СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ ВИЗУАЛИЗАЦИИ В АВИАЦИИ

SPECIALIZED VISUALIZATION TOOLS IN AVIATION

Kislova Elena Igorevna

Vladimir State University student, Department of Computer Science and Technology,

Russia, Vladimir

Karpovskiy Vladimir Aleksandrovich

supervisor, Ph.D. tech. Sciences, Associate Professor VlSU,

Russia, Vladimir

Аннотация. В статье рассматриваются специализированные средства визуализации больших данных с примерами их использования в авиации. Для иллюстрации приведены скриншоты некоторых программ визуализации и примеры их работы.

Abstract. The article discusses specialized tools for visualizing big data with examples of their use in aviation. Screenshots of some visualization programs and examples of their work are provided for illustration.

Ключевые слова: визуализация, инструменты, авиация, тренажеры, системы улучшенного видения, кабина пилота, 3х-мерное представление данных, 3D-модель, САПР.

Keywords: visualization, tools, aviation, simulators, advanced vision systems, cockpit, 3-D data, 3D model, CAD.

Далеко не все задачи могут быть решены с помощью простых средств визуализации, для этого и предназначены специализированные средства визуализации. Одним из ярких примеров применения специализированной визуализации является кабина пилота. Обычному человеку без особых навыков и знаний в данной области, будет невозможно расшифровать информацию, визуализированную на мониторах кабины с использованием особых символов и образов.  Благодаря визуальному представлению данных специалисты в авиационной сфере оказывают регулирующее воздействие на систему.

Ежедневно летчик различает множество визуальных образов, описывающих обстановку снаружи и внутри самолета. Системы визуализации самолета формируют изображение внешней среды по данным с тепловизорного и телевизионного канала, и отображают его на индикаторе лобового стекла. По полученному изображению пилот может визуально различать объекты окружающего ландшафта, которые в условиях ограниченной видимости трудно заметить невооруженным глазом.

Системы синтезированного видения помимо различных изображений внешней среды визуализируют данные о рельефе, благодаря чему летчик лучше информирован об окружающих физических ограничениях, что позволят ему в случае внезапной необходимости отклониться от заданной траектории. Для информационного обеспечения систем используются БД рельефа местности вдоль маршрутов полета, БД аэропортов и объектов взлетно-посадочной полосы. Не редко используется и режим визуализации "коридор в небе", указывающий летчику диапазон возможных положений самолета в момент движения по заданной траектории полета.

Системы визуализации автоматизируют обнаружение потенциально опасных препятствий при заходе на посадку.

В настоящее время на рынке предлагается ряд известных систем улучшенного видения.

Kollsman All Weather Window и Kollsman Night Window (компания Kollsman Inc.). Система Kollsman All Weather Window предназначена для работы во всепогодных условиях. В состав данной системы входят: дисплей с подогревом, охлаждаемый ИК-датчик и спецвычислитель, а также программное обеспечение обработки и визуализации изображений. Система Kollsman Night Window - это более компактное и дешевое решение, предназначенное для работы в темное время суток, но только при хороших погодных условиях. [3]

Компания Gulfstream Aerospace Corporation предлагает систему улучшенного видения, в составе которой: ИК-датчик Kollsman FLIR с сапфировым экраном и ПО обработки и визуализации изображений.

Компания Electronics (Канада) предлагает на выбор два вида систем: CMA-2600 I-Series и более дешевый вариант CMA-2610 M-Series. В I-Series используется охлаждаемый, двухдиапазонный ИК-датчик, в случае M-Series - неохлаждаемый. На стадии разработки находится система на базе миллиметрового радара. Также есть возможности установки подсистемы синтезированного зрения, предоставляющую данные о рельефе местности.

Компанией Max-Viz (США) предлагается система EVS 25002500 на базе двух ИК-датчиков: длинноволнового - для формирования изображений рельефа и препятствий, и коротковолнового - для обнаружения ярких сигнальных огней. С обоих датчиков информация поступает на спецвычислитель, где комплексируется и выдается на экран летчику. Благодаря использованию неохлаждаемых ИК-датчиков EVS 25002500 имеет компактные размеры, небольшой вес и при этом при всем простоту установки. А отсутствие системы охлаждения значительно уменьшает ее стоимость. Также компания предлагает более дешевое решение на базе одного неохлаждаемого ИК-датчика EVS 10001000 для бизнес-самолетов и вертолетов.

Rockwell Collins преобразует ИК-изображения внешней среды, которую видит пилот, и выводит их на дисплей навигационной системы на лобовом стекле. Интерфейс данной системы обеспечивает взаимодействие ИК-датчика и навигационной системы с целью предоставления пилоту оптимального по качеству ИК-изображения. [1, 3]

Следует отметить, что все перечисленные сертифицированные коммерческие системы улучшенного видения представляют собой простые неинтеллектуальные системы в формате "датчик - дисплей", обеспечивающие передачу на монитор пилота изображений, сгенерированных из полученной от датчиков информации.

Рисунок 1. Пример работы системы Kollsman All Weather Window

На рисунке 1 представлены «EVS View» – синтезированное изображение, а «Window View» – вид из кабины пилота.

Рисунок 2. Пример работы системы Gulfstream EVS

На рисунке 2 показаны изображения, полученные EVS, и вид из кабины пилота без EVS.

На рисунке 3 представлен пример работы Rockwell Collins:

Рисунок 3. Пример работы системы Rockwell Collins EVS

Ну и вторым особенно ярким примером использования визуализации с сфере авиации является «Система визуализации полета», другими словами «Авиационный (пилотажный) тренажёр». Подготовка пилотов на авиационном тренажёре является один из важных этапов обеспечения безопасной эксплуатации ВС. А для этого необходимо максимально точно и правдоподобно сымитировать поведение самолета и объектов окружающих его. Изображение отображается с помощью проекторов на сферических или цилиндрических экранах. Проецирование изображения на экранах, расположенных вблизи от кабины тренажёра, приводит к тому, что линия визирования объектов зависит от положения глаз пилотов. Она позволяет значительно уменьшить негативное влияние, то есть позволяет свести к минимуму выполнение ошибочных действий экипажем ВС. [2]

Актуальность тренажёрной подготовки имеет устойчивую тенденцию к росту в связи с тем, что человеческий фактор по-прежнему остается основной причиной авиа катастроф. А бурный рост ЭВМ позволил довести современные авиационные тренажёры до такого уровня развития, что подготовка пилотов на тренажёрах стала эффективнее, чем подготовка на реальном ВС. Так, если при реальном полёте экипаж вынужден уделять много времени выполнению рутинных операций, не связанных с задачами обучения (например, выполнению «полёта по коробочке», полёта в зону, набора высоты, и т. д.), то на тренажёре специальное ПО позволяет мгновенно менять условия полёта, географическое положение, погоду, останавливать выполнение задания для разбора и дальнейшего повтора и т. д. И все это благодаря развитию визуализации в данной сфере. Также тренажер позволяет без ограничений выполнять отработку действий в нештатных ситуациях, часть из которых либо опасны для отработки в реальном полёте, либо вообще в реальном полёте их отработка запрещена.

Благодаря накопленному к настоящему моменту практическому опыту использования специализированных средств визуализации в сфере ВВС, можно с уверенностью предполагать то, что технологии переходят на новый уровень, а это в свою очередь говорит о повышении контроля и безопасности при совершении полетов.

Список литературы:

1. Системы улучшенной визуализации [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://sibac.info/studconf/science/xli/100466. (Дата обращения: 10.03.2019)
2. Авиационный тренажёр [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Авиационный_тренажер. (Дата обращения: 12.03.2019)
3. Системы улучшенного видения для самолетов гражданской авиации [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://wiki.technicalvision.ru/index.php/. (Дата обращения: 17.03.2019)