Hệ thống mạng thông minh và giải pháp phát triển lên OSP

Hệ thống mạng thông minh và giải pháp phát triển lên OSP Hệ thống mạng thông minh và giải pháp phát triển lên OSP Hệ thống mạng thông minh và giải pháp phát triển lên OSP Hệ thống mạng thông minh và giải pháp phát triển lên OSP Hệ thống mạng thông minh và giải pháp phát triển lên OSP

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐÀO VIỆT HƯNG

H Ệ THỐNG MẠNG THÔNG TIN VÀ GIẢI PHÁP

PHÁT TRI ỂN LÊN OSP

LU ẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH K Ỹ THUẬT ĐIỆN TỬ

Hà N ội, 2006

Ngày nay, các hệ thống dẫn đường hàng không đã dần không còn tương xứng về khả năng cung cấp dẫn đến việc cản trở và phụ phí ngày càng tăng cho khách hàng Khi lưu lượng bay tăng, trễ dưới mặt đất (phần lớn là do sự cản trở luồng không lưu) và trên không tăng lên Tình trạng này đã trở nên nghiêm trọng khi ngành hàng không dự kiến mức tăng trưởng ngày càng cao trong các năm tới Trễ tại châu Âu hiện nay chủ yếu là do sự phân chia số lượng lớn các vùng sector nhỏ tại các vùng điều hành Còn tại Mỹ thì sự tắc nghẽn xảy ra tại các đầu cuối và tại các sân bay Tại các vùng ít phát triển hơn, sự thiếu hụt khả năng giám sát bằng radar và yếu kém về hạ tầng cơ sở thông tin dẫn đến các hệ thống kém hiệu quả, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn Cứ mỗi phút tiết kiệm ở trên không của máy bay đều tiết kiệm hàng triệu USD tiền nhiên liệu cho ngành hàng không mỗi năm và giảm đáng kể ô nhiễm môi trường Mọi nỗ lực đều hướng tới việc làm giảm thời gian bay trên không bằng cách tối ưu hoá đường bay từ điểm khởi hành đến điểm kết thúc, tránh việc bay chờ và mở rộng vùng tiếp cận Giảm thời gian bay trung bình còn có nghĩa là tăng được lưu lượng bay và tăng tính an toàn

Với các thành công trong các lĩnh vực điện tử viễn thông, tin học, đặc biệt là thông tin vệ tinh và công nghệ liên kết dữ liệu, ý tưởng CNS/ATM của ICAO cung cấp một cơ sở cho hệ thống dẫn đường tương lai đã dần trở thành hiện thực Cuối cùng hệ thống sẽ cho phép người điều khiển tầu bay sắp đặt chuyến bay theo một đường bay tốt nhất, điều chỉnh được một cách linh hoạt, với một hiệu suất tối ưu và chi phí tối thiểu Khi đó các phương thức và thủ tục của các công nghệ mới cần được thực hiện một cách đầy đủ để tăng cường khả năng dẫn đường và tăng độ an toàn

đất mà còn sắp đặt cho tầu bay vào các điểm báo cáo (waypoints) trong vài giây của thời gian định trước hoặc theo yêu cầu của kiểm soát viên không lưu Tính năng dẫn đường 4 chiều này có thể được mở rộng ra cho việc điều khiển thời gian đến tại sân bay Bất cứ sai lệch nào ở phía thu sẽ được xử lý bởi hệ thống quản lý bay để xem xét xem đường hạ cánh còn được dành sẵn hay không Các cơ chế máy móc cơ khí khác cũng được thực hiện bổ xung để có thể sử dụng tối đa đường lăn và không phận, do đó sẽ đảm bảo được phân cách

an toàn giữa các tầu bay mọi thời điểm

Tính thực tế của khái niệm trên đòi hỏi cho các tính năng bổ xung và thay thế của tầu bay và trong hệ thống quản lý bay Một trong những thành

bá (ADS-B), hệ thống cho phép tầu bay có thể thông tin vị trí của nó hiện tại

và xu hướng vị trí trong tương lai cho các hệ thống mặt đất và các tầu bay gần

đó ADS-B còn cho phép các vùng giám sát mở rộng tới các vùng mà radar không với tới Các dữ liệu chính xác về quỹ đạo cho phép hệ thống mặt đất dự báo một cách chính xác các va chạm dể có thể giảm các phân cách tối thiểu, tăng cường dung lượng quản lý không lưu Hơn thế nữa, sự trao đổi các thông báo ADS-B với các tầu bay khác cho phép hiển thị được hiện trạng luồng bay trên màn hình của tầu bay để cảnh báo cho các phi công Hiển thị thông tin không lưu tại buồng lái sẽ cung cấp tính năng cảnh báo tình trạng không lưu

và sẽ góp phần tăng cường tính an toàn cho phi hành đoàn

Luận văn “Hệ thống giám sát phụ thuộc tự động quảng bá ADS-B trong ngành quản lý bay việt nam” nghiên cứu công nghệ kỹ thuật ADS-B, một liên kết dữ liệu số sử dụng sóng VHF giữa các phương tiện tham gia giao thông hàng không Đây là một kỹ

kỳ quá độ

Trong quá trình thực hiện luận văn không tránh khỏi nhiều thiết sót, tôi mong muốn nhận được nhiều ý kiến đóng góp để luận văn được hoàn thiện và mang tính thực tế hơn

Qua lời mở đầu này tôi xin được gửi lời trân trọng cảm ơn Tiến sĩ Trần Thị Ngọc Lan - giảng viên trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đội ngũ cán bộ

kỹ thuật Trung tâm quản lý bay miền Bắc cùng các đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt bài luận văn này

Xin chân thành cảm ơn!

Hình 1.2 Các trạm VHF và tầm phủ tương ứng trên lãnh thổ Việt NamHình 1.3 Tầm phủ radar trên lãnh thổ Việt Nam

Hình 1.4 Hệ thống các phương tiện dẫn đường kết hợp

Hình 1.5 Tổng quan về lưu lượng bay trên thế giới

Hình 1.6 Sự thay đổi cơ cấu các thành phần CNS trong tương lai

Hình 2.1 Các thành phần của 1 hệ thống ADS

Hình 2.2 Cấu trúc của hệ thống ADS

Hình 2.3 Cấu trúc của hệ thống ADS-B

Hình 2.4 Đường truyền dữ liệu của hệ thống ADS-B

Hình 2.5 Cấu trúc hệ thống Mode S

Hình 2.6 Hệ thống UAT trên máy bay

Hình 2.7 Khe thời gian trong VDL Mode 4

Hình 3.1 Bộ phát đáp trong hệ thống VDL Mode 4

Hình 3.2 Cấu trúc phân lớp đơn giản của VDL Mode 4

Hình 3.3 Cấu trúc khung TDMA

Hình 3.4 Các giai đoạn của việc truyền dẫn một khe

Hình 3.5 Khoảng bảo vệ truyền dẫn

Hình 3.6 Khuôn dạng cơ bản chùm dữ liệu VDL Mode 4

Hình 3.7 Lựa chọn khe thời gian trong VDL Mode 4

Hình 3.13 Giao thức quảng bá tăng cường

Hình 3.14 Giao thức yêu cầu một hướng

Hình 3.15 Giao thức dành riêng tự điều chỉnh

Hình 3.16 Giao thức yêu cầu truyền tin tức

Hình 3.17 Giao thức truy nhập ngẫu nhiên

truy nhập mạng

Hình 4.3 Phương thức dung sai âm lớn BND

Hình 4.4 Truyền nửa khe

Hình 4.5 Giao thức yêu cầu khẩn thiết

Hình 4.6 Bảo vệ khe băng cách sử dụng trạm di động quảng bá lại

Hình 4.7 Bảo vệ khe bằng cách sử dụng nhiều trạm di động quảng bá lại Hình 4.8 Bảo vệ khe băng cách sử dụng nhiều trạm di động và nhiều trạm mặt

