Метод розрахунку шляхів евакуації постраждалих від місця вимушеної посадки аварійного повітряного судна на водну поверхню

Abstract

Стратонов В.М. Метод розрахунку шляхів евакуації постраждалих від місця вимушеної посадки аварійного повітряного судна на водну поверхню – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.22.13 "Навігація і управління рухом". – Льотна академія Національного авіаційного університету МОН України, Кропивницький, 2019. У дисертаційній роботі вирішено актуальну наукову задачу, яка полягала в обґрунтуванні та розробці методу розрахунку шляхів евакуації постраждалих від місця вимушеної посадки аварійного повітряного судна на водну поверхню, що мінімізує час з моменту приводнення до моменту надходження постраждалих до спеціалізованих медичних закладів. Проаналізувавши існуючі засоби та методи, що спрямовані на підвищення виживаності під час вимушених посадок повітряних суден (ПС) на водну поверхню, помітно, що регулюючими органами цивільної авіації (ЦА) докладається немало зусиль аби мінімізувати наслідки у разі настання вказаних авіаційних подій (АП). Проте, нами відмічено відсутність чіткого алгоритму дій у разі виконання приводнення, як зі сторони операторів систем обслуговування повітряного руху (ОПР), так і стосовно порядку дій льотного екіпажу. Даний прорахунок призводить до помилок чи несвоєчасно прийнятих рішень екіпажем (чи диспетчером ОПР), що в свою чергу знижує показник виживаності. Наявність вказаних упущень підтверджує актуальність проблеми забезпечення безпеки вимушених посадок від моменту прийняття рішення про приводнення до моменту закінчення евакуації постраждалих у спеціалізовані медичні заклади. Спершу, для поглибленого розуміння проблематики нами було проаналізовано поняття "приводнення", проведено статистичний аналіз, розглянуті наукові досягнення та публікації, а також існуючі класифікації вимушених посадок на водну поверхню. Аналіз випадків приводнень цивільних літальних апаратів (ЛА), дозволив встановити причинно-наслідкові зв’язки, які підтвердили важливість вибору місця посадки на водну поверхню та дефіцит часу, який притаманний для незапланованих та неусвідомлених посадок. Також у роботі досліджено основні на сьогодні засоби підготовки екіпажів ЛА до дій, що характерні для приводнень. Зокрема, виокремлено три основні типи тренажерів, проаналізовані їх можливості щодо проведення тренувань, а також конструктивні особливості. Застосування методів експертних оцінок та аналізу ієрархій дозволили сформувати та дослідити вплив комплексних факторів на процес вимушеної посадки. Були виокремленні наступні комплексні фактори: "Придатність населеного пункту до надання допомоги постраждалим", "Умови посадки" та "Час евакуації". Наступним етапом дослідження було визначення ступеня впливу кожної зі складових (факторів) комплексних факторів "Придатність населеного пункту до надання допомоги постраждалим" та "Умови посадки", тобто надання кожному з факторів вагових показників. Шляхом декомпозиції із комплексного фактору "Умови посадки" сформовані 5 кластерів: "Метеорологічна дальність видимості"; "Зовнішні перешкоди"; "Фактори, що можуть викликати механічні пошкодження фюзеляжу ПС під час приводнення"; "Фактори, що впливають на виживаність під час перебування у воді"; "Фактори, що перешкоджають процесу підбору визначеної ділянки водної поверхні". Аналогічним чином використовуючи декомпозицію із комплексного фактору "Придатність населеного пункту щодо надання допомоги постраждалим" сформовано 3 кластери: "Медична інфраструктура"; "Спеціалізовані сили та засоби, що можуть бути залучені до проведення пошуково-рятувальних робіт (ПРР)"; "Сили, засоби та споруди, залучення яких сприятиме виживаності тих, хто знаходився на борту ПС". Усі вищевказані фактори отримали оцінки від експертів, що відображають відповідний вплив на визначений процес. Під час різних етапів опитувань у якості експертів залучались льотчики військово-повітряних сил (15-та бригада транспортної авіацій), пілоти ЦА, фахівці з проведення ПРР, логісти та фахівці з побудови електронних маршрутів міського транспорту, а також магістранти та аспіранти. Дослідження фактору "Час евакуації" було розподілено на два етапи. Спершу, досліджувався процес евакуації зі свого місця знаходження у салоні ПС у воду, чи на плавзасіб. Процес евакуації з місця, що знаходиться поза ПС досліджувався з використанням методів теорії графів. Враховуючи специфіку задачі, за умовами якої потребувалось побудувати можливі маршрути евакуації, а з них обрати оптимальний, застосовувався алгоритм Дейкстри. На графі, у якості вершин були обрані наступні точки: - місце виконання вимушеної посадки; - місця тимчасового розміщення постраждалих (МТРП); - місця надання спеціалізованої медичної допомоги. У якості ребер – шляхи сполучення (водна поверхня – між місцем приводнення та суходолом, далі – сухопутні дороги). Надалі, експерти, знаючи характеристики доріг (якість покриття, наявність ушкоджень покриття, кількість полос руху, вплив сезонності на стан доріг та ін.) та відстань між вершинами – прогнозували час, за який евакуаційний засіб досягне заданої точки. Під час реалізації оптимізаційної задачі, вперше, застосовано концепцію "Золотої години". Сутність концепції полягає у тому, що перша година після АП (з моменту можливого набуття політравми) є критичною з огляду на успішність надання допомоги. У результаті вирішення оптимізаційної задачі, нами пропонується відповідальним органам заздалегідь прораховувати наземну складову шляху евакуації з нанесенням на карту МТРП та оптимальним маршрутом евакуації до медичних закладів, враховуючи вищезгадану концепцію та спроможність закладів до розміщення постраждалих (ліжко-місць). Повторно прораховувати наземну складову рекомендовано щосезонно, тобто зі зміною кліматичних умов, або ж у разі реорганізації медичних закладів (зміни здатності щодо розміщення тих, хто потребує допомогу). МТРП нами рекомендується маркувати встановленням засобів супутникової навігації – GPS-маяків ("GPS-закладок"). Також у роботі запропоновано метод проведення евакуаційних дій з залученням повітряного санітарного транспорту (гелікоптеру), що враховує відсотковий розподіл постраждалих за видами та тяжкістю травм, сортувальні категорії постраждалих, задачі та структуру госпітальних округів, рівні лікарень інтенсивного лікування за їх здатністю до надання медичної допомоги постраждалим з травмами різної тяжкості, а також ймовірності порятунку постраждалих у залежності від тяжкості отриманих ушкоджень та типу медичних закладів куди проводилася евакуація. Загалом, метод розрахунку шляхів евакуації постраждалих від місця вимушеної посадки аварійного ПС на водну поверхню складається з наступних, упорядкованих за своєю черговістю, дій: 1. Спершу командиру повітряного судна (КПС) необхідно підібрати безпечне місце приводнення з урахуванням наявних факторів навколишнього середовища та інфраструктури найближчих до місцезнаходження повітряного судна населених пунктів ("Умови посадки", "Придатність населеного пункту, щодо надання допомоги постраждалим"). 2. ПС спрямовуватиметься до найближчого МТРП, яке заздалегідь визначено компетентними фахівцями та марковано на картах бортових GPS-приймачів (чи повідомлятиметься диспетчером обслуговування повітряного руху на запит КПС), шляхом закладок на території МТРП GPS -маяків ("GPS -закладок"). 3. Ефективно провести евакуацію зі свого місця на ПС у воду чи на плавзасіб. Досягається урахуванням небезпеки досліджених факторів та проведенням ефективної та реалістичної підготовки. 4. Провести евакуацію до медичних закладів за найшвидшими маршрутами з урахуванням здатності медичного закладу ефективно надати допомогу відповідній кількості постраждалих та виду евакуаційного транспорту (наземний транспорт, повітряний санітарний транспорт). У роботі обґрунтована її соціальна значимість, а саме розглянуто наслідки, що настають від втрати людини. Окрім цього обґрунтовано економічну ефективність впровадження навігаційних систем. За відомими моделями обрахунку вартості втрати ПС разом з супутніми витратами після АП, на прикладі умовної катастрофи ПС другого класу вирахувана приблизна вартість усіх витрат, що будуть супроводжувати АП. Поряд з цим, нами вирахувана вартість на придбання, встановлення та обслуговування GPSустаткування, яке сприятиме мінімізації часу на евакуацію постраждалих від МТРП до медичних закладів. Вирахуваний термін окупності, що становить менше 1 року свідчить про економічну ефективність та доцільність впровадження загалом. Stratonov V.M. The method of calculating the evacuation routes for the victims of an emergency airplane forced landing on water surface – Qualifying scientific work as a manuscript. Thesis for a Candidate Degree in Technical Science (Ph.D.), specialization 05.22.1 "Navigation and Traffic Control". – Flight Academy of National Aviation University of Ministry of Education and Science of Ukraine, Kropyvnytskyi, 2019. An actual scientific task that involved proving and developing the method of calculating the evacuation routes for the victims of an emergency airplane forced landing on water surface, which minimizes the time from the moment of ditching till the moment of victims delivery to the specialized medical establishments was solved in the thesis. Having analyzed the existing means and methods aimed to increase the survival rate during aircraft forced landings on water surface, we admitted that civil aviation authorities take considerable efforts in order to minimize the effects in case of above mentioned aircraft accidents occurrence. However, we detected the absence of clearly defined procedures in case of ditching from the side of Air Traffic Service systems operators, which also concerns flight crew’s course of actions. This lapse causes errors or delayed decisions made by the crew (or ATCO), which subsequently decreases survival statistics. The above mentioned lapses prove the urgency of the problem of providing safety for forced landings from the moment of making decision about ditching till the moment of completing victims evacuation to specialized medical establishments. Firstly, in order to deeply understand the problem, we analyzed determination of the term "ditching", made a statistics analysis, considered scientific achievements and publications, as well as existing classifications of forced landings on water surfaces. Civil aviation aircraft ditching cases analysis allowed determining cause and effect relationships, which proved the importance of choosing a site for landing on water surface and time shortage present in unplanned and reflexive landings. Also, major modern facilities for flight crews training in actions associated with ditching were researched in our work. In particular, three main types of simulators were identified; their training performance capabilities and construction features were analyzed. Applying expert assessment and hierarchy analysis methods allowed us to determine and research the complex factors effect on the forced landing process. The following complex factors were distinguished: "Residential area suitability for providing victims with assistance", "Landing conditions", "Evacuation time". The next stage was to determine the effect level of each constituent (factor) of complex factors "Residential area suitability for providing victims with assistance" and "Landing conditions", which means to assign each factor with significant characteristics values. Five clusters: "Meteorological (visual) range", "Environmental obstacles", "Factors causing aircraft fuselage mechanical damages during ditching", "Factors that effect on survival during staying in water", "Factors