Nghiên cứu giải pháp ứng dụng công nghệ ADS-B nhằm nâng cao chất lượng giám sát trong hàng không dân dụng Việt Nam

- HOA NGỌC ANH ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ADS-B NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GIÁM SÁT TRONG HÀNG KHÔNG DÂN DỤNG VIỆT NAM.
- Chuyên ngành: Xử lý thông tin và truyền thông LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC XỬ LÝ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.
- TS NGUYỄN THỊ HOÀNG LAN HÀ NỘI, 10/2010 Trang 1 Luận văn tốt nghiệp – Hoa Ngọc Anh lớp XLTT&TT LỜI NÓI ĐẦU Để có những chuyến bay an toàn, điều hòa, hiệu quả thì công tác quản lý không lưu phải được tổ chức, phối hợp hiệp đồng và thực hiện rất nghiêm ngặt và chính xác.
- Trong ngành Quản lý bay thì thông tin liên lạc, dẫn đường, giám sát đóng vai trò quan trọng vì cả 3 yếu tố này chính là những nhân tố quyết định chất lượng dịch vụ không lưu trong ngành hàng không.
- Thông tin liên lạc đã gần như phủ kín 2 vùng thông báo bay Hà Nội và Hồ Chí Minh.
- Các đài dẫn đường được trải dài từ Bắc đến Nam.
- Tuy vậy, các hệ thống hiện tại (đặc biêt là hệ thống giám sát) cũng đã bộc lộ một số hạn chế đòi hỏi phải có những công nghệ tiến bộ hơn nữa nhằm đảm bảo cho yêu cầu an toàn bay ngày càng cao với mật độ ngày một đông đúc hơn.
- Luận văn cao học này nhằm đưa ra giải pháp để cải thiện chất lượng dịch vụ giám sát hàng không hiện tại.
- Là người công tác trong lĩnh vực hàng không, qua thời gian nghiên cứu, tìm hiểu thực tế, tôi đã mạnh dạn đề suất giải pháp ứng dụng công nghệ ADS-B nhằm nâng cao chất lượng giám sát tại hàng không dân dụng Việt Nam.
- Luận văn được trình bày gồm 04 chương với những nội dung chủ yếu sau.
- Khảo sát hệ thống giám sát trong hàng không dân dụng Việt Nam.
- Tìm hiểu về hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GNSS - Chương III.
- Công nghệ ADS-B ứng dụng trong ngành hàng không dân dụng.
- Xây dựng giải pháp sử dụng ADS-B cho hàng không dân dụng Việt Nam.
- Trong quá trình thực hiện luận văn không tránh khỏi những thiêu sót, tôi mong muốn nhận được nhiều ý kiến đóng góp để luận văn được hoàn thiện và có tính thực tiễn cao hơn nữa.
- Qua lời mở đầu này, tôi xin được gửi lời trân trọng cảm ơn tới PGS.TS Nguyễn Thị Hoàng Lan và đội ngũ cán bộ Tổng công ty Quản lý bay Việt Nam cùng đồng nghiệp đã giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này.
- Trang 2 Luận văn tốt nghiệp – Hoa Ngọc Anh lớp XLTT&TT MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU.
- 3 CHƯƠNG I KHẢO SÁT HỆ THỐNG GIÁM SÁT TRONG NGÀNH HÀNG KHÔNG DÂN DỤNG VIỆT NAM.
- Khái quát về Thông tin, Dẫn đường, Giám sát trong ngành quản lý bay.
- Hệ thống giám sát trong ngành hàng không dân dụng Việt Nam.
- 18 CHƯƠNG II TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG VỆ TINH DẪN ĐƯỜNG TOÀN CẦU GNSS – GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM.
- 30 2.2 Tìm hiểu GNSS ứng dụng trong hàng không dân dụng.
- 46 3.1 Tổng quan hệ thống.
- ADS-B với ngành quản lý bay.
- 72 CHƯƠNG IV XÂY DỰNG GIẢI PHÁP SỬ DỤNG ADS-B CHO HÀNG KHÔNG DÂN DỤNG VIỆT NAM.
- Phân tích giải pháp ứng dụng công nghệ ADS-B cho hàng không dân dụng Việt Nam.
