МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Хусейн Ахмад Хайдар

УДК 368.024.2:368.24(043.3)

ОЦІНКА РИЗИКУ ТРЕТЬОЇ СТОРОНИ
І ВИЗНАЧЕННЯ ЗОН ГРОМАДСЬКОЇ БЕЗПЕКИ
НА ОКОЛИЦІ АЕРОПОРТУ

Спеціальність 05.22.20 – Експлуатація та ремонт
засобів транспорту

Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Київ 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі “Безпека життєдіяльності” Національного авіаційного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук,

старший науковий співробітник

Запорожець Олександр Іванович,

Національний авіаційний університет, завідувач кафедри “Безпека життєдіяльності”.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Токарев Вадим Іванович,

Національний авіаційний університет,
професор кафедри аеродинаміки і безпеки польотів;

кандидат технічних наук, доцент

Куценко Олександр Васильович,

Державна льотна академія України, доцент кафедри льотної експлуатації аеродинаміки і динаміки польоту, начальник навчального центру пошуку та рятування

Провідна установа: АНТК ім. О.К. Антонова

Мінпромполітики України.

Захист відбудеться 17 квітня 2003 р. о 17 годині на засіданні спеціалі-зованої вченої ради Д 26.062.03 у Національному авіаційному універ-ситеті за адресою: 03058, м. Київ-58, просп. Космонавта Комарова, 1.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного авіаційного університету за адресою: 03058, м. Київ-58, просп.ект Космонавта Комарова, 1.

Автореферат розісланий “_17__”____03___ 2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

доктор технічних наук Соломенцев О.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Ключовим елементом підвищення ефективності світової авіаційної транспортної системи є забезпечення безпеки авіації. Безпека авіації розглядається як комплексна властивість авіаційної транспортної системи виконувати свої функції без нанесення збитку самій системі або населенню, з метою якого вона розвивається. Її основними компонентами сьогодні є безпека польотів, авіаційна, екологічна і пожежна безпека. Саме цим компонентам безпеки приділяється максимальна увага в діяльності міжнародної організації цивільної авіації ІКАО.

За останні десятиріччя в середньому за рік в світі відбувається бі-ля 28 катастроф з повітряними кораблями (ПК) цивільної авіації (ЦА), обумовлюючи біля 1500 фатальних наслідків, серед них біля 35 серед населення в зоні катастрофи (“третя сторона” процесу, що досліджуєть-ся). У 1990-х рр. сталися такі великі авіаційні катастрофи, що привели до значних жертв серед населення на околиці аеропорту: 1992 р. в Амстердамі - 39 жертв; 1998 р., на Тайвані - 6; 1997 р., в Іркутську - 63; 1997 р., в Асунсьоні, Парагвай - 20; 1996 р., в Кіншасі, Заїр - 219, та інш.

Населення, що мешкає на околиці аеропорту, необхідно розглядати як об'єкт навколишнього природного середовища (ІКАО, 1991 р.). Аеропорти повинні відповідати особливим вимогам по розміщенню за умовами забезпечення нормативів шуму, забруднення повітря і забезпечення безпеки населення на прилеглій території. Навколо аеропортів необхідно створювати зони сумісності і соціально відповідальну політику використання земель у межах цих зон з метою нормального взаємообумовленого розвитку аеропортів і охорони здоров'я, забезпечення безпеки і добробуту населення.

Парк Лівана та України й досі оснащений літаками розробки 60-70 рр., з високими показниками по енергоспоживанню, шуму, емісії, що в свою чергу знижує конкурентоздатність авіакомпаній. Але експлуатація цих типів ПК обумовлює і підвищені значення показників безпеки польотів, тобто проблема ризику третьої сторони для даного парку також актуальна.

Сьогодні відсутні науково обґрунтована методика кількісної оцінки ризику третьої сторони і правила встановлення зон громадської безпеки на околиці аеропорту. Рішення цих задач є актуальними і має соціальний і економічний аспекти. Їхній розгляд неможливий без повного аналізу процесів експлуатації ПК і забезпечення безпеки польотів у районі

аеропорту. Виконані дослідження і отримані результати дисертації базуються на наукових і практичних результатах видних вітчизняних і зарубіжних вчених, які працюють в області забезпечення безпеки авіації, в тому числі професорів НАУ М.Ф. Давиденка, О.О. Терешкіна, В.І. Тока-рева, В.П. Харченка, В.М. Самуся, та ін.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася на кафедрі безпеки життєдіяльності НАУ, результати якої використані під час виконання науково-дослідної роботи № 123-К01за темою: “Обґрунтування критеріїв ризику для визначення і збільшення рівня безпеки авіаційного підприємства" в рамках плана держбюджетних НДР (шифр 31-Ф5/К54).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка моделі оцінки ризику третьої сторони і обґрунтування правил встановлення зон громадської безпеки на околиці аеропорту цивільної авіації.

Для досягнення мети вирішуються такі задачі:–

теоретичне обґрунтування оцінки ризику третьої сторони на околиці аеропорту цивільної авіації; –

оцінка імовірності авіаційних подій (АП), пов’язаних із різними категоріями ПК на різних етапах польоту на околиці аеропорту;–

розробка і аналіз моделі місцерозташування АП на околиці аеропорту;–

розробка і аналіз моделі наслідків АП на околиці аеропорту.

