<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">caht</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Научный вестник МГТУ ГА</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Civil Aviation High Technologies</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2079-0619</issn><issn pub-type="epub">2542-0119</issn><publisher><publisher-name>Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.26467/2079-0619-2023-26-6-8-21</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">caht-2265</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>ТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>TRANSPORTATION SYSTEMS</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Обоснование исходных данных параметрических алгоритмов классификации опасных метеоявлений</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Substantiation of source data on the parametric algorithms for the classification of weather hazards</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Васильев</surname><given-names>О. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Vasiliev</surname><given-names>O. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Олег Валерьевич Васильев, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры</p><p>кафедра технической эксплуатации радиоэлектронного оборудования воздушного транспорта</p><p>Москва</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Oleg V. Vasiliev, Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Chair</p><p>Technical Maintenance of Radio Electronic Equipment of Air Transport Chair</p><p>Moscow</p></bio><email xlink:type="simple">vas_ov@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Бояренко</surname><given-names>Э. С.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Boyarenko</surname><given-names>E. S.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Эльвира Сергеевна Бояренко, аспирант</p><p>кафедра технической эксплуатации радиоэлектронного оборудования воздушного транспорта</p><p>Москва</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Elvira S. Boyarenko, Postgraduate Student</p><p>Technical Maintenance of Radio Electronic Equipment of Air Transport Chair</p><p>Moscow</p></bio><email xlink:type="simple">boyarenko.elvira@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Галаева</surname><given-names>К. И.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Galaeva</surname><given-names>K. I.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Ксения Игоревна Галаева, преподаватель</p><p>кафедра технической эксплуатации радиоэлектронного оборудования воздушного транспорта</p><p>Москва</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Ksenia I. Galaeva, Teacher</p><p>Technical Maintenance of Radio Electronic Equipment of Air Transport Chair</p><p>Moscow</p></bio><email xlink:type="simple">ks.galaeva@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru">Московский государственный технический университет гражданской авиации<country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en">Moscow State Technical University of Civil Aviation<country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2023</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>25</day><month>12</month><year>2023</year></pub-date><volume>26</volume><issue>6</issue><fpage>8</fpage><lpage>21</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Васильев О.В., Бояренко Э.С., Галаева К.И., 2023</copyright-statement><copyright-year>2023</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Васильев О.В., Бояренко Э.С., Галаева К.И.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Vasiliev O.V., Boyarenko E.S., Galaeva K.I.</copyright-holder><license license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/2265">https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/2265</self-uri><abstract><p>   Метеорологическая обстановка является одним из решающих факторов, определяющих безопасность и регулярность полетов гражданской авиации. Опасные метеорологические явления (ОМЯ), связанные с кучево-дождевой облачностью, такие как ливень, гроза, град, в сочетании с сопровождающей их высокой турбулентностью атмосферы нередко приводят к авиационным событиям и даже авиакатастрофам воздушных судов (ВС). В настоящее время разработан и успешно эксплуатируется отечественный метеорологический радиолокационный комплекс ближней аэродромной зоны (МРЛК БАЗ) «Монокль». Критерии классификации метеоявлений, используемые в МРЛК БАЗ, разработаны для каждого явления отдельно и носят некоторый эвристический характер. Данные критерии громоздки и затрудняют процесс автоматизации классификации ОМЯ. В этом случае возникает естественное желание обобщить критерии и оптимизировать их в соответствии с