Lentokoneiden laskut ja nousut turvallisiksi

Finavia Oyj omistaa ja ylläpitää Suomessa 25 lentoasemaa, joiden kautta se luo yhteydet maailmalle vuosittain yli 17,5 miljoonalle matkustajalle. Lentoasemapalveluiden lisäksi sen vastuulla ovat koko Suomen lentoreittiverkosto, sotilasilmailun harjoitusalueverkosto sekä Finavian lentoasemien ja aluelennonjohdon lennonvarmistuspalvelut.

Lennonvarmistukseen liittyvät kartat ja muut aineistot tuottaa Finavian Ilmailutiedotusyksikkö. Sen päätuote on ilmailukäsikirja (AIP), joka sisältää käytännössä kaiken tiedon, mitä lentämiseen Suomessa tarvitaan: tullisäännöistä ilmailukarttoihin, lentoasemien lähestymismenetelmiin ja lintujen muuttoreitteihin asti.

Paikkatietojärjestelmää Ilmailutiedotusyksikkö käyttää pääasiassa lentoesteaineistojen tekemiseen. Sillä on pohjatietona laserkeilaus- ja maastomittausaineistoa sekä oman lentoesterekisterin aineistoa, jossa on yli 17 000 kohdetta: mastoja, rakennuksia, tuulivoimaloita, savupiippuja, vesitorneja ja muita määrämitat ylittäviä kohteita.

"Tällaisia aineistoja me yhdistämme ja tuomme ArcGIS-ympäristöön, jossa analysoimme niitä eri tarpeisiin ja tuotamme niistä johdettua aineistoa", paikkatietoasiantuntija Matti Olkinuora kertoo.



Törmäyslaskentaan valmiit aineistot

Yksi paikkatietoratkaisun käyttötarve lennonvarmistuksessa liittyy törmäystodennäköisyyslaskentaan (CRM), jota tehdään lentoasemille lentojen lähestymismenetelmien suunnittelua varten.

Kuvateksti:

Utin lentoaseman toisen kiitotien pään analyysituloksessa näkyvät sinisinä noususektorin kaltevuuspinnan läpäisevät esteet ja punaisina varjostavat esteet, jotka esitetään lentoestekartalla. Taustalla laserkeilausaineistosta muodostettu maastomalli.

Varsinainen CRM-laskenta tehdään kansainvälisen siviili-ilmailujärjestön ICAOn rakentamalla sovelluksella. Siihen ei Olkinuoran mukaan kuitenkaan voi syöttää kaikkea lähtödataa, vaan suuresta massasta on poimittava ne potentiaalista törmäysvaaraa aiheuttavat lentoesteet, jotka ovat laskennan kannalta kiinnostavia.

"Esteiden poiminnan teemme ArcGISissä, Python-skriptillä toteutetulla työkalulla, ja muunnamme tulokset sellaiseen muotoon, että CRM-sovellus voi käyttää niitä", hän sanoo.

CRM-laskennassa kiinnostavia ovat lentoesteet, jotka läpäisevät lentoaseman kiitoteiden ympärille tietyin kriteerein muodostetut laskennalliset kaltevat pinnat.

Jokaisella kiitotiellä on esimerkiksi lähestymissuunnassa tietyn kaltevuuden omaava lähestymispinta, jonka läpi nousevat esteet tarvitaan mukaan CRM-laskentaan. Vastaavasti kiitotien sivuilla on tietyssä kulmassa nousevia pintoja, ja eri pintojen kaltevuudet muuttuvat hieman sen mukaan, minkä suuntaisesta pinnasta on kyse.

"Kun CRM-laskenta on tehty, lentomenetelmäsuunnittelussa voidaan muuttaa lähestymismenetelmän parametreja joko niin, että lähestyminen tehdään jyrkemmässä kulmassa tai niin, että lähestymisminimejä nostetaan", AIM kehityspäällikkö Jussi Kivelä kertoo.

Tällöin siis muutetaan lentokoneiden nousu- tai laskukulmia niin, että vältetään riski törmätä johonkin lentoesteeseen. Lisäksi lähestymiskulman muuttaminen vaikuttaa myös lentokentän maalaitteiden säätöihin.


Työkalut myös varjostuslaskentaan

Finavia tuottaa ArcGISillä myös esteaineistot ilmailukäsikirjan lentoestekarttoja (AOC) varten. Niillä esitetään nousevien koneiden kannalta keskeiset esteet, joiden perusteella esimerkiksi määräytyy, kuinka paljon hyötykuormaa kone voi ottaa pystyäkseen yhä nousemaan turvallisesti esteiden yli.

Yleensä datamassasta löytyy Olkunuoran mukaan liikaa esteitä kartalla näytettäväksi. Tämän Finavia on ratkaissut yleistämällä aineistoa varjostuslaskennalla, jolla karsitaan ne esteet, jotka jäävät tiettyjen yleistyssääntöjen perusteella muiden esteiden varjoon.

Myös varjostuslaskentaa varten Finaviassa on tehty ArcGISiin oma työkalunsa Python-skriptillä. Lisäksi Pythonilla on tehty työkalu, jolla tuotetaan esteaineistot Baro-VNAV -lentomenetelmää varten. Sitä käytetään, kun lentokone määrittelee kiitotietä lähestyessään liukupolun painekorkeusmittarilla eikä maalaitteen lähettämän signaalin avulla, kuten yleensä tehdään.

Kaikki ArcGISissä tuotetut lentoesteaineistot tallennetaan analyysien jälkeen Oracle-tietokantaan, jossa ne ovat käytettävissä CRM-laskentaa ja lentoestekarttojen tuotantoa varten.

Alun perin Finaviassa aiottiin Olkinuoran mukaan tutkia aineistoja kaltevien pintojen suhteen rasterianalyysillä. Esriltä tilatun konsultointiavun ja ratkaisukuvauksen pohjalta päädyttiin kuitenkin pääosin vektorianalyysiin ja 3D Analyst -laajennuksen käyttöön.

Finavia on tehnyt myös työkalun, jolla Oracle-tietokannassa oleva lentoesteaineisto saadaan ArcGIS-ympäristöön kartalla katseltavaksi. Jollain aikavälillä koko aineisto on Olkinuoren mukaan tarkoitus muuttaa paikkatietoaineistoksi. Pikku hiljaa Finavia on ottamassa käyttöön myös Esrin Aeronautical Solutionia, jolla tulevaisuudessa ehkä hoidetaan koko ilmailukarttatuotanto nykyisten CAD-välineiden sijasta.


Miksi Python?

Finavialla on monia syitä Python-skriptin käyttöön ArcEditorin päälle rakennettujen työkalujen teossa, vaikka ArcGISin Model Builderillakin saadaan Olkinuoran mukaan paljon aikaan.

Kaikkien lennonvarmistukseen liittyvien analyysien on oltava täysin jäljitettävissä, ja Pythonilla saadaan tuotettua tarkkaa lokitietoa ja metadataa kaikista toimenpiteistä. Sillä voidaan myös tehdä hyvinkin monimutkaista geoprosessointia, esimerkiksi käyttää luuppeja, funktioita ja toistorakenteita.

ArcGIS scripting -moduulien lisäksi käytössä ovat Python-maailman kaikki moduulit. Sieltä löytyi esimerkiksi moduulit CRC-koodille, jonka avulla Finaviassa varmistetaan tiedon eheys ja nähdään heti, jos joku on muuttanut lentoesteiden koordinaatteja tai korkeutta tietokannassa.

Python tulee ArcGISin mukana, ja ArcToolbox tarjoaa käyttöliittymän Python-skriptille, joten mitään omaa kehittämisympäristöä sille ei tarvita. Python-skripti on helppokäyttöistä, sillä on helppo tehdä muutoksia ja sitä on helppo ylläpitää. Toisen henkilön on helppo jatkaa jonkun muun työtä tarvittaessa, koska skriptistä heti näkee, mitä on tehty.

"Se on hyvä ja tehokas työkalu, kun Model Builder ei enää riitä", Olkinuora tiivistää.


(Artikkelin pidempi versio julkaistu Esri Finland -asiakaslehden numerossa 2/2010)