Об'єктом дослідження є процеси впливу авіаційних подій на навколишнє середовище на околиці аеропорту.

Предмет дослідження – ризик несприятливих наслідків АП для населення, яке мешкає на околиці аеропортів і наражається на небезпеку їх впливу.

Методи дослідження – в дисертаційній роботі використані методи математичного, зокрема статистичного моделювання, теорії ймовірності, математичного аналізу.

Наукова новизна отриманих результатів.–

теоретично обґрунтована модель оцінки ризику третьої сторони на околиці аеропорту цивільної авіації; –

отримані оцінки імовірності АП для різних категорій ПК на різних етапах експлуатації на околиці аеропортів;–

розроблена модель місцерозташування катастроф ПК на околиці аеропорту; –

розроблена модель наслідків аварій і катастроф ПК на околиці аеропорту;–

досліджені конфігурації і розміри зон громадської безпеки для різних умов експлуатації.

Практичне значення отриманих результатів роботи полягає в тому, що на основі теоретично обґрунтованих моделей розроблена методика оцінки ризику третьої сторони і обґрунтовані рекомендації побудови зон громадської безпеки на околиці аеропорту цивільної авіації.

Практична цінність моделей і методик зумовлена тим, що вони дають можливість Національним авіаційним адміністраціям Лівана і України забезпечувати безпеку населення на околиці аеропортів цивільної авіації шляхом побудови контурів ризику третьої сторони і обґрунтування кордонів зон громадської безпеки.

Внесок пошукача. У роботі [2] – обґрунтування програм авіакомпаній і авіапідприємств в області управління ризиком для розв'язання проблеми безпеки авіації; у роботі [3] – обґрунтування і виведення залежностей ризику третьої сторони, аналіз значень ризику для кордонів зон громадської безпеки; у роботі [4] – обробка результатів моделювання щільності імовірності місць розміщення АП; у роботі [5] – обробка результатів моделювання імовірності льотних подій в зоні АП, обґрунтування ефективної площі цільової споруди (зіткнення з ПК при АП).

Випробування результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи обговорювалися на міжнародних НТК “Авіа-2000”, “Авіа-2002”, (2000-2002 рр.), “Дослідження за оцінкою ефективності методів ремонту машин і механізмів”, (Кіровоград, 2000 р.), “Безпека життєдіяльності – освіта, наука, практика” (Київ, 2002-2003 рр.).

Публікації. За матеріалами дисертаційних досліджень опубліковано 9 друкованих праць: статті в спеціалізованих виданнях ВАК України – 4, матеріалах конференцій – 5.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота виконана на 184 сторінках друкованого тексту; вона складається з вступу, п'яти розділів, висновків, переліку використаної літератури та трьох додатків. Бібліографія складається з 83 джерел. Дисертація ілюстрована 65 рисунками, результати досліджень надані у 25 таблицях.

ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі розглянуто комплексний і системний характер проблеми безпеки авіації. Причини/чинники безпеки польотів, екологічної, пожежної, авіаційної безпеки і їх наслідки взаємозалежні і обумовлюють один одного. Для їх рішення необхідний комплексний підхід, що реалізується в програмі забезпечення безпеки.

Важливим елементом збалансованого підходу, розробленого в міжнародній практиці ЦА, є зонування території навколо аеропорту і сумісне використання земель (здійснення діяльності населенням) в межах зон відповідно до рівнів небезпеки, що прогнозуються, і заходів по забезпеченню безпеки. Наведені результати аналізу сучасної нормативної бази оцінки і регулювання небезпеки/безпеки в міжнародній і національній практиці, показують, що методологія ризику орієнтованого підходу є сьогодні основоположною.

Визначенню допустимого рівня ризику присвячені результати дослідження другого розділу. Група ризику третьої сторони авіатранспортної діяльності включає ризик для населення, що мешкає на околиці аеропорту. Ризик для третьої особи в даній роботі визначається як усереднена за рік ймовірність смерті серед навколишнього населення в результаті АП в районі аеропорту.

Для видів діяльності, для яких істотна кількісна оцінка ризику, може бути запропонована структура оцінки прийнятності ризику. По суті, “ліміт прийнятності ризику” визначається рівнем, вище якого ризик не може бути виправданий, за винятком екстраординарних обставин. Нижче за цей ліміт прийнятності, ризик може допускатися тільки у відповідь на переваги, що пов'язують з діяльністю, яка розглядається, але якщо виконується вимога ALARP (до такої міри, наскільки це практично розумне). З вдосконаленням практик управління ризиком і зменшенням ризику може бути досягнута точка, в якій вартість, пов'язана з подальшим зниженням ризику, буде досить високою, щоб виправдати подальші переваги зниження ризику.

Для аналізу ризику використовують два критерію: індивідуальний ризик і соціальний ризик. Індивідуальний ризик визначений як імовірність (усереднена за рік) летального наслідку для окремої людини, що постійно мешкає поблизу аеропорту, в результаті авіаційної катастрофи. Соціальний ризик визначений, як імовірність (усереднена за рік) того, що N або більша кількість людей серед населення можуть загинути внаслідок авіаційних катастроф.

Соціальний ризик являється так званими FN-діаграмами, які відображають співвідношення частоти фатальних наслідків з їх кількістю за рік. Для складної соціальної системи взагалі, наприклад, такої як держава, середньорічні значення індивідуального ризику летальності внаслідок виробничої, дорожньо-транспортної або побутової небезпеки, варіюється між 10-5 і 10-4.

Критерії ризику для життя (фатальності), виявлені аналізом, показують наступний діапазон числових значень:

·

·

·

·

Ризик завжди асоціювався з ймовірністю несприятливих подій і їх наслідками. Для індивідуального ризику Ri основна умова може бути уявлена як

, (1)

де Pf – ймовірність нещасного випадку (наприклад, АП); Pd/f –ймовірність збитку, зокрема фатального наслідку, для індивідуума від даного нещасного випадку, передбачаючи відсутність його захисту від небезпеки.

Область під FN-кривою дорівнює очікуваному значенню фатальних наслідків при здійсненні діяльності, що досліджується:

.

де Е(N) – очікувана кількість фатальних наслідків, тобто

,

де FNdij – кумулятивна функція щільності фатальних наслідків, які виникають при здійсненні i-ої діяльності на j місці за рік.

Визначаючи інтеграл ризику RI, як відповідну міру соціального ризику, у вигляді:

,

можна показати, що

, (2)

де (N) – середнє квадратичне відхилення, яке приймає відносно високі значення для випадків з низькою імовірністю і значними наслідками, як правило, (N) >Е(N).

На національному рівні регулювання небезпеки соціальний ризик може бути оцінений за допомогою обмеження сумарної кількості фатальних випадків у поточному році так:

, (3)

де – чинник поточної політики регулювання ризику небезпеки; для значення Ri =10-4 чинник =1, відповідно для нижньої і верхньої меж регулювання ризику = 0,01 і 10; k = 3 – індекс запобігання ризику.

Наприклад, для великого аеропорту, оточеного населеними територіями, в якому за рік загальна кількість польотів (прильотів/вильотів) становить ~180000, приймаючи імовірність катастрофи в польоті, за статистичним даними, величиною 5,0 10-7, то очікувана кількість катастроф дорівнює 0,09. Кількість жертв на землі (виключаючи пасажирів і екіпаж) у разі катастрофи оцінюється як 50. Через величезну кількість польотів очікувана середньорічна оцінка і стандартне відхилення загальної кількості АП є значними:

E(Ndi) = NAi pfi Nd ij| f = 180000 5,0 10-7 50 = 4,5;

(Ndi) = (NAi pf i)1/2 Ndij| f = (180000 5,0 10-7)1/2 50 = 15.

Соціальний ризик і сумарна кількість очікуваних жертв АП в аеропорту буде 49,5, тому необхідне удосконалення безпеки польотів, щоб виконати вимоги чинного законодавства ЄС, наприклад VROM-правил. Оцінка політичного чинника повинна обиратися з умови (3) величиною , що означає, що описана тут ситуація неприйнятна без обговорення громадськістю (оскільки значення допустимого ризику для третьої особи буде вище за значення 10-4 за рік).

Високий процент АП на етапах початкового зльоту і заключних етапах польоту перед посадкою, дозволяють зробити попередній висновок про те, що місце розташування АП повинно знаходитися в безпосередній близькості від ЗПС. Приклад розподілу подовжньої і поперечної координат розміщення АП у районі аеропорту показано на рис. 1, 2.

Аналіз даних про АП показав, що форми зон обхвату місць розташування АП при посадці ПК відрізняються від форм зон АП при зльоті. Характеристики зон подій такі:

при посадці (центр осі координат розташований на передньому торці злітно-посадочної смуги): місцеположення АП зосереджені на віддаленні 500-600 м збоку від осьової лінії ЗПС і подовжньо >3000 м від торця ЗПС; приблизно 40% АП падають всередину зони шириною ~ 150 м і довжиною ~ 600 м від торця ЗПС;

при зльоті (центр осі координат розташований на торці злітно-посадочної смуги з боку зльоту): 40% найбільш щільно розташованих точок АП знаходяться всередині зони шириною 450 м і довжиною ~ 600 м від торця смуги, і вони також суміжні з краями ЗПС; контур для групи з 80% АП має довжину ~ 2000 м у бік зльоту і ширину ~ 600 м від її осьової лінії.

Аналіз даних навколо ЗПС істотно відрізняється залежно від характеристик смуги. У цьому відношенні особливо видділяються відмінності для ЗПС різної довжини: ЗПС довжиною < 1200 м; ЗПС довжиною 1200…1800 м; ЗПС довжиною >1800 м. Чим довша ЗПС, тим більша протяжність зони, що охоплює місцеположення АП, тобто, виявлена залежність характеристик місця розташування АП від характеристик ЗПС. Інші результати дослідження для авіації загального призначення: майже половина (47%) усіх катастроф літаків з двома двигунами сталася на ЗПС довжиною 1800 м, і тільки 8 % на ЗПС довжиною 1200 м; через порушення правил польотів по приладах на ЗПС довжиною 1800 м частка АП - 43%, а на ЗПС довжиною 1200 м - 12%; на довгих ЗПС (1800 м) кількість АП, що відбулися вночі - 48%, а на коротких (1200 м) - 16%.

