Интеграция кодовой информации в САПР метеорологической поддержки технологии полетного обеспечения

УДК 551.51

ИНТЕГРАЦИЯ КОДОВОЙ ИНФОРМАЦИИ В САПР МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛЕТНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

А.Д. Данилов, А.В. Пилеич

В данной статье кратко рассмотрены основные коды для обмена метеорологической информацией и указаны особенности их применения. Также приведены примеры использования данных кодов в различных системах автоматизированного проектирования, таких как системы обмена информации, системы обработки аэрологических данных и программы для производства численных расчетов

Ключевые слова: автоматизированное проектирование, метеорологические коды, ТАБ, МЕТАЯ

Для удобства приема, передачи и обмана метеорологической информации существуют общепринятые метеорологические коды. Метеорологический код - система условных обозначений, применяемая для обмена метеоинформацией (т.е. результатами наблюдений за состоянием параметров атмосферы на различных высотных уровнях, которые производятся на метеорологических и аэрологических станциях, а так же данные метеорологических радиолокаторов и снимков от искусственных спутников Земли и др.). Для каждого вида метеорологической информации существует своя специальная кодовая форма. Она представляет собой упорядоченный набор символических букв или символьных групп (как правило, пятизначных), которые преобразуются в цифры, обозначающие величину или параметры состояния указанных метеорологических элементов. Применение подобных метеорологических кодов позволяет представлять сведения о погоде в виде общепринятых цифровых сводок, удобных для международного и внутригосударственного обмена информацией по радио или проводным средствам связи, а также для обработки на ПК [1]. Существуют различные метеорологические коды:

международные - используются для обмена информацией о погоде между метеорологическими подразделениями гражданской авиации (TAF, METAR, SPECI), а так же национальные коды, используемые во всех метеорологических подразделениях на территории РФ (КН-01, КН-04), регулярные и не регулярные и т. д. Ниже рассмотрим более подробно примеры некоторых указанных кодов.

METAR (METeorological Aerodrome Report) — метеорологический код для обмена сводками о фактической погоде на аэродроме. Информация в коде METAR содержат данные о скорости и направлении ветра, дальности видимости, атмосферных явлениях, облачности, температуре воздуха, точке росы, атмосферном давлении. Кроме того, в сводку может включаться и дополнительная информация (состояние ВПП

Данилов Александр Дмитриевич - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, e-mail: danilov-ad@yandex.ru Пилеич Артем Васильевич - ВГТУ, соискатель, e-mail: piar13_85@mail.ru

и т. д.). Сводки в коде METAR используются во время предполетной подготовки пилотов воздушных судов на авиационной

метеорологических станциях аэродромов вылета [1].

Пример регулярных сводок в коде METAR: METAR UUWW 211030Z 02007MPS 0600 R06/1000U FGDZ SCT010 0VC020 17/16 Q1018 BECMG TL1700 0800FG BECMG AT1800 9999 NSW=

Кодовая форма TAF (Terminal Aerodrome Forecast) представляет формулировку прогноза погоды по аэродрому. Исходные тексты TAF-прогнозов представляются в том же виде, как составляются в метеослужбах соответствующих аэропортов и публикуются во всемирной сети обмена метеорологической информацией. В том же виде они используются и для проведения консультаций диспетчерского состава аэропортов. Прогнозы TAF являются основой для анализа ожидаемых метеорологических условий в пункте посадки и принятия решения командиром экипажа на вылет. Оперативные прогнозы погоды по аэродрому разрабатываются каждые 3 часа на срок от 9 до 24 часов. По установленным правилам, прогнозы составляются и доводятся с заблаговременностью не менее 1 часа 15 минут до начала периода их действия. При резких, ранее не спрогнозированных вариантах изменениях погоды, может быть разработан внеочередной прогноз (корректив). Его заблаговременность может составлять 35 минут до начала периода действия, а срок действия может отличаться от установленного стандарта [1].

Время во всех авиационных прогнозах указывается по Гринвичу (всемирное - UTC), для получения московского времени к нему надо прибавить 3 часа (или 4 часа в период действия летнего времени). После названия аэродрома следует дата и время разработки прогноза (например, 251135Z - 25-го числа в 11-35), затем день и период на которые прогноз составлялся (например, 251319 - 25-го числа от 13 до 19 часов; для оперативных внеочередных прогнозов также могут указываться минуты, например 25163022 - 25-го числа от 16-30 до 22 часов).

В прогноз погоды по аэродрому включаются данные по следующим элементам:

- ветер: направление (откуда дует, в градусах, например: 360 - северный, 180 - южный и т.д.) и скорость (м/с);

- горизонтальная дальность видимости (в метрах, однако в США и ряде других странах - в милях - SM);

- данные о явлениях погоды;

- облачность по слоям: количество (ясно - 0% неба, отдельная - 10-30%, разбросанная - 40-50%, значительная - 60-90%; сплошная - 100%) и высота нижней границы (в метели и обложных осадках, а также при тумане, вместо нижней границы облачности может быть указана вертикальная видимость);

- температура воздуха;

- наличие турбулентности и обледенения.

Если ожидается одновременно: видимость

более 10 км, отсутствие явлений погоды, отсутствие облаков ниже 1500 м и отсутствие кучево-дождевых облаков, то вместо групп видимости, явлений и облачности ставится указатель "условия хорошие" -CAVOK ("Condition Altitude and Visibility OK).

Сначала идёт основная часть прогноза. Если в течение периода метеоусловия будут изменяться, в прогноз включаются группы изменения:

Если изменение погоды произойдёт в определённый момент времени, используется группа "от" (FM - "from"), например "от 14 ч.". Эта группа открывает самостоятельную часть прогноза, в которой должны быть перечислены все основные элементы, в том числе и те, которые меняться не будут.

Если изменение погоды будет растянуто на некоторый период (от 1 до 4 часов), используется группа "изменение" (BECMG - "becoming"), в которой указывается период изменения (например, "изменение 1012 ч.") и новые значения элементов (только тех, которые изменятся). При этом подразумевается, что новые значения элементов сохранятся и после периода действия этой группы (если за ней не следуют другие группы изменения).

Если изменения погоды будут носить временный, колебательный характер ( каждый раз не более часа, а в сумме - не более половины периода прогноза), используется группа "временами" (TEMPO - "temporary"), в которой указывается период, в течение которого будут происходить колебания условий, и временные значения элементов ( только тех, что будут колебаться ).

Перед группами изменений погоды может указываться вероятность этих изменений, если она меньше 50% и составляет 30% или 40%, например "вероятность 40%" (PR0B40). Такие данные носят ориентировочный характер и не учитываются при принятии решения на вылет.

Значения всех включенных в прогноз элементов и время их изменения следует воспринимать как наиболее вероятные с учётом возможных погрешностей (поскольку идеальный прогноз практически невозможен). Допускаемая погрешность составляет ±30 градусов по

направлению ветра, ±30% по дальности видимости и высоте нижней границы самого низкого слоя облаков.

Нередко (обычно после 15-20-й минуты каждого часа) вместе с прогнозом погоды передаётся сообщение о фактической погоде на аэродроме (МЕТАЯ), которое содержит те же элементы, что и аэродромный прогноз, а помимо этого - сведения о температуре и точке росы, атмосферное давление - на уровне моря (Рмин, или Q) или на уровне аэродрома (Р0, или QFE), прогноз тренда (тенденции) погоды на ближайшие два часа (прогноз на посадку), а также дополнительную информацию (состояние ВПП, коэффициент сцепления и т.д.). В начале сводки фактической погоды, после названия аэродрома указывается день и время наблюдений по Гринвичу (например, 2411302 - 24-го числа в 11-30).

Большая часть сокращений кода образована от соответствующих английских слов, и немного зная язык, можно догадаться об их значении (например, ТБ - гроза, БЫ - ливень, ЯА - дождь, БК -снег, Би - пыль, БА - песок, БQ - шквал).

Пример метеосводки, составленной в коде TAF: TAF ОТЪ1 070700 0918 19005МРБ 9999 БСТ033Си ВКЮ00 РЯ0В40 ТЕМР01318 6000 ТБ ВКЖ>30СВ=

КН-01 - код для оперативной передачи данных приземных гидрометеорологических наблюдений с сети станций гидрометеослужбы РФ, расположенных на суше (включая береговые станции), национальный вариант международного кода FM 12 БУКОР [2]. В нем изложены правила кодирования гидрометеорологических данных приземных наблюдений, оперативно передаваемых с указанных станций в Управления по гидрометеорологии Росгидромета.

Код КН-01 является национальным вариантом международного кода FM 12-1Х БУКОР, принятого Всемирной метеорологической организацией (ВМО) для использования на гидрометеорологической сети стран-Членов ВМО с 1 ноября 1989 г.

В код КН-01 включены только те разделы, группы и кодовые таблицы международного кода FM 12-1Х БУКОР, которые приняты для использования на сети гидрометеорологических станций Росгидромета, расположенных на суше (включая береговые станции).

Пример: 15151 26063 21328 81407 10073 21027 40025 57021 76345 86626 333 10115 60052 86708

Аэрологическая телеграмма КН-04 (код для передачи данных температурно-ветрового зондирования атмосферы) в настоящее время используется на территории стран СНГ в качестве аэрологических сообщений [3]. Она имеет кодовую форму, подразделяющуюся на четыре части А, В, С, Б и десять разделов.

В частях А и С сообщаются данные на стандартных изобарических поверхностях, в частях В и Б - данные на уровнях особых точек в профилях температуры, влажности и ветра. При атом части А

и В должны содержать данные до уровня 100 гПа включительно, а части С и Б— выше этого уровня. Указанные части содержат строго определенные разделы, в каждый из которых помещены конкретные данные, характеризующие сведения о месте и времени наблюдения, тропопаузе, максимальном ветре и его вертикальных сдвигах, радиационной поправке, системе слежения, облачности, уровнях особых точек в различных профилях.

Использование данных метеорологических кодов позволяет ввести систему автоматизации приема, обработки и передачи метеорологической информации. Алгоритм обработки метеокода был рассмотрен ранее на примере кода температурно-ветрового зондирования КН-04 [4]. Частными примерами интеграции метеорологических кодов в

системы автоматизированного проектирования могут быть:

1. Представление фактических значений метеорологических элементов у поверхности земли в определенных пунктах по кодам МЕТАЯ или КН-01 (рисунок 1);

2. Комплексное представление фактических и прогнозируемых метеорологических элементов (сочетание кодов, рисунок 2);

3. Интеграция расшифрованных данных метеорологических кодов в расчетные методы (табл., рисунок 3);

4. Построение аэрологических диаграмм по коду КН-04 (рисунок 4);

5. Автоматизация производства оперативной метеорологической документации.

ICAO Аэродром Время, Ветер, (м/с) УУ, м Явления Облачность Т, °С % гПа

25 марта 2014, вторник

МЕТЛК. UUWW Москва-Внуково 15:00 170°-3 10 км м/о +17 32 1012

НЕШ ииоо Воронеж 15:00 150°-3 10 км м/о +15 48 1014

Рис. 1. Табличное представление обработанного кода МЕТАЯ Индекс: ииОО Аэродром: Н ВОРОНЕЖ

Фактическая погода Прогноз погоды

Дата: 25 марта 2014 Прогноз получен: 25 марта 2014, в 14:00 ЫТС

Время: 15:00 иТС Прогноз на 25 маша с 15.00 до 24.00 ЫТС

Ветер: 150"-3 м/с Ветер: 140°-4 м/с

Погода хорошая Погода хорошая

Температура: +15°С

Точка росы: +4°С

Влажность: 48 %

ОЫН (давление на уровне моря): 1014 гПа

Прогноз: без существенных изменений

Состояние ВПП:

ВПП 12 (или 12 левая): чистая и сухая, покрыто от

51 % до 100%, толщина покрытия менее 1 мм,

кэффициент сцепления 0.60

МЕТАЙ ииоо 251500г 15003МРЭ СДУОК 15/04 01014 ЫОЭЮ РМК 12090060 ТАР ииОО 2514001 2515/2524 14004МРЭ СДУОК

Рис. 2. Пример представления обработанных кодов МЕТАЯ и ТАР [5]

Примеры, описанные в пунктах 1-3, позволяют автоматизировать процесс разработки штормовых предупреждений и оповещений,

метеорологических бюллетеней и рекомендаций, необходимых для производства полетов авиации.

Это предусматривает отказ от «ручного труда» инженера-синоптика и переход к автоматизации данного аспекта деятельности, что позволит существенно сэкономить материальные и временные затраты.

Данные метеорологического кода КН-04 по пункту Калач от 5.03.2014 г. 12.00 иТС

Данные на стандартных поверхностях

Р,гПа Н,м Т,°С Б,°С У,м/с У, км/ч

1002 0 17.0 12.0 180° 6 22

1000 116 16.6 12.0 180° 6 22

925 768 9.8 8.0 180° 5 18

850 1462 5.4 11.0 185° 6 22

700 3015 -3.5 21.0 225° 4 14

500 5600 -19.7 14.0 235° 8 29

400 7210 -31.5 7.0 235° 9 32

300 9180 -46.7 11.0 285° 9 32

250 10360 -56.3 11.0 270° 12 43

200 11740 -64.7 10.0 255° 13 47

150 13530 -57.3 11.0 250° 13 47

100 16110 -54.9 14.0 280° 11 40

Рис. 3. Пример интеграции данных кода КН-04 в САПР «Прогноз опасных явлений погоды»

Рис. 4. Аэрологическая диаграмма, построенная по коду КН-04

Примеры, описанные в пунктах 1-3, позволяют автоматизировать процесс разработки штормовых предупреждений и оповещений, метеорологических бюллетеней и рекомендаций, необходимых для производства полетов авиации. Это предусматривает отказ от «ручного труда» инженера-синоптика и переход к автоматизации данного аспекта деятельности, что позволит существенно сэкономить материальные и временные затраты.

Таким образом, в данной статье мы рассмотрели частные примеры интеграции метеорологических кодов в отдельные подсистемы автоматизированного проектирования

метеорологической информации. Данные системы используются раздельно друг от друга, однако, на их основе могут быть разработаны комплексные САПР метеорологической поддержки, что в дальнейшем позволит создать автоматизированную станцию работы инженера-метеоролога на базе ПК с использованием специализированного

программного обеспечения.

Литература

1. Г.В. Заболотников, М.Г. Весёлкин Использование международных авиационных метеорологических кодов МЕТАЯ (8РЕС1) и ТАБ [Текст] / Г. В. Заболотников, М.Г. Весёлкин // С.-Пб.: РГГМУ, 2006 - 33 с.

2. Данилов, А. Д. Математические модели для автоматизированного проектирования метеопрогнозов [Текст] / А. Д. Данилов, А. В. Пилеич // Вестник

Воронежского государственного университета. - 2010. -Т. 6. - № 10. - С. 118-122.

3. Данилов, А. Д. Модель автоматизированной системы приема, обработки и передачи метеорологической информации [Текст] / А. Д. Данилов,

A. В. Пилеич // Вестник Воронежского государственного университета. - 2011. - Т. 7. - № 8.- С. 34-38.

4. Данилов, А. Д. Математическая модель автоматической обработки метеорологических кодов на примере кода передачи данных температурно-ветрового зондирования КН-04 [Текст] / А. Д. Данилов, А. В. Пилеич // Вестник Воронежского государственного университета. - 2010. - Т. 6. - №. 10. - С. 53-57.

5. Прогноз TAF // FlyMeteo.org: сайт, 2014. URL: http://flymeteo.org (дата обращения: 25.03.2014).

6. Барабанов, В. Ф. Интерактивные средства моделирования сложных технологических процессов /

B. Ф. Барабанов, С. Л. Подвальный. - Воронеж, 2000.

7. Подвальный, С. Л. Интеллектуальные системы моделирования: принципы разработки / С. Л. Подвальный, Т. М. Леденева [Текст] // Системы управления и информационные технологии. - 2013. - Т. 51.- № 1. - С. 410.

8. Подвальный, С. Л. Имитационное управление технологическими объектами с гибкой структурой / С. Л. Подвальный, В. Л. Бурковский. - Воронеж, 1988

9. Сафронов, В.В. Концепция бесшовной интеграции управленческих систем [Текст] / В.В. Сафронов, Б.Ф. Барабанов, А.Д. Поваляев, А.В. Гаганов // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2013. - Т. 9. - № 6-1. - С. 34-40.

10. Нужный, A.M. Анализ факторов выбора системы управления данными [Текст] / A.M. Нужный, Н.И. Гребенникова, А.В. Барабанов, А.Д. Поваляев // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2013. - Т. 9. - № 6-2. - С. 25-31.

Воронежский государственный технический университет

THE INTEGRATION OF THE CODE INFORMATION IN CAD METEOROLOGICAL TECHNOLOGY OF THE FLIGHT SECURITY SUPPORT

A.D. Danilov, A.V. Pileich

This article briefly describes the main codes for the exchange of meteorological information and are features of their application. Just examples of use of these codes in different CAD systems, such as information exchange system, upper-air data processing systems and software for the production of numerical calculations

Key words: the automated design, meteorological codes, TAF, METAR