL testiranja i povezivanja s radnim opterećenjem umjesto kompleksnošću zračnog prometa, vidjeti referencu:

9) Mogford R.H., Guttman J.A., Morrow S.L., Kopardekar P. The Complexity Construct in Air Traffic Control: A Review and Synthesis of the Literature. MCKEE CITY NJ: CTA INCORPORATED; 1995.

Licencirani kontrolori zračnoga prometa zamoljeni su da naprave sortiranje prometnih situacija[image] po kompleksnosti. Kako bi se spriječila nekonzistentnost na nivou pojedinačnog kontrolora zračnog prometa, sve što odabrani kontrolori rade je uspoređivanje dvije prometne situacije po težini, gdje jednu proglašavaju kompleksnijom od druge.

Koristeći merge sort sortiranje; vidjeti npr. https://en.wikipedia.org/wiki/Merge_sort, navedeni kontrolor generira rastući niz prometnih situacija[image] po kompleksnosti od najjednostavnije[image] situacije do najkompleksnije prometne situacije[image] , a iz ulaznog slučajnog niza svih prometnih situacija[image] . Isto ponavljamo za svakog kontrolora ponaosob.

Kako bismo imali dovoljan broj statističkih podataka, intuitivno je jasno da je prethodno izabrani broj različitih kontrolora[image] i izabrani broj prometnih situacija[image] u korelaciji. Za ovaj model se pokazuje da odabir treba biti takav da je minimalno[image] za procjenu svake prometne situacije i da se koristi minimalno[image] različitih prometnih situacija. Kao što je navedeno u mnogim radovima, ne postoji univerzalno pravilo broja uzoraka koje će „pokriti“ svačiji model, vidjeti primjerice:

17) Green, S. B. (1991). How Many Subjects Does It Take To Do A Regression Analysis. Multivariate Behavioral Research, 26(3), 499–510. doi:10.1207/s15327906mbr2603_7

Svaki od kontrolora na testu zamoljen je da grupira rastući niz po kompleksnosti prometnih situacija[image] ocjenom iz intervala cijelih brojeva, konkretno iz intervala [1,5] u konkretnom primjeru izvođenja. Prosječnom stručnjaku područja jasno je da se taj interval najčešće izabire radi konzistentnosti sa školskim sustavom kontrolora koji su tijekom školovanja prolazili testove s istim intervalom ocjenjivanja [[image] ,[image] ]. U postupku prema predmetnom izumu koristila se linearizacija poretka prometnih situacija[image] dobivenog za svakog kontrolora na način da se svakoj sortiranoj prometnoj situaciji[image] , linearnom interpolacijom dodijeli skalar[image] iz intervala [[image] ,[image] ] kao mjera kompleksnosti prometne situacije. Niže je zamišljeni primjer takvih situacija; recimo da neki kontrolor sortira 16 prometnih situacija na slijedeći način:

{[image] ,[image] }

sa pripadajućim ocjenama:

Ocjena 1:[image]

Ocjena 2:[image]

Ocjena 3:[image]

Ocjena 4:[image] ,[image]

Ocjena 5:[image]

Sustav za obradu podataka linearizirao bi ove ocjene na slijedeći način;

[image]

[image]

(…)

da unutar iste ocjene linearizira preostale težine i ne izgubi informaciju o poretku. Prema tome, težina tako interpolirane prometne situacije[image] za jednog izabranog kontrolora. Drugi izabrani kontrolor moguće će istu prometnu situaciju gradirati kao kompleksniju, te će joj pridružena ocjena biti, npr.[image] .

Ono što je napravljeno prema predmetnom izumu je da se statistički obrade sve prometne situacije, dobivene od svih kontrolora čime se sortiranoj umjetno prometnoj situaciji[image] pridružuje srednja vrijednost interpolirane ocjene[image] s obzirom na prethodno ocjenjivanje provedeno od strane kontrolora koji sudjeluju u testu.

Sada smo u mogućnosti definirati model. U predmetnom izumu korištena je Bayesova grebena regresija na način da se poveže odabrani skup binarnih stanja[image] ,[image] =[image] koji je prethodno izračunat kao i niz binarnih stanja[image] =[image] .