- Đề xuất giải pháp sử dụng công nghệ ADS-B cho giám sát hàng không dân dụng Việt Nam.
- 91 Trang 3 Luận văn tốt nghiệp – Hoa Ngọc Anh lớp XLTT&TT DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN STT Ký hiệu Tên đầy đủ Nghĩa 1 ABAS Aircraft-Based Argumentation System Hệ thống tăng cường trên máy bay 2 ACAS Airbone Collision Avoidance System Hệ thống tránh va trạm tàu bay 3 ACC Area Control Center Trung tâm kiểm soát đường dài 4 ADS-B Automatic Dependent Surveillance - Broadcast Hệ thống giám sát tự động phụ thuộc quảng bá 5 ADS-C Automatic Dependent Surveillance – Contract Hệ thống giám sát tự động phụ thuộc – hợp đồng 6 AFTN Aeronautica Fixed Telecommunication Network Mạng lưới thong tin cố định hàng không 7 AIP Aeronautical Information Publication Tập thông báo tin tức hàng không 8 AMSS Automatic Message Switching System Hệ thống chuyển tiếp điện văn tự động 9 ATS Air Traffic Service Dịch vụ không lưu 10 CDTI Cockpit Display of Traffic Information Thông tin giao thông hiển thị trên buồng lái 11 CHC Cất hạ cánh 12 CNS Communication Navigation Surveillance Thông tin truyền thông, dẫn đường, giám sát 13 CPDLC Controller Pilot Data Link Communication Liên lạc dữ liệu giữa kiếm soát viên không lưu và phi công 14 DGPS Differential Global Position System Hệ định vị toàn cầu vi sai Trang 4 Luận văn tốt nghiệp – Hoa Ngọc Anh lớp XLTT&TT FIR Flight Information Region Vùng thông báo bay 16 FIS-B Flight Information Service – Broadcast Dịch vụ thông báo tin tức quảng bá 17 FL Flight Level Mức bay 18 FMS Flight Management System Hệ thống quản lý bay 19 GBAS Ground-Based Argumentation System Hệ thống tăng cường trên mặt đất 20 GLONASS GLObal Navigation Satellite System Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu 21 GNSS Global Navigation Satellite System Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu 22 GPS Global Position System Hệ định vị toàn cầu 23 HF High Frequency Sóng ngắn 24 ICAO International Civil Aviation Organization Tổ chức hàng không dân dụng quốc tế 25 IFR Instrument Flight Rules Các quy tắc bay dựa vào thiết bị 26 KSVKL Kiểm soát viên không lưu 27 MCS Main Control Station Trạm điểu khiển trung tâm 28 NDB Non-Directional Beacon Thiết bị dẫn đường toàn hướng 29 NM Nautical Mile Dặm biển 30 PBN Performance Based Navigation Dẫn đường dựa trên hiệu năng 31 PPS Precise Positioning Service Dịch vụ định vị chính xác 32 PRM Precision Runway Monitoring Giám sát đường lăn chính xác 33 PSR Primary Surveillance Radar Radar sơ cấp 34 SBAS Satellite-Based Argumentation System Hệ thống tăng cường trên vệ tinh 35 SPS Standard Positioning Service Dịch vụ định vị tiêu chuẩn 36 SSR Secondary Surveillance Radar Radar thứ cấp 37 TACS Traffic Alert and Collision Hệ thống cảnh báo và tránh va Trang 5 Luận văn tốt nghiệp – Hoa Ngọc Anh lớp XLTT&TT Avoidance System trạm 38 TIS-B Traffic Information Service – Broadcast Dịch vụ thông báo giao thông quảng bá 39 UTC Universal Time Coordinated Đồng hồ thời gian chuẩn toàn cầu 40 VFR Visual Flight Rules Các quy tắc bay dựa vào quan sát bằng mắt 41 VHF Very High Frequency Sóng cực ngắn 42 VMC Vitual Meteological Conditions Các điều kiện khí tượng có thể nhìn bằng mắt 43 VOR/DME VHF Omni Directional Radio Ranger / Distance Measurement Equipment Hệ thống dẫn đường vạn hướng và thiết bị đo khoảng cách Trang 6 Luận văn tốt nghiệp – Hoa Ngọc Anh lớp XLTT&TT CHƯƠNG I KHẢO SÁT HỆ THỐNG GIÁM SÁT TRONG NGÀNH HÀNG KHÔNG DÂN DỤNG VIỆT NAM Nội dung của chương này đề cập đến các vấn đề sau.
