Комплекс технических средств информирования пассажиров воздушных судов в чрезвычайных ситуациях высотного полета
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………. 4
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ОБЕСПЕЧЕНИЯ
БЕЗОПАСНОСТИ ВЫСОТНЫХ ПОЛЕТОВ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ
ИССЛЕДОВАНИЯ ……………………………………………………………………………….. 10
1.1 Анализ статистики чрезвычайных ситуаций в высотном полете ……. 10
1.2 Гипоксическая гипоксия как ключевой потенциальный фактор
опасности высотного полета………………………………………………………………. 16
1.3 Анализ методов рискометрии безопасности высотных полетов …….. 23
1.4 Анализ состояния средств защиты экипажа и пассажиров воздушных
судов от гипоксической гипоксии………………………………………………………. 26
1.5 Постановка задач исследования ……………………………………………………. 31
Выводы по Главе 1…………………………………………………………………………….. 32
ГЛАВА 2 АЛГОРИТМ РИСКОМЕТРИИ БЕЗОПАСНОСТИ ВЫСОТНЫХ
ПОЛЕТОВ ПО ЧЕЛОВЕЧЕСКОМУ ФАКТОРУ …………………………………… 34
2.1 Математический подход к синтезу интегральных показателей
опасности чрезвычайных ситуаций высотного полета ………………………… 34
2.2 Модель расчета оценки резервного времени сохранения сознания
пассажирами воздушного судна в чрезвычайной ситуации высотного
полета ……………………………………………………………………………………………….. 41
Выводы по главе 2 …………………………………………………………………………….. 47
ГЛАВА 3 КОМПЛЕКС ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ В ВЫСОТНЫХ
ПОЛЕТАХ ……………………………………………………………………………………………. 48
3.1 Комплекс технических средств коллективного информирования о
величине предельного резервного времени сохранения сознания при
чрезвычайных ситуациях в высотных полетах ……………………………………. 48
3.2 Комплекс технических средств индивидуального информирования
пассажиров воздушных судов в чрезвычайных ситуациях высотных
полетов на основе кислородных масок ………………………………………………. 59
3.3 Комплекс технических средств индивидуального информирования
пассажиров воздушных судов в чрезвычайных ситуациях высотных
полетов на основе авиационных кресел ……………………………………………… 65
3.4 Структурная схема прибора для поверки и калибровки индикатора
резервного времени сохранения сознания ………………………………………….. 69
Выводы по Главе 3…………………………………………………………………………….. 72
ГЛАВА 4 РЕАЛИЗАЦИЯ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ
ПРЕДЛОЖЕННЫХ РЕШЕНИЙ ……………………………………………………………. 74
4.1 Исследование потенциальной эффективности комплекса технических
средств информирования пассажиров воздушных судов в чрезвычайных
ситуациях высотного полета ……………………………………………………………… 74
4.2 Приоритетные направления совершенствования комплекса
технических средств обеспечения безопасности при чрезвычайных
ситуациях в высотных полетах…………………………………………………………… 87
Выводы по Главе 4…………………………………………………………………………….. 88
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………. 89
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ……………….. 91
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………………………… 92
ПРИЛОЖЕНИЕ А ………………………………………………………………………………. 114
Во введении к диссертации охарактеризована актуальность исследования,
сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна, практическая
значимость полученных результатов, их достоверность, приведены результаты
диссертации, выносимые на защиту и сведения об их апробации.
В первой главе «Анализ состояния вопроса обеспечения безопасности
высотных полетов и постановка задач исследования» представлены результаты
анализа состояния вопроса обеспечения безопасности высотных полетов и
постановка задач исследования.
Анализ статистики ЧС и авиационных инцидентов в высотном полете
показывает, что динамика увеличения количества пассажирских перевозок
воздушным транспортом продолжит сохраняться, при этом число ЧС, приводящих
к человеческим жертвам, останется на уровне 5-7 происшествий в год. Основными
причинами авиационных происшествий являются человеческий фактор и
технические неисправности ВС. Таким образом, создание технических средств
информирования пассажиров ВС при ЧС высотных полетов представляется
актуальным направлением исследований.
Результаты анализа особенностей гипоксической гипоксии как
потенциально опасного фактора высотного полета показали необходимость
развития технологий мониторинга обстановки в салоне ВС для своевременного
распознавания потенциально опасных ситуаций, обусловленных снижением
барометрического давления.
Изучение отечественного и зарубежного опыта обеспечения безопасности
высотных полетов свидетельствует об отсутствии единых подходов к рискометрии
потери сознания членами экипажа и пассажирами ВС при разгерметизации
салонов и кабин ВС. Показано, что в интересах обеспечения информирования
пассажиров ВС о потенциальной опасности окружающей ситуации целесообразно
использовать величины резервного времени сохранения сознания, поскольку
величины барометрического давления, содержания кислорода в окружающем
воздухе являются малоинформативными для большинства пассажиров.
Для обеспечения безопасности экипажа и пассажиров в условиях
гипоксической гипоксии на ВС установлено кислородное оборудование, одной из
функций которого является обеспечение аварийного питания кислородом
пассажиров и бортпроводников при разгерметизации салона ВС.
Анализ характеристик кислородного оборудования, имеющегося на
современных ВС гражданской авиации, показал, что средства защиты,
применяемые на ВС в случае разгерметизации салона или кабины, не
обеспечивают пассажиров и экипаж информацией о величине резервного времени
сохранения сознания, что создает излишнюю нервозность и панику при
возникновении ЧС на борту ВС.
Анализ состояния средств защиты экипажа и пассажиров ВС от
гипоксической гипоксии показал необходимость их совершенствования в аспекте
обеспечения безопасности пассажиров ВС в ЧС высотного полета в направлении
реализации информирования о потенциальной опасности гипоксической гипоксии
в режиме реального времени.
Таким образом, анализ состояния исследований и разработок в предметной
области позволил выявить противоречие между потенциально имеющимися
возможностями информирования пассажиров ВС в ЧС высотного полета и
отсутствием комплекса технических средств, позволяющих реализовать такое
информирование.
Для устранения этого противоречия необходимо изучить закономерности
проявления и развития ЧС техногенного характера на воздушном транспорте в
высотном полете для разработки и реализации научно обоснованных мероприятий
для предотвращения и минимизации последствий таких ЧС.
В завершении главы выполнена постановка задач исследования.
Во второй главе диссертации «Алгоритм рискометрии безопасности
высотных полетов по человеческому фактору» представлены результаты
синтеза алгоритма рискометрии безопасности высотных полетов.
В качестве базового математического подхода к синтезу интегральных
показателей опасности ЧС высотного полета обоснована целесообразность
применения регрессионного анализа. Результаты исследований, полученных в
физиологии, свидетельствуют о том, что зависимость интегрального показателя
безопасности y от независимых переменных хi (показателей, характеризующих
безопасность пассажиров ВС и доступных для регистрации в течение всего
полета) следует искать в классе нелинейных функций. Алгоритм регрессионного
анализа представлен как последовательность этапов структурной и
параметрической адаптации модели.
Ввиду того, что поставленная задача восстановления зависимости является
однопараметрической, этап структурной идентификации осуществлен по
результатам анализа графика «независимая – зависимая переменная». По
результатам анализа графика выявлены структуры зависимостей, для каждой из
которых проведен этап параметрической адаптации. Параметрическая адаптация
зависимости заданной структуры осуществляется по известным алгоритмам,
основанным на методе наименьших квадратов. Качество получаемых
зависимостей оценивали по общепринятым показателям существенности и
адекватности.
Исходными данными (выборкой) для синтеза регрессионной зависимости
являлись результаты девяти серий экспериментальных исследований по
величинам резервного времени сохранения сознания человека в условиях
гипоксии, проведенных в авиационной медицине.
Ввиду того, что приоритетом мероприятий по обеспечению безопасности
полетов (и безопасности в ЧС) является сохранение здоровья людей, для синтеза
зависимости резервного времени сохранения сознания от высоты полета решено
ориентироваться на величины минимального времени сохранения сознания.
В результате выполнения этапов структурной и параметрической адаптации
регрессионных моделей наиболее существенная (с коэффициентом детерминации,
равным 0,84) и адекватная регрессионная зависимость резервного времени (Т) от
барометрического давления (Р) найдена в классе степенных функций:
T = 7×10-21 P4,8429 – 11.
Эта модель обеспечивает расчет оценки резервного времени сохранения
резервного времени от высоты полета с качеством, удовлетворяющим
потребностям практики.
Третья глава «Комплекс технических средств обеспечения безопасности
при чрезвычайных ситуациях в высотных полетах» посвящена изложению
результатов исследований по разработке комплекса технических средств
обеспечения безопасности в ЧС высотных полетов.
Комплекс технических средств коллективного информирования о величине
предельного резервного времени сохранения сознания при ЧС в высотных полетах
предназначен для информирования пассажиров и экипажа ВС о величине
предельного резервного времени сохранения сознания в случае разгерметизации
салона.
Под средствами коллективного информирования понимаются средства,
отображаемая информация на которых актуальна для всех пассажиров,
находящихся внутри салона.
В случае разгерметизации салона автоматически или принудительно (по
решению командира воздушного судна (КВС)) из контейнеров над сиденьями
пассажиров выпадают кислородные маски (КМ), подключенные к системе
кислородного питания. Пассажир должен подтянуть и надеть КМ, прижать к носу
и рту, закрепить маску на голове с помощью резиновых креплений, затем помочь
надеть КМ другим пассажирам и ждать указаний КВС.
Для обеспечения безопасности человека в случае аварийных (нештатных)
ситуаций, сопряженных с воздействием гипоксической гипоксии, например, при
разгерметизации салона (кабины), отказе кислородного оборудования,
предлагается использовать индикатор резервного времени сохранения сознания.
Разработанный индикатор включает корпус, в стенки которого заподлицо
внешней поверхности встроены датчик барометрического давления и табло для
отображения резервного времени сохранения сознания человека. Внешняя стенка
корпуса, противоположная стенке со встроенным табло, оборудована креплением,
вид которого зависит от вариантов размещения индикатора в салоне. Выход
датчика барометрического давления индикатора подключен к накопителю
информации, соединенному с вычислителем, выход которого подключен к
компаратору, соединенному с табло и с блоком беспроводного интерфейса с
помощью шины (Рисунок 1).
Рисунок 1 – Структурная схема индикатора резервного времени (1 – датчик
барометрического давления, 2 – табло для отображения оценки резервного
времени сохранения сознания 3 – крепление, 4 – накопитель информации, 5 –
вычислитель (микропроцессор), 6 – компаратор, 7 – блок беспроводного
интерфейса, 8 – шина)
Функционирование индикатора резервного времени сохранения сознания
человеком в условиях гипоксической гипоксии заключается в следующем:
1. Индикатор с помощью крепления размещается и закрепляется таким
образом, чтобы его показания были видны как можно большему числу людей, а
входящий в состав индикатора датчик барометрического давления в окружающей
газовой среде не был закрыт посторонними предметами, способными исказить
измеряемые показатели барометрического давления.
2. После включения индикатора осуществляют съем показаний с датчика
барометрического давления с частотой 1 Гц (1 раз в секунду), одновременно
аккумулятор автоматически подзаряжается от сети электропитания через разъем
сопряжения, а составные части индикатора запитаны через общую шину
электропитания.
3. Значения барометрического давления в окружающей среде с датчика по
информационно-управляющей шине поступают в вычислитель, обеспечивающий
динамический расчет оценки резервного времени сохранения сознания человека T, с.
4. Рассчитанная оценка резервного времени сохранения сознания по
информационно-управляющей шине поступает в компаратор, где ее сравнивают с
величиной 300 с. Если рассчитанная оценка резервного времени сохранения
сознания меньше 300 с, то выдается сигнал на включение табло. В цифровых
разрядах табло индикатора отображается оценка резервного времени сохранения
сознания человека, которая измеряется в реальном времени с дискретностью
равной частоте измерения барометрического давления в окружающей среде (1 Гц).
С той же дискретностью рассчитанная оценка резервного времени
сохранения сознания человека передается в модуль беспроводного интерфейса для
передачи на рабочее место экипажа и на рабочее место специалистов наземных
диспетчерских служб. Если при включенном табло индикатора рассчитанная
оценка резервного времени сохранения сознания становится большей или равной
300 с, то выдается сигнал на выключение табло индикатора. Как вариант, для
более рационального использования индикатора в случае резервного времени
более 300 с возможно выводить на экран астрономическое время или текущую
высоту полета.
Корпус индикатора резервного времени выполняют в защищенном
исполнении. По международному стандарту защиты устройства от пыли и влаги,
степень защиты должна быть не ниже IP 65. Размер экрана цифрового индикатора
определялся в зависимости от размещения в салоне ВС, показания цифрового
индикатора должны быть видны всем пассажирам. Емкость аккумулятора должна
обеспечивать функционирование индикатора в течение восьми часов после
отключения от сети электропитания.
В соответствии с изложенными требованиями изготовлен макетный образец
индикатора. При изготовлении макетного образца индикатора использована
отладочная плата чип CKS STM32 CKS32F103C8T6, на которой скомпонованы
составные части индикатора.
Анализ возможных вариантов размещения индикатора резервного времени
сохранения сознания человека, выполненного по изложенной типовой схеме в
разных вариантах и компоновках, позволил определить множество возможных
решений:
размещение индикатора под табло EXIT, «выезжающим» из потолочного
пространства в ЧС (достоинствами такого варианта является возможность питания
индикатора от кабеля, подведенного к табло, и зрительная доступность: высота в
салоне самолета, например, модели Боинг 737-400 составляет 220 см, ширина
монитора NL6448BC20-21D – 11,8 см);
табло над рядами пассажиров (с 2002 года запрещено курение на всех
рейсах, поэтому рациональным вариантом размещения индикатора является его
встраивание вместо индикации о запрете курения);
для пассажиров бизнес-класса возможен вариант размещения в торце
салона, видимым всеми пассажирами;
в кабине экипажа самолета возможно размещение индикатора с
возможностью установки переключателя выбора отображаемых значений
резервного времени между кабиной экипажа или салоном ВС для того, чтобы
экипаж обладал более полной информацией о возникшей ЧС.
Выбор места установки индикатора резервного времени сохранения
сознания для коллективного информирования пассажиров в салоне ВС зависят от
габаритов самолета и чьих интересах отображается информация: пилотов или
пассажиров. Во всех случаях основной критерий выбора места размещения
индикатора и размеров табло вывода величины резервного времени сохранения
сознания – визуальная доступность отображаемой информации для всех
пассажиров и членов экипажа.
Комплекс технических средств индивидуального информирования
пассажиров ВС в ЧС высотных полетов на основе КМ, автоматически
выпадающих при разгерметизации салона ВС.
Дляинформированияпассажировпредлагаетсяиспользовать
индивидуальные индикаторы резервного времени сохранения сознания,
встраиваемые в КМ.
Цифровой индикатор встраивают в каркас КМ так, чтобы его показания
были видны пользователю КМ, а датчик барометрического давления в
окружающей газовой среде встраивают так, чтобы обеспечить объективную
регистрацию измеряемых величин барометрического давления (чтобы
минимизировать риски «перекрытия» датчика шлангом подачи кислорода и т.п.),
причем выход датчика барометрического давления подключают к размещенному
внутри каркаса накопителю информации, соединенному с вычислителем, выход
которого соединен с цифровым табло. Информация о величине резервного
времени сохранения сознания может отображаться на цифровом табло или
многорежимном светодиоде и доводиться с помощью встроенного динамика или
комбинированным способом.
После выпадения маски осуществляют съем показаний с датчика
барометрического давления в окружающей газовой среде с частотой 10 Гц (10 раз
в секунду). В вычислителе начинают динамический расчет оценки резервного
времени сохранения сознания человека T, с.
Рассчитанная оценка резервного времени сохранения сознания отображается
в цифровых разрядах табло. Ориентируясь на значения резервного времени
сохранения сознания, пользователь маски может оценивать реальную опасность
пребывания без КМ, например, при осуществлении действий по оказанию помощи
попутчикам, перемещению по салону ВС и т.п.
Приемлемым вариантом сигнализации опасности гипоксической гипоксии
является применение в конструкции КМ многорежимного светодиода. Светодиод,
обеспечивающий несколько режимов свечения (многорежимный светодиод),
встраивают в каркас КМ так, чтобы он был виден пользователю маски, а датчик
барометрического давления в окружающей газовой среде встраивают так, чтобы
обеспечить объективную регистрацию измеряемых величин барометрического
давления. Выход датчика барометрического давления подключают к
размещенному внутри каркаса накопителю информации, соединенному с
вычислителем (размещенному внутри каркаса накопителю информации), выход
которого подключен к компаратору (размещенному внутри каркаса накопителю
информации), соединенному со светодиодом. Рассчитанная оценка резервного
времени сохранения сознания определяет режим свечения светодиода (красный
мигающий, красный, желтый или зеленый).
Ориентируясь на свечение светодиода, пользователь КМ может оценивать
реальную опасность пребывания без КМ, для оказания помощи пассажирам,
перемещению внутри салона ВС и т.п.
Предлагаемые варианты размещения технических средств индивидуального
информирования потребуют доработки КМ, применяемых на ВС, вместе с тем
персональная индикация величины резервного времени, как показали
исследования, наиболее удобна для пассажиров.
Комплекс технических средств индивидуального информирования
пассажиров ВС в ЧС высотных полетов на основе авиационных кресел
предполагает расположение индикатора сохранения сознания в спинке кресла
впереди сидящего пассажира.
В спинку авиационного пассажирского кресла заподлицо ее внешней
поверхности встроено табло, в подголовник заподлицо его поверхности встроен
датчик барометрического давления, соединенный с закрепленным внутри кресла
микропроцессором, выход которого соединен с табло. Микропроцессор выполнен
с возможностью расчета оценки резервного времени сохранения сознания
человеком в условиях гипоксии. Функционирование заключается в следующем:
1) перед полетом бортпроводник инструктирует пассажиров о том, чтобы
при полете датчик барометрического давления в окружающей среде не был закрыт
посторонними предметами, которые способны исказить измеряемые величины
барометрического давления. Во время перелета бортпроводник осуществляет
периодический контроль выполнения инструкции;
2) в процессе полета осуществляют съем показаний с датчика
барометрического давления в окружающей газовой среде с частотой 1 Гц (1 раз в
секунду);
3) значения барометрического давления в окружающей среде с датчика по
информационно-управляющейшинепоступаютвмикропроцессор,
обеспечивающий динамический расчет оценки резервного времени сохранения
сознания человека T, с.;
4) рассчитанная оценка резервного времени сохранения сознания
сравнивается с величиной 300 с. Если рассчитанная оценка резервного времени
сохранения сознания меньше 300 с, то выдают сигнал на включение табло. В
цифровых разрядах табло индикатора отображают рассчитанную оценку
резервного времени сохранения сознания человеком.
Пассажир, находясь в кресле, наблюдает информацию на табло, входящем в
состав кресла, установленного впереди него – тем самым обеспечивается
информирование о потенциальной опасности ситуации, обусловленной риском
воздействия гипоксии.
На борту некоторых современных авиалайнером (Boeing 737, Airbus A320) в
спинки кресел встроены так называемые системы бортовых развлечений (IFE – In-
Flight Entreatment System). Для таких самолетов индикация резервного времени
может выводиться на экраны системы IFE, что уменьшает сложность доработки
конструкции самолета. Остается необходимым предусмотреть монтаж датчика
барометрического давления и подключение его к монитору и микропроцессору
(вычислителю).
В расширенном варианте развития системы индикации резервного времени
предлагается дополнительно использовать: лазерный дальномер, встроенный в
стенку корпуса салона над креслом пассажира, в сиденье кресле пассажира
тензорезисторный датчик и пироэлектрические инфракрасные датчики, дискретно
встроенные в спинку кресла пассажира параллельно плоскости сиденья на высоте,
равной 0,75 высоты спинки кресла.
Предлагаемаясистемаиндикацииобеспечиваетиндивидуальное
оповещение пассажира ВС о резервном времени сохранения сознания в условиях
гипоксической гипоксии с учетом его индивидуальных антропометрических
характеристик. Этот вариант сохраняет в себе элементы ранее описанной схемы –
датчик измерения давления и блок вычисления и индикации, с учетом того, что в
блоке вычисления происходит динамический расчет времени сохранения сознания
пассажира с учетом его роста, массы тела и ширины спины.
Расчет массы тела пассажира производится с помощью встроенного в
сиденье кресла тензорезисторного датчика: сила воздействия тела на сиденье
вызывает деформацию тензодатчика. Степень деформации дает информацию о
массе тела.
Оценка ширины спины пассажира производится с помощью набора
пироэлектрических инфракрасных датчиков, дискретно встроенных в спинку
кресла пассажира – ширина спины соответствует ширине полосы одновременно
сработавших датчиков.
Рассчитанная с учетом роста, массы тела и ширины спины оценка
резервного времени сохранения сознания отображается на табло индикатора.
Питание схемы осуществляется от литий-ионных аккумуляторов, постоянно
подключенных к бортовой сети, время работы от аккумуляторов должно
составлять не менее восьми часов.
Установкакомплексатехническихсредствиндивидуального
информирования пассажиров ВС при ЧС высотных полетов на основе на основе
авиационных кресел более сложен в практической реализации по сравнению с
вышеуказанными.
Вместе с тем реализация учета индивидуальных антропометрических
характеристик пассажира приведет к увеличению точности расчетного времени
сохранения сознания для каждого пассажира.
Выбор места размещения и типа индикатора комплексов технических
средств коллективного и индивидуального информирования в ЧС высотного
полета зависит от финансовых возможностей транспортных компаний.
Коллективные средства информирования потребуют меньших ресурсов и
изменений в конструкции ВС, в тоже время использование индивидуальных
технических средств информирования более удобно для пассажиров, а в случае
учета индивидуальных антропометрических данных пассажира рассчитываемое
резервное время сохранения сознания будет самым точным.
Разработанные варианты персональных индикаторов резервного времени
найдут применение на ВС, при эксплуатации которых имеется риск
разгерметизации салона; при проведении испытаний в барокамерах с участием
добровольцев; при оказании помощи раненым и пораженным в условиях
высокогорья и в других практических задачах, связанных с пребыванием человека
в условиях гипоксической гипоксии.
Для контроля корректности работы технических средств обеспечения
безопасности высотных полетов разработан специальный прибор для поверки и
калибровки индикаторов резервного времени сохранения сознания человека в
условиях гипоксии.
Прибор для поверки и калибровки индикаторов резервного времени
сохранения сознания человека в условиях гипоксии состоит из корпуса,
выполненного в форме прямоугольного параллелепипеда (Рисунок 2).
В боковую грань корпуса встроены: регулятор давления, табло для
индикации эталонного давления и табло для индикации резервного времени
сохранения сознания, в смежной с ней грани имеется отверстие, через которое
выведен шланг, внешний конец которого оборудован разъемом для соединения с
датчиком барометрического давления, имеющимся в индикаторе резервного
времени сохранения сознания человеком, а внутренний конец подключен к
закрепленному внутри устройства компрессору.
Компрессор соединен с регулятором давления, с табло для индикации
эталонного давления и с закрепленным внутри устройства микропроцессором,
выполненным с возможностью расчета оценки резервного времени сохранения
сознания человеком в условиях гипоксии и соединенным с табло для индикации
резервного времени сохранения сознания. Корпус прибора поверки и калибровки
выполнен в пылевлагозащитном исполнении.
Функционирование прибора поверки и калибровки заключается в
следующем.
Индикатор резервного времени сохранения сознания переводится в режим
«тестирование». Прибор для поверки и калибровки индикаторов резервного
времени сохранения сознания человеком в условиях гипоксии с помощью шланга
соединяют с датчиком барометрического давления, имеющемся в индикаторе
резервного времени сохранения сознания человеком в условиях гипоксии. С
помощью регулятора давления устанавливают величину давления, создаваемого
компрессором (оно отображается на табло для индикации эталонного давления).
Заданное значение давления по управляющей шине поступает в компрессор.
Компрессором создается давление, передающееся: по шлангу (посредством
воздушной среды) – на вход датчика, имеющегося в индикаторе резервного
времени сохранения сознания человеком в условиях гипоксии. По проводу (шине)
– в микропроцессор (вычисляет резервное время сохранения сознания человеком в
условиях гипоксии по алгоритму, идентичному алгоритму, заложенному в
индикаторе резервного времени сохранения сознания человеком в условиях
гипоксии). Информация с выхода микропроцессора (величина резервного времени
сохранения сознания человеком в условиях гипоксии) поступает на табло для
индикации резервного времени.
Рисунок 2 – Структурная схема прибора поверки и калибровки индикатора
резервного времени сохранения сознания (1 – регулятор давления, 2 – табло для
индикации эталонного давления, 3 – табло для индикации резервного времени
сохранения сознания, 4 – шланг, внешний конец которого оборудован разъемом
для соединения с датчиком барометрического давления, 5 – компрессор, 6 –
вычислитель (микропроцессор))
Оператор проверяет корректность работы индикатора резервного времени
сохранения сознания человеком в условиях гипоксии, сравнивая показания на
табло индикатора и на табло заявляемого прибора (метод сличения). В случае
разницы в величинах резервного времени оператор производит калибровку
(настройку, регулировку) датчика измерения барометрического давления,
имеющегося в индикаторе резервного времени сохранения сознания человеком в
условиях гипоксии, до совпадения показаний (величин резервного времени) на
табло индикатора и на табло заявляемого прибора. Тем самым обеспечивается
поверка и калибровка индикатора резервного времени сохранения сознания
человеком в условиях гипоксии.
В четвертой главе «Реализация и оценка эффективности предложенных
решений» представлены результаты реализации и исследования эффективности
комплекса технических средств информирования.
Исследование потенциальной эффективности комплекса технических
средств обеспечения информирования пассажиров ВС в ЧС высотного полета
(верификация предложенных решений), ввиду высокой сложности организации
экспериментальных исследований, выполнено с привлечением экспертов в
предметной области. Для экспертизы сформирована группа 15 экспертов, в том
числе: 4 инженера по эксплуатации авиационного оборудования, 3 авиационных
врача, 3 парашютиста-инструктора, 2 летчика, 2 альпиниста-инструктора, 1
водолаз-инструктор.
Оценивание компетентности группы экспертов показало, что средняя
арифметическая величина компетентности оказалась равной 0,94, что позволяет
считать результаты экспертизы достаточно значимыми для решения задач
исследования.
Экспертам представлены разработанные технические решения и
предложено на условиях анонимности заполнить анкету, выбрав оценку каждому
варианту технического решения. Эксперты высоко оценили разработанные
технические решения, указав их положительное влияние на безопасность в ЧС
высотных полетов. Некоторые эксперты снизили оценки техническим решениям,
предполагающим речевое информирование об опасности ЧС, полагая, что речевое
информирование может помешать пассажирам адекватно воспринимать команды
и указания членов экипажа, на сложности с подбором нужного тона речевого
информатора, а также на сложности с оповещением пассажиров на нескольких
языках в экстремальных условиях ЧС высотного полета.
Ввиду наличия нескольких вариантов технических решений по
индивидуальному и коллективному информированию пассажиров ВС в условиях
ЧС высотного полета экспертам было предложено проранжировать варианты
технических решений отдельно по каждому виду информирования для выявления
наиболее предпочтительных вариантов.
В этом случае определение обобщенного мнения группы экспертов
сводилось к вычислению среднего арифметического ранга для f-го варианта по m-
му вопросу (Sfm) с учетом численного значения коэффициента компетентности
каждого эксперта. Лучшему варианту эксперты присваивали ранг 1, второму по
предпочтительности – ранг 2 и т.д. При этом предъявлялось требование строго
упорядочить варианты решений, не допуская присвоение одинаковых рангов двум
и более вариантам технических решений.
Лучшим считался вариант технического значения с наименьшим значением
Sfm. (Таблицы. 1 и 2).
Степень согласованности мнений экспертов оценивали с помощью
коэффициента вариации рангов с учетом компетентности экспертов, давших
оценки f-му варианту, а оценку коэффициента согласованности рассчитывали для
каждого варианта технического решения. Такая оценка характеризует степень
согласованности мнений экспертов о предпочтительности: чем больше величина
коэффициента согласованности, тем выше степень согласованности мнений
экспертов об относительной важности этого варианта технического решения.
Таблица 1 – Результат экспертизы вариантов технических решений по
индивидуальному информированию
ВариантЧисло экспертов,
указавших ранг
1 2345 6
Кислородная маска с цифровым индикатором
1 7313 0
(ЦИ)
Кислородная маска со световым индикатором
0 4262 1
(СИ)
Кислородная маска с ЦИ и СИ13 2000 0
Авиационное кресло с ЦИ0 1563 0
Авиационное кресло со СИ0 0102 12
Авиационное кресло с ЦИ и СИ1 1425 2
Результаты экспертизы вариантов технических решений (Таблицы 1 и 2)
показывают,чтолучшимвариантомреализациииндивидуального
информирования пассажиров ВС об опасности ЧС высотного полета эксперты
посчитали кислородную маску с цифровым и световым индикатором, а лучшим
вариантомколлективногоинформирования–таблоколлективного
информирования с цифровым индикатором. Эти варианты реализации
информирования пассажиров ВС об опасности ЧС высотного полета
рассматриваются как приоритетные.
Таблица 2 – Результат экспертизы вариантов технических решенийпо
коллективному информированию
Число экспертов,
Вариант табло коллективного информирования (ТКИ)указавших ранг
1 2 3 4 5 67
ТКИ с ЦИ10 5 0 0 0 00
ТКИ со СИ0 1 4 5 3 20
ТКИ с речевым информатором0 0 1 4 0 010
ТКИ с ЦИ и СИ5 6 2 2 0 00
ТКИ с ЦИ и речевым информатором0 1 3 1 5 41
ТКИ со СИ и речевым информатором0 1 2 1 3 44
ТКИ с ЦИ, СИ и речевым информатором0 1 3 2 4 50
Приоритетными направлениями совершенствования комплекса технических
средств информирования пассажиров воздушных судов в чрезвычайных ситуациях
высотного полета являются обеспечение возможности учета индивидуальных
особенностей здоровья пассажиров (антропометрические характеристики, наличие
хронических заболеваний, тренированность к переносимости кислородного голодания)
в интересах оптимизации планирования и реализации спасательных мероприятий.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе решена научная задача разработки новых научно обоснованных
технических решений информирования пассажиров воздушных судов в
чрезвычайных ситуациях высотного полета, имеющая существенное значение для
эксплуатации воздушного транспорта.
1. Анализ потребностей информирования пассажиров воздушных судов в
чрезвычайных ситуациях высотного полета показал, что для обеспечения
информирования пассажиров воздушного судна следует использовать оценку
резервного времени сохранения сознания, рассчитываемую в реальном времени по
величине барометрического давления в салоне воздушного судна.
2. Алгоритм расчета оценок резервного времени сохранения сознания
пассажирами воздушного судна в чрезвычайных ситуациях высотного полета,
основанный на синтезированной оптимальной по критерию наименьших
квадратов степенной зависимости резервного времени от барометрической высоты
в салоне воздушного судна, обеспечивает расчет оценок резервного времени с
точностью, удовлетворяющей потребностям практики.
3. Технические средства индивидуального информирования пассажиров
воздушных судов в чрезвычайных ситуациях высотного полета следует
реализовать за счет дополнения кислородных масок и авиационных кресел
встроенными цифровыми и/или цветовыми индикаторами опасности,
основанными на величине резервного времени сохранения сознания пассажирами
воздушного судна, рассчитываемой в реальном времени по величине
барометрического давления в салоне воздушного судна.
4. Технические средства коллективного информирования пассажиров
воздушных судов в чрезвычайных ситуациях высотного полета следует
реализовать за счет установки в салоне воздушного судна стационарных и/или
информационных табло со встроенными цифровыми и/или цветовыми и/или
звуковыми индикаторами опасности, основанными на величине резервного времени
сохранения сознания пассажирами воздушного судна, рассчитываемой в реальном
времени по величине барометрического давления в салоне воздушного судна.
5. Результаты экспертного опроса группы 15 специалистов в области
авиационной безопасности (оценка компетентности мнения группы экспертов
составила 0,94) показали, что разработанные технические средства
индивидуального и коллективного информирования пассажиров воздушных судов
в чрезвычайных ситуациях высотного полета обеспечивают существенное
повышение безопасности пассажиров в этих условиях.
6. Приоритетными направлениями совершенствования комплекса
технических средств информирования пассажиров воздушных судов в
чрезвычайных ситуациях высотного полета являются обеспечение возможности
учета индивидуальных особенностей здоровья пассажиров (антропометрические
характеристики, наличие хронических заболеваний, тренированность к
переносимости кислородного голодания) в интересах оптимизации планирования
и реализации спасательных мероприятий.
Интенсивное развитие гражданской и государственной авиации было
и остается сопряженным с обеспечением безопасности полетов [12, 15, 16,
33, 38, 49, 51, 58, 79, 80, 81, 111, 129, 136, 147, 152, 196, 199, 202, 207, 208,
212-215]. Известно, что в связи с уменьшением сопротивления воздуха при
увеличении высоты полета, и, соответственно, с меньшим расходом топлива
в высотном полете, полеты воздушных судов (ВС) гражданской авиации
выполняются на высотах порядка 10000 м. Кроме того, при полете на таких
высотах минимальна вероятность столкновения с птицами, обеспечивается
стабильность полета (с увеличением высоты реже встречаются
потенциально опасные погодные явления), минимизируются риски
столкновения с препятствиями, наземными естественными и
искусственными объектами и т.д.
В высотных полетах (на высотах 4000 м и более) необходимо
обеспечивать защиту человека от кислородного голодания, применяя
средства и меры индивидуальной (высотные средства обеспечения
жизнедеятельности) или коллективной (герметизация салонов ВС с
поддержанием должного парциального давления кислорода в воздушном
пространстве) защиты [1, 19, 42, 45, 52, 53, 57, 76, 126, 131, 143, 151, 198,
205, 206]. Несмотря на то, что влияние кислородной недостаточности на
состояние человека весьма хорошо изучено, эффективные меры и средства
защиты человека в условиях кислородной недостаточности требуют
совершенствования.
Статистика авиационных происшествий и авиационных инцидентов
свидетельствует об имеющихся рисках возникновения чрезвычайных
ситуаций (ЧС) в высотных полетах, обусловленных разгерметизацией кабин
и/или салонов ВС. Быстротечность развития таких ЧС, недооценка
экипажем и пассажирами потенциальных опасностей, сопровождающихся
психоэмоциональным стрессом, приводит и обусловливает необходимость
совершенствования средств, методов и технологий обеспечения
безопасности пассажиров ВС в ЧС высотного полета.
Известно, что в настоящее время каждый полет ВС гражданской
авиации начинается с демонстрации кабинным экипажем средств и мер
обеспечения безопасности пассажиров. Однако беспечность
и недостаточная внимательность многих пассажиров, сильный
психоэмоциональный стресс в ЧС обусловливают неправильное
и несвоевременное применение ими средств индивидуальной защиты в ЧС
(для ЧС высотных полетов такими средствами индивидуальной защиты
являются, прежде всего, автоматически «выпадающие» кислородные
маски).
Согласно результатам исследования эффективности мероприятий по
обеспечению безопасности в ЧС высотных полетов, по результатам
анкетирования и интервьюирования экипажа и пассажиров, побывавших
в ЧС высотного полета, повысить безопасность в таких ситуациях возможно
за счет информирования о потенциальной опасности ЧС в реальном
времени [61, 77, 116, 117, 127, 128, 135, 137, 141].
Проведенные исследования показали, что реализовать такое
информирование возможно с помощью расчета и предъявления в реальном
времени оценки резервного времени сохранения сознания человеком в ЧС
высотного полета с учетом динамики развития такой ЧС. Научно-
технический прогресс обусловил создание технических средств,
позволяющих рассчитывать и предъявлять пассажирам ВС оценки
резервного времени сохранения сознания в ЧС высотных полетов. Однако
комплекс технических средств, позволяющих реализовать такое
информирование, не разработан.
Таким образом, имеется противоречие между потенциально
имеющимися возможностями информирования пассажиров ВС в ЧС
высотного полета и отсутствием комплекса технических средств,
позволяющих реализовать такое информирование.
Устранение отмеченного противоречия требует изучения
закономерностей проявления и развития ЧС техногенного характера на
воздушном транспорте в высотном полете для разработки и реализации
научно обоснованных мероприятий для предотвращения и минимизации
последствий таких ЧС.
Объектом исследования является организация безопасности
пассажиров ВС в ЧС высотного полета.
Предметом исследования являются технические средства
обеспечения безопасности пассажиров ВС в ЧС высотного полета.
Научная задача исследования состоит в разработке научно
обоснованных технических решений информирования пассажиров ВС в ЧС
высотного полета.
Цель исследования: повышение безопасности пассажиров ВС в ЧС
высотного полета за счет применения комплекса технических средств
информирования пассажиров.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
1. Анализ потребностей информирования пассажиров ВС
в ЧС высотного полета.
2. Обоснование и исследование адекватности алгоритма расчета
оценок резервного времени сохранения сознания пассажирами ВС в ЧС
высотного полета.
3. Разработка облика технических средств коллективного
информирования пассажиров ВС о потенциальной опасности ЧС высотного
полета.
4. Разработка облика технических средств индивидуального
информирования пассажиров ВС о потенциальной опасности ЧС высотного
полета.
5. Обоснование приоритетных направлений совершенствования
комплекса технических средств информирования пассажиров ВС в ЧС
высотного полета.
Научная новизна исследования определяется тем, что:
1) обоснована необходимость использования для информирования
пассажиров ВС в ЧС высотного полета оценки резервного времени
сохранения сознания человеком, рассчитываемой в реальном времени по
величине барометрического давления в салоне ВС;
2) обоснован облик комплекса инновационных технических решений
реализации средств индивидуального и коллективного информирования
пассажиров ВС в ЧС высотных полетов, включающего:
комплекс технических средств коллективного информирования
пассажиров ВС в ЧС высотных полетов, впервые обеспечивающих
индикацию резервного времени сохранения сознания пассажирами ВС в
реальном времени на устанавливаемых в салоне ВС стационарных и/или
информационных табло со встроенными цифровыми и/или цветовыми
и/или звуковыми индикаторами опасности;
комплекс технических средств индивидуального информирования
пассажиров ВС в ЧС высотных полетов, впервые обеспечивающих
индикацию резервного времени сохранения сознания пассажирами ВС в
реальном времени за счет дополнения кислородных масок и/или
авиационных кресел встроенными цифровыми и/или цветовыми и/или
звуковыми индикаторами опасности.
Теоретическое значение работы состоит в развитии научных основ
построения автоматизированных информационно-управляющих систем
обеспечения безопасности пассажиров ВС в ЧС высотных полетов.
Практическая значимость исследования определяется повышением
безопасности полетов ВС гражданской авиации за счет разработки
и реализации комплекса технических средств индивидуального и
коллективного информирования пассажиров ВС в ЧС высотных полетов.
Результаты, выносимые на защиту:
1. Комплекс технических средств коллективного информирования
пассажиров ВС в ЧС высотных полетов.
2. Комплекс технических средств индивидуального информирования
пассажиров ВС в ЧС высотных полетов на основе кислородных масок.
3. Комплекс технических средств индивидуального информирования
пассажиров ВС в ЧС высотных полетов на основе авиационных кресел.
Личный вклад автора состоит в определении задачи научного
исследования, разработке и практической апробации методов их решения, в
обработке полученных результатов и описании выводов. В опубликованных
в соавторстве работах автору принадлежат постановка задачи, анализ
проблем, описание результатов практических исследований, рекомендации
по практическому внедрению полученных результатов.
Содержание диссертации соответствует пунктам 1 «Исследование
актуальных проблем обеспечения безопасности в чрезвычайных ситуациях
техногенного характера», 7 «Исследование проблем управления и методов
принятия решений в чрезвычайных ситуациях, разработка научных основ
развития систем связи и оповещения, создания автоматизированных
информационно-управляющих систем» и 8 «Разработка научных основ
создания и совершенствования систем и средств мониторинга
чрезвычайных ситуаций» паспорта научной специальности 05.26.02.
Достоверность результатов исследования подтверждается
корректным применением математического аппарата регрессионного
анализа и обработки экспертной информации, достижений в области
информационно-измерительных систем, схемотехники электронных
устройств и авиационной медицины.
Апробация работы. Основные результаты работы представлены на:
международной научно-практической конференции «Транспорт России:
проблемы и перспективы» (Санкт-Петербург, 2019), IX Межрегиональной
научно-практической конференции с международным участием
«Безопасность жизнедеятельности: современные вызовы, наука,
образование, практика» (Южно-Сахалинск, 2019), XXXIII Международной
научной конференции «Математические методы в технике и технологиях
ММТТ-33» (Казань, 2020), Международной научной конференции «Кибер-
физические системы: проектирование и моделирование» (Казань, 2020),
XIV международной научной конференции «Системный анализ в
медицине» (Благовещенск, 2020), VIII Международной научно-технической
конференции «Информационные технологии в науке, образовании и
производстве» (Белгород, 2020), международной мультидисциплинарной
конференции по промышленному инжинирингу и современным
технологиям («FarEastCon») (Владивосток, 2020).
Реализация результатов исследования. Результаты и выводы
исследования использованы при разработке технологий и технических
средств обеспечения безопасности полетов ВС в АО «НПП «Топаз»», в АО
«КомТрансСервис» и в ГНЦ РФ – ФМБЦ им. А.И.Бурназяна.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 7 научных статей
(3 из которых – в изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки
России для опубликования результатов научных исследований по
специальности 05.26.02, 2 – в профильных изданиях, индексируемых в базе
Scopus, 2 – в других изданиях), получены 4 патента на изобретения, 5
патентов на полезные модели, 2 свидетельства о государственной
регистрации программ для ЭВМ, 4 статьи в сборниках трудов научных
конференций.
Автор благодарит научного консультанта доктора медицинских наук,
профессора Михаила Вячеславовича Дворникова за помощь и содействие
в работе.
В результате проведенных исследований решена научная задача
разработки научно обоснованных технических решений информирования
пассажиров воздушных судов в чрезвычайных ситуациях высотного полета,
имеющая существенное значение для безопасной эксплуатации воздушного
транспорта.
1. Анализ потребностей информирования пассажиров воздушных
судов в чрезвычайных ситуациях высотного полета показал, что для
обеспечения информирования пассажиров воздушного судна следует
использовать оценку резервного времени сохранения сознания,
рассчитываемую в реальном времени по величине барометрического
давления в салоне воздушного судна.
2. Алгоритм расчета оценок резервного времени сохранения сознания
пассажирами воздушного судна в чрезвычайных ситуациях высотного
полета, основанный на синтезированной оптимальной по критерию
наименьших квадратов степенной зависимости резервного времени от
барометрической высоты в салоне воздушного судна, обеспечивает расчет
оценок резервного времени с точностью, удовлетворяющей потребностям
практики.
3. Технические средства коллективного информирования пассажиров
воздушных судов в чрезвычайных ситуациях высотного полета следует
реализовать за счет установки в салоне воздушного судна стационарных
и/или информационных табло со встроенными цифровыми и/или
цветовыми и/или звуковыми индикаторами опасности, основанными на
величине резервного времени сохранения сознания пассажирами
воздушного судна, рассчитываемой в реальном времени по величине
барометрического давления в салоне воздушного судна.
4. Технические средства индивидуального информирования
пассажиров воздушных судов в чрезвычайных ситуациях высотного полета
следует реализовать за счет дополнения кислородных масок и авиационных
кресел встроенными цифровыми и/или цветовыми индикаторами
опасности, основанными на величине резервного времени сохранения
сознания пассажирами воздушного судна, рассчитываемой
в реальном времени по величине барометрического давления в салоне
воздушного судна.
5. Результаты экспертного опроса группы 15 специалистов в области
авиационной безопасности (оценка компетентности мнения группы
экспертов составила 0,94) показали, что разработанные технические
средства индивидуального и коллективного информирования пассажиров
воздушных судов в чрезвычайных ситуациях высотного полета
обеспечивают существенное повышение безопасности пассажиров в этих
условиях.
6. Приоритетными направлениями совершенствования комплекса
технических средств информирования пассажиров воздушных судов в
чрезвычайных ситуациях высотного полета являются обеспечение
возможности учета индивидуальных особенностей здоровья пассажиров
(антропометрические характеристики, наличие хронических заболеваний,
тренированность к переносимости кислородного голодания) в интересах
оптимизации планирования и реализации спасательных мероприятий.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ВС – воздушное судно
ИКАО – международная организация гражданской авиации от англ.
ICAO – International Civil Aviation Organization
КВС – командир воздушного судна
КМ – кислородная маска
МАК – Межгосударственный авиационный комитет
МНК – метод наименьших квадратов
РФ – Российская Федерация
СКВ – система кондиционирования воздуха
ЧС – чрезвычайная ситуация
Публикации автора в научных журналах
- 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процесс
- 05.26.00 Безопасность деятельности человека
- 19.04.01 Биотехнология
- 05.18.07 Биотехнология пищевых продуктов и биологически активных веществ
- 05.13.15 Вычислительные машины, комплексы и компьютерные сети
- 05.25.00 Документальная информация
- 2 Инженерное дело, технологии и технические науки
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!