Iz prethodno citirane literature, recimo iz reference 10)

10) Kopardekar P, Schwartz A, Magyarits S, Rhodes J. Airspace complexity measurement: An air traffic control simulation analysis. International Journal of Industrial Engineering: Theory, Applications and Practice 2009:61–70.

dobro je poznato da kompleksnost ovisi o broju zrakoplova. Tako su uvedeni novi parametri za izračun linearnog modela[image] broju zrakoplova koji ulazi u promatrani prostor[image] i[image] broju zrakoplova koji izlazi iz promatranog zračnog prostora[image] za danu prometnu situaciju[image] . Obzirom da je ranije izračunata vrijednost[image] ista se povezuje sa srednjom vrijednosti interpolirane ocjene težine[image] radi generiranja linearnog modela[image] - kompleksnosti zračnog prometa - ovisnog o parametrima[image] , a gdje koristimo notaciju[image] za[image] i[image] za[image] :

[image]

sa:

[image]

[image]

Za računanje kod predmetnog izuma korišten je Python ver. 3.7 kao programski jezik u Jupyter okruženju, a Python paketi sklearn i pandas za statističko modeliranje te matplotlib za statističku grafiku. Slično se mogu koristiti i drugi računski programi dobro poznati u stanju tehnike, recimo Matematica, R, itd.

Račun daje izračun koeficijenata[image] čime se determinira model[image] . Jednom uspostavljen model omogućava ponovno korištenje dobivene formule za izračun skalarne vrijednosti kompleksnosti zračnog prometa[image] s obzirom na stvarnu prometnu situaciju[image] koju formiraju zrakoplovi[image] i[image] nad zračnim prostorom[image] i[image] .

III. Verifikacija modela na nepoznatom zračnom prostoru

Kompleksnog zračnog prometa[image] , na način kako je prethodno modelirana, može se promatrati i kao novi kontrolor zračnog prometa. Validacija modela[image] na novom do sada ne viđenom zračnom prostoru testirana je uz pomoć licenciranih kontrolora zračnog prometa korištenjem istog postupka kao i za kreiranje modela. Gdje se za provjeru na novom zračnom prostoru koristio skup[image] od svih 53 stanja za treniranje modela. Kontrolori su dobili ukupno 28 novih validacijskih prometnih situacija koje su prezentirale stvaran zračni prostor na kojem rade. Neki validacijski setovi su bili procijenjeni od više kontrolora, a neki su procijenjeni samo tri puta, slično kao i u originalnom postupku modeliranja. Za validacijski set, svaki kontrolor je morao rangirati 6 prometnih situacija uz pomoć merge sorta te po završetku rangiranja podijeliti ocjene kompleksnosti. Na kraju je svaka prometna situacija dobila svoju linearno interpoliranu ocjenu.

Da bi validirali postavljeni model napravljeni su validacijski eksperimenti koristeći predmetni model. Za validacijski test bitno je koliko se ocjene kompleksnosti stvarnih kontrolora razlikuju od srednje vrijednosti interpolirane ocjene izračunate za sve kontrolore. Ova se razlika može izraziti na način da se gleda ekstremni slučaj gdje uzimamo maksimalnu apsolutnu razliku od srednje vrijednosti interpolirane ocjene među svih 28 situacija koje je određeni kontrolor ocjenjivao prilikom testiranja.

Za svaki od ovih slučajeva dobiva se jedna vrijednost po kontroloru, a one su prikazane okomitim linijama na crtežu 6. Uspostavljeni statistički model može pružiti raspodjelu procjena za svaki od ovih navedenih slučajeva, a ove distribucije su prikazane na istim grafovima s šrafiranim stupcima, vidjeti crtež 6. Distribucija se izračunava izgradnjom 1000 zasebnih statističkih modela na 1000 nasumičnih podskupova, od kojih svaki sadrži 6 situacija - isti broj situacija koje su i spomenuti kontrolori morali ocijeniti.

Analiza rezultata na novom zračnom prostoru pokazuje da je predloženi model usporediv s procjenama koje se očekuju od kontrolora.

Iz crteža 6 vidi se da model kompleksnosti zračnog prometa, koji je treniran na originalnom setu podataka, manje griješi od najekstremnijih kontrolora. Čak dva kontrolora su imala veću pogrešku ocjenjivanja u odnosu na srednju vrijednost interpolirane ocijene nego što je model procijenio nove situacije, a čak u 0,1% slučajeva sam model je bio bolji i od najboljeg kontrolora.

Time smo dokazali da se model može koristiti na do sada neviđenom, novom zračnom prostoru i da su procjene modela s manjom greškom nego one koju vrše najekstremniji kontrolori. Štoviše, distribucija modela testiranog 1000 puta pokazuje da se nalazi u rangu procijene koje bi većina kontrolora procijenila. Također, kada se pogleda koeficijent korelacije između ocjena modela i kontrolora na novom zračnom prostoru dobiva se iznos od[image] po Pearsonovom koefecijentu.

Prema tome, gore navedeno pokazuje da se statusi[image] svih zrakoplova[image] i[image] izračunatih s obzirom na zračne prostore[image] i[image] , stvarne ili umjetne, putem modela za kompleksnost

[image]

i određenim koeficijentima modela[image] izravno mogu primijeniti na nepoznati zračni prostoru[image] ,[image] bez potrebe za dodatnim treningom modela i njegovim podešavanjem.

Industrijska primjenjivost

Upotreba statusa[image] svih zrakoplova[image] i[image] koji se izračunavaju s obzirom na zračne prostore[image] i[image] može se široko koristiti.

Jedna od dobrih primjena spomenutih statusa je izračun doprinosa pojedinog zrakoplova[image] promatranoj prometnoj situaciji[image] , točnije promjeni kompleksnosti prometne situacije s obzirom na takav zrakoplov.

Takav postupak analitike uključuje slijedeće korake:

A. uklanjanjem, mijenjanjem rute, visine ili vremena ulaska u[image] jednog od zrakoplova[image] iz promatrane prometne situacije[image] izračuna se nova vrijednost kompleksnosti zračnog prometa[image] iz zračnog prostora[image] korištenjem utvrđenog modela za[image]

B. ponavlja se korak A. za svaki zrakoplov iz zračnog prostora[image] , te se dobije serija vrijednosti[image] povezana sa uklanjanjem, mijenjanjem rute, visine ili vremena ulaska u[image] pojedinog zrakoplova[image] ,[image] iz prometne situacije[image] ; a

C. na osnovu prikupljenih vrijednosti[image] iz koraka B. formira se prioritetna lista zrakoplova[image] prema njihovom doprinosu kompleksnosti zračnog prometa[image] u odnosu na izabranu mjeru iz koraka A. za promatranu prometnu situacije[image] .

Upotreba ovakve prioritetne liste zrakoplova[image] može biti od velike pomoći kontroloru da mu signalizira na radarskom zaslonu ili kroz drugačiji sustav dojave zrakoplov čije „rješavanje“ uvelike olakšava posao sa preostalim zrakoplovima iz spomenutog zračnog prostora pod nadzorom u predmetnoj prometnoj situaciji[image] . Također, upotreba ovakve prioritetne liste zrakoplova[image] može biti od velike pomoći jedinici za upravljanje protokom zračnog prometa i šefu smjene oblasnog centra za odabiranje najbolje kratkotrajne mjere za upravljanje protokom i kapacitetom zračnog prometa (eng. Short Term Air Traffic Flow and Capacity Management Measures [STAM]).

Pokazali smo ranije da se model dobiven izračunom na treniranom zračnom prostoru prostore[image] i[image] , izravno primjenjuje na nepoznatom zračnom prostoru[image] ,[image] bez potrebe za dodatnim treningom modela, što ovo postignuće i pristup čini široko upotrebljivim i čime se rješava drugi tehnički problem.

Nadalje, u praksi je poznato da ukoliko složenost poslova kontrolora nad nekim zračnim prostorom održava većinu vremena na visokoj razini kompleksnosti - spomenuto može dovesti po pogrešaka kontrolora u obavljanju dužnosti. Predmetni model, razvijen predmetnim izumom, može se iskoristiti i na način da se permanentno prati ponašanje kompleksnosti zračnog prometa[image] prema predloženom modelu, nad nekim zračnim prostorom[image] . Ukoliko se zabilježe vrijednosti[image] veće od prethodno postavljenog praga vrijednosti za nekog kontrolora, te kroz duži vremenski period, tada se promatranje veličine[image] može iskoristiti kao mjera za dijeljenje zračnog prostora[image] na barem dva prostora[image] i[image] . Obrnuta situacija male kompleksnosti može se iskoristiti za spajanje dva zračna prostora u jedan.

Gore navedeni načini upotrebe izuma svjedoče o industrijskoj primjenjivosti ovdje opisanih postupaka rada uređaja za obradu podataka koji klasificira status odabranog zrakoplova[image] u proširenom zračnom prostoru[image] s obzirom na[image] drugih zrakoplova[image] .

Popis korištenih oznaka

10 – primarni i sekundarni radar

11 – emitirani radarski signali

11.i – radarski signali i informacije zaprimljeni od zrakoplova[image]

20 – server računalo

30 – baza podataka

40 – komunikacijska mreža

50 – centar za kontrolu zračnog prometa

50.s – radne stanice nadzornika i voditelja smjene (SUP)

50.f – radne stanice upravljanja protokom zračnoga prometa (FMP)

50.e – radne stanice izvršnog kontrolora zračnog prometa

50.p – radne stanice planerskog kontrolora zračnog prometa

100 – računalo s modelom kompleksnosti

[image] – zrakoplov

Claims (7)

1. Postupak rada sustava za kontrolu zračnog prometa promatranog zračnog prostora [image] , koji koristi istovremeno jedan ili više kontrolora zračnog prometa koji su zaduženi za nadzor mnoštva zrakoplova [image] , [image] , u zračnom prostoru [image] koji sadrži zračni prostor [image] 1. kao svoj podskup, a gdje se sustav sastoji najmanje od: - jedne ili više radnih stanica centra za kontrolu zračnog prometa (50), koje su povezane međusobno lokalnom komunikacijskom mrežom i dodatno komunikacijskom mrežom (40); gdje su u sam postupak rada uključene radne stanice: • nadzornika i voditelja smjene (SUP)(50.s); • upravljanja protokom zračnoga prometa (FMP), (50.f); • izvršnog kontrolora zračnog prometa (50.e), te • planerskog kontrolora zračnog prometa (50.p); - računalnog servera (20) koji je povezan s komunikacijskom mrežom (40), primarnim i sekundarnim radarom (10) i s bazom podataka o zrakoplovima (30), koja je smještena na istom serveru (20) ili na izdvojenom računalu mrežno povezanom sa spomenutim serverom (20); - gdje se baza podataka zrakoplova (30) ažurira u realnom vremenu podacima iz servera (20) koji, na osnovu zaprimljenih ulaznih podataka primarnog i sekundarnog radara (10) o vremenskom odzivu reflektiranog signala sa svakog zrakoplova [image] , te iz njegove udaljenosti, visine i identifikacijske oznake, računa u realnom vremenu: brzinu, položaj i smjer leta svakog od navedenih zrakoplova [image] , te pohranjuje izračunate podatke u bazu podataka (30) i, dodatno, putem komunikacijske mreže (40) šalje na zahtjev podatke o svakom zrakoplovu [image] na daljnje procesiranje radnim stanicama centra za kontrolu zračnog prometa (50); te - računalnog modela kompleksnosti (100), koji je u formi računalnog programa smješten na izdvojenom računalu koje komunicira s komunikacijskom mrežom (40) ili se opcijski već izvršava kao računalni program na samom serveru (20); naznačen time: - da spomenuti računalni model kompleksnosti (100) u realnom vremenu računa seriju vektora stanja [image] svakog zrakoplova [image] prema svim drugim zrakoplovima [image] s obzirom na njihove parametre pozicije, brzine, smjera leta, trenutne visine leta, odobrene visine leta, izlazne visine leta i granicama promatranog zračnog prostora [image] , te posredno iz njihovih položaja u zračnom prostoru [image] i [image] , s obzirom na svaku vrijednost [image] , ponavljajući gornji postupak za sve vrijednosti [image] gdje su [image] ; - na osnovu serije vektora stanja [image] zrakoplova, podataka o [image] broju zrakoplova koji ulaze u promatrani prostor [image] i [image] broja zrakoplova koji izlaze iz promatranog zračnog prostora [image] u prošireni zračni prostor [image] : A. za trenutnu prometnu situaciju [image] , za koju su prethodno određene sve vrijednosti [image] , model kompleksnosti (100) računa skalarnu vrijednost [image] kao mjeru kompleksnosti prometne situacije [image] s obzirom na zračne prostore [image] i [image] i trenutne položaje svih zrakoplova [image] ; B. postupcima virtualnog uklanjanja jednog zrakoplova [image] iz zračnog prostora [image] ili simuliranjem mijenjanja njegove rute, visine ili vremena ulaska zrakoplova u zračni prostor [image] ; iz promatrane prometne situacije [image] izračunava se nova vrijednost mjere kompleksnosti zračnog prometa [image] povezana s mjerama provedenim nad zrakoplovom [image] za zračni prostor [image] ; C. pri čemu se ponavlja korak B. za svaki zrakoplov iz zračnog prostora [image] , te se dobije serija vrijednosti [image] povezana sa uklanjanjem, mijenjanjem rute, visine ili vremena ulaska u [image] pojedinog zrakoplova [image] , [image] iz prometne situacije [image] ; te D. iz serije podataka [image] iz koraka C., koji se bilježe na serveru (20), formira se prioritetna lista zrakoplova [image] sortirana prema njihovu doprinosu kompleksnosti zračnog prometa [image] s obzirom na primijenjenu mjeru iz koraka B.; - podaci u obliku { [image] , mjera, prioritetna lista zrakoplova [image] } iz koraka D., prethodno spremljeni na računalni server (20), prosljeđuju se u realnom vremenu jednoj ili više radnih stanica (50.s, 50.f, 50.e, 50.p) centra za kontrolu zračnog prometa (50) na daljnju računalnu obradu, signalizaciju i prikaz informacija; - gdje za izračun [image] i serije podataka [image] iz koraka B. i C. nije potrebno prethodno trenirati i prilagođavati rad sustava računalnog modela kompleksnosti (100) za postojeću geometriju zračnog prostora [image] koji sadrži [image] ili za neki drugu geometriju zračnog prostora [image] , [image] .

