Analysis of models and algorithms used operationally in methods for the continuous monitoring of bird collision hazards

• Autorzy: Szafrański Bolesław , Wójcik Jarosław

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0015.8614

Warianty tytułu

PL

Analiza modeli i algorytmów wykorzystywanych operacyjnie w metodach nadążnego monitorowania zagrożeń zderzenia z ptakami

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The results of the analysis of factors influencing the emergence of dangerous situations in the air (in short, aviation incidents) in the Polish Army show a significant negative impact of the environment on the flight operations performed. The most common cause of an aviation incident in the area of the environment is the collision of the aircraft with birds. The lack of methods for the continuous monitoring and forecasting of the level of risk of collision between aircraft and birds makes a significant gap in a proactive approach to the safety of flights in the Air Force of the Republic of Poland. This paper presents an overview of the most important methods for detection and forecasting of bird flight intensity, which have been used for construction of systems aiming to prevent collisions with birds and which are employed by the air forces of the United States, the Netherlands, Belgium and Israel. An accurate analysis of the models and algorithms used in the selected methods shows contemporary trends in research on the negative impact of the environment on flight safety. These methods show incomplete usefulness in Poland’s conditions, which justifies the need to develop a more appropriate method.

PL

Wyniki analizy czynników wpływających na powstawanie niebezpiecznych sytuacji w powietrzu (w skrócie zdarzeń lotniczych) w Wojsku Polskim wskazują na istotny negatywny wpływ środowiska naturalnego na wykonywane operacje lotnicze. Najczęstszą przyczyną powstania zdarzenia lotniczego w obszarze środowiska naturalnego jest zderzenie statku powietrznego z ptakami. Brak metod nadążnego monitorowania oraz prognozowania poziomu ryzyka wystąpienia kolizji statku powietrznego z ptakami stanowi istotną lukę w proaktywnym podejściu do bezpieczeństwa lotów w ramach Sił Powietrznych RP. W artykule został przedstawiony przegląd najważniejszych metod detekcji oraz prognozowania intensywności przelotu ptaków, metody te zostały użyte do budowy systemów przeciwdziałających kolizjom z ptakami i są wykorzystywane przez siły powietrzne Stanów Zjednoczonych, Holandii, Belgii oraz Izraela. Dokładna analiza modeli i algorytmów zastosowanych w wybranych metodach pokazuje współczesne trendy w badaniach dotyczących negatywnego wpływu środowiska naturalnego na bezpieczeństwo lotów. Wspomniane metody wykazują niepełną przydatność w warunkach Polski, co uzasadnia potrzebę opracowania bardziej adekwatnej metody.

Słowa kluczowe

EN

safety; aviation; bird strike

PL

bezpieczeństwo; lotnictwo; zderzenie z ptakiem

• Wydawca: Institute of Computer and Information Systems, Faculty of Cybernetics, Military University of Technology
• Czasopismo: Computer Science and Mathematical Modelling
• Rocznik: 2021
• Tom: No. 13-14
• Strony: 39--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., fot., rys., wykr.

Twórcy

autor

Szafrański Bolesław

• Military University of Technology, Faculty of Cybernetics, 2 Kaliskiego Str., 00-908 Warsaw, Poland

autor

Wójcik Jarosław

• Air Force Institute of Technology, 01-494 Warszawa, ul. Księcia Bolesława 6, Poland

Bibliografia

• [1] Abshayev M., Burtsev I., Vaksenburg S., Shevela G., “Guide for use of the MRL-4, MRL-5 and MRL-6 radars in urban protection systems,” Hydrometeoizdat, Leningrad 1980.
• [2] Bruderer B., "The study of bird migration by radar part 2: major achievements,” Naturwissenschaften, Vol. 84, No. 2, 45–54 (1997).
• [3] Busse P., “Evolution of the western Palaearctic Passerine migration pattern presentation style”, The Ring, Vol. 36, No. 1, 3–21 (2014).
• [4] Cusick S.K., Cortes A.I., Rodrigues C.C., Commercial Aviation Safety, McGraw-Hill Education, 2017.
• [5] DeFusco R.P., “Current status of the USAF bird avoidance model (BAM)”, in: Proceedings of the 25th International Bird Strike Committee Meeting, Amsterdam, The Netherlands, 2000.
• [6] De Fusco R., Harper J., Ruhe W., “Alaska bird avoidance model (AK BAM) development and implementation”, Proceedings of 27th International Birdstrike Committee, Athens 2005.
• [7] DeFusco R., Hovan M., Harper J., Heppard K., North American Bird Strike Advisory System, USAF Academy, CO 80840, 2005.
• [8] Dekker A. et al., “The European Space Agency’s Flysafe project, looking at the bird strike problem from another perspective”, in: Proceedings of 27th International Bird Strike Committee Meeting, Brazil, 2008.
• [9] Dokter A.M., Liechti F., Holleman I., Bird detection by operational weather radar, KNMI, De Bilt, 2009.
• [10] Dokter A.M., Liechti F., Stark H., Delobbe L., Tabary P., Holleman I., “Bird migration flight altitudes studied by a network of operational weather radars”, Journal of the Royal Society Interface, Vol. 8, No. 54, 30–43 (2010).
• [11] Dinevich L., Leshem Y., “Radar monitoring of seasonal bird migration over central Israel”, Ring, Vol. 32, No. 1–2, 31–53 (2010).
• [12] Dinevich L., Leshem Y., “Algorithmic system for identifying bird radio-echo and plotting radar ornithological charts”, Ring, Vol. 29, No. 1–2, 3–39 (2007).
• [13] Ginati A., et al., “FlySafe: an early warning system to reduce risk of bird strikes”, European Space Agency Bulletin, Vol. 144, 46–55 (2010).
• [14] Gonzalez R.C., Woods R.E., Digital image processing, Prentice-Hall, New Jersey 2002.
• [15] Haase G., Landelius T., “Dealiasing of Doppler radar velocities using a torus mapping”, Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, Vol. 21, No. 10, 1566–1573 (2004).
• [16] Holleman I., “Quality control and verification of weather radar wind profiles”, Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, Vol. 22, No. 10, 1541–1550 (2005).
• [17] Holleman I., Van Gasteren, H., Bouten W., “Quality assessment of weather radar wind profiles during bird migration”, Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, Vol. 25, No. 12, 2188–2198 (2008).
• [18] Instrukcja Bezpieczeństwa Lotów Lotnictwa Sił Zbrojnych RP, Załącznik do decyzji Nr 67/MON Ministra Obrony Narodowej z dnia 9 marca 2015 r.
• [19] Kelly T. A., “AHAS Update”, Flying Safety, Vol. 56, No. 4, 14–17 (2000).
• [20] Kelly T.A., Merritt R., Donalds T.J.M., White R.L., “The avian hazard advisory system”, in: 1999 Bird Strike Committee- USA/Canada, First Joint Annual Meeting, Vancouver, BC, 1999.
• [21] Kelly T.A., Merritt R., White R., Smith A., Howera M., “The Avian Hazard Advisory System (AHAS): operational use of weather radar for reducing bird strike risk in North America”, in: Proceedings of the 25th International Bird Strike Committee meeting, Amsterdam, The Netherlands, 2000.
• [22] Kelly T., “Managing birdstrike risk with the avian hazard advisory system”, Flying Safety, Vol. 58, No. 9, 18–21 (2002).
• [23] Kelly T.A., “The Avian Hazard Advisory System (AHAS)”, Flying Safety, Vol. 55, 8–11 (1999).
• [24] Kemp M.U., How birds weather the weather: avian migration in the mid-latitudes, Gildeprint, 2012.
• [25] Klich E., Bezpieczeństwo lotów w transporcie lotniczym, Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji, Radom 2010.
• [26] Nowakowski M., „Badanie udziału czynnika ludzkiego z wykorzystaniem opracowanego modelu taksonomii przyczyn zdarzeń lotniczych”, Autobusy: technika, eksploatacja, systemy transportowe, Vol. 17, No. 12, 339–347 (2016).
• [27] Nussbaumer R., “A geostatistical approach to estimate high resolution nocturnal bird migration densities from a weather radar network”, Remote Sensing, Vol. 11, No. 19, 2233 (2019).
• [28] Press W.H., Teukolsky S.A., Vetterling W.T., Flannery B.P., Numerical recipes in C, Cambridge University Press, Cambridge 1992.
• [29] Ruhe W., “Bird avoidance models vs. real time bird-strike warning systems – A comparison”, in: Proceedings of 27th International Birdstrike Committee, Athens 2005.
• [30] Shamoun-Baranes J., et al., “Avian information systems: developing web-based bird avoidance models”, Ecology and Society, Vol. 13, No. 2 (2008).
• [31] Skakuj M., „Dane środowiskowe i bezpieczeństwo lotnictwa”, Transport lotniczy i jego otoczenie, Politechnika Warszawska, Wydział Transportu, 2016.
• [32] van Gasteren H. et al., “Aeroecology meets aviation safety: early warning systems in Europe and the Middle East prevent collisions between birds and aircraft”, Ecography, Vol. 42, No. 5, 899–911 (2019).
• [33] van Gasteren H., Shamoun-Baranes J., Ginati A., Garofalo G. et al., “Avian Alert – a bird migration early warning system”, in: Proceedings 58th International Astronautical Congress, Glasgow, 2008.
• [34] Wood S.N., “Fast stable direct fitting and smoothness selection for generalized additive models”, Journal of the Royal Statistical Society: Series B (Statistical Methodology), Vol. 70, No. 3, 495–518 (2008).