теорией различения статистических гипотез. В данной статье рассматривается применение Байесовского подхода к классификации ОМЯ. Статистическая теория принятия решений, разработанная Байесом, основана на выборе решения в рамках теории вероятностей, когда известны все представляющие интерес вероятностные величины, так называемые достаточные статистики. С целью получения статистических описаний вероятностных распределений отражаемости и удельной скорости диссипации турбулентной энергии был проведен анализ радиолокационных сигналов, отраженных от таких метеоявлений, как ливень, гроза, град. В статье приведены краткие описания методики проведения экспериментальных исследований для формирования базы статистических данных и ее анализа. На основании приведенных методик был проведен статистический анализ параметра H(EDRmax) для ливня, а также амплитудного распределения параметров отражаемости и удельной скорости диссипации турбулентной энергии (Zmax, EDRmax) для гроз и града, который показал невысокую различительную способность каждого отдельного параметра при решении задачи классификации метеоявлений в пределах заданного алфавита. Очевидный выход из создавшейся ситуации диктует теория распознавания. Для повышения достоверности классификации необходимо совместное использование информационных параметров, например, в виде многомерных плотностей распределения вероятностей случайных параметров. В статье приведено параметрическое описание признаков классификации метеорологических явлений «ливень – гроза – град». Анализ оценки вероятностных характеристик классификации ОМЯ для принятых эмпирических критериев классификации в МРЛК БАЗ показывает, что принятые критерии далеки от оптимальности с точки зрения вероятностей правильной классификации, особенно в случае с ливнем. Очевидно, что решение задачи заданной достоверности классификации связано с оптимизацией признакового пространства и критериев классификации. Далее, на основании полученных данных, необходимо построить алгоритм классификации опасных метеоявлений «ливень – гроза – град».</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>   The meteorological situation is one of the decisive factors determining the safety and frequency of civil aviation flights. Weather hazards (WH), associated with cumulonimbus clouds, such as a heavy shower, thunderstorm, hail, combined with high atmosphere turbulence, quite often lead to aviation events and even accidents. Currently, a domestic weather radar system of the near airfield zone (WR) “Monocle” has been developed and successfully operated. The criteria for the classification of meteorological phenomena (MP), used in the WR, have been developed individually for each phenomenon and have some heuristic character. These criteria are cumbersome and complicate the process of automating the WH classification. In this case, there is a natural desire to generalize the criteria and optimize them in accordance with the theory of distinguishing statistical hypotheses. This article discusses the application of the Bayesian approach to the WH classification. The statistical Bayesian decision theory assumes decision-making in terms of the probability theory when all significant probabilistic values, so-called sufficient statistics, are known. In order to obtain statistical descriptions of the probability distributions of reflectivity and the eddy dissipation rate (EDR), an analysis of radar signals, reflected from such MP as a rain shower, thunderstorm, hail was carried out. The article provides brief descriptions of the methods of conducting experiments to form statistical database and its analysis. Based on the above methods, the statistical parameter H(EDRmax) analysis for a rain shower, the amplitude distribution of reflectivity parameters and the EDR (Zmax, EDRmax) for thunderstorms and hail was carried out, which showed the low distinguishing ability of each individual parameter when solving the problem to classify MP within the assigned alphabet. The obvious solution is dictated by the theory of recognition. To increase the classification confidence, it is essential to share information parameters, for example, in the form of multidimensional distribution densities of the probabilities of random parameters. The article presents a parametric description of the MP “rain shower-thunderstorm-hail”  classification features. An analysis to evaluate the probabilistic characteristics of the WH classification for the adopted empirical classification criteria in the WR shows that the adopted criteria are far from optimal in terms of the probabilities of the correct classification, especially in the rain shower case. It is obvious that a problem solution of the assigned classification confidence is associated with the optimization of the feature space and classification criteria. Based on the data obtained, it is necessary to build an algorithm to classify the WH “rain shower-thunderstorm-hail”.