- Giới thiệu về Tổng công ty Quản lý bay Việt Nam, các dịch vụ cung cấp và hệ thống trang thiết bị đảm bảo cho hoạt động bay hiện tại.
- Giới thiệu hệ thống giám sát trong ngành, hiện trạng của các hệ thống kỹ thuật công nghệ đang sử dụng, những hạn chế của hệ thống đang sử dụng.
- Khái quát về Thông tin, Dẫn đường, Giám sát trong ngành quản lý bay 1.1.1.
- Giới thiệu chung Tổng công ty Quản lý bay Việt Nam (Viet Nam Air Traffic Management Coporation) là một doanh nghiệp cung cấp dịch vụ bảo đảm hoạt động bay, bao gồm dịch vụ không lưu, dịch vụ thông tin liên lạc – dẫn đường – giám sát, dịch vụ khí tượng, dịch vụ thông báo tin tức hàng không và dịch vụ tìm kiếm cứu nạn.
- Dịch vụ không lưu - Air traffic services: Điều hành bay trực tiếp các tàu bay trong vùng thông báo bay.
- Dịch vụ thông tin liên lạc - Communication services: bao gồm dịch vụ di động hàng không (thông tin đất – không – VHF, HF, CPDLC) và dịch vụ cố định hàng không (AFTN – Aeronautical Fixed Telecommunicatoin Network).
- Dịch vụ giám sát - Surveillanc services: Giám sát hoạt động bay trong vùng thông báo bay, thu thập xử lý các nguồn dữ liệu giám sát từ radar, ADS-C, ADS-B… để cung cấp thông tin liên quan đến chuyên bay như nhận dạng, độ cao, vận tốc … cho KSVKL phục vụ điều hành bay.
- Dịch vụ dẫn đường - Navigation services: Sử dụng các phương tiện dẫn đường như đèn hiệu, NDB, VOR/DME hoặc vệ tinh để dẫn đường cho các tàu bay.
- Trang 7 Luận văn tốt nghiệp – Hoa Ngọc Anh lớp XLTT&TT e.
- 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.
- Dịch vụ cảnh báo, tìm kiếm & cứu nạn - Alert, search and rescure 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 tàu bay.
- Ngoài ra việc huấn luyện đào tạo chuyên môn cũng có vai trò to lớn trong việc duy trì và phát triển hệ thống, đây cũng là một loại dịch vụ không thể thiếu được trong việc quản lý nguồn nhân lực cho ngành quản lý bay.
- Thông tin, dẫn đường, giám sát, quản lý không lưu 1.1.2.1.
- Vùng thông báo bay Vùng thông báo bay là một vùng trời có giới hạn xác định trong đó có cung cấp dịch vụ thông báo bay và dịch vụ báo động.
- Không phận Việt Nam được quản lý chia thành 2 vùng thông báo bay (FIR- Flight Information Region) là FIR Hà Nội và FIR Hồ Chí Minh.
- [1] Trang 8 Luận văn tốt nghiệp – Hoa Ngọc Anh lớp XLTT&TT Hình 1.1.
- Các vùng thông báo bay Việt Nam và các đường bay.
- Quá trình bảo đảm cho tàu bay 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 Trang 9 Luận văn tốt nghiệp – Hoa Ngọc Anh lớp XLTT&TT phải có sự phối hợp chặt chẽ của ba hệ thống chức năng chính: Thông tin liên lạc, Dẫn đường và Giám sát.
- Trong đó: Thông tin liên lạc (Comunication) là việc trao đổi các thông tin thoại và dữ liệu giữa người lái và kiểm soát viên không lưu hoặc các trung tâm kế cận.
- Dẫn đường (Navigation) chỉ vị trí tàu bay cho tổ lái.
- Giám sát (Surveillance) chỉ vị trí tàu bay cho kiểm soát viên không lưu, việc đó bao gồm chuyển các tin tức về dẫn đường từ tàu 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.
