Traffic Alert and Collision Avoidance System

Traffic Alert and Collision Avoidance System

Stručný popis

TCAS

TCAS (Traffic Alert and Collision Avoidance System) je nástroj integrovaný do zabezpečovacích systémov na palube lietadla. Pozostáva z hardwerových a softwerových prostriedkov, ktoré spoločne poskytujú možnosť sledovať letovú prevádzku vo svojom blízkom okolí. Jednou z možnosti TCAS je schopnosť zobraziť pilotovi relatívnu polohu, rýchlosť a smerovanie lietadiel do vzdialenosti 40 míľ Ak zariadenie vyhodnotí hroziace nebezpečné priblíženie, vyšle varovný signál. TCAS je ďalším poistením bezpečnosti letovej prevádzky. Spoločnosť  MITRE Corporation, ktorú sponzorovala americká FAA (Federal Aviation Administration).bola na počiatku výskumu tejto technológie.  Môžeme povedať, že MITRE stála na samom začiatku zrodu tejto myšlienky

Pozadie vývoja  

 

Už od roku 1960 MITRE, Center for Advanced Aviation System Development (CAASD) a Air Traffic Control (ATC) poskytovali technickú podporu organizácii FAA. CAASD pomohla v implementácii systému do vybavenia lietadiel. Výsledkom úsilia bolo, že TCAS sa stal bezpečnostným štandardom v USA a niektorých iných krajinách. Výsledok používania TCAS je jednoznačný. Od roku 1990 sa v USA nestala žiadna letecká nehoda, v dôsledku nebezpečného priblíženia a nasledujúcej zrážky. Vďaka TCAS sa významne zväčšila šanca pilotov odvrátiť hrozbu kolízie – zrážky vo vzdušnom priestore. Piloti sa môžu spoľahnúť na TCAS, ktorý im poskytne rozhodujúce údaje pre odvrátenie kolízie, vďaka čomu môže posádka a cestujúci letieť tak bezpečne, ako je len možné. Projekt podporilo okrem FAA a leteckých prepravcov, množstvo ďalších spoločnosti. CAASD skonštruoval a vyvinul elektronickú logiku pre srdce celého systému. Massachusetts Institute of Technology's Lincoln Laboratory vyvinula air-to-air surveillance.  FAA Technické centrum a skupina dodávateľov, vrátane The Analytical Sciences Corporation, Coleman Research Corporation, and Rannoch Corporation, boli zodpovedný za vývoj testovanie a certifikáciu softweru. The FAA Technical Center and ARINC Research sa zaoberalo vyhodnocovaním použitia v prevádzke.

Okrem návrhu logiky elektroniky, veľké množstvo práce zabral vývoj počítačových simulácii a testov. Vyvinuli sa  veľmi silne softvérove prostriedky, ktoré môžu generovať nespočetné množstvo prevádzkových situácii a simulovaných kolízii. To umožnilo dostatočne a  vyčerpávajúco  vyhodnocovať testy. Testovanie TCAS iba v prevádzke by bolo veľmi drahé, preto sa tiež v simulácii využívali záznamy radarových dát z riadnej prevádzky, za účelom získania informácii, ako sa systém správa, ako spoľahlivo pracuje. Na dôvažok, MITRE s FAA a inými organizáciami spolupracovali vo vyhodnocovaní špecifických udalosti. Ak v prevádzke došlo k priblíženiu, celá situácia sa mohla znovu nasimulovať a mohlo byť poskytnuté riešenie pre zvládnutie priblíženia.

História Plane COllision

30. júna 1956 sa v USA nad Grand Canyon zrazili dve lietadla. Táto a ďalšie podobné nehody podnietili potrebu vyvinúť systém, ktorý by zabránil podobným kolíziám. Spoločnosti čoskoro začali vyvíjať proti zrážkový systém, ale stretali sa s dvomi prekážkami. 

