شرایط آب و هوایی و پیش‌بینی دقیق آن در طول مسیر پرواز همیشه از مهم‌ترین عوامل ایمنی هواپیماها بوده است. در سال 1903 میلادی درحالی‌که برادران رایت چهارمین پرواز کنترل‌‌شده تاریخ بشریت را آغاز کرده بودند، وزش باد شدید موجب سقوط هواپیمای آن‌ها شد. در طول سال‌های بعد از آن و با پیشرفت فناوری‌ها، تعیین دقیق وضعیت آب‌و‌هوایی کمک بزرگی به کاهش سوانح هوایی از این قبیل داشته است. در دهه 1960 میلادی رادارهای آب‌وهوایی اختصاصی برای هواپیماهای تجاری و نظامی توسعه یافتند. این رادارها بصورت دستی با چرخش آنتن در عرض توسط خلبان یا کمک او کنترل می‌شدند و یک تصویر 2 بعدی از شرایط آب‌وهوایی مقابل هواپیما ارائه می‌دادند. چنین راداری علاوه‌بر نیاز به آموزش حرفه‌ای اپراتورها، موجب افزایش وظایف کاری خدمه پرواز می‌شد. در سال‌های بعد امکان چرخش خودکار آنتن فراهم شد و به دنبال آن حرکت عمودی آنتن نیز یک تصویر 3 بعدی از آب‌وهوا را برای خدمه پرواز فراهم کرد.

این روش تعیین وضعیت آب‌وهوایی علی‌رغم مزایایی همچون اطلاعات بلادرنگ، دارای محدودیت برد است. رادارها به دلیل محدودیت در توان ارسالی و برخی عوامل دیگر، تنها توانایی تشخیص وضعیت آب‌وهوا در فاصله‌‌هایی محدود را دارند. از این‌رو در سال‌های گذشته محققان به دنبال ارائه راهکارهایی جدید برای رفع چنین محدودیت‌هایی بوده‌اند.

در حال حاضر سازندگان تجهیزات اویونیکی با همکاری تامین‌کنندگان سرویس‌های اینترنتی هوایی به دنبال ارائه منابعی معتبر در رابطه با اطلاعات هواشناسی هستند. از جمله فناوری‌های ارائه شده در این زمینه سیستم رادارهای متصل[1] است که به نوعی از تکنیک جمع‌سپاری[2] استفاده می‌کند. اجازه دهید پیش از اینکه به معرفی این فناوری بپردازیم، بطور مختصر تکنیک جمع‌سپاری را معرفی کنیم.

واژه جمع‌سپاری یا انبوه‌سپاری ترکیبی از دو کلمه جمعیت و برون‌سپاری به معنای برون‌سپاری به انبوه منابع خارجی است. در واقع جمع‌سپاری نوعی برون‌سپاری است که در آن به‌ جای استفاده از یک شرکت یا سازمان خاص، از گروه فراوان منابع ناشناخته استفاده می‌شود. این جمعیت ‌می‌تواند شامل منابع کارآمد یا بی‌تجربه باشد.

امروزه مفهوم جمع‌سپاری در بخش هواشناسی هواپیماهای تجاری جایگاه ویژه‌ای پیدا کرده است. شرکت‌های اویونیکی، تامین‌کنندگان سیستم‌های ارتباطی پرواز و ارائه دهندگان نرم افزار‌های پیش‌بینی آب و هوا به دنبال بهینه­سازی مسیرهای حریم هوایی هستند. محورهای حریم هوایی از نظر تغییرات آب و هوایی از جمله تغییرات باد، تغییرات حرارتی، تلاطم­های هوایی و سایر خطرات هوایی که تاثیر قابل توجهی روی عملیات پرواز می­گذارند، به صورت دیجیتالی نظارت و ارزیابی می­شوند.

در حال حاضر اپراتورهای هواپیما قادر به دسترسی به اطلاعات سراسری هواشناسی از طریق روش­های مختلف از جمله برنامه­های کاربردی تبلت هستند که عمدتا بر اساس رادارهای زمینی فعالیت می­کنند. اما تکنیک هواشناسی جمع­‌سپاری[3] فرآیند تبدیل رادارهای مستقل هواپیماها به رادارهای متصل است. در این روش اطلاعات جمع‌آوری شده از هر رادار هواشناسی هواپیما از طریق یک لینک مخابراتی برای ایستگاه‌های مرکزی زمینی ارسال می‌شود. این اطلاعات پس از تجزیه و تحلیل با یکدیگر تلفیق شده و یک پایگاه داده دقیق آب‌وهوایی را تشکیل می‌دهند. در نهایت اطلاعات در کوتاه‌ترین زمان ممکن برای کاربران هوایی ارسال می‌شود.

این نکته قابل اشاره است که عملیات­های هوایی نظامی و تجاری سال‌هاست به پیش­بینی­های هواشناسی در قالب سیگنال‌های دیجیتال دسترسی دارند. اما آنچه در حال تغییر است مقدار پهنای باند موجود است، به طوریکه ارائه دهندگان برنامه­های نرم­افزاری و سازندگان تجهیزات راداری بتوانند تصویری دقیق­تر، واحدتر، سریع­تر و بروزشده­تر از حریم هوایی در طول مسیر پرواز ارائه کنند. درنتیجه سیستم‌های خودکار هواپیما، خلبان یا سازمان می­توانند بهترین و مناسب­ترین مسیریابی و تصمیم‌گیری مجدد را انجام دهند.

در حال حاضر شرکت هوانوردی تجاری Gogo با بخش هواشناسی شرکت IBM در این زمینه قرارداد همکاری امضا کرده است. بخش هواشناسی IBM از پیشتازان ارائه خدمات آب‌وهوایی به شرکت‌های خطوط هوایی و هواپیماهای خصوصی است. بر اساس این قرارداد همکاری سیستم نوآورانه تشخیص تلاطم‌های هوایی که توسط IBM به ثبت رسیده است با سرور مخابراتی هواپیماهای تجاری Gogo ادغام می‌شود. بدین ترتیب شرکت Gogo با قراردادن تعدادی حسگر روی هواپیما از آنچه که در رابطه با جریان‌های متلاطم اتفاق می‌افتد، با خبر می­شود. خانم پترسون مدیر بخش بازاریابی شرکت Gogo در رابطه با نحوه کار این سیستم می‌گوید: «اطلاعات جمع‌آوری شده از سنسورها در ابتدا وارد شبکه اطلاعاتی این شرکت داخل هواپیما می‌شود و سپس از طریق یکی از ایستگاه‌های مبتنی بر فناوری ابری که در سراسر جهان فعالیت دارند به مرکز اطلاعاتی شرکت IBM منتقل می‌شوند. این اطلاعات پس از تجزیه و تحلیل از طریق یک API بطور مستقیم در دسترس کاربران قرار می‌گیرد.»

شرکت هواپیمایی دلتا اخیرا یک برنامه نرم‌افزاری موبایل برای استفاده از فناوری هواشناسی جمع‌سپاری سفارش داده است. این برنامه به خلبانان اجازه دریافت هشدارهای خطر از حسگرهای اویونیکی که روی بیش از 300 هواپیما نصب شده است را می‌دهد.

رادار هواشناسی هواپیما

جمع‌سپاری برای بروزرسانی هواشناسی هواپیما

خلبانان و ناظران پرواز مطمئناً از مهمترین کاربران نهایی مجموعه داده و اطلاعات رادار جمع‌سپاری هواشناسی هستند. در سال‌های گذشته برنامه­های کاربردی جمع­سپار مانند Waze نشان دادند که می‌توان به گزارش­های ارائه شده توسط کاربران عادی اعتماد کرد. در برنامه Waze کاربران می‌توانند در حین رانندگی خودرو، اطلاعات ترافیکی و حتی اخیرا اطلاعاتی از قبیل آب‌وهوا را گزارش کرده و در اختیار سایر کاربران این برنامه قرار دهند. بازخوردهای مثبت دریافت‌شده از این برنامه‌ها موجب شد تا شرکت­های هوانوردی به دنبال انجام کاری مشابه با تجهیزات رادار هواشناسی موجود و با کمی تغییر روی آن باشند. این اطلاعات هواشناسی تولید شده نه تنها برای کنترل هواپیما توسط خلبان بلکه برای خلبانان و ناظران دیگر هواپیما­ها که از همین حریم هوایی استفاده می­کنند مناسب و مفید است.

اشنایدر الکتریک یک شرکت چند ملیتی در اروپا و متخصص در فناوری هواشناسی بر مبنای مشاهدات هوانوردی است. این شرکت در کنار سایر قابلیت‌های خود یک پروتکل انتقال فایل مبتنی بر وب دارد که با نام سیستم هشدار مسیر پرواز 4 بعدی[4] شناخته می‌شود. این سیستم را می‌توان از پیشتازان فناوری جمع‌سپاری هواشناسی دانست. این راهکار با ارائه هشدارها حین پرواز به خلبان و ناظران پرواز و همچنین اطلاعاتی از جمله ارتفاع، موقعیت و زمان، به آن‌ها در جلوگیری از وارد آمدن صدمات سنگین مربوط به تلاطم یا شرایط شدید آب و هوایی کمک می­کند. در حال حاضر حدود 5500 جت تجاری، هواپیمای مسافری و بالگرد به این فناوری متصل هستند. جان تی وینگر مدیر خدمات هواشناسی در اشنایدر الکتریک می‌گوید: «این شرکت روزانه بیش از 120 هزار طرح پرواز دریافت می­کند تا با استفاده از این فناوری مسیر مطلوب برای جلوگیری از تلاطم در حین مسیر مورد بررسی و ارزیابی قرار گیرد.»

شرکت اشنایدر مجموعه این اطلاعات را در زنجیره ارزش اینترنت اشیاء قرار می‌دهد. بنابراین سایر شرکت‌ها مانند راکول‌کالینز و ایرباس می‌توانند از این اطلاعات در طرح‌های خود (به ترتیب سرویس مدیریت اطلاعات[5] و سرویس عملیات پرواز ناوبلو[6]) استفاده کنند. همچنین این شرکت با مایکروسافت در رابطه با قرار دادن فناوری خود در پلتفرم ابری آژور[7] گفتگو کرده است.

شرکت­های اویونیکی و خطوط هوایی که با این نرم افزارها کار می­کنند نیازی به اصلاح سخت­افزارهای خود ندارند. نرم­افزارهای مذکور که روی یک تبلت نصب شده‌اند، طرح‌های پرواز را از سیستم‌های مدیریت پرواز هواپیما دریافت کرده و پس از تجزیه و تحلیل پیام‌های هشدار مرتبط با مسیر تولید و بصورت بلادرنگ در اختیار خلبان یا کمک او قرار می‌گیرد.

نمایش 3 بعدی از وضعیت آب‌وهوایی اطراف هواپیما

نمایش 3 بعدی از وضعیت آب‌وهوایی اطراف هواپیما که توسط رادار IntuVue RDR-4000 شرکت هانی‌ول تامین می‌شود.

اکنون تنها یک سال از معرفی برنامه شرکت اشنایدر گذشته و در این مدت کوتاه در بخش‌های مختلف صنعت هوایی شاهد استفاده از آن هستیم. موفقیت این پروژه به طوری است که بخش هوانوردی اشنایدر بیشترین درآمد سالیانه خود را در سال 2016 داشته است و در حال حاضر به دنبال اجرای راه حل­های جدید در پلتفرم مایکروسافت آژور است. اشنایدر قصد دارد از طریق فناوری ابری در این پلتفرم به اطلاعات جغرافیایی برخی از کشورهای خاص مانند چین که اجازه خروج هرگونه اطلاعات از آن ها داده نمی‌شود، دسترسی داشته باشد.

