Способ определения маршрута обхода воздушным судном грозы методом нахождения кратчайшего пути на графе
- Авторы: Коваленко Г.В.1, Ядров И.А.1
-
Учреждения:
- Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации имени Главного маршала авиации А.А. Новикова
- Выпуск: № 3 (2025)
- Страницы: 35-55
- Раздел: Безопасность на воздушном транспорте
- URL: https://journals.rcsi.science/2312-1327/article/view/360038
- DOI: https://doi.org/10.51955/2312-1327_2025_3_35
- ID: 360038
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В статье представлены результаты разработки метода определения оптимального маршрута обхода воздушным судном (ВС) постоянной во времени (неподвижной) зоны грозовой деятельности и сильных ливневых осадков, основанного на нахождении кратчайшего пути на графе, при построении которого учитываются геометрии опасных метеоявлений и минимальные безопасные расстояния до них. Приведено сравнение стратегий, основанных на использовании при формировании зон обхода грозы выпуклых и вогнутых оболочек. Установлено наличие статистически значимого различия в центральных тенденциях соответствующих длин маршрутов, а также показано, что маршруты, при построении которых используются вогнутые оболочки, в среднем на 2% короче, при возможных абсолютных различиях длин до нескольких сотен километров. Основной практический результат работы заключается в том, что предлагаемый метод определения оптимального маршрута обхода грозы может быть использован как инструмент повышения ситуационной осведомлённости пилотов ВС и оптимизации работы экипажа при выполнении полётов в условиях неблагоприятной метеорологической обстановки, может позволить осуществлять обход грозы в автоматическом режиме с использованием автопилота, а также может способствовать повышению экономической эффективности полётов в неблагоприятных метеорологических условиях за счёт сокращения расхода топлива благодаря выбору оптимального маршрута их обхода.
Об авторах
Г. В. Коваленко
Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации имени Главного маршала авиации А.А. Новикова
Автор, ответственный за переписку.
Email: kgvf@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0002-4849-8878
доктор технических наук, профессор Санкт-Петербург, 196210, Россия
И. А. Ядров
Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации имени Главного маршала авиации А.А. Новикова
Email: yadrov.ilya@gmail.com
ORCID iD: 0009-0007-3978-6345
аспирант Санкт-Петербург, 196210, Россия
Список литературы
- Коваленко Г. В. Методология построения методики обучения пилотов по управлению высокоавтоматизированным воздушным судном с использованием когнитивно-информационных преобразователей алгоритмов деятельности / Г. В. Коваленко, И. С. Муравьев, К. А. Куц // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2023. № 1. С. 35-41. EDN: TMSQFR
- Коваленко Г. В. Применение Seq2seq-моделей для прогнозирования развития грозовой деятельности с целью повышения уровня ситуационной осведомленности пилота в полете / Г. В. Коваленко, И. А. Ядров // Научный вестник МГТУ ГА. 2025. №1 (28). С. 20-38. doi: 10.26467/2079-0619-2025-28-1-20-38. EDN: QMTDXA
- Муравьев И. С. Экспериментальная проверка метода оценки функционирования автоматизированных систем на воздушных судах последнего поколения / И. С. Муравьев // Crede Experto: транспорт, общество, образование, язык. 2022. № 3. С. 20-33. doi: 10.51955/23121327_2022_3_20. EDN: FVZDIY
- A concave hull algorithm for scattered data and its applications / J. Xu, Z. Zheng, Y. Feng, X. Qing // 2010 3rd International Congress on Image and Signal Processing. IEEE, 2010. № 5. P. 2430-2433. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/CISP.2010.5648277
- A survey of shortest-path algorithms / A. Madkour, W. G. Aref, F. U. Rehman, M. A. Rahman, S. Basalamah // arXiv preprint arXiv:1705.02044. 2017. 26 p.
- Agarwal D. A review on comparative analysis of path planning and collision avoidance algorithms / D. Agarwal, P. S. Bharti // Algorithms. 2018. №30. P 31.
- Asaeedi S. α-Concave hull, a generalization of convex hull / S. Asaeedi, F. Didehvar, A. Mohades // Theoretical Computer Science. 2017. № 702. P. 48-59. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.tcs.2017.08.014
- Bahreinian M. Robust path planning and control for polygonal environments via linear programming / M. Bahreinian, E. Aasi, R. Tron // 2021 American Control Conference (ACC). IEEE, 2021. P. 5035-5042. DOI: http://dx.doi.org/10.23919/ACC50511.2021.9483196
- Boyd D. D. In-flight decision-making by general aviation pilots operating in areas of extreme thunderstorms // Aerospace Medicine and Human Performance. 2017. № 12 (88). P. 1066-1072. DOI: http://dx.doi.org/10.3357/AMHP.4932.2017
- Chaerani D. A comprehensive survey on convex analysis in robust optimization / D. Chaerani, E. Rusyaman, K. R. A. Muslihin // Journal of Physics: Conference Series. 2021. № 1 (1722). P. 012075.
- Comparative analysis of nonlinear programming solvers: performance evaluation, Benchmarking, and Multi-UAV optimal path planning / G. Lavezzi, K. Guye, V. Cichella, M. Ciarcià // Drones. 2023. № 8 (7). P. 487. DOI: http://dx.doi.org/10.3390/drones7080487
- Das K. R. A brief review of tests for normality / K. R. Das, A. Imon // American Journal of Theoretical and Applied Statistics. 2016. № 1 (5). P. 5-12.
- Dinas S. A literature review of bounding volumes hierarchy focused on collision detection / S. Dinas, J. M. Bañón // Ingeniería y Competitividad. 2015. № 1 (17). P. 49-62.
- Eele A. Path-planning with avoidance using nonlinear branch-and-bound optimization / A. Eele, A. Richards // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2009. № 2 (32). P. 384-394. DOI: http://dx.doi.org/10.2514/1.40034
- Evans J. K. An Examination of Aviation Accidents Associated with Turbulence, Wind Shear and Thunderstorm. 2013. 42 p.
- Financial performance and safety in the aviation industry / P. Fardnia, T. Kaspereit, T. Walker, S. Xu // International Journal of Managerial Finance. 2021. Vol. 17. № 1. P. 138-165. DOI: http://dx.doi.org/10.1108/IJMF-03-2019-0095
- Fultz A. J. Fatal weather-related general aviation accidents in the United States / A. J. Fultz, W. S. Ashley // Physical Geography. 2016. № 5 (37). P. 291-312. DOI: http://dx.doi.org/10.1080/02723646.2016.1211854
- Geospatial Data Analysis: A Comprehensive Overview of Python Libraries and Implications / T. D. Bezabih, M. G. Glaety, D. A. Wako, S. G. Worku // Ethics, Machine Learning, and Python in Geospatial Analysis. 2024. P. 72-93. DOI http://dx.doi.org/10.4018/979-8-3693-6381-2.ch004
- Gerald B. Parametric and nonparametric tests: A brief review / B. Gerald, T. F. Patson // International Journal of Statistical Distributions and Applications. 2021. № 3 (7). P. 78-82. DOI: http://dx.doi.org/10.11648/j.ijsd.20210703.12
- Gultepe I. A review on weather impact on aviation operations: Visibility, wind, precipitation, icing // Journal of Airline Operations and Aviation Management. 2023. № 1 (2). P. 1-44. DOI: http://dx.doi.org/10.56801/jaoam.v2i1.1
- Hoole P. R. P. Thunderstorms and Pre-lightning Electrostatics / P. R. P. Hoole, J. Fisher, S. R. H. Hoole // Lightning Engineering: Physics, Computer-based Test-bed, Protection of Ground and Airborne Systems. 2022. P. 51-83. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/978-3-030-94728-6_2
- ICAO Safety Report. International Civil Aviation Organization. 2024. 29 p.
- In-Flight Measurements of Lightning Locations Using an Aircraft-Mounted Lightning Mapper / Z. Milani, L. Nichman, E. Matida, L. Fleury, M. Wolde, E. Bruning, G. M. McFarquhar, P. Kollias // Aerospace Science and Technology. 2025. P. 110038. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ast.2025.110038
- Jayaram M. A. Convex hulls in image processing: a scoping review / M. A. Jayaram, H. Fleyeh // American Journal of Intelligent Systems. 2016. №. 2 (6). P. 48-58.
- Kovalenko G. V. Intelligent Adaptive Flight Crew Decision Support System for Thunderstorm Avoidance / G. V. Kovalenko, I. A. Yadrov, K. A. Kuts // Russian Aeronautics. 2023. № 3 (66). P. 552-559. DOI: http://dx.doi.org/10.3103/S1068799823030170
- Li B. An adaptive rapidly-exploring random tree / B. Li, B. Chen // IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2021. №. 2 (9). P. 283-294. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/JAS.2021.1004252
- Nita I. A. Aviation accidents related to atmospheric instability in the United States (2000–2020) / I. A. Nita, C. Radu, S. Cheval // Theoretical and Applied Climatology. 2024. № 6 (155). P. 5483–5497.
- Operational safety economics: Foundations, current approaches and paths for future research / C. Chen, G. Reniers, N. Khakzad, M. Yang // Safety Science. 2021. Vol. 141. P. 105326. DOI: http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/1722/1/012075
- Park J. S. A new concave hull algorithm and concaveness measure for n-dimensional datasets / J. S. Park, S. J. Oh // Journal of Information Science and Engineering. 2012. № 3 (28). P. 587-600.
- Path planning and trajectory planning algorithms: A general overview / A. Gasparetto, P. Boscariol, A. Lanzutti, R. Vidoni // Motion and Operation Planning of Robotic Systems: Background and Practical Approaches. 2015. P. 3-27. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-14705-5_1
- Rachmawati D. Analysis of Dijkstra’s algorithm and A* algorithm in shortest path problem / D. Rachmawati, L. Gustin // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2020. № 1 (1566). 7 p. DOI: http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/1566/1/012061
- Ravankar A. A. HPPRM: hybrid potential based probabilistic roadmap algorithm for improved dynamic path planning of mobile robots / A. A. Ravankar, A. Ravankar, T. Emaru, Y. Kobayashi // IEEE Access. 2020. Vol. 8. P. 221743-221766. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3043333
- Saalfeld A. Topologically consistent line simplification with the Douglas-Peucker algorithm // Cartography and Geographic Information Science. 1999. № 1 (26). P. 7-18. DOI: http://dx.doi.org/10.1559/152304099782424901
- Tan C. S. A comprehensive review of coverage path planning in robotics using classical and heuristic algorithms / C. S. Tan, R. Mohd-Mokhtar, M. R. Arshad // IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 119310-119342. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3108177
- Turbulence characteristics of thunderstorms before the first flash in comparison to non‐thunderstorms / C. Zhao, D. Zheng, Y. Zhang, X. Liu, Y. Zhang, W. Yao, W. Zhang // Geophysical Research Letters. 2021. Vol. 48. № 18. 10 p. DOI: http://dx.doi.org/10.1029/2021GL094821
- Wind shear and aircraft aborted landings: A deep learning perspective for prediction and analysis / A. Khattak, J. Zhang, P. W. Chan, F. Chen, A. Hussain, H. Almujibah // Atmosphere. 2024. Vol. 15. № 5. P. 545. DOI: http://dx.doi.org/10.3390/atmos15050545
- Yilmaz N. K. Path planning of autonomous underwater vehicles for adaptive sampling using mixed integer linear programming // IEEE Journal of Oceanic Engineering. 2008. № 4 (33). P. 522-537. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/JOE.2008.2002105
Дополнительные файлы