У третьому розділі приведені результати розробки моделі ризику третьої сторони в районі аеропорту, яка враховує:

(а) усереднене за рік значення імовірності катастроф на околиці аеропорту - модель імовірності катастроф;

(б) розподіл місцерозташування катастроф на місцевості - модель місцерозташування катастроф в районі аеропорту;

(в) розміри об'єктів в зоні катастроф і частку людей, які ймовірно можуть загинути в межах цієї зони - модель наслідків катастроф в районі аеропорту.

З метою оцінки імовірності катастроф (табл. 1) виконана класифікація ПК на різні категорії, залежно від їх характеристик.

Таблиця 1

Імовірність катастроф ПК

Категорія ПК | Зліт | Посадка | Легкий цивільний літак | 1,1 10-5 | 2,0 10-5 | Вертоліт | 2,5 10-5 | 2,5 10-5 | Транспортний літак, МЗМ < 20 т | 1,0 10-6 | 2,3 10-6

Транспортний літак, МЗМ > 20 т | 1,9 10-7 | 2,8 10-7 | Військова авіація | 1,8 10-6 | 3,3 10-6 | Результати аналізу даних також вказують на те, що корисним є розбиття на групи ПК різних поколінь (табл. 2), наприклад, наступним чином: перше покоління - ПК розроблені в 1950 рр., для яких характерна обмежена автоматизація кабіни пілота, прості навігаційні прилади, відсутність або обмежена кількість обладнання, зниження ПК перед посадкою (Fokker 27, Boeing 707, і ін.). Друге покоління-розроблені в 1960-1970 рр. ПК отримали посвідчення льотної придатності між 1965 і 1980 рр., яке ще не ґрунтувалося на загальних правилах JAR25/FAR25. Кабіна пілота краще і більш надійно обладнана навігаційними приладами (Fokker 28, Boeing 737-200 і Airbus A300). Третє покоління – конструкція кабіни пілота ПК 1980-1990 рр. спроектована з урахуванням оцінок людського чинника. ПК вимагають більш високих стандартів сертифікації і систем контролю стана ПК (Fokker 50, Airbus 320, Boeing 737-700 і ін.).

Більшість АП відбуваються в районі аеропорту при зльоті і посадці ПК, їх частота в польоті набагато менша, ніж біля аеропорту. Це добре ілюструє статистика, наведена в табл. 3.

Таблиця 2

Імовірність АП і їх 95% - довірчий інтервал

Тип АП | Поколін-ня ПК |

Імовір-ність АП, 10-6 | Нижня
межа,

10-6 | Верхня
межа,

10-6 | Викачування при посадці | 1 | 0,251 | 0,0304 | 0,907 | 2 | 0,200 | 0,0996 | 0,357 | 3 | 0,062 | 0,0075 | 0,224

Недоліт | 1 | 0,753 | 0,276 | 1,640 | 2 | 0,145 | 0,063 | 0,286 | 3 | 0,124 | 0,034 | 0,318 | Відхилення при посадці | 1 | 0,879 | 0,353 | 1,811 | 2 | 0,181 | 0,087 | 0,334 | 3 | 0,093 | 0,019 | 0,272 | Бокове викачування при зльоті | 1 | 0,377 | 0,078 | 1,101 | 2 | 0,109 | 0,040 | 0,237 | 3 | 0,062 | 0,008 | 0,224 | Переліт | 1 | 0,126 | 0,003 | 0,700 | 2,3 | 0,046 | 0,013 | 0,117 |

Таблиця 3

Розподіл кількості АП за етапами і підетапами польоту

Етап польоту | Підетап польоту | Процент АП (%) | Тривалість етапа
полета, %

Зліт | Завантаження (посадка пасажи-рів), руління, розвантаження | 2,0 | 25,2 | 78,9 | - | Зліт | 14,5 | 1

Початковий набір висоти | 10,7 | 1

Політ | Набір висоти | 7,4 | 19,1 | 14

Крейсерський політ | 4,5 | 57

Зниження | 7,2 | 11

Посадка | Початок зниження | 12,3 | 53,7 | 12

Завершення зниження | 24,8 | 3

Посадка | 16,6 | 1

Для окремо взятого ПК, що виконує окрему льотну операцію і потрапляє у АП, розглядаються наступні ймовірні події: З – зіткнення із землею; К – попадання в осередок координатної сітки, що містить цільовий об'єкт; Ц – попадання в цільовий об'єкт; П – пошкодження цільового об'єкту; У – утворення небезпечного чинника внаслідок пошкодження об'єкту (наприклад, витікання токсичності або радіоактивності).

Тоді для даних взаємообумовлених подій можна записати У П Ц К З, або У П Ц К З = У, і за правилом Байеса

Р(У) = Р(У/П)?Р(П/Ц)Р(Ц/К)?Р(К/С)Р(С), (4)

де Р(У/П) – імовірність утворення небезпечного чинника за наявності пошкодження споруди; Р(П/Ц) – імовірність пошкодження за наявності зіткнення з цільовою спорудою; Р(Ц/К) – імовірність зіткнення з даною цільовою спорудою, якщо вона міститься в осередку координатної сітки; Р(К/С) – імовірність попадання ПК в осередок координатної сітки, який містить цільову споруду, якщо ПК зіштовхується із землею; Р(С) – імовірність, що літак має зіткнення із землею.

Для інтенсивності польотів Nijk певної категорії ПК i і пункту здійснення польотів k, з якого виконується льотна операція j протягом року (або іншого періоду часу) і приймаючи, що імовірності Р(П/Ц)=1 і Р(У/П)=1 для кожного значення i, j, k, тоді повна формула для очікуваного чинника небезпеки Е[Zc] може бути надана, як

Е[Zc] . (5)

Компонент Р(С)ijk відповідає імовірності катастроф Pij в табл. 1. Компонент Р(K/C)ijk описують моделлю місцерозташування катастроф у районі аеропорту fijk(x,y). Компонент Р(Ц/К)ij може бути наданий моделлю наслідків катастроф у районі аеропорту, наприклад, оцінкою ефективної площі цільового об'єкту А. Тоді вираз (5) приймає такий вигляд, зручний для обчислення ризику R третьою стороною:

(6)

Модель місцерозташування катастроф у районі аеропорту для функції fijk(х,у) досліджена у вигляді двовимірної щільності ймовірності для подовжніх і поперечних координат місць розташування АП (рис. 3). Розподіли – біноміальне, Пуассона, –квадрат, лог-нормальне, гама- і нормальне використані при статистичному оцінюванні залежності. Області значень змінних (х,у) (подовжньої і поперечної координат) місць розташування катастроф спочатку були розбиті на деяке число інтервалів N з кроком спочатку 1 км, а потім 0,5 км. Потім підраховується число спостережень, що попали в i-й інтервал, і оцінювалася статистика -квадрат для порівняння частот очікуваних і тих, що спостерігаються. Чим менше значення статистики -квадрат, тим більше ймовірно, що гіпотеза вірна (відповідає даним). Більш точну інформацію про форму розподілу можна отримати за допомогою критеріїв нормальності (наприклад, критерію Колмогорова-Смірнова). Однак, жоден з цих критеріїв не може замінити візуальну перевірку з допомогою гістограми.

(а) | (б)

Рис. 3. Розподіл віддалення місця розташуваня АП для ПК комерційної авіації (світлі – АП при зльоті/наборі висоти; темні – АП при посадці): а – уздовж центральної вісі ЗПС, відстань від торця смуги; б – відстань (перпендикулярно) від центральной вісі ЗПС

Лог-нормальний і нормальний розподіли визначені як найбільш відповідні для опису подовжніх координат щільності імовірності (рис. 4, таб. 4) місць АП при зльоті, лог-нормальний і біноміальний – для поперечних координат. Зменшення кроку обумовлює збільшення кількості інтервалів розподілу, що досліджується, а також збільшення значущості оцінки, більшу відповідність даним, що спостерігаються. Для посадки приблизно однакові результати отримані для розподілів – лог-нормального і гама.

Таблиця 4

Результати аналізу функцій розподілу для оцінки щільності імовірності подовжньої координати місць розміщення АП при зльоті

Оцінка | Розподіл

Біномі-альний | Пуас-сона | -квадрат | Лог-нор-мальний | Гама | Нормаль-ний

-квадрат,

крок 0,5 км |

0,291 |

0,147 |

0,189 |

0,138 |

0,245 |

0,074

крок 1 км | 0,146 | 0,213 | 0,227 | 0,227 | 0,245 | 0,281

Відстань Колмогорова-Смірнова

крок 0, 5 км |

89,21 |

79,37 |

155,48 |

25,74 |

54,96 |

21,88

крок 1 км | 94,421 | 188,67 | 296,91 | 49,10 | 64,69 | 73,95

(а) | (б)

Рис. 4. Щільності імовірності лог-нормального розподілу подовжнього віддалення місця розташування АП: а –при зльоті/наборі висоти; б – при посадці; категорія по осі абсцис вказує на віддалення, значення категорії відповідає кількості кроків (а – катего-рія 5 відповідає відстані 0; б – категорія 3 відповідає відстані 0)

Кореляції зв'язків між розподілами вздовж осей х і у показують на існування залежності між даними розподілами. Наприклад, для досліджених видів АП, коефіцієнти кореляції наступні: недоліт – 0,2421; викачування при посадці – 0,4251; переліт – 0,2764. Засновуючись на результатах кореляції, зроблене допущення, що поперечний розподіл лінійно залежить від координати х.

Щільність імовірності і її параметри для опису моделі місця розташування АП вибрані для кожного з типів АП на основі результатів статистичного оцінювання, використовуючи метод максимальної правдоподібності так, щоб вони краще відповідали типу подій. Розподіл є прийнятним, якщо відстань по Колмогорову-Смірову між даними і розподілом Dks менша, ніж критична відстань Dс, яка залежить від розміру набору даних і визначається стандартною статистичною залежністю. З урахуванням попереднього аналізу функції Гауса, Лапласа та Вейбула використані для опису моделі. Значення відстаней отримані в діапазоні Dks = 0,0471…0,0918, критичні відстані Dс = 0,0724 …0,2458, і в кожному випадку Dks < Dс.

У четвертому розділі дисертації досліджуються моделі наслідків авіаційної події, які визначають їхніми характеристиками для певного місцерозташування: розміри області розкиду уламків ПК і летальність для "третьої сторони" у результаті АП. Визначення розмірів області наслідків випадку і летальності серед населення, здійснене на аналогічній базі даних, що і побудова моделі місць розташування АП.

Розмір зони розкиду уламків розраховувався для розкиду тільки великих частин літака. Допускається зв'язок між розмірами літака і зоною розкиду уламків. У звітах про АП максимальна вага при зльоті використовується, як міра для визначення розміру літака.

Для 80 % випадків площа області розкиду уламків знаходиться в межах значення 2000 м2. Розмір області розкиду апроксимований залежністю вигляду Ароз= 8316 м2 Gзл, де Gзл – максимальна вага при зльоті, т. Точність отриманого результату визначається коефіцієн-том кореляції r = 0,74.

У роботі зроблено допущення, що дану область можна надати у вигляді кола з еквівалентним радіусом і центром у точці зіткнення ПК з поверхнею землі. Дане значення радіуса Rэ може служити додатковою величиною оцінки довіри розрахованих значень контурів ризику, враховуючи що щільності розподілу імовірності місцерозташування АП оцінені тільки за даними точок зіткнення ПК з поверхнею землі.

В даній роботі летальність оцінюється як імовірність фатальних наслідків серед населення, що визначається, як співвідношення між числом фатальних наслідків до загального числа людей (які знаходяться в області місцерозташування АП). Летальність обчислена величиною 0,278. Потрібно помітити, що 3 записи даних (із загальної кількості в 31 запис), обумовлюють більш ніж 50% отриманого значення летальності. База даних ADREP пропонує, як кількість летальних наслідків серед населення, а також зведення про людей із різною мірою збитку. Оскільки всі вони повинні бути представлені в аналізі наслідків подій за даними бази ADREP, отримана верхня межа для летальності із значенням 0,612.

У процесі дослідження наслідків АП може виникнути необхідність визначення параметрів зіткнення ПК з окремими спорудами або іншими об'єктами (потенційно небезпечні споруди), в зоні вірогідного місця розташування АП. Для незахищеного (захисний екран від прямого зіткнення відсутній) об'єкта, що має форму паралелепіпеда і ізотропічно (з чотирьох взаємно-перпенди-кулярних сторін) розподілених напрямів вірогідного підходу ПК, ефективна площа цільового об'єкта АЕ при АП оцінюється як:

,

де h, l і w – габарити цільового об'єкта і р – імовірність кута нахилу траєкторії зниження ПК, що потрапляє у катастрофу. Якщо в розрахунках брати до уваги особливості зниження ПК при АП відповідно до їх емпіричних характеристик, то для ймовірностної складової ефективної площі pctgd цільового об'єкта отримані наступні числові значення: для літаків цивільної і військової авіації, що здійснюють польоти вище висоти 600 м – 1,24; для літаків військової авіації, що здійснюють польоти нижче висоти 600 м – 3,57; для вертольотів – 0,62. Розглянуті можливі ситуації укриття цільового об'єкта – повного і часткового – суміжною конструкцією, для оцінки ефективної площі яких отримана залежність, що враховує відстань між захисною і цільовою конструкціями, а також висоту захисної конструкції. Досліджені вирази для ефективної площі цільового об'єкта, які враховують захищеність об'єктів, досить точні, але в більшості практичних випадків може бути достатнім використання виразу обчислення для незахищеного об'єкта.

У п'ятому розділі приведені результати дослідження конфігу-рацій зон громадської безпеки (ЗГБ). Наступним кроком було зроблено: ідентифіковані декілька основних геометричних фігур, які потенційно можна застосувати для зони безпеки; визначено ефективність різних конфігурацій ЗГБ відносно обхвату як можна більшої кількості точок місцеположення АП при найменших площах зон; ідентифіковані розміри, в яких одна конфігурація зони стає ефективнішою, ніж інша; встановлені набори правильних геометр-ричних фігур і їх розміри для ряду конфігурацій зон безпеки. Підхід, що використовується під час прийняття такого рішення, складається порівнянно з розмірів і відносній ефектив-ності різних форм зон безпеки для найбільш аварійних облас-тей, що мають однакову площу (рис. 5). З цією метою розглядається коефіцієнт обхвату місць розташування АП

,

де Nз – кількість АП, які охоплюються зоною; N – сумарна кількість АП.

Рис. 5. Порівняння ефективності

різних геометричних фігур до зосередження

місць АП в межах ЗГБ

Аналіз виконаних розрахунків дозволяє зробити декілька висновків: 1) Оптимальна конфігурація зони безпеки для обхвату місць розташування АП при посадці не є кращою конфігурацією для обхвату місць розташування АП при зльоті і навпаки; 2) Найбільш ефективні конфігурації зони для обхвату місць АП поблизу кінця ЗПС, як правило, менш ефективні для більшого розміру зони; 3) Для більш точного відображення області АП при посадці рекомендується використати віялоподібні сектори (Кобх = 0,63-0,65). Ці фігури також добре підходять для відображення області АП при зльоті, хоч інші конфігурація прямокутників більш ефективна (на 5%).

Проведені дослідження по встановленню форм зон безпеки з набору геометричних фігур і можливих розмірів для кожної зони. Обчислення були зроблені для трьох різних груп даних: АП, що відбуваються на ЗПС довжиною < 1200 м; АП на ЗПС довжиною 1200-1800 м; АП на ЗПС довжиною > 1800 м. Форми і розміри ЗГБ для трьох груп сильно відрізняються і зрештою надані тільки для того, щоб проілюструвати порівняльний спосіб використання даних про АП для створення ряду зон безпеки.

Межі ЗГБ рекомендується визначати по контурах ризику третьої сторони, розрахованих з використанням розроблених моделей. Розрахунки контурів ризику виконують для поточної і перспективної (10 років) ситуації завантаження аеропорту, а також для випадку максимальної пропускної спроможності ЗПС аеропорту, враховуючи, що вже сьогодні в багатьох аеропортах рівень інтенсивності руху ПК досягає максимальної пропускної спроможності і приймаються рішення про будівництво нових або реконструкції існуючих ЗПС для збільшення їхньої пропускної спроможності.

Основна розрахункова формула в цьому випадку має вигляд (6) за умові А=1, і розрахунки виконують окремо для всіх категорій ПК, для яких відомі імовірності катастроф і моделі місць розміщення АП. При здійсненні розрахунків враховуються регіональні харак-теристики (особливості) імовірності катастроф, структура парку ПК (категорії ВР) з урахуванням внеску різних поколінь ПК через їхню значну відмінність у величинах імовірності катастроф. Характери-тики ЗПС аеропорту (кількість і їх довжина), що досліджуються так само впливає на вибір відповідних моделей місць розміщення АП. Зона усередині контуру 10-4 є забороненою до забудови. Зони між контурами ризику 10-4 і 10-5, а також 10-5 і 10-6, є зонами обмеження забудови і видів діяльності; насамперед таких, для яких характерне велике скупчення і незначне переміщення людей, наприклад, шкіл, санаторіїв, лікарень і т. д.

Результати дисертаційної роботи

1. Уперше у вітчизняній практиці сформульована і вирішена задача оцінки ризику третьої сторони і визначення зон громадської безпеки на околиці аеропортів. Це є одним з елементів комплексної проблеми безпеки авіації, зокрема її рішення, направлене на вдосконалення програми охорони навколишнього середовища (національного або окремого аеропорту) від впливу авіації.

2. Розроблена і досліджена модель оцінки ризику третьої сторони на основі обліку імовірностей взаємно обумовлюючих подій: авіаційної події у районі аеропорту, розподілу місць розташування АП, зіткнення ПК з цільовим об'єктом на поверхні, що досліджується, нанесення збитку в результаті АП (руйнування цільового об'єкту, утворення небезпечного фактору, летальності в зоні АП). Доведена залежність контурів ризику від категорій ПК, етапу польоту в районі аеропорту, довжини злітно-посадочної смуги, виду найбільш вірогідного АП.

3. Для встановлених категорій ПК визначені імовірності катастроф, необхідні для оцінки експозиції небезпеки, що дослід-жується, а також щільності імовірності місць розташування катастроф на різних етапах польоту в районі аеропорту. Знайдена залежність контурів ризику від перерахованих параметрів обґрунтовує необхідність розбиття парку ПК і аеропорту на категорії, значення імовірності яких залежать від об'єму вибірки подій для окремої авіакомпанії, держави, регіону або світового парку і показників експлуатації, що досліджуються,.

4. Зони громадської безпеки, що встановлюються навколо аеропортів (злітно-посадочних смуг) з метою обмеження забудови і попередження нанесення збитку в результаті вірогідного АП, є одним з основних методів охорони навколишнього середовища від несприятливого впливу авіації. Досліджені різні геометричні форми для зон громадської безпеки з метою оцінки їх ефективності для захисту населення від наслідків АП по значенню коефіцієнта обхвату максимальної кількості місць розташування АП. Використання контурів ризику для визначення кордонів зон громадської безпеки дозволяє врахувати найбільш важливі, виявлені в дослідженнях, аспекти небезпеки АП для навколишнього населення. Значення ризику 10-4 (усереднене за рік) визначає контур, в межах якого заборонена будь-яка забудова або діяльність, не пов'язана з діяльністю аеропорту.

5. Розроблена методика визначення контурів ризику третьої сторони в районі аеропорту, що враховує структуру парку ПК (категорії і покоління ПК), кількість і довжину ЗПС, характеристики найбільш вірогідних АП на етапах зльоту/посадки, регіональні або національні особливості прояви АП. Показана залежність форм зон для різних етапів польоту і довжин ЗПС в аеропортах.