- Tổ chức hàng không dân dụng quốc tế ICAO (International Civil Aviation Organization) 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 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.
- Hệ thống thông tin liên lạc.
- Thông tin hàng không được chia thành 2 loại là thông tin cố định hàng không và thông tin di động hàng không.[1] Thông tin cố định hàng không bao gồm hệ thống thông tin liên lạc giữa các sân bay, các đơn vị hiệp đồng có liên quan (các đơn vị quân sự, các trung tâm quản lý bay), hệ thống chuyển tiếp điện văn tự động (Automatic Message Switching System - AMSS).
- Phương tiện liên lạc của thông tin cố định là điện thoại, vệ tinh, vi ba và số liệu dạng text.
- Thông tin di động hàng không là phương tiện thông tin chủ yếu giữa phi công và kiểm soát viên không lưu (KSVKL).
- Khi tàu bay bay trên trời, để tàu bay đi đúng hướng, đúng độ cao và tránh được những rủi ro (từ tàu bay khác, bão, khí áp.
- Liên lạc giữa KSVKL với tàu bay qua hệ thống liên lạc VHF (tần số 118 – 137 MHz) (cho cả đường dài và tiếp cận).
- Trang 10 Luận văn tốt nghiệp – Hoa Ngọc Anh lớp XLTT&TT Hiện tại ở Việt Nam có 7 trạm VHF đường dài (Mộc Châu, Hà Nội, Vinh, Đà Nẵng, Đồng Hới, Tân Sơn Nhất, Cà Mau), ở mỗi sân bay (TWR – đài kiểm soát không lưu) cũng đều có hệ thống VHF cho tiếp cận và hạ cánh.
- Bản đồ tầm phủ VHF tại vùng thông báo bay Hà Nội và HCM.
- Nguồn AIP Vietnam [9] Bên cạnh đó, ở những vùng xa sóng VHF không phủ tới (một phần FIR HCM) còn có hệ thống HF nhưng chất lượng thoại không cao, không chủ động.
- Những hạn chế của hệ thống thông tin hiện tại: Trang 11 Luận văn tốt nghiệp – Hoa Ngọc Anh lớp XLTT&TT Tầm phủ sóng bị hạn chế do sự phát sóng tầm nhìn thẳng.
- Độ tin cậy không cao do sự thay đổi đặc tính truyền sóng và nhiễu giữa các hệ thống khác nhau.
- Mô tả phương tiện liên lạc với tàu bay.
- Nguồn: JICA [7] Nước ta có địa hình tương đối phức tạp, có đồng bằng, vùi núi, trung du, và biển đảo do đó việc sử dụng các thiết bị liên lạc theo tầm nhìn thẳng gặp nhiều hạn chế.
- Việc triển khai các trang thiết bị hiện tại gặp nhiều khó khăn, thậm chí không thực hiện được tại các vùng núi cao hay biển xa.
- Thông tin thoại chất lượng chưa đáp ứng được với nhiều trở ngại ngôn ngữ, thiếu các hệ thống trao đổi số liệu bằng số, trên không và dưới mặt đất.
- Ngoài VHF và HF, KSVKL còn có thể liên lạc với máy bay qua hệ thống CPDLC (Controller Pilot Data Link Communication) tại những vùng sóng VHF không phủ tới được.
- Oceanic HF Facility ACC Trang 12 Luận văn tốt nghiệp – Hoa Ngọc Anh lớp XLTT&TT .
- Hệ thống dẫn đường Hệ thống dẫn đường ở Việt Nam hiện nay là hệ thống tạo các mốc và chỉ hướng cho tàu bay bay trong không phận Việt Nam bao gồm các hệ thống trang thiết bị dẫn đường đường dài, tiếp cận, hạ cánh.[1] a/ NDB (Đài chỉ chuẩn vô hướng - Non-Directional Beacon): Là đài phát vô tuyến điện (RF transmitter), phát vô hướng, đặt trên mặt đất.
- Chức năng: Cung cấp thông tin về hướng cho tàu bay.
- Nguyên lý tàu bay xác định hướng (Bearing) đến đài mặt đất: Đài NDB có tọa độ chính xác trên mặt đất, được thông báo trước cho phi công.