đất quảng bá lại

Hình 4.9 Khoá khe dành riêng khung 1 giây

Hình 4.10 Cách ly

Hình 4.11 Truyền phát của trạm mặt đất

Hình 5.1 Các dịch vụ thông tin VDL Mode 4 và các ứng dụng đặc trưng

Lời cam đoan

Mục lục

Chữ viết tắt sử dụng trong luận văn

Danh mục hình vẽ

Chương 1 Kế hoạch quốc gia cho các hệ thống CNS/ATM và sự dịch

chuyển sang các hệ thống mới

1

1.2 Hiện trạng của các hệ thống hiện tại của ngành quản lý bay Việt

Nam

3

1.4.2 Chiến lược chuyển tiếp từ hệ thống không vận cũ sang hê

thống Thông tin, Dẫn đường, Giám sát và Quản lý không lưu mới

(CNS/ATM) của ICAO

Chương 2: Giới thiệu về giám sát phụ thuộc tự động ADS và kỹ thuật

ADS-B

27

2.3.2 C¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö trªn m¸y bay (Avionics) 32

3.4.5 Việc lựa chọn khe thời gian 67

3.6.5 Yêu cầu trực tiếp/dành riêng đáp ứng khẩn cầu (Directed

Request/Plea response Reservation)

79

3.6.6 Yêu cầu trực tiếp/dành riêng tự động điều chỉnh(Autotune

Reservation)

79

4.3 Các vấn đề về quản lý hệ thống 104

Chương 5 Quá trình triển khai hệ thống giám sát ADS-B trên thế giới và

nghiên cứu áp dụng cho ngành hàng không Việt Nam

112

5.2 Một số phân tích và áp dụng ADS-B trên cơ sở đường truyền dữ

liệu VDL Mode 4

115

Tài liệu tham khảo

Tóm tắt luận văn và từ khoá

Chương I Kế hoạch quốc gia cho các hệ thống CNS/ATM và Sự dịch chuyển sang các hệ thống mới

Giới thiệu:

Chương 1 trình bày vai trò của trung tâm Quản lý bay dân dụng Việt Nam trong ngành hàng không Việt Nam, các dịch vụ cung cấp và hệ thống trang thiết bị đảm bảo cho các hoạt động bay hiện tại Tiếp theo là những đánh giá theo tiêu chuẩn của tổ chức hàng không dân dụng quốc tế ICAO (International Civil Aviation Organization) về hiện trạng của các hệ thống hiện tại cũng như theo sự phát triển của ngành hàng không để đưa ra sự cần thiết cải tổ các hệ thống hiện tại Đánh giá về tình hình hoạt động bay tại các nước phát triển trên thế giới và xu hướng nâng cấp dịch vụ tại các nước đó Từ những đánh giá trên sẽ đưa ra sự chuyển dịch sang cấu trúc các hệ thống thông tin, dẫn đường, giám sát/quản lý không lưu CNS/ATM (Communications, Navigation, Surveillance/Air Traffic Management) trong tương lai theo khuyến cáo của ICAO

U1.1 Hoạt động của trung tâm Quản lý bay dân dụng Việt Nam VATM (Viet Nam Air Traffic Management)

Là một doanh nghiệp nhà nước hoạt động trong ngành hàng không, chức năng và nhiệm vụ chính của VATM là:

a) Cung cấp các dịch vụ không lưu bao gồm:

- Dịch vụ điều hành không lưu bao gồm tại sân bay (Tower Control), vùng tiếp cận (Approach Control) và đường dài (Area Control)

- Công tác thông báo bay FIS (Flight Information Services) và các dịch vụ cảnh báo ALRS (Alarm Services)

b) Quản lý vùng trời, không phận quốc gia:

- Quản lý các phương tiện cơ sở hạ tầng cho không vận

- Thiết lập các đường bay và phối hợp trong việc sử dụng vùng trời Ngoài ra còn có các dịch vụ khác như dịch vụ khí tượng, tìm kiếm cứu nguy, huấn luyện đào tạo

Cùng với yêu cầu phát triển của ngành hàng không quốc tế, tổ chức hàng không quốc tế ICAO đã có những giám sát, khuyến nghị hướng dẫn các quốc gia trong các hệ thống tổ chức quản lý không lưu Theo ICAO yêu cầu, để cung cấp các dịch vụ tốt nhất theo yêu cầu của các khách hàng thì một hệ thống quản lý bay cần phải cung cấp tất cả các dịch vụ cơ bản là:

i Quản lý không lưu - Air traffic management: Quản lý chung các dịch

vụ cung cấp, phối kết hợp đồng bộ các dịch vụ để đạt được kết quả tốt nhất

ii Dịch vụ không lưu - Air traffic services: Điều hành bay trực tiếp các

máy bay trong vùng thông báo bay

iii Dịch vụ thông tin liên lạc - Communication services: Hay còn gọi là các

dịch vụ thông tin cố định hàng không bao gồm thông tin thoại, số liệu giữa các đơn vị kiểm soát không lưu nội địa, quốc tế với nhau và với máy bay Mạng bao gồm các hệ thống thông tin trực thoại, hệ thống chuyển tiếp

điện văn tự động sử dụng các đường truyền dẫn viễn thông quy mô lớn

iv Dịch vụ giám sát - Surveillance services: Giám sát tất cả các hoạt động

bay trong vùng thông báo bay, sử dụng các radar tại các trạm thu thập xử

lý, lưu trữ và phân phát các dữ liệu bay về trung tâm phục vụ cho việc điều hành bay

v Dịch vụ dẫn đường - Navigation services: Sử dụng các phương tiện dẫn

đường như đèn hiệu, các đài dẫn đường vô hướng NDB (Non-Directional Beacons), thiết bị xác định phương vị và cự ly DVOR/DME (VHF Doppler Omi Range/Distance Mesuring Equipment), hoặc vệ tinh để dẫn đường cho các máy bay

vi Dịch vụ khí tượng hàng không - Metereological services: Giám sát các

hiện tượng thời tiết trong vùng thông báo bay, xử lý các số liệu thời tiết và cấp phát cho tất cả các đơn vị liên quan

services: Tổ chức tốt các mạng lưới tìm kiếm cứu nguy trên quy mô quốc

gia, quốc tế, sẵn sàng ứng phó với các tình huống lâm nạn của máy bay

U1.2 Hiện trạng của các hệ thống hiện tại của ngành quản lý bay Việt Nam

Không phận của lãnh thổ Việt Nam quản lý được chia thành 2 vùng

thông báo bay FIR (Flight Information Region) là FIR Hà Nội và FIR Hồ Chí Minh như trong hình 1.1

Hình 1.1 Các vùng thông báo bay Việt Nam và các đường bay

Bình quân một ngày có trên 700 chuyến bay đi, đến và quá cảnh trên vùng trời Việt Nam, 25 đường bay quốc nội, 39 đường bay quốc tế của 24 nước có đường bay thường lệ tới Việt Nam

Hệ thống thông tin cố định hàng không sử dụng các tuyến truyền dẫn

vệ tinh, vi ba, và cáp quang cung cấp các dịch vụ trực thoại (hotline) giữa các trung tâm chỉ huy bay Việc liên lạc không địa sử dụng các hệ thống điều khiển xa VHF (Very High Frequency), phát sóng theo tầm nhìn thẳng với cơ chế điều biên AM (Amplitude Modulation), công suất phát lớn lên đến 250W tạo nên mạng lưới các trạm VHF bao phủ toàn bộ các FIR (hình 1.2)

Hình 1.2 Các trạm VHF và tầm phủ tương ứng trên lãnh thổ Việt Nam

Hệ thống thu phát HF (High Frequency) đơn biên được sử dụng để liên lạc với máy bay trong các vùng nằm ngoài tầm phủ sóng VHF (như vùng biển

xa, vùng cực) Hệ thống chuyển tiếp điện văn tự động AMSC (Automatic Message Switching Center) được đặt tại các trung tâm điều hành bay chính trong cả nước là: HAN (Hà Nội), DNA (Đà Nẵng), HCM (Hồ Chí Minh) và trung tâm hiệp đồng chỉ huy điều hành bay kết nối sử dụng các phương tiện truyền dẫn nêu trên

Hệ thống giám sát được cơ cấu bởi các trạm radar sơ cấp PSR (Primary

Surveillance Radar) tầm phủ 80 dặm và các trạm radar thứ cấp SSR (Secondary Surveillance Radar) tầm phủ 250 dặm có nhiệm vụ thu thập các thông tin máy bay cung cấp cho các trung tâm xử lý số liệu radar tại 2 FIR Hà Nội và Hồ Chí Minh Sơ đồ các trạm radar và tầm phủ được mô tả như hình 1.3 dưới đây

Hình 1.3 Tầm phủ radar trên lãnh thổ Việt Nam

Dịch vụ dẫn đường được cung cấp bởi các đài dẫn đường vô hướng

NDB, hệ thống hướng dẫn hạ cánh ILS và thiết bị xác định phương vị và cự ly DVOR/DME trải dài trên các tuyến bay nội địa và quốc tế phục vụ việc dẫn

đường (Hình 1.4) Tại các sân bay với yêu cầu cao về lưu lượng có sự phối hợp giữa các đài NDB, hệ thống đèn tín hiệu và các phương tiện hạ cánh lắp đặt tại

đường băng

Dịch vụ cảnh báo, tìm kiếm và cứu nạn SAR (Search and Rescuse)

được tổ chức thành ba trung tâm được quản lý trực tiếp bởi VATM bao gồm:

+ 02 trung tâm tìm kiếm và cứu nạn tại HAN và HCM

+ 01 trung tâm con tại DNA

Các trung tâm trên hoạt động có sự phối hợp cùng các nhà chức trách các cụm cảng hàng không và trung tâm tìm tiếm cứu nạn quốc gia đảm bảo dịch vụ nhanh nhất trong mọi trường hợp khẩn cấp

U1.3 Phân tích đánh giá hiện trạng của hệ thống hiện tại

Như đã giới thiệu trên, quá trình bảo đảm cho tàu bay hoạt động bay an toàn từ điểm khởi hành ban đầu tới điểm đến kết thúc yêu cầu các hệ thống quản lý không lưu phải hoạt động có hiệu quả và phải có sự phối hợp chặt chẽ

soát viên không lưu, việc đó bao gồm chuyển các tin tức về dẫn đường từ máy bay cho các trung tâm kiểm soát không lưu để tạo điều kiện giám sát và ghi hình liên tục các vị trí liên quan của tàu bay ICAO gọi ba chức năng chính này là CNS và xem chúng là các dịch vụ hỗ trợ cơ bản cho các hệ thống quản

lý không lưu Sự phát triển của ngành hàng không dân dụng (HKDD) cũng

như sự phát triển ngày càng tinh vi của tàu bay và công nghệ điện tử đã làm các hệ thống hiện tại ngày càng bộc lộ nhiều hạn chế

Hình 1.4 Hệ thống các phương tiện dẫn đường kết hợp

Trước hết cần phải đánh giá khả năng sẵn có của các hệ thống kỹ thuật

và dịch vụ Trong khuôn khổ của bài luận văn này chỉ đề cập đến việc đánh giá và lập kế hoạch phát triển kỹ thuật cho hệ thống trong phạm vi quốc gia Cần đánh giá hạ tầng cơ sở hiện tại trên các hạng mục: các cảng hàng không, vùng trời, thông tin liên lạc Các thống kê về hệ thống hiện tại được thể hiện trong các bảng sau:

Bảng 1.1 Hiện tại hạ tầng cơ sở – Các cảng hàng không

Stt Tên sân bay Quốc tế và/hoặc

địa phương

Bố trí mặt bằng sân bay

Số lượng và cấu hình các đường cất hạ cánh

18 Nha Trang Quốc nội Cơ bản 01

Thông tin điểm đối điểm trên mặt đất chủ yếu dựa vào hệ thống thông tin cố định hàng không, trao đổi điện văn với tốc độ thấp theo phương thức truyền ký tự Các đơn vị kiểm soát không lưu liên lạc với nhau chủ yếu qua các mạch trực thoại thông thường Hệ thống thông tin được thể hiện trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Hiện trạng hạ tầng cơ sở – hệ thống thông tin hiện tại

Stt Hệ thống Số lượng 0BVị trí

Như

hình 1.2

Các hệ thống dẫn đường chủ yếu sử dụng các thiết bị phụ trợ: đài dẫn

đường vô hướng NDB, thiết bị xác định phương vị và cự ly VOR/DME, Hệ thống hướng dẫn hạ cánh ILS Ngoài ra còn sử dụng các hệ thống dẫn đường tầm xa (OMEGA/Loran-C) Hệ thống dẫn đường được thể hiện trong bảng 1.3

Trên máy bay sử dụng các thiết bị vô tuyến dẫn đường thu các tín hiệu

từ các thiết bị phụ trợ nêu trên, ngoài ra còn có hệ thống dẫn đường quán

tính/hệ thống dẫn đường quán tính tham khảo INS/IRS (Inertial Navigation System/ Inertial Reference System) và đồng hồ đo độ cao

Bảng 1.3 Hiện trạng hạ tầng cơ sở – Các loại phương tiện dẫn đường hiện tại

Stt Hệ thống Số lượng Vị trí

Như hình 1.4

Bảng 1.4 Hiện trạng hạ tầng cơ sở – Phương tiện giám sát hiện tại

Stt Hệ thống Vị trí Số

lượng

Tầm phủ (km)

a Hệ thống kiểm soát thông tin liên lạc thoại VCCS (Voice Communication Control System): Đây là một hệ thống trợ giúp kiểm soát viên không lưu (KSVKL) trong việc thiết lập và đáp ứng các cuộc đàm thoại liên lạc một cách nhanh nhất, một hệ thống VCCS chuẩn phải đảm bảo tập trung các loại đầu mối thông tin liên lạc theo nhiều chuẩn khác nhau như VHF, điều khiển xa VHF/HF, hotline, PABX/PSTN, các giao tiếp 2/4/6/8 dây , thực hiện kết nối nhanh, không tắc ngẽn, tính dự phòng cao và các tính năng khác như ghi âm,

điện thoại hội nghị, quản lý và giám sát, cảnh báo và chèn cuộc gọi được tập trung tại bàn điều hành của kiểm soát viên không lưu Hiện nay đã sẵn có các hệ thống VCCS tại sân bay Tân Sơn Nhất, Nội Bài, còn tại các sân bay lẻ vẫn đang sử dụng các đầu cuối thông tin liên lạc nhỏ lẻ thông thường, chưa

được trang bị hệ thống VCCS

b Tầm phủ sóng VHF: Tại FIR Hà Nội hiện đang sử dụng 03 trạm VHF điều khiển xa:

- VHF Vinh: Sử dụng máy thu phát VHF công suất 50W

- VHF Tam Đảo: Sử dụng máy thu phát VHF công suất 50W

- VHF Đà Nẵng: Sử dụng máy thu phát VHF công suất 200W

Tại các sân bay địa phương có các máy thu phát điều khiển tại chỗ, bao gồm:

- Sân bay QT Nội Bài: Sử dụng máy thu phát VHF công suất 200W

- Sân bay Nà Sản: Sử dụng máy thu phát VHF công suất 7W

- Sân bay Điện Biên: Sử dụng máy thu phát VHF công suất 7W

- Sân bay Vinh: Sử dụng máy thu phát VHF công suất 7W

- Sân bay Cát Bi: Sử dụng máy thu phát VHF công suất 7W

Nhận xét: Với các trạm thu phát sóng VHF hiện tại có thể đáp ứng đủ nhu cầu hoạt động bay hiện tại Tuy nhiên, các trạm VHF tầm xa chưa phủ sóng hết phần xa phía Tây-Nam và Đông-Nam vùng thông báo bay Hồ Chí Minh Chất lượng thông tin thoại HF chưa đáp ứng đầy đủ các yêu cầu cần thiết

c Vấn đề về nhiễu sóng VHF: có vấn đề về nhiễu sóng tuy nhiên hiện tại khó

có khả năng chủ động khắc phục cho tần số đó Do vấn đề về quản lý tần số và các trang thiết bị thu phát vô tuyến không có đăng ký, đồng thời phương thức

điều chế AM hiện đang dùng là phương thức phổ thông và không có mã hoá chống nhiễu nên còn bị nhiễu tần số tại các vùng cục bộ Cách khắc phục hiện thời: dùng các tần số dự phòng khác đã đăng ký

d Hệ thống radar giám sát chưa phủ hết vùng thông báo bay Hà Nội và Hồ Chí Minh dẫn đến phải áp dụng đồng thời phương thức kiểm soát radar và kiểm soát cổ điển (không radar)

e Tầm phủ của hệ thống phụ trợ dẫn đường NDB, VOR/DME bị ảnh hưởng của điều kiện địa hình và thời tiết

f Chưa có trung tâm điều hoà các luồng bay để phân bổ các mực bay tối ưu

và bố trí thời gian, trong thời gian tới khi lưu lượng bay gia tăng có thể dẫn

đến tắc ngẽn tại một số đường bay, khu vực bay

g Đường truyền dữ liệu không/địa: Không có, thông tin thoại chưa đáp ứng, thiếu các hệ thống trao đổi số liệu bằng số trên không và dưới mặt đất

Như vậy, hiện trạng của hệ thống trên có thể đảm bảo cho nhu cầu lưu lượng bay hiện tại Tuy nhiên sẽ không đáp ứng được khi mật độ bay tăng nhanh như tiến độ hiện nay Theo số liệu thống kê thì đối với FIR Hà Nội tính

từ ngày thành lập năm 1993 đến hết năm 2005, tổng số chuyến bay được điều hành đã đạt trên 530000 chuyến, còn ở FIR Hồ Chí Minh thì với vị trí thuận lợi bao gồm vùng hải phận rộng lớn, sản lượng điều hành bay đã tăng từ

51541 chuyến năm 1993 lên đến 196126 chuyến trong năm 2003 (tăng 392,7%) Với chỉ thông tin VHF trên toàn cầu thì sự tắc ngẽn là không thể tránh khỏi, để hỗ trợ cho lưu lượng máy bay tăng thì cần phải chia nhỏ FIR thành các sector và ở các sector đó cần có ít nhất là 1 tần số VHF để sử dụng,

do đó khi lưu lượng bay tăng thì tài nguyên tần số sẽ dần cạn và sẽ không thể tránh khỏi tắc ngẽn theo số liệu thống kê của uỷ ban châu Âu EC (European

Commission) thì tổng số tần số sử dụng tại châu Âu đã là 9000 tức là có tái sử dụng tần số theo vùng

Nhu cầu cất hạ cánh tại các sân bay theo tính toán tăng khoảng 30% trong các năm từ 1999 đến 2009 và số km máy bay di chuyển cũng sẽ tăng khoảng 55% trong thời gian đó Theo dự đoán của ICAO thì trong thập kỷ tiếp theo nhu cầu cũng sẽ tăng như vậy Do lưu lượng bay tăng lên, nhu cầu về nhà cung cấp dịch vụ không lưu cũng tăng lên trên tất cả các khu vực, kể cả Việt Nam do hoạt động bay mạng tính chất toàn cầu kể cả cất hạ cánh và quá cảnh

Đối với các tiêu chuẩn phân cách và trang thiết bị hiện tại, số lượng các chuyến bay không thể lựa chọn đường bay tối ưu ngày càng tăng Thời gian những năm 1995 ở nước ta thì có thể giải quyết bằng cách tăng thêm các trạm thiết bị, tuy nhiên hiện nay không thể áp dụng phương pháp này mà cần phải

có sự thay đổi về chất hệ thống CNS để bắt kịp sự phát triển của toàn cầu và tránh các chi phí phụ trội, lãng phí do tắc ngẽn hàng không gây ra, vấn đề này

sẽ được nêu trong phần kế tiếp Hình 1.5 trình bày tổng quan về lưu lượng bay trên thế giới những năm gần đây

Hình 1.5 Tổng quan về lưu lượng bay trên thế giới

U1.4 Sự chuyển dịch sang các hệ thống CNS/ATM mới

1.4.1 Đánh giá những hạn chế của hệ thống cũ

1.4.1.1 Đặt vấn đề

Vận tải hàng không có một tốc độ phát triển cao nhất so với các ngành công nghiệp khác trong vòng 2 thập kỷ qua Sự phát triển này được đánh giá là còn tiếp diễn trong tương lai Tại châu âu, lưu lượng hàng không đã tăng trưởng với mức 5% một năm và được dự đoán là có thể tiếp tục tăng trưởng với mức tương tự trong nhiều năm tới Với mức tăng trưởng như vậy, số lượng máy bay hoạt động sẽ tăng gấp đôi trong khoảng từ 1997 đến 2015 Các dự

đoán trên dựa vào số lượng các đơn đặt hàng sản xuất máy bay của các hãng hàng không châu âu Đến giữa năm 2000, gần 1000 máy bay lớn (trên 100 ghế) và vừa được đặt hàng, những máy bay này sẽ hoạt động trên bầu trời trong vài năm tới Khả năng tăng trưởng quan trọng trên có được là nhờ các chương trình tính toán chi tiết tỉ mỉ của châu âu về lưu lượng bay

Sự gia tăng về lưu lượng bay đã dẫn đến hậu quả là gia tăng lớn trễ tại các vùng lưu lượng bay cao Năm 2000, có khoảng 27% các chuyến bay trên toàn châu Âu phải chịu trễ trên 15 phút, trễ trung bình cho mỗi chuyến bay là

14 phút Con số trên là thấp hơn ở những năm trước Tháng 7 và 8 năm 2000, gần 1/3 các chuyến khởi hành từ châu Âu thuộc hiệp hội hàng không AEA (Association of European Airlines) bị trễ ước tính của hiệp hội vận tải hàng không quốc tế IATA (International Air Transport Association) tổng thời gian trễ trên toàn châu Âu trong năm 2000 là 27 triệu phút tức là hơn nửa thế kỷ Tại Mỹ, cục hàng không liên bang FAA (Federal Aviation Agency) đã công

bố trễ gia tăng hơn 20% tại các chuyến bay của Mỹ trong năm 2000 Cho dù trễ có nguyên nhân chính là thời tiết, nhưng sự gia tăng trễ này đã lớn hơn 43% so với năm 1999

Tình trạng trễ ảnh hưởng đến chi phí cho ngành hàng không Một yếu tố lớn nhất đó là nhiên liệu Cứ 2 phút bị trễ trong vùng tiếp cận APP (Approach Control) tương đương với 180kg nhiên liệu phải sử dụng thêm đối với máy bay thương mại loại thông thường, chi phí là khoảng 90 Euro (€) Đối với các hãng hàng không lớn có khoảng 1000 chuyến bay mỗi ngày, mức giá trị nguyên liệu phụ là khoảng 90000 € mỗi ngày hay 33 triệu € trong mỗi năm

Tuy nhiên, nhiên liệu chỉ là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng

đến chi phí khi bị trễ EC đã ước tính tổng chi phí cho ngành hàng không châu

Âu là 10 triệu € cho việc sử dụng không hiệu quả nhân viên, trang thiết bị, lãng phí nhiên liệu và bồi thường cho hành khách

phải là vấn đề chính, nhưng sự thiếu hụt các hạ tầng cơ sở thích hợp, các phương tiện thông tin, giám sát, dẫn đường không tương xứng dưới mặt đất dẫn đến hậu quả là các hệ thống không chắc chắn, không hiệu quả và tiềm tàng hiểm hoạ mất an toàn

1.4.1.2 Hiệu ứng cổ chai trong các hệ thống dẫn đường hiện tại

Phần quan trọng của trễ là do các vấn đề không lưu Trễ do “sân bay và quản lý không lưu ATC (Air Traffic Control)” được quy cho là nguyên nhân của 60% toàn bộ trễ của châu Âu, lý do thời tiết chiếm phần trăm còn lại Quá tải hệ thống là nguyên nhân lớn nhất gây ra trì hoãn tại các sân bay Geneva, Dusseldorf, Lisbon, Manchester, Milan và Zurich, nơi mà có đến 3/4 trễ do vấn đề sân đỗ và điều hành không lưu

Theo AEA, thành phần “Sân bay và ATC” còn bị quy cho việc tăng trễ luồng không lưu ở châu Âu Các thống kê của châu Âu cho thấy, sự thiếu hụt các “vùng phân chia” (enroute sector) tại châu Âu dẫn đến hiệu ứng cổ chai lớn nhất cho hệ thống dẫn đường Với hạn chế của việc quản lý luồng không lưu ATFM (Air Traffic Flow Management), trong năm 2000 có khoảng 75%

trễ do thiếu hụt về dung lượng ATC ở các “vùng phân chia”, khoảng gần 10%

do dung lượng “sân bay và ATC” Trễ ATFM do vùng phân chia tăng 39% trong năm 1998 trong khi nguyên nhân “sân bay và ATC” chỉ tăng 6%

Sự không cân xứng về dung lượng ATC do “vùng phân chia” có thể quy cho việc chia ra quá nhiều các vùng phân chia nhỏ và các hệ thống ATC thì tạo ra các vấn đề tại các vùng chuyển giao Hệ thống trang thiết bị ATC nghèo nàn và kém hiệu quả dẫn đến hiệu ứng cổ chai cho hệ thống Đây là hậu quả của sự thiếu hụt tổng thể trong việc tích hợp các thành phần ATM, sân bay và máy bay với nhau Nói một cách khác, bầu trời và hệ thống mặt đất đã không liên kết được với nhau

Vấn đề phân chia các vùng có nguyên nhân hiển nhiên là do chủ quyền các quốc gia, hơn 50% trễ là do cấu trúc hiện tại của hệ thống quản lý vùng trời Khi nào hiệu ứng cổ chai do vấn đề các vùng phân chia được loại bỏ thì dung lượng ATC tại các đoạn đầu cuối và các sân bay sẽ trở thành vấn đề chủ chốt Phân tích này còn dựa vào hiện trạng hàng không Mỹ, nơi mà không có

sự phân chia các vùng, tại đây hạn chế về dung lượng ATC chỉ xảy ra tại các vùng đầu cuối và sân bay

1.4.1.3 Những cân nhắc về sự an toàn

Tất cả những phương pháp giải quyết đưa ra cần phải chắc chắn rằng không xâm hại đến sự an toàn của các chuyến bay Việc tăng mật độ lưu lượng tự nó dẫn đến đe doạ tiềm tàng tới an toàn bay vì số lượng lớn máy bay vẫn hoạt động trên một phạm vi như vậy của vùng trời ước tính đến năm

2012, nếu không có sự thay đổi trong hệ thống ATM hiện tại thì mức độ tai nạn hàng không tại Mỹ sẽ tăng gần tới con số 01 vụ/tuần

Chìa khoá của việc tăng độ an toàn cho các chuyến bay là tăng cường khả năng nhận biết các tình huống của phi hành đoàn 60% tai nạn là do điều khiển trong các địa hình Tai nạn tại các đường lăn và sự mất đảm bảo phân

cách đều do thiếu hụt các thông tin tình huống Nếu tăng độ chính xác hệ thống dẫn đường và sử dụng màn hình hiển thị tình huống trên máy bay kết hợp với các thông tin về địa hình và thời tiết thì hoàn toàn có thể làm giảm các tai nạn trên Cùng với các khả năng giám sát mặt đất và trên không, một hệ thống ATM đồng bộ và dự phòng sẽ được hình thành Khi một máy bay mất khả năng nhận biết tình huống, máy bay có khả năng va chạm với nó vẫn có thể đưa ra các hành động thích hợp để giải quyết

Mọi điều kiện an toàn trên yêu cầu máy bay phải trong tầm phủ của trạm mặt đất và do đó phải nhìn thấy bởi ATC Tương tự như vậy, không lưu

có thể được chỉ thị để giữ nguyên phân cách của nó khi không ở trong vùng phủ của trạm mặt đất

1.4.1.4 Sự thay đổi của hệ thống dẫn đường

Vấn đề đặt ra là phải tăng cường dung lượng, tăng mức an toàn và giảm chi phí một cách đồng thời Hiển nhiên là khi có một hệ thống dẫn đường an toàn hơn, hiệu quả hơn thì sẽ dẫn đến tiết kiệm chi phí lớn, không những là những chi phí điều hành mà còn giảm những gây hại cho môi trường

Sự cải tiến trong tổ chức hệ thống ATM hiện tại (ví dụ như mở rộng tầm phủ radar và cấu trúc lại không gian) sẽ tạo tác động tốt đến các vùng lưu lượng vừa và nhỏ, nhưng tác động với các vùng có lưu lượng lớn rất ít Nếu chỉ tăng cường cho hệ thống mặt đất không thôi sẽ không đủ để đạt được độ an toàn cần thiết Thay vào đó, cần phải có sự phát triển các kỹ thuật mới dựa trên sự phối hợp chặt chẽ trên không với mặt đất và tận dụng các tính năng mới của hệ thống không-địa, các phương tiện thông tin số hiệu quả

Mức độ khác nhau của trách nhiệm chuyển giao phân cách từ kiểm soát viên và phi hành đoàn là chìa khoá của khái niệm mới Dựa trên kỹ thuật vệ tinh, việc xác định vị trí của máy bay trên bàn kiểm soát chính xác hơn rất nhiều các hệ thống radar Hệ thống quản lý bay FMS (Flight Management

System) sử dụng công nghệ máy tính để cung cấp mô tả tàu bay theo chiều ngang và dọc một cách chính xác và tối ưu nhất Các máy bay đều phát quảng bá thông tin về vị trí của nó (kể cả khi ở dưới mặt đất và trên không) cho các máy bay khác trong thời gian thực, cung cấp cho người lái nhận biết tình huống của các luồng bay cạnh đó một cách tốt hơn hẳn cách mà người dưới mặt đất nhìn thấy Các tính năng của thông tin, giám sát, dẫn đường mới cho phép việc lựa chọn đường bay và khoảng phân cách với trách nhiệm cao hơn

Tính năng giám sát ATC dựa trên chế độ báo cáo vị trí của máy bay có thể được trang bị với giá đầu tư thấp tại các vị trí trước đây không trang bị hệ thống radar, đồng thời có thể thay thế các trạm radar nhằm tăng cường hiệu quả và giảm chi phí ATC mang lại chi phí rẻ hơn cho hành khách

Phần lớn trễ ngày nay có thể được loại bỏ đồng thời có thể đạt được một

hệ thống có tính kinh tế cao, tốt cho môi trường thông qua hệ thống ATC tăng cường hiệu quả và sự kết hợp công nghệ mới với đường bay tối ưu An toàn hàng không cũng được tăng cường thông qua hệ thống giám sát lẫn nhau của các máy bay cung cấp cảnh báo tình huống và tính năng phát hiện va chạm cho phi công và tất cả các loại máy bay trên tất cả các địa hình (ở trên lục địa hay ở trên biển) với hạ tầng cơ sở tối thiểu hoặc không cần thiết Khả năng giám sát cũng có thể trang bị với mức chi phí vừa phải mà không cần hệ thống radar

1.4.2 Chiến lược chuyển tiếp từ hệ thống không vận cũ sang hệ thống Thông tin, Dẫn đường, Giám sát và Quản lý không lưu mới (CNS/ATM) của ICAO

Đầu những năm 1980, tổ chức hàng không dân dụng quốc tế đã thừa nhận những hạn chế đang gia tăng của các hệ thống thông tin, dẫn đường và giám sát hiện tại Trước tình hình đó đòi hỏi cần phải có sự đổi mới nhằm khắc phục những hạn chế cũng như đáp ứng các nhu cầu không vận trong

tương lai để đưa ngành HKDD vào thế kỷ 21 Năm 1983, ICAO đã thành lập

ủy ban đặc biệt về các hệ thống dẫn đường tương lai FANS (Future Air Navigation System) với nhiệm vụ nghiên cứu, xác định và đánh giá các khái niệm, công nghệ mới và đưa ra các khuyến cáo cho phối hợp xây dụng hệ thống không vận theo thể thức tiến trình trong 25 năm tới, đưa ngành hàng không dân dụng thế giới bước vào thế kỷ 21

không vận CNS/ATM hiện nay tồn tại ngay chính bên trong bản thân của hệ thống, điều này dẫn đến hạn chế hiệu quả và khó khăn rất nhiều cho công tác quản lý không lưu Và như vậy, các vấn đề vướng mắc sẽ không thể giải quyết

được trên phạm vi toàn cầu, trừ khi hệ thống CNS/ATM mới được áp dụng một cách triệt để”

Năm 1988, ủy ban đặc biệt FANS đã hoàn thành nhiệm vụ của mình, bằng việc đưa ra một khái niệm về một hệ thống thông tin, dẫn đường, giám sát và quản lý không lưu mới Hệ thống này đã được các nước thành viên ICAO chấp thuận tại hội nghị không vận lần thứ X năm 1991 Năm 1993 Uỷ ban FANS đã đưa ra kế hoạch phối hợp thực hiện hệ thống mới trên phạm vi toàn cầu

Hiện nay một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của cộng đồng HKDD quốc tế là: Thực hiện sự chuyển đổi từ hệ thống không vận hiện nay sang hệ thống không vận mới - hệ thống thông tin, dẫn đường, giám sát và quản lý không lưu (CNS/ATM) Các khuyến cáo đã được đưa ra cho từng quốc gia về việc lập kế hoạch thực hiện thành công các hệ thống CNS/ATM trên phạm vi toàn cầu Việc đánh giá, lập kế hoạch và thực hiện cần được thực hiện

đồng bộ trên mọi phương diện của CNS/ATM tức là trên các hệ thống thông tin liên lạc, dẫn đường, giám sát và Hệ thống quản lý không lưu ATM Việc thực hiện cũng phải có sự phối hợp tham gia đầy đủ của các đối tác và trên ba phạm vi: toàn cầu, quốc gia và khu vực Trong khuôn khổ của bài luận văn

này chỉ đề cập đến việc đánh giá và lập kế hoạch phát triển kỹ thuật cho hệ thống trong phạm vi quốc gia

1.4.3 Hệ thống CNS/ATM

Với khái niệm CNS/ATM, hệ thống không lưu ATS (Air Traffic Services/System) biến đổi thành hệ thống ATM liên quan không những tới ATS mà còn bao gồm cả quản lý luồng không lưu ATFM, quản lý máy bay ASM (Airspace Management) và các khía cạnh liên quan khác của hoạt động bay Hệ thống ATM tích hợp sẽ khai thác đầy đủ các kỹ thuật thông tin, dẫn

đường và giám sát (CNS) phức tạp liên hệ chặt chẽ với nhau như là hệ thống liên kết dữ liệu sử dụng vệ tinh tiên tiến Kết quả là máy bay sẽ di chuyển theo

lộ trình đã vạch sẵn, hiệu chỉnh linh hoạt với mức chi phí tối thiểu Khái niệm CNS/ATM ban đầu của FANS sau đó đã biến đổi thành “hệ thống CNS/ATM”

để tương xứng với khả năng của công nghệ CNS ảnh hưởng tới ATM

Mục đích đầu tiên của việc tích hợp hệ thống ATM là để máy bay có thể hoạt động theo đúng thời gian đã định sẵn từ lúc khởi hành đến điểm kết thúc và bám sát kế hoạch bay đã định với sự thay đổi tối thiểu và không ảnh hưởng đến an toàn bay Để thực hiện kế hoạch trên cần phải khai thác triệt để các kỹ thuật CNS mới theo các thủ tục và chuẩn quốc tế Trên quan điểm của người điều hành máy bay thì cần thiết phải trang bị cho máy bay quốc tế một

số lượng tối thiểu các trang thiết bị điện tử có thể sử dụng ở mọi nơi Hơn thế nữa rất nhiều dịch vụ tăng cường mong đợi lại không được thực thi đầy đủ ý nghĩa ở một nước nhất định mà cần phải thực thi ở nhiều vùng liên tục

U1.5 Các thành phần của hệ thống CNS/ATM

Phần này cung cấp cái nhìn tổng quan về các thành phần của CNS/ATM

là thông tin, dẫn đường, giám sát Liên kết dữ liệu thông tin, dẫn đường vệ

tinh và dẫn đường độc lập tự động là các thành phần nền tảng cung cấp cho ATM tương lai

1.5.1 Quản lý không lưu - ATM

Thuật ngữ ATM nhấn mạnh sự cần thiết của việc phải áp dụng một hệ thống tầm cỡ rộng hơn chứ không phải theo cách truyền thống là chia nhỏ thành các thành phần dịch vụ riêng biệt ATM có thể được xem như một tập hợp hoạt động của các tiến trình cốt lõi sau:

- Quản lý và tổ chức không phận – cấu trúc, sự phân chia, phân loại không gian và các luật lệ được áp dụng tại đây

- Quản lý luồng và lưu lượng – quản lý và cân bằng giữa dung lượng

và nhu cầu

- ATC (đường bay, đầu cuối và sân đỗ) – Giám sát và phân loại máy bay, sắp xếp thứ tự giao thông Việc quản lý dung lượng và sự linh hoạt cho các hoạt động bay trên không, dưới sân đỗ tại các vị trí đường lăn, tiếp cận,

đường dài

Tất cả các thành phần trên hoạt động dựa trên nhà cung cấp, sân bay và hành khách Sự tích hợp, hoạt động gate-to-gate của ATM được xem như một phần của hệ thống phức tạp đảm bảo cho sự sử dụng tốt nhất các tài nguyên và các vấn đề nảy sinh sẽ được xử lý Sự liên quan của phi công trong dây chuyền

là một khía cạnh quan trọng của ATM

ATC sẽ vẫn là thành phần quan trọng nhất của ATM bởi vì yếu tố an toàn bay mà nó đảm bảo Tuy nhiên sự quan trọng các thành phần còn lại cũng tăng lên các công cụ dự báo tốt hơn và các kế hoạch dài hạn cho phép giảm sự can thiệp của người KSVKL trong các tình huống thực tế