2. Postupak rada sustava za kontrolu zračnog prometa prema zahtjevu 1, naznačen time, da radne stanice (50.s, 50.f) koje prate zračni prostor [image] 2. signaliziraju na grafičkom sučelju: A. koji zrakoplov [image] , te B. uz koju odabranu mjeru, preko grafičkog sučelja radne stanica (50.s, 50.f) za potrebe radnih stanica (50.e, 50.p) kontrolora zadužen za zračni prostor [image] , a gdje se spomenuta mjera koristi kao mjera za upravljanje protokom i kapacitetom zračnog prometa [STAM], najviše reducira trenutno izračunatu vrijednost kompleksnosti [image] za danu prometnu situaciju [image] .

3. Postupak rada sustava za kontrolu zračnog prometa prema zahtjevu 2, naznačen time, da radne stanice (50.s, 50.f) koje prate zračni prostor [image] dodatno signaliziraju na grafičkom sučelju koja serija zrakoplova [image] , uz prethodno lociran zrakoplov [image] i uz koju odabranu mjeru najviše reduciraju trenutno izračunatu vrijednost kompleksnosti [image] za danu prometnu situaciju [image] 3. .

4. Postupak rada sustava za kontrolu zračnog prometa prema zahtjevu 1, naznačen time, da: - ukoliko je vrijednost [image] veća od gornjeg postavljenog praga kompleksnosti [image] unesena od strane radnih stanica (50.s, 50.f) vrši se signaliziranje i naznačuje na grafičkom sučelju spomenutih radnih stanica (50.s, 50.f) način računalno predložene podjele zračnog prostora [image] u barem dvije sektorske konfiguracije [image] i [image] , gdje nadzor sektora [image] dodatno preuzima drugi kontrolor zračnog prometa i čije zasebne mjere kompleksnosti [image] ( [image] i [image] ( [image] su manje od [image] ; odnosno - ukoliko je vrijednost [image] manja od donjeg postavljenog praga kompleksnosti [image] unesena od strane radnih stanica (50.s, 50.f), vrši se signaliziranje i naznačuje na grafičkom sučelju radne stanice (50.s, 50.f) način računalno predloženog spajanja dva susjedna zračna prostora [image] i [image] u novi zračni prostor [image] na način da kompleksnost tog novog prostora veća od [image] , ali ujedno i manja od [image] ; što za cilj ima održavanje optimalne kompleksnosti zračnog prometa i radnog opterećenja kontrolora leta.

5. Upotreba postupka rada sustava za kontrolu zračnog prometa prema zahtjevima 1 do 4, naznačena time, da radne stanice (50.s, 50.f) signaliziraju i proračunavaju preraspodjelu kapaciteta zračnog prostora i radnog opterećenja kontrolora zračnog prometa na osnovu kontrole [image] i [image] vrijednosti kompleksnosti prometne situacije nad zračnim prostorom [image] 5. .

6. Upotreba postupka rada sustava za kontrolu zračnog prometa prema zahtjevima 1 do 4, naznačena time, da radne stanice (50.s, 50.f) signaliziraju i proračunavaju preraspodjelu kapaciteta zračnog prostora i radnog opterećenja kontrolora zračnog prometa na osnovu kontrole STAM mjera i njihovog najboljeg utjecaja na reduciranje vrijednosti kompleksnosti [image] 6. .

7. Upotreba postupka rada sustava za kontrolu zračnog prometa prema zahtjevima 1 do 4, naznačena time, da radne stanice (50.s, 50.f) signaliziraju i proračunavaju održavanje razine kompleksnosti prometa koja ne dopušta da padne ispod [image] 7. u svrhu održavanja situacijske svijesti kontrolora zračnog prometa.