- Trên tàu bay có thiết bị thu gọi là La bàn vô tuyến, cùng dải tần số với thiết bị phát NDB mặt đất.
- Khi tàu bay đến gần đài NDB, phi công phải chuyển tần số để thu tín hiệu NDB cần thiết.
- Thiết bị La bàn vô tuyến (ADF) trên tàu bay có anten định hướng, nhờ vậy xác định được góc hướng tới đài, hiển thị lên đồng hồ cho phi công.
- Trang 13 Luận văn tốt nghiệp – Hoa Ngọc Anh lớp XLTT&TT Hình 1.4.
- Chức năng: Cùng với thiết bị trên tàu bay cung cấp thông tin về hướng cho tàu bay.
- Nguyên lý tàu bay xác định Hướng (Bearing) chính xác đến đài mặt đất: Đài VOR có tọa độ chính xác trên mặt đất, được thông báo trước cho phi công.
- Trên tàu bay có thiết bị thu VOR cùng dải tần số với thiết bị phát mặt đất.
- Khi tàu bay đến gần đài VOR, phi công phải chuyển tần số để thu tín hiệu VOR.
- Các anten này sẽ phát các tín hiệu khác nhau mang các thông tin khác nhau về hướng so Trang 14 Luận văn tốt nghiệp – Hoa Ngọc Anh lớp XLTT&TT với hướng Bắc.
- Như vậy, tùy theo vị trí tàu bay so với đài mặt đất, thiết bị thu VOR trên tàu bay sẽ nhận được tín hiệu hướng khác nhau, hiển thị lên đồng hồ Hướng.
- Thường lắp đặt cùng với thiết bị đo cự ly DME (Distance Measuring Equipment).
- DME - thiết bị đo cự ly (Distance Measuring Equipment): Là máy phát đáp – Thu, phát vô tuyến điện (transponder) trên mặt đất, dải tần số 960-1215 Hz, công suất phát 1000 W.
- Thông thường được lắp đặt cùng thiết bị VOR.
- Chức năng: Cùng với thiết bị trên tàu bay cung cấp thông tin cự ly đến đài cho phi công.
- Nguyên lý đo cự ly từ tàu bay đến đài DME mặt đất: Thiết bị phát DME trên tàu bay thường xuyên phát xung, đánh dấu thời điểm bắt đầu phát.
- Thiết bị thu DME đài mặt đất thu tín hiệu nói trên, phát ra tín hiệu xung khác.
- Thiết bị thu DME trên tàu bay thu tín hiệu, đo khoảng thời gian từ xung phát đến xung thu về.
- Cự ly từ tàu bay đến đài DME tỷ lệ thuận với thời gian (D = (c.∆t)/2, trong đó D là cự ly, ∆t là thời gian, c = hằng số = 300000 km/giây là tốc độ truyền sóng điện từ).
- Hệ thống ILS (Instrument Landing System.
- Hệ thống hạ cánh bằng thiết bị - chính xác: Trang 15 Luận văn tốt nghiệp – Hoa Ngọc Anh lớp XLTT&TT Là thiết bị trợ giúp cho tiếp cận và hạ cánh.
- Giúp cho tàu bay (có trang bị máy thu ILS) tiếp cận chính xác đường cất hạ cánh (CHC).
- Nói cách khác là giúp cho tàu bay vào đúng tâm đường CHC kéo dài (về hướng) và theo góc hạ cánh chuẩn (về góc tà, khoảng 3 độ).
- Hệ thống ILS là những máy phát phát vô tuyến điện, bao gồm: a/.
- Thiết bị phát góc hướng chuẩn.
- Cung cấp thông tin về hướng.
- Nguyên lý hoạt động: Thiết bị phát có hệ thống anten đặc biệt, phát 2 tín hiệu khác nhau, điều chế tần số 90 Hz và 150 Hz: Khi tàu bay bay lệch sang phải thì tín hiệu 150 Hz (Độ sâu điều chế) sẽ lớn hơn tín hiệu 90 Hz, và khi tàu bay bay lệch sang bên trái thì ngược lại.
- Độ chính xác cao: 10.5 m đối với thiết bị CAT I.
- Thiết bị phát góc tà chuẩn (khoảng 3 độ).
- Cung cấp thông tin về góc tà

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt