Использование систем искусственного видения для повышения безопасности полетов в гражданской авиации

Использование систем искусственного видения для повышения безопасности полетов в гражданской авиации.

Измайлова Д. З., Ильин М. М., Кашарин Д. А.,

В современных условиях вопрос обеспечения безопасности полетов остается по-прежнему актуальным. Несмотря на то, что в гражданской авиации используется воздушные суда, которые являются технически сложными системами и их технические характеристики постоянно совер- шенствуются, количество авиационных происшествий остается на высоком уровне. Не последнюю роль в обеспечении безопасности полетов играет надежность бортового навигационного оборудования. В последнее время в гражданской авиации стали активно внедряться системы искусственного видения, которые помогают экипажу воздушного судна ориентироваться на местности при взлете и посадке.

Синтетическая система видения (SVS) - это бортовая система самолета, которая объединяет трехмерные данные и выводит их на дисплей для улучшения ситуационной осведомленности летных экипажей, независимо от погоды или времени суток. Система облегчает рабочую нагрузку пилота во время сложных ситуаций и оперативно требующих фаз полета, например, на взлете. SVS объединяет дисплей с высоким разрешением и базы данных о местности и препятствиях, аэронавигационной информации, каналы передачи данных от других воздушных судов и систем навигации. SVS отображает модель реального мира, представляя информацию летному экипажу, таким образом, который легко понять и быстро усвоить. Картина, представленная на дисплее SVS, заменяет обычное изображение неба и земли, включая трехмерное представление внешней среды с деталями местности, препятствиями, погодой, траекторией захода на посадку, областями маневра на взлетно-посадочной полосе и аэродромом и т.д. [1].

Это повышает безопасность полетов, объединяя передовую базу данных топографических карт, представленную в виде движущегося изображения, синхронизированного с положением GPS, чтобы дать пилоту четкую, не загроможденную визуализацию его или ее окружения, а иногда одновременно и имитацию моделированного шоссе в небе (HITS) путь для курсов и подходов[1].

Двадцать лет назад ранние формы SVS составляли низкокачественные модели гор, зданий и очертаний зданий и водоемов. Сегодняшние лучшие системы SVS приближаются к уровням реализма в их визуализации.

Существует множество вариантов модернизации SVS-технологий, а производители авионики все чаще включают SVS в качестве стандартной функции своих интегрированных пакетов и первичных полевых дисплеев на стеклянную панель (PFD). SVS доступен даже в сочетании с другой системой искусственного видения - системой расширенного зрения (EVS).

EVS – это система, позволяющая обнаружить объект отсутствующий во время сканирования, но теперь присутствующий в режиме реального времени. В отличие от EVS, для чего требуется инфракрасный датчик для создания видимого изображения на дисплее кабины экипажа, SVS создает свои снимки из памяти, включающей данные многочисленных сканирований спутников.

Далее будут рассмотрены недостатки и преимущества обеих систем искусственного видения.

Название	Достоинства	Недостатки
EVS	-    Работа в режиме реального времени. -    Автоматическое обнаружение препятствий на взлетно-посадочной полосе. -    Автоматическое обнаружение взлетно-посадочной полосы в условиях отсутствия навигационных данных и другой информации о закабинной обстановке.	-    Монохроматическое отображение информации о закабинной обстановке. -    Отображение объектов, различимых в инфракрасном диапазоне.
SVS	-    Есть возможность использования портативного планшета, который не мешает работе основной панели. -    Цветное отображение визуальной	- Невозможность отображения объектов, появившихся или изменивших свое положение в определяемой зоне после сканирования.

информации;

Таким образом, недостатки каждой из систем искусственного видения могут быть скомпенсированы использованием комбинированной (гибридной) системы.

Спустя всего несколько лет SVS стал основным продуктом в последних моделях «стеклянных» кабин и популярным обновлением панелей. На данный момент новейшим российским самолетом, использующим SVS, является новая модель МС-21, разработанная НПК «Иркут» и ОАО «ОКБ им. А.С. Яковлева».