6. Доведена необхідність використання контурів ризику третьої сторони для визначення меж зон громадської безпеки в районі аеропорту: 10-4 - для зони повної заборони громадської забудови, 10-5 і 10-6 - для зон обмеженої забудови. Забудова і діяльність в межах зон, обмежених контурами 10-5 і 10-6 визначається політико-адміністративними рішеннями з використанням аналізу "вартість-прибуток". Використання ризику обґрунтоване імовірностною природою впливу АП на населення, як одного з найбільш небажаних видів небезпеки при експлуатації ПК.

Публікації за темою дисертації

1. Хайдар Х.А. Обоснование методов ремонта машин и механизмов. // Авіаційна міжнародна науково-технічна конференція АС ПГП, Кіровоградський державний технічний університет, Кіровоград, 23 листопада 2000, вип. 7. - C. 130-135.

2. Запорожець О.І., Хайдар Х.А. Инструменты регулирования процедур обеспечения безопасности авиации // Вісник НАУ, Київ, № 1, 2001. - С. 186-189.

3. Запорожець О.І., Хайдар Х.А. Модель визначення місця авіаційної події повітряного корабля // Вісник НАУ, Київ, № 2, 2002. - с. 124-128.

4. Запорожець О.І., Хайдар Х.А. Модели последствий аварий и катастроф в районе аэропорта // Вісник НАУ, Київ, № 3, 2002. - с. 99-101.

5. Запорожец А.И., Хайдар Х.А. Контуры риска третьей стороны в окрестности аэропортов ГА // Вісник НАУ, Київ, № 4, 2001. - C. .

6. Хайдар Х.А. Регулирование процедур обеспечения безопасности авиации // Міжнародна науково-технічна конференція “АВІА-2000”, секція “Проблеми безпеки на транспорті”, НАУ, Київ, 4-6 жовтня, 2000. - С. 1.10.1-1.10.2.

7. Запорожець О.І., Хайдар Х.А. Обоснование методики оценки контуров риска третьей стороны в окрестности аэропортов гражданской авиации // Матеріли III Міжнародна науково-технічна конференція “АВІА-2001”, Секція 16 - "Безпека транспорту", НАУ, Київ, 2001. - C. 16.7-16.10.

8. Хайдар Х.А. Модели и методы прогнозирования происшествий в техносфере // Матеріали I науково-методичної конференції “Безпека життя і діяльності людини. Освіта, наука, практика”, НАУ, Київ, 29-30 січня, 2002. - с. 77-79.

9. Запорожець О.І., Хайдар Х.А. Вероятностная модель оценки последствий авиационного происшествия в районе аэропорта // Матеріали IV Міжнародної науково-технічної конференції “АВІА-2002”, Секція 25 - "Безпека транспорту і захист довкілля", НАУ, Київ, 23-25 квітня 2002. - с. 25.25-25.27.

Анотація

Хусейн Ахмад Хайдар. Оцінка ризику третьої сторони та визначення зон громадської безпеки на околиці аеропортів.

Дисертація у вигляді рукопису на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.20 – Експлуатация та ремонт засобів транспорту. Національний авіаційний університет, Київ, 2003.

Дисертація присвячена розробці моделі оцінки ризику третьої сторони і обгрунтуванню правил встановлення зон громадської безпеки н околиці аеропорту цивільної авіації. У дисертації вирішуються наступні задачі: теоретичне обгрунтування оцінки ризику третьої сторони на околиці аеропорту цивільної авіації; оцінка імовірності авіаційних подій різних категорій повітряних кораблів на різних етапах польоту в районі аеропорту; розробка і аналіз моделі місця розташування авіаційних подій; розробка і аналіз моделі наслідків авіаційних подій на околиці аеропорту. На основі теоретично обгрунтованих моделей розроблена методика оцінки ризику третьої сторони і обґрунтовані рекомендації побудови зон громадської безпеки на околиці аеропорту цивільної авіації.

Ключові слова: ризик третьої сторони, авіаційна подія, зона громадської безпеки, імовірність катастроф, густина імовірності місць розташування подій, наслідки авіаційних подій.

Аннотация

Хуссейн Ахмад Хайдар. Оценка риска третьей стороны и определение зон общественной безопасности в окрестности аэропортов.

Диссертация в виде рукописи на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.22.20 – Эксплуатация и ремонт транспортных средств. Национальный авиационный университет, Киев, 2003.

Диссертация посвящена разработке модели оценки риска третьей стороны и обоснованию правил установления зон общественной безопасности в окрестности аэропорта гражданской авиации.

В диссертации решаются следующие задачи: теоретическое обоснование оценки риска третьей стороны в окрестности аэропорта гражданской авиации; оценка вероятности авиационных происшествий различных категорий ВС на различных этапах полета в окрестности аэропорта; разработка и анализ модели месторасположения авиационных происшествий ВС в окрестности аэропорта; разработка и анализ модели последствий авиационных происшествий в окрестности аэропорта.

Для анализа риска используются два критерия: индивидуальный риск и социальный риск. Значение верхнего предела для допустимого риска для третьего лица обосновано величиной 10-4 за год.

Большинство АП происходят в районе аэропорта при взлете и посадке ВС, их частота в