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>метеорологический радиолокатор</kwd><kwd>ближняя зона аэродрома</kwd><kwd>опасные метеорологические явления</kwd><kwd>классификация метеорологических явлений</kwd><kwd>статистический анализ данных</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>weather radar</kwd><kwd>near-airfield zone</kwd><kwd>weather hazards</kwd><kwd>weather phenomena classification</kwd><kwd>statistical data analysis</kwd></kwd-group><funding-group xml:lang="ru"><funding-statement>Статья подготовлена в рамках поддержанного грантом Российского научного фонда проекта № 23-29-00450</funding-statement></funding-group><funding-group xml:lang="en"><funding-statement>The study was conducted with the financial support of the Russian Scientific Fund Grants № 23-29-00450</funding-statement></funding-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Довиак Р., Зрнич Д. Доплеровские радиолокаторы и метеорологические наблюдения / Пер. с англ. В.М. Востренкова, В.С. Новикова, М.Н. Хайкина, под ред. А.А. Черникова. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 512 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Doviak, R.J., Zrnic, D.S. (1984). Doppler radar and weather observation. Academic Press, INC., 458 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Распутиков А.С. Расследование авиационных происшествий и инцидентов, связанных с влиянием метеоусловий и недостатков в метеообеспечении полетов. М.: Воздушный транспорт, 1990. 140 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Rasputikov, A.S. (1990). Investigation of aviation accidents and incidents related to meteorological conditions and deficiencies in the meteorological supply of flights. Moscow: Vozdushnyy transport, 140 p. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Богаткин О.Г. Основы авиационной метеорологии : учебник. СПб.: РГГМУ, 2009. 339 c.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bogatkin, O.G. (2009). Fundamentals of aviation meteorology: Textbook. St. Petersburg: RGGMU, 339 p. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Vasiliev O. The design and operation features of the near-airfield zone weather radar complex “Monocle” / O. Vasiliev, E. Bolelov, K. Galaeva, N. Gevak, S. Zyabkin, E. Kolesnikov, A. Peshko, I. Sinitsyn // 2021 XVIII Technical Scientific Conference on Aviation Dedicated to the Memory of N.E. Zhukovsky (TSCZh), 2021. Pp. 64–72. DOI: 10.1109/TSCZh53346.2021.9628352</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Vasiliev, O., Bolelov, E., Galaeva, K., Gevak, N., Zyabkin, S., Kolesnikov, E., Peshko, A., Sinitsyn, I. (2021). The design and operation features of the near-airfield zone weather radar complex “Monocle”. In: 2021 XVIII Technical Scientific Conference on Aviation Dedicated to the Memory of N.E. Zhukovsky (TSCZh), pp. 64–72. DOI: 10.1109/TSCZh53346.2021.9628352</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Галаева К.И. Анализ результатов испытаний и сертификации метеорологического радиолокационного комплекса ближней аэродромной зоны // Научный Вестник МГТУ ГА. 2020. Т. 23, № 1. С. 28–40. DOI: 10.26467/2079-0619-2020-23-1-28-40</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Galaeva, K.I. (2020). Results analysis of the tests and certification of near-airfield meteorological radar complex. Civil Aviation High Technologies, vol. 23, no. 1, pp. 28–40. DOI: 10.26467/2079-0619-2020-23-1-28-40 (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Васильев О.В. Критерии принятия решений для классификации метеоявлений в метеорологическом радиолокационном комплексе ближней аэродромной зоны / О.В. Васильев, С.С. Коротков, К.И. Галаева, Э.С. Бояренко // Научный Вестник МГТУ ГА. 2023. Т. 26, № 2. С. 49–60. DOI: 10.26467/2079-0619-2023-26-2-49-60</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Vasiliev, O.V., Korotkov, S.S., Galaeva, K.I., Boyarenko, E.S. (2023). Decision criteria for the classification of meteorological phenomena in the weather radar complex of the near-airfield zone. Civil Aviation High Technologies, vol. 26, no. 2, pp. 49–60. DOI: 10.26467/2079-0619-2023-26-2-49-60 (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Басов И.А., Дмитриева О.А., Дорофеев Е.В. и др. Методические указания по производству метеорологических радиолокационных наблюдений на ДМРЛ-С на сети Росгидромета в целях штормооповещения и метеообеспечения авиации. СПб.: ФГБУ «ГГО им. А.И. Воейкова», 2013. 