  1. Prijatie požiadavky leteckými spoločnosťami, vybaviť letecký park ďalším novým finančne náročným vybavením.  

  2. Doladiť systém do plne funkčnej prevádzkovej stability. Stále ešte zostavalo veľa práce na vylepšení systému.

V roku 1974, MITRE navrhla alternatívu (vzhľadom k finančnej náročnosti), využiť inštalované transpondery v lietadlách,  pre komunikáciu s pozemnými rádiolokačnymi prostriedkami SSR (Secondary Surveillance Radar) FAA's (ground-based Air Traffic Control Radar Beacon System ATCRBS). Konštruktéri využili výhodu existujúcich technológii, čím výrazne urýchlili vývoj a implementáciu systému. Beacon-Based Collision Avoidance System (BCAS) bol predchodca dnešného TCAS.. Systém vyslal dotaz k najbližšiemu lietadlu, podobne ako je to pri dotaze SSR radaru. Odpovedač potom vyslal späť odpoveď. Po jej dekódovaní boli získane údaje o polohe rýchlosti a kurze lietadiel. Využitím tejto informácie sa dalo zabrániť – vyhnúť hroziacej nehode. Výsledky testov boli sľubné. Na zemi MITRE vybavila jedno vozidlo tak, aby mohlo prijímať signály podobne ako na palube lietadla. Testy predčili očakávania. Technické centrum FAA potom zabezpečilo testovanie systému priamo na palube jedného lietadla. Na základe týchto dvoch testov sa výrazne posunul vývoj BCAS smerom dopredu. V roku 1981 FAA dospela k rozhodnutiu umiestniť celý systém na palubách lietadiel. Od tohto dáta sa používa označenie TCAS

Rozhodnutie kongresu

V roku 31.8.1986, keď sa TCAS stále vyvíjal sa stala ďalšia tragická kolízia Došlo k stretu dvoch lietadiel DC 9 a Piper. Pri jasnej oblohe klesal DC9 na pristátia na Los Angeles International Airport  Vo výške 6500 feet malé lietadlo Piper narazilo do chvostovej časti DC9 . Výsledkom nehody bolo 67 obetí na palubách lietadiel 15 na zemi. Po tejto nehode kongres USA schválil rezolúciu, podľa ktorej lietadla operujúce vo vzdušnom priestore USA musia byť vybavené nasledovne: lietadla s 10 až 30 sedadlami musia byť vybavené zariadením TICAS I a viac ako 30 sedadlami TICAS II.

Vývoj zameraný na bezpečnosť

I napriek tomu, že bol používaný zdokonalený TICAS s sw verziou 6,01, stále bolo čo vylepšovať. Systém reagoval aj v situáciách, keď to nebolo potrebné, ako napríklad priblíženie na pristátie, keď sa prevádzka zhusťuje, ale je bezpečne pod kontrolou. Niektorý piloti považovali toto zariadenie za otravu. Bolo príliš citlivé, niekedy bolo spustené odpovedačmi na mostoch a lodiach. Bola tu rastúca tendencia pilotov ignorovať zariadenie, čo sa jedného dňa nemuselo vyplatiť. V roku 1992 došlo k významnej zmene verziou softweru 6,04. Zariadenie bolo požívané spoločnosťou Delta Air. Došlo k 80 percentnému vylepšeniu chybovosti vyhodnocovania. (RA’s). Následný rok verzia sw 6,04A stav opäť zlepšila. Touto verziou začali byť vybavované lietadla od roku 1994.

Nová generácia

V roku1997 CAASD ukončila prácu na poslednej významnej zmene sw verziou 7. Boli implementované odporúčania a štandardy RTCA a FAA. Táto verzia je inštalovaná na všetky nové vyrobené lietadla. Bola tiež prevzatá organizáciou ICAO, ako medzinárodný štandard pre lety nad Európou a niektorých ďalších štátov.

TCAS DisplayPodľa vyjadrenia vedúceho skupiny sw vývoja verzia 7 o 20 percent zredukoval výskyt falošných RAs oproti predchádzajúcej verzii. Nová logika tiež vylepšuje TICAS v mnohých ďalších dôležitých oblastiach. CAASD viedlo bezpečnostné štúdie a vývoj vylepšovania doterajších verzii  TCAS. Hodnotiaca správa verzie 7 porovnávala pravdepodobnosť kolízie s TACS a bez neho. Zóna okolo lietadla s rádiusom 500 fítov a výškou 200 fítov je definovaná ako Critical Near Mid-Air Collisions (NMACs) - kritické priblíženie vo vzdušnom priestore. Zo správy vyplýva, že s vybavením TCAS sa o 90 až 98 percent zmenšuje riziko nebezpečného priblíženia, ako bez neho. Berúc do úvahy, že následky nebezpečného priblíženia môžu byť veľmi tragické, zariadenie TICAS veľmi významnou mierou prispieva k bezpečnosti leteckej prevádzky a kritické priblíženie redukuje na minimum, Verzia 7 je konečná verzia pre TACS.  CAASD pokračuje v práci na vývoji ďalších projektov pre riadenie letovej prevádzky a nepochybene bude hrať významnú úlohu vo vývoji CAS (collision avoidance systems ) v budúcnosti.

 

TCAS I indikuje smer, relatívnu výšku v zvolenom rozsahu diaľky (10 až 20 míľ) Farebným symbolom označí cieľ  potenciálneho nebezpečia kolízie. Pilot je upovedomený výstrahou Traffic Advisory (TA). Keď pilot obdrží signál TA, musí vizuálne identifikovať lietadlo v konflikte a zmeniť letovú hladinu (nastúpením do 300 fitov). TCAS I neposkytuje iné riešenie, ale dodáva pilotovi dôležité údaje, na základe, ktorých sa môže rozhodnúť pre vyhýbajúci manéver. Pre ilustráciu kritéria vzdialenosti a výšky vypovedajú o horizontálnych a vertikálnych rozstupoch čo  umožňuje monitorovať letovú prevádzku a udržiavať bezpečné rozstupy lietadiel.

Ak sú obe lietadla vybavené zariadením TICAS II, systém dokáže navrhnúť riešenie problému. Počítače po vzájomnej komunikácii a vyhodnotení údajov navrhnú pilotom riešenie konfliktu povelom “climb” or “descend”.

TCAS II je modernejší, rozvinutejší systém. Identifikuje kurz, letovú hladinu - výšku, ustálený let,  príznak stúpania, alebo klesania  v sledovanom priestore, Dotazuje lietadla v určenom dosahu, prijíma informácie, zobrazuje let prevádzku, reaguje varovaním, keď hrozí potenciálne nebezpečie. Ak to zhrnieme, prístroj neposkytuje iba zobrazenie podobné ako na radarovej obrazovke, ale vydáva výstražný signál a navrhuje riešenie situácie  vo forme povelu - rady TA - Traffic advisories a RA - .Resolution advisories TA  upozorní na to, že iným lietadlom bola narušená vlastná ochranná zóna TA - región obr4. RA - systém navrhuje riešenie kolízie poskytnutím rady posádke o tom, aký manéver  má byť vykonaný  pre dodržanie bezpečného rozostupu a odvrátenie hrozby stretu. Počítače na palubách lietadiel vyhodnotia situáciu, po vzájomnej výmene údajov a ich spracovaní navrhne pilotom riešenie vydaním povelov “climb” or “descend”. Manéver sa vykonáva v vertikálnej rovine. Zariadenie nepredpokladá nepretržite sledovanie pilotom, ale čo je najdôležitejšie upozorní a navrhne riešenie hroziacej kolízie.

TCAS Diagram

TCAS vysiela dotaz, prijíma informácie, zobrazuje prevádzku,
a reaguje výstrahou pilota, keď hrozí stret.

obr 4

TAWS   -  Terrain Awareness Warning System   

T2CAS  -  Terrain and Traffic Collision Avoidance System   

 

Skratky Abbreviations :

CAS - Collision Avoidance Systems TCAS - Traffic Alert and Collision Avoidance System, FAA - Federal Aviation Administration, CAASD - Center for Advanced Aviation System Development, ATC - Air Traffic Control, SSR - Secondary Surveillance Radar, ATCRBS - Air Traffic Control Radar Beacon System, BCAS - Beacon-Based Collision Avoidance System,  TA - traffic advisories, RA - resolution advisories, NMAC - Critical Near Mid-Air Collisions

original source: http://www.caasd.org/proj/tcas/ ;  http://www.l-3com.com/ . pripravil Tibor Jančula