Hiển nhiên khái niệm ATM sẽ khác với môi trường mà nó hoạt động Các lựa chọn của khái niệm sẽ được sắp xếp giữa “quản lý” môi trường ATM dựa trên cấu trúc giao thông, tính dự đoán lớn hơn, kế hoạch dài hơn, hỗ trợ tự

động mở rộng với môi trường “bay tự do” dựa trên việc phân luồng tự do, hoạt

động chủ động của máy bay bao gồm cả tính năng tự phân cách Phần lớn các

sự bổ xung đều bao gồm các thành phần của cả hai điều trên Tất cả các lựa chọn trên đều sử dụng các thành phần của hệ thống CNS được mô tả dưới đây

1.5.2 Thông tin liên lạc

Thành phần thông tin liên lạc của hệ thống CNS/ATM cung cấp sự trao

đổi dữ liệu hàng không và các bản tin giữa người sử dụng và/hoặc các hệ thống tự động Hệ thống thông tin còn sử dụng các hỗ trợ của các chức năng dẫn đường và giám sát

Có một số sự khác biệt cơ bản giữa hệ thống thông tin liên lạc hàng không thông thường với thành phần tương ứng của nó tại hệ thống CNS/ATM Các tính năng cơ bản của hệ thống mới là:

- Hầu hết các thủ tục thông tin liên lạc đều thực hiện bởi trao đổi dữ liệu

- Trao đổi thông tin thoại chỉ sử dụng cho những trường hợp không bình thường hoặc khẩn cấp

- Chú trọng vào các hoạt động và kết nối mang tính toàn cầu

Các tính năng trên cho phép chúng ta khai thác tốt hơn các kênh thông tin liên lạc và cho phép nhiều người sử dụng có thể chia sẻ những nguồn tài nguyên Thủ tục phát các thông điệp và dữ liệu sẽ được thực hiện thông một trong các qua các phương thức thông tin sau:

+ Dịch vụ vệ tinh di động hàng không AMSS (Aeronautical Mobile Satellite Service) – (thoại và dữ liệu)

+ HF Data link - (dữ liệu)

Các dịch vụ thông tin cho phép các mạng dữ liệu điện tử hàng không, liên lạc không-địa và địa-địa liên kết với nhau được gọi là mạng viễn thông hàng không ATN (Aeronautical Telecommunications Network) AMSS, VDL, SSR Mode S và HF datalink sử dụng các kỹ thuật truyền dẫn khác nhau, nhưng dùng cùng một giao thức truy nhập mạng dựa trên mô hình chuẩn về các hệ thống mở OSI (Open Systems Interconnection) Chúng là những thành phần chủ yếu của mạng ATN kết hợp với các hệ thống đầu cuối (ES: End System như các hệ thống AMHS, AIDC, CM, APDLC, ADS, FIS ) và các bộ phân đường (IS: Intermediate System) cấu thành nên mạng ATN Mạng này cung cấp các kết nối với nhau và với các mạng mặt đất khác nên máy bay cũng có thể kết nối với các mạng mặt đất bất kỳ Trong mạng ATN, các mạng con nối với nhau thông qua các bộ định tuyến ATN nhằm lựa chọn đường đi tối ưu gửi đi từng bản tin Sự lựa chọn liên kết dữ liệu không-đất thường là trong suốt đối với các người sử dụng cuối

1.5.3 Dẫn đường

Sự cải tiến công nghệ dẫn đường bao gồm việc giới thiệu khả năng dẫn

đường theo vùng cùng với hệ thống dẫn đường vệ tinh toàn cầu GNSS (Global Navigation Satellite System) GNSS cung cấp khả năng dẫn đường với độ bao phủ toàn cầu và hiện nay đang được sử dụng cho việc dẫn đường hàng tuyến

và tiếp cận không chính xác Với sự bổ xung thiết bị phù hợp và các thủ tục liên quan, GNSS còn có thể cung cấp khả năng dẫn đường tiếp cận chính xác

Hệ thống GNSS có thể cung cấp dịch vụ dẫn đường toàn cầu với độ chính xác cao trong mọi điều kiện thời tiết Sự phát triển đầy đủ của GNSS sẽ cho phép dẫn đường mọi loại máy bay tại mọi vị trí trên thế giới, sử dụng thiết

bị điện tử trên máy bay đơn giản độc lập với hỗ trợ của mặt đất

1.5.4 Giám sát

Hệ thống SSR truyền thống sẽ tiếp tục được sử dụng trong một tương lai trước mắt cùng với việc giới thiệu dần dần Mode S trên cả các vùng sân bay và vùng trời lục địa mật độ cao Bước đột phá sau đó sẽ là hệ thống dẫn đường phụ thuộc tự động ADS (Automatic Dependent Surveillance) ADS cho phép máy bay tự động truyền thông tin về vị trí và các thông tin khác tới các đơn vị

điều hành bay ATC, nơi mà tình trạng vị trí có thể được hiển thị giống như dữ liệu radar Có thể thấy rõ sự khác nhau giữa ADS-C (ADS-Contract) và ADS-B (ADS-Broadcast) khi xem xét việc thông tin liên lạc giữa máy bay và ATC mặt đất

Với ADS-B, vị trí và các dữ liệu khác sẽ được quảng bá một cách định

kỳ tới các trạm mặt đất và các máy bay khác, do đó ADS-B cho phép tất cả

đơn vị mặt đất và trên không truy nhập chính xác cùng một dữ liệu Đối với phi công, sự hiển thị vị trí từ các máy bay khác là một sự bổ xung lớn đối với việc cảnh báo vị trí, các báo cáo ADS-B giữa các máy bay không liên quan

Tính năng cảnh báo vị trí cho phi công mà ADS-B hỗ trợ là một điều kiện tiên quyết cho các thành phần của hệ thống ATM tương lại cũng như việc tăng cường khả năng tự chủ của máy bay và hoạt động gate-to-gate

U1.6 Hướng tới hệ thống ATM tương lai

Hình vẽ 1.6 thể hiện sự thay đổi của các hệ thống CNS trong tương lai

so với hiện tại

2 vòng tròn trong hình trên cho thấy một tỷ lệ % tương đối về các kỹ thuật CNS được ứng dụng trong ngành quản lý bay Vòng tròn đầu tiên thể hiện các kỹ thuật hiện có với tỷ lệ chủ yếu là: thông tin thoại, dẫn đường bằng các đài dẫn đường mặt đất và giám sát bằng radar là chủ yếu Trong tương lai gần đây, với sự phát triển của kỹ thuật, nhu cầu sử dụng phương tiên giao thông đường hàng không tăng lên, đòi hỏi hệ thống trang thiết bị cũng phải phát triển theo Vòng tròn thứ 2 cho thấy các kỹ thuật đã và đang được triển khai trên thế giới Thông tin đã chủ yếu sử dụng trao đổi bằng dữ liệu thay cho thoại thông thường, giám sát ADS được đưa vào sử dụng và dẫn đường dựa vào hệ thống vệ tinh toàn cầu

Hình 1.6: Sự thay đổi cơ cấu các thành phần CNS trong tương lai

U1.7 Các lợi ích của hệ thống CNS/ATM mới

Các lợi ích chính được tóm tắt như sau:

- Duy trì và tăng cường mức độ an toàn bay so với hiện nay

- Đáp ứng nhu cầu gia tăng nhanh của các hoạt động điều hành bay, khai thác và sử dụng tối ưu năng lực vùng trời và các sân bay

- Cho phép thực hiện các chuyến bay trong tất cả các vùng trời một cách hài hoà

- Cung cấp các hệ thống thông tin, dẫn đường, giám sát trên toàn cầu theo cách đồng bộ hơn, giảm chi phí thực hiện, chi phí khai thác bảo trì và có hiệu quả đầu tư

Kết luận: Như vậy hệ thống giám sát phụ thuộc tự động (ADS) sẽ là sự

thay đổi đáng kể nhất trong kế hoạch triển khai hệ thống CNS/ATM, khi hoàn thành nó sẽ cung cấp dịch vụ giám sát tin cậy và mở rộng giám sát máy bay nhờ vào khả năng giám sát phụ thuộc tự động (ADS) cho máy bay trong bối cảnh mật độ bay trên thế giới ngày một tăng cao như hiện nay Chương kế tiếp

sẽ giới thiệu tổng quan về các kỹ thuật ADS hiện có và vai trò của nó trong các hệ thống tương lai

Chương 2: Giới thiệu về giám sát phụ thuộc tự động

ADS và ADS-B

Giới thiệu:

Chương 2 giới thiệu hệ thống giám sát phụ thuộc tự động ADS (Automatic Dependent Surveillance) trong hoạt động giám sát hành trình của máy bay, các ưu điểm mà ADS mang lại trong lĩnh vực quản lý bay, cấu trúc cơ bản và nguyên lý hoạt động Phần cuối của chương 2 trình bày về hệ thống giám sát phụ thuộc tự động quảng bá ADS-B (ADS-Broadcast) - một hệ thống giám sát được đánh giá là sẽ mang lại nhiều lợi ích cho ngành hàng không thế giới

U2.1 Tổng quát

ADS là một kỹ thuật giám sát dùng trong các dịch vụ không lưu, trong

đó máy bay cung cấp một cách tự động, qua đường truyền dữ liệu, các dữ liệu lấy từ các hệ thống dẫn đường và định vị cố định trên máy bay Dữ liệu này bao gồm ít nhất là mã nhận dạng máy bay và tọa độ 4 chiều của máy bay

Dịch vụ giám sát phụ thuộc tự động - điều khiển không lưu ADS-ATC (Automatic Dependent Surveillance-Air Traffic Control) là một hệ thống điều khiển không lưu được cung cấp bởi các trạm ATC dựa trên hệ thống ADS-ATC Hình vẽ 2.1 mô tả các thành phần chính của hệ thống ADS

Chức năng ADS, được cung cấp qua các phần mềm điện tử hàng không trên máy bay, lấy các dữ liệu dẫn đường, thời tiết, và dữ liệu bay từ những thiết bị điện tử khác, rồi nó sẽ xử lý một vài hay tất cả các thông tin để tổng hợp thành các điện văn cho những ứng dụng ADS

Ngoài tầm phủ của radar, các bản tin ADS sẽ được sử dụng bởi các ứng dụng của dịch vụ không lưu nhằm cải tiến việc xác định vị trí, kết quả là nâng cao độ an toàn, tận dụng hiệu quả vùng trời và hiệu suất điều khiển được cải

tiến Điều này làm tăng khả năng của vùng trời, cho phép định tuyến và định khoảng cách của các máy bay một cách kinh tế hơn

Hình 2.1: Các thành phần của 1 hệ thống ADS

Việc truyền dữ liệu ADS sẽ được thực hiện tự động qua sự giao tiếp giữa các thiết bị trên máy bay và mặt đất mà không cần sự can thiệp của phi công Hầu hết các hoạt động bao gồm việc thành lập, giám sát và bảo trì đường truyền dữ liệu sẽ

được thực hiện một cách tự động 3 kỹ thuật đường truyền được ứng dụng trong ADS

được đánh số 1, 2 và 3 trong hình vẽ 2.1 là: Radar Mode S, vệ tinh và VHF Việc truyền dữ liệu một cách tự động vị trí máy bay qua ADS sẽ thay thế cho việc thông báo vị trí của phi công bằng ngôn ngữ thoại hiện nay

U2.2 Ưu điểm của hệ thống giám sát phụ thuộc tự động ADS

Hệ thống giám sát phụ thuộc tự động sẽ là cơ sở có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao mức an toàn của máy bay Hệ thống ADS được thiết kế nhằm khắc phục các hạn chế của hệ thống thông tin cũ Nó có các ưu điểm sau:

+ Giao tiếp giữa kiểm soát viên không lưu và phi công là trao đổi và hiển thị điện văn có chứa các thông tin cần thiết cho các hoạt động giám sát và điều

hành bay Do vậy khắc phục được các hạn chế về ngôn ngữ Mặt khác vẫn có

đường liên lạc thoại để dự phòng trong các trường hợp khẩn cấp hay cấp cứu + Hệ thống ADS là một ứng dụng trong hệ thống CNS/ATM sẽ giải quyết các khuyết điểm của hệ thống thông tin hiện tại bằng việc tăng khả năng giám sát dẫn đường cho máy bay với các mực bay cao hơn và thấp hơn so với hệ thống thông tin hiện tại dựa trên sự bao phủ mạng thông tin toàn cầu của hệ thống CNS/ATM

+ ADS sẽ mang lại lợi ích ban đầu trên vùng đại d-ơng và các vùng không có radar, nơi mà việc báo cáo vị trí bằng thoại là ph-ơng pháp giám sát duy nhất Sử dụng ADS đ-ợc hỗ trợ bởi liên lạc trực tiếp giữa phi công và kiểm soát viên, cho phép những vùng không có radar cũng đ-ợc cung cấp dịch vụ không l-u theo cách t-ơng tự nh- những vùng có radar ngày nay

+ ADS sẽ hỗ trợ làm tăng tính linh hoạt trong kiểm soát không lưu, cho phép kiểm soát viên đáp ứng việc máy bay lựa chọn các đường bay ưa thích

Có hoặc không có việc giảm thiểu phân cách, tính linh hoạt này sẽ góp phần tiết kiệm chi phí khai thác bay

+ Nâng cao độ an toàn bay qua khả năng cung cấp một phương tiện giám sát hoạt động của máy bay ngoài tầm phủ của radar

+ Giảm khoảng cách an toàn tối thiểu tạo khả năng cải tiến quy trình giám sát, thông tin, xử lý dữ liệu ATC

+ Mức điều khiển thông minh đ-ợc gia tăng tạo khả năng sử dụng bầu trời một cách linh động hơn

+ Nâng cao việc dò và xử lý va chạm

+ Thông báo đúng lúc và chính xác vị trí trong những tình trạng cấp cứu + Trợ giúp máy bay tránh các điều kiện thời tiết bất lợi

+ Cho phép bay theo quỹ đạo bay thích hợp hơn

U2.3 Cấu trúc của hệ thống ADS

Cấu trúc của hệ thống ADS được mô tả trong hình 2.2, bao gồm ba thành phần chính trong mạng thông tin hàng không ATN: Hệ thống dữ liệu

điện tử trên máy bay, đường truyền dữ liệu không đất và hệ thống mặt đất

Các thiết bị điện tử để cung cấp dịch vụ ADS có thể là một đơn vị ADS

độc lập (ADS Unit) hay là một chức năng ADS được phát triển và cài đặt trong thiết bị trên máy bay

Phương tiện liên lạc không đất sẽ sử dụng đường truyền vệ tinh, VHF Datalink, hoặc/và đường truyền dữ liệu radar Mode S Đường truyền HF có thể được kết hợp trong tương lai Hệ thống thông tin mặt đất sẽ sử dụng các bộ

định tuyến ATN và các thiết bị truyền dữ liệu có sẵn tương ứng để gửi các

điện văn ADS và các điện văn liên quan đến/từ các trạm đầu cuối mặt đất

Có 6 thành phần chính để hợp thành một hệ thống ADS-ATC Mỗi một trong các thành phần này đang được phát triển một cách độc lập, và sẽ tiến triển theo nhu cầu của người sử dụng Việc thiết kế hệ thống cung cấp cho những sự cải tiến này được tiến hành mà không có sự phá vỡ hoạt động nào Sáu thành phần của hệ thống ADS-ATC là: