Aeron: платформа обработки авиационных сообщений

Aeron: платформа обработки авиационных сообщений

Современные воздушные суда генерируют огромные массивы данных, передаваемые через системы ACARS (адресно-отчетная связь) и ADS-B (автоматическое зависимое наблюдение). Эти технологии критически важны для трекинга воздушных судов, контроля их технического состояния, оптимизации маршрутов и предотвращения инцидентов. Однако после 2022 года зарубежные сервисы стали недоступны для российских перевозчиков, что создало угрозу безопасности и повлияло на экономические показатели авиакомпаний. В ответ на это ФГУП «ЗащитаИнфоТранс» разработало Аeron — универсальную платформу обработки сообщений.

В режиме, близкому к реальному времени

Эксплуатируемые сегодня воздушные суда (ВС) авиакомпаний гражданской авиации за время выполнения рейса генерируют достаточно большие объемы данных о ходе выполнения полета и техническом состоянии бортовых систем, которые передаются на землю с помощью автоматического зависимого наблюдения ADS-B (Automatic Dependent Surveillance—Broadcast) и адресно-отчетной системы авиационной связи ACARS (Aircraft Communications Addressing and Reporting System). Так как детальный анализ технического состояния ВС можно эффективно выполнить только на основании данных, получаемых после посадки ВС, то данные ACARS о техническом состоянии ВС используются в основном для оперативных решений и являются вспомогательными. В то же время для организации трекинга ВС именно ADS-B и ACARS сегодня являются наиболее широко используемыми и самыми востребованными отраслью технологиями связи для получения данных в режиме, близком к реальному времени. Уточним, что под трекингом понимается процесс сбора и накопления данных о местоположении ВС в четырех измерениях (географические координаты, высота и время) в установленные интервалы времени для повышения ситуационной осведомленности диспетчеров центров управления полетами и производственно-диспетчерских служб авиакомпаний.

Рис. 1. Примеры сообщений ACARS AEEC (ARINC) 620

Правила диктуют обстоятельства

Сама необходимость организации трекинга полетными диспетчерами продиктована требованиями поправки 39 к Приложению 6 «Эксплуатация ВС» Конвенции о международной гражданской авиации ИКАО и Циркуляра ИКАО № 347. Как это нередко бывает в гражданской авиации, к появлению таких требований привели трагические события. Рейс MH370 авиакомпании Malaysia Airlines, следовавший 8 марта 2014 года из Куала-Лумпура (Малайзия) в Пекин (Китай), был объявлен пропавшим без вести. За прошедшие со дня происшествия годы самолет не был найден, обстоятельства произошедшего на борту доподлинно неизвестны. Самолет рейса AF447 авиакомпании Air France, следовавший из Рио-де-Жанейро (Бразилия) в Париж (Франция), пропал 1 июня 2009 года. Хотя обломки и были найдены вскоре после катастрофы, потребовалось почти два года, чтобы найти и восстановить регистраторы полетных данных.

Также оперативный сбор данных посредством ACARS позволяет авиакомпаниям отслеживать ход выполнения полета для своевременного выявления отклонений от запланированных маршрутов, контролировать расход топлива, своевременно выявлять задержки выполнения рейсов и предпринимать меры для регулярного выполнения полетов в соответствии с суточным планом, а также оптимизировать маршруты.

Рис. 2. Типы сообщений ACARS по стадиям полета

Возможность обмена с ВС сообщениями ACARS может использоваться для автоматизации множества задач, например для информирования пассажиров во время снижения ВС о номерах выходов на посадку трансферных рейсов, для передачи экипажам ВС диспетчерских разрешений Controller Pilot Data Linc (CPDLC) или сведений об ухудшении метеоусловий в аэропорту назначения и т. п. Своевременная передача существенных для производства полетов указаний, очевидно, способствует росту ситуационной осведомлённости при выполнении рейсов как экипажа, так и наземных служб авиакомпании, что приводит не только к своевременному, но и превентивному принятию ращений предотвращающих развитие сбойных ситуаций. Мировой опыт внедрения ACARS и автоматизации рутинных процессов центров управления полётами авиакомпаний показывает снижение задержек отправления рейсами на 10–15 % и росту налёта для среднемагистральных воздушных судов на 1–1,5 часа в сутки.

Вопрос импортозамещения

Исторически наиболее полное покрытие земного шара радиосетью ACARS обеспечивается двумя компаниями — SITA (Женева, Швейцария) и ARINC (Аннаполис, штат Мэриленд, США — в настоящее время подразделение Collins Aerospace). Для этого ими созданы радиосистемы передачи данных и развернута наземная ИТ-инфраструктура. Сотрудники авиакомпаний для работы с данными ACARS используют специализированное программное обеспечение, такое как ARINC HERMES и SITA AIRCOM Server. Всего AIRCOM Server используют свыше 250 авиакомпаний, в их числе были и крупнейшие российские авиакомпании. С марта 2022 года сервисы получения данных ACARS, программные продукты ARINC Hermes и SITA AIRCOM Server в облачном исполнении стали недоступны для российских авиакомпаний. В результате снизилась эффективность использования парка ВС, возросли экономические потери авиакомпаний.

В рамках работ по импортозамещению производственная компания «Азимут» госкорпорации «Ростех» разработала и развернула необходимое оборудование для радиоподсистемы ACARS. Оператором информационных услуг в области авиационной деятельности выступило еще одно дочернее предприятие «Ростеха» — АО «Инфоком-Авиа». Компании совместными усилиями восстановили сервис технологии ACARS «борт — земля» для отечественных авиаперевозчиков, создав сеть наземных станций на основных направлениях полетов и центр обработки данных на территории России. После получения данных ACARS с ВС российских авиакомпаний актуальным стал вопрос импортозамещения AIRCOM Server. Решением стал разрабатываемый с 2024 года ФГУП «ЗащитаИнфоТранс» специализированный программный продукт AeroN.

AeroN имеет следующие функциональные возможности:

• обработка сообщений ACARS, ADS-B, Type-B, AFTN на одной производственной платформе;
• прием/передача сообщений Downlink/Uplink для ВС;
• настраиваемые преобразования сообщений и их маршрутизация во взаимодействующие наземные системы авиакомпании как сообщений Ground;
• трекинг ВС в таблице и на карте с обнаружением нарушений заданных последовательностей событий и отклонений от маршрута.

Рис. 3. Экранная форма журнала обработанных сообщений в AeroN

Ключевой компонент

AeroN можно рассматривать как ключевой компонент в ИТ-ландшафте авиакомпании для маршрутизации разных типов сообщений по современным протоколам IBM MQ, Kafka, S3, SMTP по настраиваемым правилам. В ходе эксплуатации AIRCOM Server за несколько лет в продвинутой технологически авиакомпании может быть настроено до 500 правил обработки сообщений. Помимо обработки сообщений подключенных по интеграции сервисов, AeroN предоставляет возможность сотрудникам центров управления полетами (ЦУП) отправлять сообщения на ВС из экранных форм «воздушного мессенджера» (flight messenger), обеспечивая привычную в настоящее время форму коммуникации.

Каждый инстанс AeroN представляет собой несколько взаимодействующих web-сервисов, развернутых в Яндекс Облаке с распределением по двум ЦОД. Использование сервисов облака обеспечивает отказоустойчивость инстанса и возможности по масштабированию. Инстансы AeroN построены вокруг баз данных под управлением СУБД PostgreSQL и брокеров выполнения заданий, обеспечивающих доставку сообщений после сбоев коммуникационных сервисов. Продуманная схема хранения данных обеспечивает возможность использования только оперативной базы данных с накоплением сообщений за большой период поступления без необходимости ведения архивов и настройки процессов архивации. Так как неправомерное использование возможностей AeroN может повлиять на безопасность полетов, в AeroN имеется развитая система аутентификации и авторизации на основе ролевой модели управления доступом. Все обработанные сообщения сохраняются в базе данных без возможности удаления, при этом хранятся как исходные тексты сообщений, так и результаты их разбора по настроенным шаблонам в совокупность выделенных записей и полей в нотации JSON, то есть в структурированное представление данных, пригодное для анализа различными программными средствами бизнес-аналитики.

Рис. 4. Схема получения данных ACARS для обработки в AeroN

Можно указать следующие аспекты улучшения производственной деятельности авиакомпании при использования программного обеспечения AeroN и технологии ACARS (актуально для крупных отечественных авиакомпаний с флотом современных ВС иностранного производства):

• заблаговременная подготовка к техническому обслуживанию ВС на основе получения данных о техническом состоянии бортовых систем в режиме реального времени;
• трекинг ВС в соответствии с требованиями ИКАО для регулярного выполнения полетов в соответствии с суточным планом;
• уменьшение количества ошибок передачи данных в бортовые системы и снижение нагрузки на пилотов.

По некоторым оценкам, использование системы авиационной связи ACARS обеспечивает для авиакомпании с флотом из 100 ВС годовую экономию до 30 000 человеко-часов ручной обработки транспортной накладной и до 50 000 человеко-часов ручного ввода планов полетов в бортовые компьютеры ВС. Ввод плана полета, как правило, производится вторым пилотом непосредственно в процессе подготовки к вылету, поэтому переход на автоматическую процедуру позволяет частично разгрузить летный состав в ответственные периоды времени. Еще одним измеримым показателем улучшения производственной деятельности является суммарная экономия топлива в авиакомпании.

Трекинг ВС позволяет сотрудникам ЦУП видеть местоположение и состояние каждого ВС авиакомпании по стадиям выполнения полета OOOI (Out, Off, On, In). Трекинг ведется полностью автоматически с отображением флота ВС на карте и в таблице, причем возможна настройка выдачи оповещений об автоматически определяемых системой событиях, произошедших в ходе полетов. При полном раскрытии заложенного в AeroN потенциала это должно приводить к отсутствию необходимости для сотрудников ЦУП смотреть на местоположение ВС и каким-то образом вмешиваться. Если оповещения не выдаются, то суточный план полетов успешно выполняется без отклонений. «В ЦУП с выстроенными высокоавтоматизированными процессами стоит тишина».

Рис. 5. Экранная форма трекинга воздушных судов в AeroN

Для эффективного повышения ситуационной осведомленности сотрудников ЦУП желательно получение данных о ходе выполнения полетов из дополнительных источников, — отметок ADS-B, телеграмм типа MVT наземной авиационной телеграфии, данных о пересечении ВС границ радиолокационных зон.

Так как известные поставщики данных ADS-B Flightradar24 и FlightAware в настоящее время не осуществляют выдачу данных ВС российских авиакомпаний через программные интерфейсы (API), то рассматривается возможность получения данных ADS-B от других поставщиков. Специалистами ФГУП «ЗащитаИнфоТранс» было проведено исследование качества данных китайского поставщика ADS-B, по итогам которого были выявлены проблемы с точностью и полнотой данных. В выборках данных для восточной части северного полушария не было данных примерно для 10% выполнявшихся в рассматриваемый временной период рейсов. При этом интенсивность поступления данных также не соответствовала заявленной одной записи в секунду для одного ВС (оказалась в 20 раз меньше). Отметки ADS-B распределялись неравномерно в зависимости от местонахождения ВС. Так, при нахождении ВС в районе аэропортов отметки выставлялись довольно часто, в то время как в отдаленных районах были периоды отсутствия отметок на протяжении десятков минут. Главный рассчитанный показатель с учетом всех пропусков в данных составил одну отметку в среднем на 12 километров перемещения ВС, поэтому для ВС «Аэрофлота» с суммарным годовым налетом 1,2 миллиарда километров поступление данных ADS-B оценивается в 100 миллионов отметок в год. Такие объемы можно хранить в основной базе данных AeroN и использовать в единой процедуре трекинга на основе данных ACARS, ADS-B и других данных о местоположении ВС.

Рис. 6. Отметки ADS-B в районе аэропорта (международный рейс)

В данных ADS-B и ACARS определялись многочисленные выбросы (outliers) для местоположений ВС, существенно искажавших картину трекинга ВС. По этой причине разработка новых, а также адаптация и настройка существующих алгоритмов определения выбросов в данных местоположения ВС является актуальной задачей развития AeroN.

Авиационная сервисная платформа

Специалистами ФГУП «ЗащитаИнфоТранс» в 2022 году была создана и в настоящее время активно развивается информационная система «Авиационная сервисная платформа» — отраслевая система передачи сообщений в формате Type-B, основном формате взаимодействия таких информационных систем авиапредприятий, как системы бронирования авиаперевозок, системы регистрации пассажиров и багажа, системы автоматической сортировки багажа, системы оформления грузовых авиаперевозок и т. п. К концу 2024 года в «Авиационной сервисной платформе» было обработано свыше 130 миллионов сообщений, некоторые из которых (телеграммы MVT, LDM, ASM) также используются в производственной деятельности авиакомпаний. В любой инстанс AeroN может быть настроен поток телеграмм перечисленных типов, учитываемых при трекинге ВС. Если же направить в AeroN весь поток телеграмм, то внутри авиакомпании появится единое хранилище данных авиационной телеграфии для последующего использования в различных системах бизнес-аналитики.

Неотъемлемой частью «Авиационной сервисной платформы» является защищенная сеть передачи данных (ЗСПД), соединяющая более 50 аэропортов и несколько десятков отечественных и международных авиакомпаний. Для уже подключенной к «Авиационной сервисной платформе» авиакомпании ЗСПД обеспечивает сетевую связность между основным и резервным ACARS-серверами АО «Инфоком-Авиа», инстансом AeroN и производственными системами, остается только открыть сетевые доступы. Это позволяет избежать длительных процессов построения защищенных каналов передачи данных для начала использования авиакомпанией технологии ACARS.

Резюме

AeroN представляет собой импортозамещающий программный продукт, предназначенный для комплексной обработки сообщений ACARS, ADS-B, Type-B, AFTN, AIXM, WХXM и иных источников данных, решающий задачи повышения ситуационной осведомленности специалистов наземных служб авиакомпаний, а также агрегации и хранения данных о выполненных полетах для проведения комплексного анализа в различных срезах. Долгосрочное накопление данных открывает возможности для повышения безопасности и экономической эффективности авиаперевозок за счет выявления аномалий и скрытых тенденций, оценки рисков, оптимизации эксплуатации авиатехники и управления парками ВС, сокращения издержек и улучшения диспетчеризации, получения доказательной документации исполнения требований международных и национальных регуляторов, таких как ИКАО и Росавиация.

Рис. 8. AeroN — платформа обработки сообщений

Рис. 9. Модули AeroN

Возврат к списку