لینک داده رادار هواشناسی هواپیما

دو شرکت اویونیکی هانی‌ول و راکول کالینز پیشتاز در شناخت مفهوم جمع‌سپاری هواشناسی هستند. در حال حاضر هانی ول نسخه آزمایشی جمع‌سپاری هواشناسی را روی بوئینگ 757 آزمایش کرده است. در این طرح سیستم از رادار هواشناسی IntuVue RDR-4000 3-D که در تعداد زیادی از هواپیماهای کنونی فعال است استفاده می‌کند. این سیستم رادار قادر به تشخیص و پیش‌بینی رعد و برق، طوفان، تگرگ، باد و تلاطم با استفاده از فناوری سه بعدی حجمی[8] و فناوری فشرده‌سازی پالس است.

کیا ارلیچ[9] مدیر خدمات پرواز هانی­ول و خلبان یکی از شرکت‌های هواپیمایی می‌گوید: «در کشورهایی مثل مکزیک هواشناسی مبتنی بر زمین وجود ندارد، بنابراین من قادر به دیدن اطلاعات آب‌و‌هوا نیستم. تنها امکان مشاهده تصاویر خاکستری ماهواره­ای و مشاهدات هواشناسی فرودگاه وجود دارد. از اینرو خلبان دید محدودی نسبت به آنچه قرار است رخ دهد، خواهد داشت.»

برای فعال کردن قابلیت اتصال (ارسال اطلاعات به ایستگاه زمینی) در هواپیماهایی که از رادار RDR هانی‌ول استفاده می‌کنند تنها نیاز به روزآمد کردن نرم افزار بوده و نیازی به تغییرات سخت افزاری عمده نیست. در حال حاضر هانی­ول منتظر دریافت گواهی‌های تکمیلی این قابلیت جدید و همچنین روزآمد کردن نرم افزارها است.

بزرگترین رقیب هانی­ول در این عرصه راکول کالینز است که در حال سازماندهی این مفهوم با استفاده از سیستم­های رادار هواشناسی MultiScan است. این شرکت قصد دارد با ایجاد تغییرات جزئی، قابلیت ارسال اطلاعات آب‌وهوایی جمع‌آوری شده را به ایستگاه‌های زمینی فراهم کند. بدین ترتیب بیش از 10 هزار هواپیمای فعال در سراسر جهان از این نوع رادار استفاده می‌کنند و یک شبکه راداری متصل را تشکیل می‌دهند.

آقای کوین کرونفلد مهندس سیستم­ مرکز فناوری راکول کالیز در این باره می­گوید: «قبلا این قابلیت با کمبود پهنای باند اتصال موجود محدود شده بود. در طی 5 سال گذشته اتصالات در کابین به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش پیدا کرده است و همین انگیزه افزودن پهنای باند را در جت­های تجاری و هواپیماهای مسافری ایجاد کرده است. اکنون که ما این لینک‌های ارتباطی را داریم، می­توان بسیاری از اطلاعات لازم را از طریق این زیرساخت­ها منتقل کرد.»

کرونفلد اضافه کرد: «چالش­هایی همچون خطرات امنیت سایبری در ارتباط با توانایی این قابلیت وجود دارد. همچنین حقوق دسترسی به داده‌ها و رسیدگی به مالکیت داده­های رادار هواشناسی که اشتراک داده می­شوند، از دیگر مسائل مطرح است.»

 

پانویس ها:

[1] Connected Radar

[2] Crowdsourcing

[3] Crowdsourced Meteorology

[4]  4D Flight Route Alerting

[5] Information Management Services

[6] Navblue

[7] Azure

[8] Volumetric 3-D Scanning

[9] Kiah Erlich