that prevent choosing a definite part of water surface" were formed by means of decomposition from the complex factor "Landing conditions". In the same manner using decomposition from the complex factor "Residential area suitability for providing victims with assistance", three clusters: "Medical infrastructure", "Specialized forces and facilities that can be involved in search and rescue operations", "Forces, facilities and installations, involvement of which will contribute towards aircraft occupants survival" were formed. Air force pilots (the 15th transport air force brigade), civil aviation pilots, search and rescue specialists, logistics specialists and specialists in city transport electronic routes development as well as masters and post-graduates were interviewed as experts. The research of the factor "Evacuation time" was divided into two stages. At first, the process of evacuation from the location in the aircraft cabin to water or a flotation device was researched. The process of evacuation from the place outside of the aircraft was researched by means of Graph theory. Considering the specifics of the task, under the condition of which it was required to plot the possible routes of evacuation and then to choose the most efficient one, Dijkstra’s algorithm was used. On the graph, the following points were specified as the tops: - a forced landing site; - a place for temporary accommodation of victims; - a place of specialized medical service provision. The graph lines display lines of communication (water surface – between the place of ditching and the ground, then – ground lines of communication). Then, the experts, being aware of roads characteristics (surface quality, presence of surface damages, number of traffic lines, seasonal influence on roads condition, etc.) and distance between the tops, – estimated the time required for an evacuation facility to reach a targeted point. It was the first time when the concept "Golden Hour" was applied during realization of the optimization task. The key point of the concept is that the first hour after the air crash (from the moment of receiving a polytrauma) is critical with due regard to the assistance provision effectiveness. Having solved the optimization task, we suggest that responsible authorities anticipatorily calculate the ground part of the evacuation route mapping a place for temporary accommodation of victims and an optimum evacuation route to the specialized medical establishments, taking the above mentioned concept and establishments’ ability to place victims (bed availability) into consideration. The ground part is recommended to recalculate every season, i.e. with climate conditions change; or in case of medical establishments reorganization (changes in ability to place people who require assistance). A place for temporary accommodation of victims is recommended to mark by setting satellite navigation facilities – GPS-beacons ("GPS-bugs"). Besides, we have proposed the method of evacuation actions performance with the assistance of air ambulance transport (a helicopter), which takes into account the percentage distribution of the victims according to the trauma severity, victims assorting categories, hospital districts’ tasks and structure, intensive therapy hospitals’ level due to their potential in providing medical assistance to the injured persons with traumas of various severity, and also victims rescue expectancy depending on the severity of received injuries and the type of medical establishments where evacuation was performed. Generally, the method of calculating the evacuation routes for the victims of an emergency airplane forced landing on water surface consists of the following actions, arranged by their priority: 1. At first, the captain should select a safe place of ditching with due regard to existing environmental factors and infrastructure of the residential areas nearest to the aircraft location ("Landing conditions", "Residential area suitability for providing victims with assistance"). 2. The airplane shall be directed to the nearest place for temporary accommodation of victims that is anticipatorily assigned by competent specialists and marked on the airborne GPS-receivers (or is advised by an Air Traffic Control officer upon the captain’s request), by means of setting GPS-beacons ("GPS-bugs") on the territory of the place for temporary accommodation of victims. 3. Evacuation from the location in the aircraft cabin to water or a flotation device should be performed effectively. It is achieved by taking the researched factors threats into account and conducting sufficient and realistic training. 4. Evacuation to the medical establishments should be conducted via the shortest routes taking into account the medical establishment potential to effectively provide assistance to a respective number of victims and the evacuation transport type (ground transport, air ambulance transport). This work lays a foundation for its social importance, for instance consequences caused by a loss of a human being have been considered. Moreover, the economic efficiency of navigation systems implementation has been proved. Utilizing reputed methods of cost estimate of the aircraft loss together with incidental costs after an air accident, an approximate cost of all expenses caused by aviation accident has been calculated, as exemplified in the second class aircraft simulated accident. Additionally, we have estimated the price of purchasing, installing and maintaining GPS equipment that will contribute towards minimizing time of victims evacuation from a place for temporary accommodation of victims to medical establishments. Estimated cost recovery that takes less one year proves the entire economic efficiency and reasonability of implementation.