137 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Basov, I.A., Dmitrieva, O.A., Dorofeev, E.V. et al. (2013). Methodological guide-lines for the production of meteorological radar observations on the DMRL-S on the Roshydromet network for storm warning and aviation meteorological support purposes. St. Petersburg: FGBU «GGO im. A.I. Voyeykova», 137 p. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен / Пер. с англ. Г.Г. Вайнштейна и А.М. Васьковского, под ред. В.Л. Стефанюка. М.: Мир, 1976. 511 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Duda, R.O., Hart, P.E. (1973). Pattern classification and scene analysis. New York: Jon Wiley &amp; Sons, 512 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Горелик A.Л., Скрипкин В.А. Методы распознавания : учеб. пособие для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1989. 232 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gorelik, A.L., Skripkin, V.A. (1989). Recognition methods: Textbook for universities. 3&lt;sup&gt;rd&lt;/sup&gt; ed., pererab. i dop. Moscow: Vyshaya shkola, 232 p. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Репин В.Г., Тартаковский Г.П. Статистический синтез при априорной неопределенности и адаптация информационных систем. М.: Советское радио, 1977. 432 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Repin, V.G., Tartakovskiy, G.P. (1977). Statistical synthesis with a priori uncertainty and adaptation of information systems. Moscow: Sovetskoye radio, 432 p. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Фомин Я.А., Тарловский Г.Р. Статистическая теория распознавания образов. М.: Радио и связь, 1986. 264 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Fomin, Ya.A., Tarlovskii, G.R. (1986). Statistical theory of pattern recognition. Moscow: Radio i svyaz, 264 р. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Дегтярев А.С., Драбенко В.А., Драбенко В.А. Статистические методы обработки метеорологической информации : учебник. СПб.: Андреевский издательский дом, 2015. 225 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Degtyarev, A.S., Drabenko, V.A., Drabenko, V.A. (2015). Statistical methods of processing meteorological information: Textbook. St. Petersburg: Andreevskiy izdatelskiy dom, 225 p. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Хандожко Л.А. Экономическая метеорология : учебник. СПб.: Гидрометеоиздат, 2005. 490 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Khandozhko, L.A. (2005). Economic meteorology: Textbook. St. Petersburg: Gidrometeoizdat, 490 p. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Тихонов В.И., Бакаев Ю.Н. Статистическая теория радиотехнических устройств : монография. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1978. 420 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Tikhonov, V.I., Bakaev, Yu.N. (1978). Statistical theory of radio engineering devices : a Monography. Moscow: VVIA im. prof. N.Ye. Zhukovskogo, 420 p. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бекряев В.И. Основы теории эксперимента : учеб. пособие. СПб.: РГГМУ, 2001. 266 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bekryayev, V.I. (2001). Fundamentals of experimental theory: Tutorial. St. Petersburg: RGGMU, 266 p. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика. 2-е изд., перераб. и доп. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2004. 573 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kremer, N.Sh. (2004). Probability theory and Mathematical statistics. 2&lt;sup&gt;nd&lt;/sup&gt; ed., pererab. i dop. Moscow: UNITY, 573 p. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика: Основы моделирования и первичная обработка данных. М.: Финансы и статистика, 1983. 471 c.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ayvazyan, S.A., Enyukov, I.S., Meshalkin, L.D. (1983). Applied statistics: fundamentals of modeling and primary data processing. Moscow: Finansy i statistika, 471 p. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Яновский Ф.И. Метеорологическое обеспечение авиации // Энциклопедия безопасности авиации / Под ред. Н.С. Кулика. Киев: Техника, 2008. 1000 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Yanovskiy, F.I. (2008). Meteorological support of aviation. In book: The encyclopedia of aviation safety, in Kulik N.S. (ed.). Kiev: Tekhnika, 1000 p. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Максимов М.В., Бобнев М.П., Кривицкий Б.Х. и др. Защита от радиопомех / Под ред. М.В. Максимова. М.: Советское радио, 1976. 496 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Maksimov, M.V., Bobnev, M.P., Krivitsky, B.X. (1976). Protection against radio interference, in Maksimov M.V. (ed.). Moscow: Sovetskoye Radio, 496 p. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