В условии недостаточной видимости полеты могут быть крайне тяжелыми. При использовании EVS/SVS допустимый минимум видимости по вертикали можно снизить всего до 30м. Сегодня запрещаются посадки самолетов в случаях, когда взлетно-посадочную полосу не видно на расстоянии 60м. Используя EVS/SVS это значение можно снизить вдвое. Использование EVS/SVS повышает вероятность посадки с первого раза, а также помогает сэкономить время и топливные расходы. По данным Федеральной авиационной администрации США, половина всех задержек рейсов происходит именно из-за плохой погоды. Технология EVS/SVS позволит практически в два раза сократить количество аэропортов, отменяющих полеты из-за плохой видимости, а также снизить расходы на топливо авиакомпаниям благодаря меньшему числу уходов на запасные аэродромы [2].

В основном новейшие технологии применяются в бизнес-авиации. Для владельцев воздушных судов и пилотов, существует несколько вариантов внедрения технологии:

Вариант 1: портативный планшет, независимый от панели SVS.

Портативный планшет, использующийся в качестве дисплея бортового оборудования, не соответствует нормам, но является удобным инструментом. Зная, что многим старым бизнес-джетам не хватает авионики, способной отображать SVS, несколько провайдеров предлагают ElectronicFlightBags (EFB). Используемый планшет должен иметь приемник GPS или другой источник для определения положения воздушного судна. В качестве альтернативы, пилоты могут использовать дистанционный датчик, который передает данные SVS по беспроводной сети на план-шет.Многие планшеты могут получать передаваемые через Wi-Fi SVS из установленных систем авионики.

Преимущество этого варианта становится очевидной для пилота, который может летать на разных самолетах в разные дни, а так как планшет EFB путешествует с пилотом из одной кабины экипажа в другую, его работа не зависит от авионики самолета.

Вариант 2: Установленный и зависимый от панели SVS.

SVS поздней модели от практически каждого авиационного производителя предлагают возможность отображать SVS-графику за изображениями компьютерных полетов и навигационных индикаторов.

Если базовая вычислительная авионика обладает достаточной скоростью и памятью для загрузки программного обеспечения, затраты на добавление или модернизацию авионики путём установки системы SVS будут являться более дешевыми и выгодными.

Для операторов, которые выбирают планшет EFB в качестве источника SVS, затраты обычно не будут обходиться в четырехзначную сумму. Предполагая, что пилот уже использует планшет EFB, стоимость может быть такой же, как добавление или обновление программного обеспечения.

На сегодняшний день SVS является технологией первого поколения, отчего не всегда работает исправно и имеет функциональные недостатки. Несколько раз случались предаварийные ситуации, которые могли привести к авиационной катастрофе. Это случалось из-за ошибки в показаниях, а именно неверного отображения местности прибором. В связи с этим воз- никает необходимость проверки надежности работы системы искусственного видения.

В научно-исследовательской работе Дяченко С.А. «Разработка модели системы синтетического видения для перспективных гражданских самолётов» были исследованы модели авиационных систем синтетического видения, согласно нормативам утвержденными ICAO. По результатам исследования были подтверждены работоспособность и высокая эффективность созданных моделей[3].

Согласно установленным правилам сертификации ICAO, самолет должен отвечать соответствующим нормам летной годности данного государства. Сертификационный базис может включать в себя специальные условия летности, и эквивалентный уровень безопасности. Также системы, являющиеся частью бортовой авионики, должны проходить сертификацию ГосНИИАС.

На примере МС-21 мы можем пронаблюдать за сертификацией воздушного судна, снабженного SVS, летные испытания которого, по словам директора департамента авиационной промышленности Минпромторга РФ Равиля Хакимова, должны закончиться до 2020 года. В результате сертификации мы увидим, безопасна ли SVS по мнению ИКАО[4].

Выводы.

Таким образом, внедрение EVS и SVS позволит решить проблемы с задержками, связанными с плохой погодой или ограниченной видимости (ночной полет, туман и т.д.). Это облегчит работу пилотам и улучшит традиционные системы видения.

Перспективным видится разработка гибридных систем, в которых в качестве источников искусственного видения используются изображения, как от системы SVS, так и от EVS.

На данный момент самолеты общего назначения, использующие SVS, только проходят сертификационные испытания, в то время как в коммерческой авиации новое оборудование активно используется. Связано это с легким внедрением SVS и EVS в авионику самолета, но с недостаточной изученностью надежности работы этих систем при пассажирских и грузовых авиационных перевозках.

Не вызывает сомнения, что использование систем искусственного видения, имеющих более совершенный алгоритм отображения местности на экране приборов поможет повысить безопасность полетов.