СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ВИДИМОСТИ ОГНЕЙ ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНОЙ ПОЛОСЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF DETERMINING VISIBILITY RANGE OF RUNWAY LIGHTS AND APPARATUS FOR REALISING SAID METHOD

Предлагаемое изобретение относится к технике измерения фотометрических параметров и предназначается, преимущественно, для определения видимости световых ориентиров взлетно-посадочной полосы (ВПП) при метеорологическом обеспечении действий авиации на аэродроме.
Для безопасной посадки необходимо, чтобы пилот приземляющегося самолета при переходе от приборного пилотирования к визуальному смог обнаружить и опознать ориентиры ВПП. Видимость ориентиров ВПП в светлую часть суток определяют по результатам измерений прозрачности атмосферы трансмиссометром с последующим пересчетом коэффициента светопропускания в значение дальности Невидимости S по формуле Когимидера [1, с.63]
где ε - порог контрастной чувствительности глаза;
µ - показатель ослабления света в атмосфере.
В темную часть суток несамосветящиеся ориентиры визуально не могут быть обнаружены даже при хорошей прозрачности атмосферы. Ориентирами ВПП в темное время суток являются огни высокой интенсивности (ОВИ), расположенные вдоль ВПП.
Расчет дальности видимости ОВИ выполняют по формуле Аллара [1, с.105]:
где Е - порог световой чувствительности глаза;
I - сила света ОВИ (используют 4÷5 ступеней яркости огней);
R -дальность видимости огней ВПП;
µ - показатель ослабления света в атмосфере;
е - основание натуральных алгоритмов.
С учетом (1) формулу (2) приведем к виду:
где S - метеорологическая дальность видимости по данным трансмиссометра.
При этом
2
где L - яркость окружающего фона по данным яркомера (кд/м).
Формула (4) известна как формула Блеквелла.
Формулы (2) и (3) не имеют решения относительно R в явном виде. Варианты решения представлены в [2, 3, 4]. Эти варианты предполагают использование вспомогательных таблиц и специализированных вычислителей, что не отвечает современным требованиям.
Известные способы [1, 2, 5] осуществляются с помощью устройств, которые включают датчики для получения измерительных данных о метеорологической дальности видимости S, яркости окружающего фона Е, а также данные о включенной диспетчером ступени яркости огней ВПП.
Расчеты дальности видимости ВПП основаны на использовании вспомогательных таблиц, а также специализированных вычислителей, что не отвечает современным требованиям по оперативности к уровню автоматизации получения данных о видимости ВПП.
Известны устройства для определения дальности видимости огней ВПП [3, 4], которые содержат специализированные вычислители с устройствами ручного ввода данных о яркости фона, метеорологической дальности видимости и ступени яркости огней ВПП.
Эти устройства не отвечают требованиям оперативности получения выходных данных.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения информации о дальности видимости огней ВПП, описанный в [5, с.51-52], согласно которому, оценка дальности видимости огней ВПП основывается на трех входных величинах: метеорологическая дальность видимости S по данным трансмиссометра, яркость фона Е по данным яркомера, и информация об интенсивности I включенных по указанию диспетчера посадки огней ВПП. Оценка выполняется путем вычислений с помощью компьютера по формуле (2), которая для удобства вычислений преобразуется к виду:
формула (5) отличается от формулы (3) коэффициентом запаса m. Здесь m - коэффициент запаса.
При вычислениях применен алгоритм итерации.
Недостатком прототипа является зависимость результата от наличия данных о яркости I включенных огней (обычно 4-5 ступеней яркости), отсутствие автономности.
Это не обеспечивает требуемый уровень автоматизации.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству для осуществления способа определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы, является устройство [6], содержащее компьютер, интерфейс данных о метеорологической дальности видимости S, яркости окружающего фона Е с подключенными к нему датчиком метеорологической дальности видимости S и датчиком яркости окружающего фона Е, интерфейс установки (включения) огней ВПП с управляющим входом, блок программы для расчета (RVR) по алгоритму итерации на два входа и один выход, один выход подключен к интерфейсу данных S и Е, другой вход соединен с интерфейсом установки огней ВПП, выход подключен к цифровому дисплею для отображения результатов расчета.
