Hierarchiczny system zarzadzania ruchem

Jacek Skorupski

Hierarchiczny system Zarządzania ruchem lotniczym – aspekty oceny

bezpieczeństwa, Logistyka (ISSN 1231-5478) No 6, Instytut Logistyki i

Magazynowania, Poznań, 2008.

HIERARCHICZNY SYSTEM ZARZĄDZANIA RUCHEM

LOTNICZYM - ASPEKTY OCENY BEZPIECZEŃSTWA

Jacek SKORUPSKI

Warsaw University of Technology, Faculty of Transport

00-662 Warszawa, Koszykowa 75, Poland

Streszczenie. W artykule przedstawiono aspekty oceny bezpieczeństwa w systemie za-

rządzania ruchem lotniczym, rozpatrywanym jako system hierarchiczny, z czterema po-

ziomami. Omówiono pojęcie bezpieczeństwa ruchu oraz przyczyny wypadków lotniczych.

Jako przykład analizy przedstawiono metodę oceny bezpieczeństwa ruchu w drugim po-

ziomie hierarchii – zarządzaniu rucehm w cyklu dobowym.

1. WPROWADZENIE

Bezpieczeństwo pasażerów biorących udział w procesie transportowym jest jednym z

najważniejszych kryteriów oceny tego procesu. Na poziom bezpieczeństwa wpływa wie-

le czynników: niezawodność techniczna środków transportowych, kwalifikacje i predys-

pozycje ludzi kierujących pojazdami oraz nadzorujących proces transportowy, sposób

organizacji ruchu itp. Istnieje możliwość celowego, świadomego oddziaływania na sys-

temy i procesy związane z każdą z tych grup czynników, zmierzającego do zwiększenia

poziomu bezpieczeństwa. Oddziaływanie to można nazwać sterowaniem bezpieczeń-

stwem.

Potocznie określa się, że jeśli w procesie transportu nie wystąpiły sytuacje niebez-

pieczne (incydenty, wypadki) zakłócające jego przebieg – był on bezpieczny. Nie stosuje

się zazwyczaj liczbowej oceny poziomu bezpieczeństwa. Wynika to po części z koncep-

cji przyjętej w międzynarodowych przepisach regulujących ruch lotniczy [2], [10]. Za-

kłada się w nich, że utrzymywanie odpowiedniej separacji wokół samolotu jest wystar-

czające dla stwierdzenia o całkowicie bezpiecznym ruchu, to znaczy o braku zagrożeń o

charakterze ruchowym.

W niniejszym artykule przedstawione zostały pewne spostrzeżenia wynikające z prac

nad zagadnieniem wymiarowania, czyli liczbowej oceny bezpieczeństwa ruchu w odnie-

sieniu do hierarchicznego systemu zarządzania ruchem. Wydaje się, że niezbędne są

metody i narzędzia takiej oceny, gdyż tylko możliwość precyzyjnego, liczbowego po-

równania bezpieczeństwa w różnych sytuacjach pozwala na podejmowanie świadomych

i dobrych decyzji dotyczących tak bieżącego sterowania w krótkim horyzoncie czaso-

wym jak i planowania długoterminowego rozwoju transportu.

Jacek Skorupski

Hierarchiczny system Zarządzania ruchem lotniczym – aspekty oceny

bezpieczeństwa, Logistyka (ISSN 1231-5478) No 6, Instytut Logistyki i

Magazynowania, Poznań, 2008.

2. POJĘCIE BEZPIECZEŃSTWA RUCHU

Bezpieczeństwo ruchu można analizować w ujęciu makro i mikro. Bezpieczeństwo

w skali mikro jest tożsame ze zdefiniowanym w literaturze bezpieczeństwem statycznym

lub dynamicznym [9]. Obejmuje ono badanie geometryczno-dynamicznych zależności

między samolotami, pozwalających przypisać konkretnym sytuacjom ruchowym lub

procesowi ruchu w średnim horyzoncie czasowym liczbowe oceny bezpieczeństwa. Tak

zdefiniowane i wyznaczane bezpieczeństwo może być stosowane przy analizie i projek-

towaniu systemów bieżącej kontroli operacyjnej w ruchu lotniczym oraz w pracy służb

ATFM (zarządzania przepływem potoków ruchu lotniczego). W ramach przeprowadzo-

nych badań opracowano metody i narzędzia badania tak definiowanego bezpieczeństwa

[7].

Bezpieczeństwo w skali makro proponuje się analizować przy wykorzystaniu pojęć

związanych z jakością ruchu a zwłaszcza pojęcia płynności ruchu. Obejmuje ono ruch

odbywający się w dłuższym horyzoncie czasowym i może być pomocne w zarządzaniu

systemami transportu lotniczego w perspektywie długoterminowej. Innym parametrem,

który może być wykorzystany do wymiarowania bezpieczeństwa ruchu w perspektywie

średnioterminowej jest pojemność sektora kontroli. Niektóre wyniki badań nad zastoso-

waniem pojęcia pojemności sektora do wymiarowania bezpieczeństwa ruchu są przed-

stawione w dalszej części artykułu.

W niniejszym artykule proponuje się analizowanie bezpieczeństwa ruchu lotnicze-

go. Obejmuje ono zagadnienia bezkolizyjnego, płynnego, ekonomicznego wykonywania

wielu lotów w określonej, skończonej przestrzeni powietrznej i na polach manewrowych

lotnisk. Zajmuje się także sytuacjami, które same w sobie nie stanowią żadnego bezpo-

średniego zagrożenia, jednak ich złożenie i nawarstwienie się może prowadzić do po-

wstawania zdarzeń lotniczych. W takim ujęciu bezpieczeństwo ruchu może być trakto-

wane jako element oceny jakości ruchu lotniczego. Chodzi tu przy tym raczej o oceny

typu ilościowego a nie jakościowego.

Przyjęcie definicji bezpieczeństwa ruchu lotniczego i metod jego wyznaczania

umożliwia ocenę liczbową danej sytuacji ruchowej i porównanie jej z inną. Takie podej-

ście umożliwia np. określenie najlepszej z punktu widzenia bezpieczeństwa strategii

sterowania, gdyż wszelkie decyzje sterujące mogą być wyrażone przez odpowiadające

im sytuacje ruchowe, które mogą być ocenione ilościowo w aspekcie bezpieczeństwa

ruchu.

Polskie prawo lotnicze [4] nazywa wszystkie niebezpieczne sytuacje w ruchu lotni-

czym zdarzeniami lotniczymi. W zależności od stopnia zagrożenia, a zwłaszcza od

skutków, które w jego wyniku nastąpiły, zdarzenia dzieli się na:

• incydenty lotnicze – zdarzenia związane z eksploatacją statku powietrznego,

które mają lub mogłyby mieć niekorzystny wpływ na bezpieczeństwo eksplo-

atacji,

• poważne incydenty lotnicze – incydenty, których okoliczności wskazują, że

nieomal doszło do wypadku lotniczego,

• wypadki lotnicze – zdarzenia podczas których jakakolwiek osoba doznała co

najmniej poważnych uszkodzeń ciała lub statek powietrzny został uszkodzony

lub nastąpiło zniszczenie jego konstrukcji albo statek powietrzny zaginął i nie

został odnaleziony lub statek powietrzny znajduje się w miejscu, do którego do-

stęp nie jest możliwy.

Na bezpieczeństwo kontrolowanego ruchu lotniczego ma wpływ duża liczba zjawisk

oraz zdarzeń, które mają charakter bardzo zróżnicowany. Czynniki wpływające na bez-

Jacek Skorupski

Hierarchiczny system Zarządzania ruchem lotniczym – aspekty oceny

bezpieczeństwa, Logistyka (ISSN 1231-5478) No 6, Instytut Logistyki i

Magazynowania, Poznań, 2008.

pieczeństwo ruchu lotniczego można podzielić na grupy, w których wyszczególniono

czynniki mające różne pochodzenie.

3. PRZYCZYNY WYPADKÓW LOTNICZYCH

Wypadki lotnicze praktycznie nigdy nie bywają następstwem tylko jednej przyczy-

ny. Zwykle zdarzają się wskutek zaistnienia łańcucha zdarzeń połączonego związkiem

przyczynowo-skutkowym. Gdy rozpatruje się je oddzielnie, to prawdopodobieństwo

zajścia każdego z nich jest niewielkie, lecz w połączeniu z innymi mogą utworzyć ciąg,

pozornie nieistotnych zdarzeń, który nieuchronnie prowadzi do wypadku.

Przyczyny wypadków lotniczych lub przesłanki wypadków lotniczych często nazy-

wane są w literaturze przedmiotu czynnikami sprawczymi lub czynnikami awaryjności.

Czynniki te w klasycznym ujęciu dzieli się zasadniczo na trzy grupy [3]:

• czynniki błędu ludzkiego,

• czynniki sprzętowe,

• czynniki środowiskowe (otoczenia).

Warto zauważyć, iż grupy czynników awaryjności można również odnieść do zda-

rzeń bezpośrednio związanych z procesem ruchu fR, dzieląc te ostatnie według tych sa-

mych kategorii. Dalej omówiono wpływ czynników ruchowych na bezpieczeństwo,

przedstawiono także inną klasyfikację zdarzeń ruchowych.

Czynniki błędu ludzkiego to grupa czynników bezpieczeństwa związana z persone-

lem lotniczym, zarówno naziemnym jak i załogami samolotów. W najszerszym znacze-

niu, pojęcie personel lotniczy powinno obejmować wszystkich ludzi, którzy mają zwią-

zek z projektowaniem, produkcją, obsługą techniczną, wykonywaniem lotów i kierowa-

niem ruchem powietrznym.

Jak wynika z analiz bezpieczeństwa (prowadzonych przez Państwową Komisję Ba-

dania Wypadków Lotniczych), główną przyczyną występowania wypadków lotniczych

są właśnie błędy ludzkie. Błędy popełniane przez personel lotniczy naziemny i latający,

są bardzo zróżnicowane i mają na bezpieczeństwo ruchu lotniczego wpływ zasadniczy.

Błędy ludzkie można podzielić na dwie grupy. Są to błędy w technice pilotowania,

oraz błędy proceduralne wynikające z nieprzestrzegania przepisów o ruchu lotniczym.

Czynniki sprzętowe należą do drugiej grupy czynników, będących przyczyną nie-

bezpiecznych zdarzeń lotniczych. Podobnie jak w przypadku czynnika ludzkiego sprzęt

lotniczy można podzielić na dwie grupy. Jest to sprzęt latający oraz sprzęt naziemny.

Również w tym przypadku zasadnicze dla bezpieczeństwa znaczenie ma sprzęt lata-

jący. Od klasy i jakości tego sprzętu zależy bezpieczeństwo lotu samolotów. Sprzęt lata-

jący podlega, w związku z tym częstym okresowym badaniom technicznym i na bieżąco

usuwane są wykryte w jego działaniu nieprawidłowości. Duży nacisk na wysoką jakość

oraz dobry stan techniczny sprzętu latającego ma zasadniczy wpływ na jego awaryjność.

Inną ważną grupą przyczyn zdarzeń lotniczych są czynniki otoczenia. Środowisko,

w którym odbywa się lot samolotu wraz z wykonującą swoją pracę załogą, wykazuje

bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo lotu. Z punktu widzenia zapewnienia jak naj-

większego bezpieczeństwa, środowisko rozpatruje się jako składające się z dwóch sfer –

naturalnej (przyrodniczej) oraz sztucznej (wytworzonej w wyniku działań człowieka).

Elementami środowiska naturalnego (przyrodniczego) są przede wszystkim pogoda i

ukształtowanie terenu. Podstawowym czynnikiem atmosferycznym wpływającym na

bezpieczeństwo ruchu lotniczego jest widzialność. Nawet przy zastosowaniu najnowo-

cześniejszej techniki, ruch lotniczy odbywający się w warunkach bez widoczności jest

bardziej podatny na nieprawidłowości niż ruch odbywający się z pełną widocznością.

Jacek Skorupski

Hierarchiczny system Zarządzania ruchem lotniczym – aspekty oceny

bezpieczeństwa, Logistyka (ISSN 1231-5478) No 6, Instytut Logistyki i

Magazynowania, Poznań, 2008.

Środowisko sztuczne można natomiast podzielić na fizyczne i niefizyczne. Środowi-

sko fizyczne obejmuje m. in. obiekty stworzone przez człowieka, które są obecnie nie-

zbędne dla poprawnego funkcjonowania lotnictwa. Zalicza się do nich urządzenia sys-

temu kierowania ruchem lotniczym, porty lotnicze, środki zabezpieczenia lotu i lądowa-

nia, infrastrukturę lotniska i in. Stworzone przez człowieka środowisko niefizyczne za-

wiera elementy procedury określające w jaki sposób powinien i będzie funkcjonował

system. Do niego zalicza się prawo narodowe i międzynarodowe umowy prawne, odpo-

wiednie dokumenty normatywne i instrukcje, standardowe przepisy eksploatacyjne, pro-

gramy szkolenia i in.

Klasyczny podział czynników sprawczych zdarzeń lotniczych nie wyodrębnia grupy

czynników ruchowych, która jest dla bezpieczeństwa ruchu lotniczego najistotniejsza,

zaliczając je po części do pozostałych grup. Czynniki te są zależne od wzajemnych poło-

żeń samolotów oraz kierunków ich ruchu. Duże znaczenie posiadają również szybkości

samolotów i ich zmiany, a także liczba samolotów w rozpatrywanym sektorze kontroli.

Pierwszym najważniejszym czynnikiem bezpieczeństwa w sytuacji ruchowej są od-

ległości między samolotami. Nie sposób jednak nie uwzględnić, także tendencji zmian

tych odległości. Odległość oraz jej zmiana, są ze sobą w ścisły sposób powiązane. Nawet

znaczna odległość pomiędzy dwoma samolotami, może okazać się niebezpieczna po

uwzględnieniu tendencji do jej zmniejszania się. Analogicznie stwierdzenie zaistnienia

niewielkiej odległości pomiędzy samolotami nie może być podstawą do określenia za-

grożenia bez stwierdzenia, czy odległość ta maleje, czy może szybko rośnie zmniejsza-

jąc niebezpieczeństwo.

Przy określaniu bezpiecznych odległości uwzględnić należy wzajemne położenie

samolotów. Największe odległości muszą być zachowane, jeżeli samoloty znajdują się

na tych samych torach lotu, ponieważ właśnie w takim przypadku odległość może naj-

szybciej ulec zmianie. Również duży odstęp powinien zostać zachowany w przypadku

przecinania się torów lotu samolotów, ponieważ istnieje w tym przypadku zagrożenie

utraty sterowności w wyniku znalezienia się samolotu w obszarze silnych turbulencji

powstałych za innym samolotem.

4. OCENA BEZPIECZEŃSTWA W HIERARCHICZNYM SYSTEMIE ZARZĄ-

DZANIA RUCHEM LOTNICZYM

Problem określenia poziomu bezpieczeństwa transportu lotniczego w dłuższym

czasie rozwiązuje się zazwyczaj przez wyznaczanie wielkości statystycznych mówią-

cych o liczbie wypadków, kolizji, ofiar na jednostkę czasu, liczbę lotów itp. Na podsta-

wie tak określonych wartości prognozuje się wartości przyszłe. Mamy tu jednak do czy-

nienia w zasadzie z problemem prognozowania a nie wymiarowania wielkości bieżących

czy oceny procesów zachodzących współcześnie, choć odniesionych do średniego czy

dłuższego czasu.

Oddzielne analizowanie bezpieczeństwa ruchu dla horyzontu krótkoterminowego

oraz dla horyzontu długo- i średnioterminowego ma swoje uzasadnienie w wyraźnej

hierarchizacji procesu kontroli (zarządzania) ruchem lotniczym ([8]). W hierarchii tej

widać wyraźnie cztery poziomy:

1. bieżąca kontrola ruchu w czasie rzeczywistym,

2. zarządzanie procesem ruchu w cyklu dobowym,

3. realizacja zadań transportowych w cyklu półrocznym,

4. krótko- i długookresowy rozwój systemu ruchu lotniczego.

Jacek Skorupski

Hierarchiczny system Zarządzania ruchem lotniczym – aspekty oceny

bezpieczeństwa, Logistyka (ISSN 1231-5478) No 6, Instytut Logistyki i

Magazynowania, Poznań, 2008.

Poziom pierwszy ma charakter wyraźnie krótkoterminowy, podejmowane decyzje

mają horyzont od kilku do kilkudziesięciu minut i takiż jest czas dostępny na podjęcie

decyzji. Poziom drugi ma charakter średnioterminowy – decyzje podejmowane są w

horyzoncie kilku-kilkunastu godzin. Poziom trzeci i czwarty mają charakter długotermi-

nowy.

Struktura taka odpowiada systemowi działań prewencyjnych stosowanemu w ruchu

lotniczym jakim jest zarządzanie przepływem potoków ruchu lotniczego (ATFM).

Zgodnie z polskim prawem lotniczym, zarządzanie przepływem ruchu lotniczego polega

na „optymalizacji natężenia tego ruchu, z uwzględnieniem konieczności zmniejszania

uciążliwości hałasu na lotnisku i w jego otoczeniu” [4]. W celu zwiększenia efektywno-

ści zarządzania przepływem ruchu lotniczego, Europejska Organizacja ds. Bezpieczeń-

stwa Żeglugi Powietrznej EUROCONTROL powołała Centralny Organ Zarządzania

Przepływem Ruchu Lotniczego CFMU. Organ ten ma swoje siedziby w Brukseli i Breti-

gny i jest odpowiedzialny za zarządzanie przepływem ruchu lotniczego w całej Europie.

Do zakresu jego obowiązków należy:

• planowanie strategiczne (sezonowe),

• planowanie wstępne dotyczące planowania operacji w ciągu dwóch dni przed

dniem operacji (przedtaktyczne),

• planowanie aktualne (taktyczne) związane z operacjami bieżącymi (w czasie

rzeczywistym).

Działalność strategiczna jest skierowana na rozwiązanie głównych problemów ru-

chu lotniczego - obejmuje analizę potrzeb na najbliższy sezon, szacując gdzie i kiedy

mogą przewyższyć dostępną przepustowość ATC.

Planowanie wstępne i aktualne prowadzone jest w Polsce przez CFMU przy ścisłej

współpracy ze stanowiskiem Zarządzania Przepływem Ruchu Lotniczego (Flow Mana-

gement Position - FMP). Personel ze stanowiska FMP pośredniczy pomiędzy organami

kontroli ruchu lotniczego, lokalnymi operatorami samolotów a CFMU ([1]). W przypad-

ku, gdy potrzeby ruchu przewyższają określoną przepustowość systemu kontroli ruchu

lotniczego, CFMU za pośrednictwem kontrolera FMP, nakłada tak zwane „regulacje” -

ograniczenia ruchu w określonym sektorze lub lotnisku. Zapobiegają one powstawaniu

spiętrzeń w określonych przestrzeniach powietrznych, tym samym stanowią działania

prewencyjne w zakresie bezpieczeństwa ruchu.

Organizację i zasady działania służby ATFM oraz zasady współdziałania między

służbą ATFM a organami kontroli ruchu lotniczego i użytkownikami samolotów, regu-

lowane są poprzez odrębne ustalenia. Zasady współdziałania między zainteresowanymi

służbami ATFM w poszczególnych przestrzeniach ujmowane są w zawieranych między

nimi umowach.

O ile geometryczne metody wymiarowania bezpieczeństwa ruchu [9] wyraźnie od-

noszą się do procesu bieżącej kontroli i operują w skali mikro, o tyle horyzont średnio- i

długoterminowy wymaga zdecydowanie innego podejścia do zagadnienia wymiarowania

bezpieczeństwa ruchu. Na drugim poziomie w hierarchii zarządzania ruchem decyzje

podejmuje się zazwyczaj na podstawie planowanego ruchu i przewidywanej pojemności

sektorów kontroli. Na trzecim i czwartym poziomie w tej hierarchii ruch planuje się bio-

rąc pod uwagę jego jakość – płynność, ekonomiczność, punktualność.

Bezpieczeństwo ruchu jest zazwyczaj przyjmowane jako podstawowe kryterium

oceny ruchu lotniczego. Istnieje możliwość zwymiarowania bezpieczeństwa ruchu przy

wykorzystaniu pojęcia jakości ruchu. Jakość ruchu jest definiowana przy wykorzystaniu

wskaźników, których podstawą są kryteria ekonomiczne (ważne głównie dla użytkowni-

Jacek Skorupski

Hierarchiczny system Zarządzania ruchem lotniczym – aspekty oceny

bezpieczeństwa, Logistyka (ISSN 1231-5478) No 6, Instytut Logistyki i

Magazynowania, Poznań, 2008.

ków przestrzeni powietrznej – linii lotniczych) oraz kryteria związane z czasem podróży

(ważne zwłaszcza dla pasażerów). Definicje tych wskaźników przyjmują, że bezpieczeń-

stwo jest „na właściwym poziomie”. Służby kontroli ruchu lotniczego dążą do ekstrema-

lizacji tych wskaźników, jednak wcześniej dbają o spełnienie wszystkich międzynaro-

dowych przepisów ruchu.

5. PRZYKŁAD ANALIZY – POZIOM ZARZĄDZANIA W CYKLU DOBOWYM

Ciekawym i praktycznie wykorzystywanym wskaźnikiem jakości ruchu mogącym

służyć zagregowanej ocenie bezpieczeństwa ruchu jest pojemność sektora kontroli. Ist-

nieją efektywne metody wyznaczania pojemności dla sektora kontroli obszaru (np. [6])

oraz dla rejonu lotniska (np. [5]). Są one oparte na odpowiednio skonstruowanych mode-

lach ruchu lotniczego w badanych rejonach. Część z nich jako podstawę oceny pojemno-

ści przyjmuje obciążenie kontrolera pracą (obszar), część zaś – dopuszczalne opóźnienie

(rejon lotniska). Pojęcie pojemności jest stosowane bardzo powszechnie. Ogólny jego

sens sprowadza się do tego, iż jest to taka liczba samolotów, która może znajdować się

w sektorze kontroli bez naruszenia zdefiniowanych ograniczeń (maksymalnego dopusz-

czalnego obciążenia kontrolera pracą – dla sektora obszarowego, czy maksymalnego

dopuszczalnego opóźnienia – dla rejonu lotniska). Jest to więc wskaźnik określający

jakość ruchu. W przypadku, gdy natężenie ruchu X nie przekracza pojemności, ruch

spełnia wymagania jakościowe, np. dotyczące średniego czasu opóźnienia samolotów w

rejonie lotniska.

Pojęcie pojemności sektora można adaptować do oceny bezpieczeństwa ruchu. Moż-

na przyjąć, iż jeśli wielkość ruchu w danym sektorze jest mniejsza niż określona przy

wykorzystaniu wspomnianych metod, wówczas nie mamy podstaw do mówienia o za-

grożeniu bezpieczeństwa. W przeciwnym przypadku o stopniu zagrożenia decydują dwa

czynniki: stopień przekroczenia pojemności oraz czas przez jaki trwa przekroczenie po-

jemności. Przekroczenie pojemności skutkuje bowiem takimi zdarzeniami jak nieplano-

wane manewry czy oczekiwanie w holdingu, te zaś wpływają znacząco na poziom bez-

pieczeństwa ruchu.

Można określić funkcję przyporządkowującą pewną liczbę różnicy między pojem-

nością sektora a rzeczywistą liczbą samolotów w sektorze oraz czasowi trwania przekro-

czenia. Liczbę tę możemy nazwać wskaźnikiem przepełnienia sektora ( WPS) [8] i

traktować ją jako miarę bezpieczeństwa ruchu. Przyjmując, że zarówno pojemność, jak i

rzeczywista liczba samolotów w sektorze są wielkościami skokowo zmieniającymi swo-

je wartości (rys. 1) można powiedzieć, że wskaźnik przepełnienia sektora jest miarą pola

powierzchni obszaru zaznaczonego kreskowaniem. Zmiany pojemności mogą być wy-

wołane wieloma czynnikami, takimi jak na przykład uszkodzenie jednego z radarów

wykorzystywanych do kontroli ruchu lotniczego, warunki meteorologiczne, zmiana kon-

figuracji sektorów itp.

Oznaczmy:

twe - czas wejścia i-tego samolotu w badany obszar,

twy - czas wyjścia j-tego samolotu z sektora,

+ – czas m-tego zwiększenia pojemności sektora kontroli o wielkość ca+ ,

− - czas n-tego zmniejszenia pojemności obszaru o wielkość ca− .

Jacek Skorupski

Hierarchiczny system Zarządzania ruchem lotniczym – aspekty oceny

bezpieczeństwa, Logistyka (ISSN 1231-5478) No 6, Instytut Logistyki i

Magazynowania, Poznań, 2008.

Czas zajścia dowolnego z powyżej określonych zdarzeń oznaczamy przez t , gdzie

k jest indeksem (numerem) kolejnego zdarzenia.

Oznaczmy ponadto pojemność sektora w chwili t przez CA( t), zaś liczbę samolotów

w sektorze w chwili t przez LS( t).

tóloo 20

ma sa 15

pojemność

, Lćśon 5mjeoP0

Czas

Rys. 1. Zmiany liczby samolotów w sektorze i pojemności sektora.

Określmy zbiór numerów samolotów, które wleciały do sektora w okresie obserwa-

cji (0,t]

L ( 0 ,t ] =

0 <

≤

{ i : ti t

}, (1)

zaś zbiór numerów samolotów, które w tym czasie opuściły badany sektor kontroli przez

L ( 0 ,t ] =

0 <

≤

{ i: ti t

} (2)

Liczba samolotów znajdujących się w chwili t w sektorze kontroli wynosi:

LS( t ) = ls + L ( 0 ,t ] − L ( 0 ,t ]

, (3)

gdzie ls0 – liczba samolotów w sektorze na początku przedziału obserwacji.

Uporządkujmy teraz chwile zajść poszczególnych zdarzeń mających wpływ na po-

jemność sektora i liczbę samolotów znajdujących się w sektorze. W tym celu zdefinio-

wany zostanie porządek O określający ten ciąg zdarzeń:

k 1

−

k 1

−

k 1

O = 0

, K ,t

,t ,t

, K ,t , t

≤ t ≤ t (4)

Jacek Skorupski

Hierarchiczny system Zarządzania ruchem lotniczym – aspekty oceny

bezpieczeństwa, Logistyka (ISSN 1231-5478) No 6, Instytut Logistyki i

Magazynowania, Poznań, 2008.

Wskaźnik przepełnienia można określić następująco:

WPS =

∑

( k

LS( t ) −

C (

A t

) k+

) ⋅ ( t 1 − k

) ) (5)

k:LS ( t k )> C (

A t k )

Wskaźnik przepełnienia sektora może być przyjęty jako miara bezpieczeństwa dy-

namicznego BD (patrz [9]), gdyż przyporządkowuje on oceny liczbowe procesowi ruchu,

a nie pojedynczej sytuacji ruchowej. Różne decyzje sterujące, stany otoczenia (pogody)

skutkują różnicami np. w czasach wlotów i wylotów samolotów do/z badanego sektora,

podobnie wpływają na zmiany pojemności sektora.

Wskaźnik ten jest bardzo przydatny przy ocenie bezpieczeństwa ruchu. Może on

bowiem posłużyć do analizowania bezpieczeństwa zarówno w krótkim jak i dłuższym

horyzoncie czasu. Można wykorzystywać go jako kryterium porównawcze dla oceny

różnych wariantów zarządzania ruchem.

Skumulowany wskaźnik przepełnienia sektora

Wskaźnik przepełnienia w wersji podstawowej daje nam informacje wyłącznie o

okresach, w których występowało faktyczne przekroczenie pojemności sektora. W ruchu

lotniczym występuje jednak zdolność do kompensacji niekorzystnych zjawisk. Dotyczy

ona na przykład możliwości regeneracyjnych kontrolera ruchu lotniczego, który pracuje

na zmianę w warunkach przeciążenia i niedociążenia. Podobnie w przypadku przebywa-

nia w sektorze zbyt dużej liczby samolotów, jeśli następnie pojemność wzrasta – możli-

we jest rozładowanie spiętrzenia ruchowego i przywrócenie bezpiecznych warunków

prowadzenia ruchu. Oczywiście nawet chwilowe przekroczenia pojemności są zjawi-

skiem niekorzystnym, wobec tego kontrolerzy ruchu powinni ich unikać – może w tym

dopomóc wykorzystywanie wskaźnika WPS.

Możemy jednak zdefiniować skumulowany wskaźnik przepełnienia sektora WPSK

uwzględniający zdolność do kompensacji:

WPSK

= ∑ (

LS ( t

) −

CA ( t

))⋅

k +

( t

1 − k

)) (6)

Analizowanie zmiany wskaźnika WPSK w czasie może być przydatne dla określania

chwil, gdy konieczne są działania zaradcze, aby nie dopuścić do wystąpienia sytuacji

groźnej dla bezpieczeństwa ruchu.

Wskaźnik względnego przepełnienia sektora

Ciekawe i ważne efekty przy ocenie bezpieczeństwa ruchu przy wykorzystaniu po-

jęcia pojemności sektora daje zastosowanie wskaźnika względnego przepełnienia sekto-

ra WWPS. Uwzględnia on nie tylko wielkość (wartość bezwzględną) przepełnienia sek-

tora, ale odnosi ją to rzeczywistej pojemności. Można wówczas uwzględnić fakt, że

przekroczenie pojemności o pewną wartość jest bardziej niebezpieczne wówczas, gdy

wielkość pojemności jest niska, niż przy wysokiej pojemności.

Wskaźnik ten w wersji podstawowej można zdefiniować następująco:

Jacek Skorupski

Hierarchiczny system Zarządzania ruchem lotniczym – aspekty oceny

bezpieczeństwa, Logistyka (ISSN 1231-5478) No 6, Instytut Logistyki i

Magazynowania, Poznań, 2008.

WPS

WWPS

∑

k +

CA ( t ) ⋅

( t

− k

t )

k :LS ( k

t ) > CA ( k

t )

(7)

∑

k +1

( t

− k

t )

k : LS ( k

t ) > CA ( k

t )

Wskaźnik względnego przepełnienia sektora WWPS odnosi WPS do średniej ważo-

nej pojemności sektora w tych chwilach, w których liczba samolotów przekracza pojem-

ność.

Analogicznie można zdefiniować skumulowany wskaźnik względnego przepełnienia

systemu:

WPSK

WWPSK

∑

CA ( t

) ⋅

k +

( t

1 − k

)

(8)

∑

k +

( t

1 − k

)

Przy wykorzystaniu tego wskaźnika można analizować stopień zagrożenia bez-

pieczeństwa odniesiony do poziomu pojemności w nieco dłuższym czasie, przy

uwzględnieniu zdolności systemu ruchu lotniczego do kompensacji zagrożenia wynika-

jącego z przekroczenia pojemności.

6. PODSUMOWANIE

Istnieje ścisły związek między jakością ruchu a jego bezpieczeństwem. Ruch o do-

brej jakości jest jednocześnie ruchem bezpiecznym. Wystarczy zauważyć że ruch bez-

pieczny to ruch płynny, zgodny z wcześniejszym planem, nie podlegający interwencjom

kontrolera. Taki ruch jednocześnie jest tani, gdyż trajektoria lotu odpowiada optymal-

nym charakterystykom lotnym samolotów, to znaczy ma wysoką jakość z punktu widze-

nia przewoźników. Analogicznie ruch płynny gwarantuje dotarcie samolotów do miejsca

przeznaczenia w zaplanowanym wcześniej czasie, to znaczy ruch taki ma wysoką jakość

z punktu widzenia pasażerów, gdyż minimalizuje opóźnienia.

Badania modelowe potwierdzają istnienie związku między jakością ruchu a pozio-

mem bezpieczeństwa. Procesy sterowania ruchem prowadzące do maksymalizacji jako-

ści (np. płynności) prowadzą jednocześnie do zwiększania bezpieczeństwa ruchu. Dla

średnioterminowej oceny bezpieczeństwa ruchu najbardziej obiecujące są omówione w

niniejszym artykule wskaźniki bazujące na pojęciu pojemności sektora. Ich zastosowa-

nie w praktyce jest jednak uzależnione od powszechnego przyjęcia standardu definicji

pojemności sektora kontroli.

7. LITERATURA

[1] CFMU Operations executive summary, EUROCONTROL, 2002.

[2] Instrukcja o ruchu lotniczym kontrolowanym PL-4444, Urząd Lotnictwa Cywilnego,

Warszawa 2003.

[3] Jaźwiński J., Borgoń J.: Niezawodność eksploatacyjna i bezpieczeństwo lotów,

WKiŁ 1989.

[4] Prawo Lotnicze, Ustawa z dnia 3 lipca 2002 (Dz. U. z 2002 r., Nr 130, poz. 1112), z

późn. Zmianami.

Jacek Skorupski

Hierarchiczny system Zarządzania ruchem lotniczym – aspekty oceny

bezpieczeństwa, Logistyka (ISSN 1231-5478) No 6, Instytut Logistyki i

Magazynowania, Poznań, 2008.

[5] Skorupski J., Metoda wyznaczania pojemności rejonu lotniska. Prace Naukowe Poli-

techniki Warszawskiej, seria Transport, vol. 44, str. 77-87, Warszawa 2000.

[6] Skorupski J., Malarski M., Metoda wyznaczania pojemności lotniska, Sympozjum

naukowe Przepustowość polskich lotnisk komunikacyjnych w aspekcie realizacji

programu HUB dla lotniska Warszawa Okęcie im. Fryderyka Chopina, str. 75-80.

Warszawa 2002.

[7] Skorupski J.: Bezpieczeństwo ruchu lotniczego – metody wymiarowania, Prace na-

ukowe PR, seria Transport nr 1(17), Radom 2003.

[8] Skorupski J., Metoda wymiarowania bezpieczeństwa ruchu lotniczego w horyzoncie

średnioterminowym, Badania Operacyjne i Systemowe, Analiza systemowa w glo-

balnej gospodarce opartej na wiedzy, str. 251-258, Wyd. EXIT, Warszawa 2006.

[9] Skorupski J., Metody wymiarowania bezpieczeństwa ruchu lotniczego, Prace Na-

ukowe Politechniki Warszawskiej, seria Transport, z. 66, Warszawa 2008.

[10] Żylicz M., Prawo Lotnicze międzynarodowe, europejskie i krajowe, Wydawnictwo

Prawnicze Lexis Nexis, Warszawa 2002.