При наличии информации на выходе интерфейсов о включенной диспетчером ступени яркости огней ВПП и измерительных данных о метеорологической дальности видимости S и яркости окружающего фона Е компьютер вычисляет дальность видимости огней ВПП (RVR) по формуле Аллара .
Недостатком известного устройства является невозможность получения информации о дальности видимости огней при отсутствии информации на выходе интерфейса о включенной диспетчером ступени яркости огней ВПП.
Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение автономности работы и автоматизации процесса получения данных о видимости огней ВПП.
Для решения поставленной задачи предложен способ определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы (ВПП), который, как и прототип, включает измерение метеорологической дальности видимости S, яркости окружающего фона Е и использование информации об интенсивности (яркости) установленных на аэродроме огней ВПП, а также расчет расстояния, равного дальности видимости огней.
min
min
n
n
min
n-1
n
min
min
В отличие от прототипа, в предлагаемом способе предварительно определяют минимально необходимую яркость огней I, достаточную для их обнаружения на расстоянии R, выбирают ступень яркости I огней, которую необходимо включить из условия I>I>I, где n - порядковый номер ступени яркости, определяют расстояние R дальности видимости огней выбранной ступени яркости I, a I рассчитывают по формуле , в которой R соответствует (равно) рабочему минимуму аэродрома (RVR) по дальности видимости на ВПП, где m - коэффициент запаса, ε - порог контрастной чувствительности глаза.
min
Огни ВПП имеют узкую диаграмму направленности, поэтому коэффициент запаса m является функцией расстояния. При ухудшении видимости S пилот воздушного судна наблюдает видимые на близком расстоянии огни ВПП под углом, что и является причиной ухудшения их видимости и требует введения коэффициента запаса m. При использовании метода итерации зависимость m от расстояния усложняет расчеты. Однако в предложенном способе расчет R из уравнения  имеет решение в явном виде.
Табличные значения функции m(R) хранятся в памяти компьютера и для данного конкретного аэродрома эта зависимость известна.
min
Использование при расчетах R коэффициента запаса m повышает достоверность информации о RVR.
Предлагаемый способ определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы (ВПП) осуществляется с помощью устройства, которое, как и прототип, содержит компьютер, интерфейс данных о метеорологической дальности видимости S, яркости окружающего фона Е с подключенными к нему датчиком метеорологической дальности видимости S и датчиком яркости окружающего фона Е, интерфейс установки (включения) огней ВПП с управляющим входом, блок программы для расчета (RVR) по алгоритму итерации на два входа и один выход, один выход подключен к интерфейсу данных S и Е, другой вход соединен с интерфейсом установки огней ВПП, выход подключен к цифровому дисплею для отображения результатов расчета.
n
В отличие от прототипа, интерфейс установки (включения) огней ВПП выполнен с дополнительным входом, а компьютер дополнен блоком предварительной обработки измерительной информации на два входа и один выход, первый вход подключен к интерфейсу данных о метеорологической дальности видимости S и яркости окружающего фона Е, а также интерфейс данных о ступенях I яркости огней ВПП, подключенный ко второму входу дополнительного блока предварительной обработки для вычисления минимально необходимой для обнаружения огней на расстоянии R, равном минимуму аэродрома по RVR, при этом выход блока предварительной обработки подсоединен к дополнительному управляющему входу интерфейса установки (включения) огней ВПП.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что интерфейс установки (включения) огней ВПП содержит табличные значения функции m(R).
min
Дальность видимости огней ВПП I является входным системным параметром вычислителя, а не искомым, как это принято при расчетах по известному методу итерации. Это позволяет определить (выбрать) ступень яркости огней ВПП, которую следует включить диспетчеру при данных условиях атмосферы (метеорологической дальности видимости S и яркости окружающего фона Е) при отсутствии информации на интерфейсе установки (включения) огней ВПП.
Предлагаемый способ определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы (ВПП) обеспечивает автономность работы, поскольку не требует вводить данные о включенной диспетчером ступени яркости огней ВПП, а также возможность автоматического управления устройством переключения ступеней яркости огней ВПП. При этом диспетчер имеет возможность при необходимости корректировать полученный результат.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 - изображена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа.
n
Устройство для определения дальности видимости (RVR) огней взлетно-посадочной полосы (ВПП) содержит компьютер с программным обеспечением, который включает блок предварительной обработки измерительной информации 1 и блок расчета RVR по алгоритму итерации 2, интерфейсы данных о метеорологической дальности видимости S и яркости окружающего фона Е 3, интерфейс данных о действующих на аэродроме ступенях (I) яркости огней ВПП 4, а также интерфейс установки (включения) огней ВПП 5.
Блок предварительной обработки измерительной информации 1 и блок расчета RVR по алгоритму итерации 2 имеют два входа и один выход каждый.
Входы, подключенные к интерфейсу 3 данных S и Е, объединены.
Блок предварительной обработки измерительной информации 1 имеет дополнительный вход, подключенный к интерфейсу 4 данных о ступенях (In) яркости огней ВПП.
Второй вход блока 2 расчета RVR по алгоритму итерации подключен к интерфейсу 5 установки (включения) огней ВПП, который имеет основной и дополнительный входы. Дополнительный вход соединен с выходом блока предварительной обработки измерительной информации 1, основной вход предназначен для включения огней ВПП по указанию диспетчера. Выход компьютера предназначен для соединения с цифровым дисплеем для отображения результатов расчета.
К интерфейсу 3 данных о метеорологической дальности видимости S и яркости окружающего фона Е подключены датчик 6 метеорологической дальности видимости S и датчик 7 яркости окружающего фона Е.
Способ определения дальности видимости огней ВПП осуществляется следующим образом.
Измерительная информация о метеорологической дальности видимости S и яркости фона Е поступает на основные входы блока предварительной обработки измерительной информации 1 и блока 2 расчета RVR по алгоритму итерации. В блоке предварительной обработки измерительной информации 1 выполняется расчет по формуле
min
min
n
n
Эта формула является частным случаем формулы Аллара, в которой R соответствует значению RVR, взятому из рабочего минимума аэродрома и используется не как искомый, а как системный параметр. Поэтому формула (6) имеет решение для I в явном виде. На дополнительный вход блока предварительной обработки измерительной информации 1 поступает информация I о ступенях яркости огней ВПП, которыми оснащен данный аэродром. Обычно число ступеней равно четырем. Информация о I также представляет собой системный параметр.
min
n
n
min
n-1
Компьютер путем сравнения I со ступенями яркости огней ВПП выбирает ступень I, которая удовлетворяет условию I>I>I.
n
Значение I поступает на управляющий вход интерфейса 5 установки (включения) огней ВПП, выход которого соединен с дополнительным входом блока 2 расчета RVR по алгоритму итерации, выход которого является выходом компьютера и подключен к цифровому дисплею для отображения результатов расчета.
Таким образом, обеспечивается автоматизация процесса получения данных об RVR.
Диспетчер при необходимости может корректировать выбор ступени огней ВПП, например, если минимум командира воздушного судна не соответствует рабочему минимуму аэродрома.
Примеры осуществления способа определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы (ВПП) с помощью предлагаемого устройства:
Для этой цели пользуются таблицами, рассчитанными методом итерации и представленными в Национальном руководстве по определению дальности видимости на ВПП (РД 52.21.610, редакции 2004 г.), Приложение 2.
Выберем таблицу 8 для следующих условий:
-4,5
2
E=10 лк (яркость фона 579-971 кд/м)
Сумерки. Рабочий минимум аэродрома: RVR=400 м.
Пример 1
Измеренное значение метеорологической дальности видимости S (MOR)=250 м.
III ступень яркости обеспечивает RVR=375 м
IY ступень яркости обеспечивает RVR=450 м
IY
min
III
Следовательно: I>I>I.
С помощью устройства выбирают четвертую ступень яркости, которую необходимо включить для обеспечения безаварийной посадки.
Пример 2
Измеренное значение метеорологической дальности видимости S (MOR)=200 м
Рабочий минимум аэродрома 400 м
IY ступень яркости обеспечивает RVR=375 м
Y ступень яркости соответствует RVR=450 м
Следовательно:
Y
min
IY
I>I>I.
С помощью устройства выбирают пятую ступень яркости.
Пример 3
Измеренное значение метеорологической дальности видимости S (MOR)=150 м;
Y+1
min
Y
I>I>I.
Y+1
Поскольку I в данной системе огней ВПП на данном аэродроме отсутствует, безаварийная посадка не гарантирована и воздушному судну будет отказано в совершении посадки.
Пример 4
Измеренное значение метеорологической дальности видимости S=500 м, что соответствует RVR=650 м;
III-1
min
III
I>I>I
С помощью устройства выбирают третью ступень яркости, обеспечивающую RVR=650 м.
Таким образом, предлагаемый способ определения дальности видимости огней взлетно-посадочной полосы (ВПП) и устройство для его осуществления обеспечивает автономность работы и автоматизацию процесса получения данных о видимости огней ВПП.
Пример 1
Таблица 7
Е<sub>р</sub>=10<sup>-4,5</sup> лк (яркость фона 266-578 кд/м<sup>2</sup>)
III ступень (10%)
IV ступень (30%)
V ступень (100%)
MOR, м
RVR, м
MOR, м
RVR, м
MOR, м
RVR, м
20-32
50
17-27
50
15-24
50
33-47
75
28-40
75
25-34
75
48-64
100
41-53
100
35-46
100
65-83
125
54-67
125
47-58
125
84-103
150
68-83
150
59-70
150
104-124
175
84-99
175
71-84
175
125-141
200
100-113
200
85-95
200
142-157
225
114-126
225
96-105
225
158-173
250
127-139
250
106-116
250
174-190
275
140-152
275
117-127
275
191-206
300
153-166
300
128-138
300
207-222
325
167-179
325
139-149
325
223-239
350
180-192
350
150-160
350
240-255
375
193-206
375
161-171
375
256-288
400
207-232
400
172-192
400
289-320
450
233-259
450
193-214
450
321-353
500
260-285
500
215-236
500
354-400
550
286-321
550
237-264
550
401-450
600
322-358
600
265-293
600
451-530
650
359-415
650
294-335
650
531-589
700
416-457
700
336-367
700
590-650
750
458-500
750
368-400
750
651-782
800
501-592
800
401-468
800
783-965
900
593-712
900
469-554
900
966-1099
1000
713-821
1000
555-631
1000
1100-1199
1100
822-937
1100
632-713
1100
1200-1299
1200
938-1059
1200
714-797
1200
1300-1399
1300
1060-1189
1300
798-886
1300
1400-1499
1400
1190-1326
1400
887-978
1400
1500-1599
1500
1327-1470
1500
979-1073
1500
1600-1699
1600
1471-1623
1600
1074-1172
1600
1700-1799
1700
1624-1783
1700
1173-1275
1700
1800-1899
1800
1784-1899
1800
1276-1381
1800
1900-1999
1900
1900-1999
1900
1382-1551
1900
2000-2099
2000
2000-2099
2000
1552-1671
2000
1672-1795
2100
1796-1923
2200
1924-2055
2300
Пример 2
Таблица 7
Е<sub>р</sub>=10<sup>-4,5</sup> лк (яркость фона 266-578 кд/м<sup>2</sup>)
III ступень (10%)
IV ступень (30%)
V ступень (100%)
MOR, м
RVR, м
MOR, м
RVR, м
MOR, м
RVR, м
20-32
50
17-27
50
15-24
50
33-47
75
28-40
75
25-34
75
48-64
100
41-53
100
35-46
100
65-83
125
54-67
125
47-58
125
84-103
150
68-83
150
59-70
150
104-124
175
84-99
175
71-84
175
125-141
200
100-113
200
85-95
200
142-157
225
114-126
225
96-105
225
158-173
250
127-139
250
106-116
250
174-190
275
140-152
275
117-127
275
191-206
300
153-166
300
128-138
300
207-222
325
167-179
325
139-149
325
223-239
350
180-192
350
150-160
350
240-255
375
193-206
375
161-171
375
256-288
400
207-232
400
172-192
400
289-320
450
233-259
450
193-214
450
321-353
500
260-285
500
215-236
500
354-400
550
286-321
550
237-264
550
401-450
600
322-358
600
265-293
600
451-530
650
359-415
650
294-335
650
531-589
700
416-457
700
336-367
700
590-650
750
458-500
750
368-400
750
651-782
800
501-592
800
401-468
800
783-965
900
593-712
900
469-554
900
966-1099
1000
713-821
1000
555-631
1000
1100-1199
1100
822-937
1100
632-713
1100
1200-1299
1200
938-1059
1200
714-797
1200
1300-1399
1300
1060-1189
1300
798-886
1300
1400-1499
1400
1190-1326
1400
887-978
1400
1500-1599
1500
1327-1470
1500
979-1073
1500
1600-1699
1600
1471-1623
1600
1074-1172
1600
1700-1799
1700
1624-1783
1700
1173-1275
1700
1800-1899
1800
1784-1899
1800
1276-1381
1800
1900-1999
1900
1900-1999
1900
1382-1551
1900
2000-2099
2000
2000-2099
2000
1552-1671
2000
1672-1795
2100
1796-1923
2200
1924-2055
2300
Пример 3
Пример 4
Таблица 7
Е<sub>р</sub>=10<sup>-4,5</sup> лк (яркость фона 266-578 кд/м<sup>2</sup>)
III ступень (10%)
IV ступень (30%)
V ступень (100%)
MOR, м
RVR, м
MOR, м
RVR, м
MOR, м
RVR, м
20-32
50
17-27
50
15-24
50
33-47
75
28-40
75
25-34
75
48-64
100
41-53
100
35-46
100
65-83
125
54-67
125
47-58
125
84-103
150
68-83
150
59-70
150
104-124
175
84-99
175
71-84
175
125-141
200
100-113
200
85-95
200
142-157
225
114-126
225
96-105
225
158-173
250
127-139
250
106-116
250
174-190
275
140-152
275
117-127
275
191-206
300
153-166
300
128-138
300
207-222
325
167-179
325
139-149
325
223-239
350
180-192
350
150-160
350
240-255
375
193-206
375
161-171
375
256-288
400
207-232
400
172-192
400
289-320
450
233-259
450
193-214
450
321-353
500
260-285
500
215-236
500
354-400
550
286-321
550
237-264
550
401-450
600
322-358
600
265-293
600
451-530
650
359-415
650
294-335
650
531-589
700
416-457
700
336-367
700
590-650
750
458-500
750
368-400
750
651-782
800
501-592
800
401-468
800
783-965
900
593-712
900
469-554
900
966-1099
1000
713-821
1000
555-631
1000
1100-1199
1100
822-937
1100
632-713
1100
1200-1299
1200
938-1059
1200
714-797
1200
1300-1399
1300
1060-1189
1300
798-886
1300
1400-1499
1400
1190-1326
1400
887-978
1400
1500-1599
1500
1327-1470
1500
979-1073
1500
1600-1699
1600
1471-1623
1600
1074-1172
1600
1700-1799
1700
1624-1783
1700
1173-1275
1700
1800-1899
1800
1784-1899
1800
1276-1381
1800
1900-1999
1900
1900-1999
1900
1382-1551
1900
2000-2099
2000
2000-2099
2000
1552-1671
2000
1672-1795
2100
1796-1923
2200
1924-2055
2300
Источники информации
1. Ковалев В.А. Видимость в атмосфере и ее определение. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988.
2. Афиногенов Л.П. Методика расчета видимости ОВИ в автоматических измерительных системах. - Тр.ГГО, 1981, вып.449, с.88-91.
3. Коновалов Ю.Г. Автоматический вычислитель дальности видимости огней. - Информ. материал по гидрометеоприборам и методам наблюдения, 1967, №31.
4. Попков С.Л. Вычислительное устройство для определения дальности видимости аэродромных огней высокой интенсивности. - Тр. ГГО, 1969, вып.40, с.103-108.
5. Бочарников Н.В. и др. Дальность видимости на взлетно-посадочной полосе и ее определение. - СПб: Гидрометеоиздат, 1999 - прототип для способа.
6. Руководство по практике наблюдений за дальностью видимости на ВПП и передачи сообщений о ней. / Дос. 9328-А№908. Издание второе - ИК АО, 2000, с.56 - прототип для устройства.