应用发展中的中国空管自动化技术

2010-08-15丛野

科技传播 2010年14期

丛野

中国民航中南地区空中交通管理局海南分局，海南海口 570216

1 概述

AIR TRAFFIC CONTROL，即空中交通管制，简称空管。在空中交通管理中空域被定义为“地球表面以上可供航空器飞行的一定范围的空气空间”。空域作为一种“天然的资源”和陆地资源、海洋资源以及其他空间资源共同构成一国所拥有的资源总量，是国家资源的重要组成部分。一个国家的空域是固定的，所以能否快速有效的将现有的自然资源转变为能创造市场价值的资源，充分满足航空运输业的发展成为当下急待解决的问题之一。

在学术界和各国政府部门均非常重视对国家空域资源利用及其管理的研究。例如，在充分认识空域资源的稀缺性方面，美国政府早在20世纪50年代就提出民航要最大限度地利用国家天然的空域资源，为国民经济服务，限制军方使用，规定其固定使用的空域只能占全国空域的7%，提出空域资源归国家所有的政策主张，认为实行“空域管制一体化”，有助于公民享有平等使用权，从“空尽其用”中获取最大效用。目前，我国空域资源利用率每年都保持令人可喜的增长水平，民用运输业的大力发展，低空的开放等都切实有效的利用了我国的空域资源，但由于体制的原因，我国空域资源的利用仍存在着一定不足。近十几年来，我国空中交通运输事业飞速发展，每年航班架次增长率都在15%以上，民航运输机队每年增加飞机150架以上。目前，我国民用运输机场达到190个左右。到2020年，国内的运输机场数量预计会达到250个左右，运输飞机总数将会达到近2600架，航班起降总量将会达到近1000万架次。在我国少数机场和航路上，空中交通拥挤现象较为严重，特别是北京地区、京广航路等。随着空军建设在国防安全中地位的提升，空军飞行训练任务的增加，加上我国军民航机场分布极不合理，有的机场为军民航合用机场，导致军民航空域相互重叠，空域资源更加紧张，常常造成飞机不必要的空中盘旋等待、地面延误。这不仅造成运营成本的大幅度增加，同时也加重了空中交通管制人员和飞行人员的额外负担。于是空中交通管制水平对于保障飞行安全，加速飞行流量，提高空域利用率，促进航空运输业持续协调发展起着至关重要的作用。但是要保障空中交通管制工作的顺利进行必须倚赖可靠高效的空中交通管制系统才能完成。

空管系统是由一个复杂的分布式系统，通过局域网将各个设备和席位连接起来，为空中交通管制提供服务的系统。一般空中交通管制系统的主要作用是管理多架飞机起降和航行，以保障飞行秩序和安全，防止飞机在空中相撞，防止飞机在跑道滑行时与障碍物或其他行驶中的飞机、车辆相撞，保证飞机按计划有秩序地飞行，提高飞行空间的利用率，并在恶劣天气条件下指挥、引导航空器避开危险区，确保空中交通安全畅。同时，针对这些情况，制定出一系列规则，即确定出若干空中航路，使飞机按一定顺序从各自机场起飞，进入航路并保持飞机间的一定距离间隔，在到达终点前脱离航路并按一定顺序降落。

第一代空中交通管制系统是在第二次世界大战以前形成的，主要由沿航路布置的一些低频导航站组成。飞行员通过导航掌握航向，靠保持沿航路飞行的时间或飞越固定点的时间间隔来避免相撞。这种系统是人工的，地面无法监视空中飞行。第二代空中交通管制系统是在第二次世界大战期间及以后，随着仪表着陆系统的出现而发展起来的，它采用对飞机询问识别的二次监视雷达，因而能有效地监视飞行，使管制作用大为提高。第三代空中交通管制系统出现于60年代，是一种雷达、通信和计算机相结合的半自动系统。现代空管系统主要包括航管雷达系统、空管自动化系统、内话以及甚高频通信传输系统等，其中空管自动化系统是空管系统的心脏，它的主要功能是对多雷达信号进行融合处理，并将雷达信号与飞行计划动态相关联，空中交通管制员面对雷达显示器就可以了解空中交通的实时动态，所管制航空器的具体方位、高度和预计飞行方向等。随着空中流量的不断上升，空中交通管制员的任务越来越重，他们对空管自动化系统的依赖也越来越大。为了适应空中交通流量的持续增长，保障飞行安全，这些年来空管自动化系统为了满足工作的需求，也在不断的更新换代中。

2 空管自动化系统主要功能及应用

目前，我们所使用的自动化系统主要是由多雷达处理器（RDP）、显示处理终端（DP）、飞行计划处理器（FDP）、飞行计划显示终端（FDT）、网络记录仪（LAN/VOICE RECODER）、控制和监控系统（CMS）等组成。RDP主要功能是：雷达数据处理（多雷达融合航迹处理、单雷达航迹）、飞行计划相关处理、C模式高度校验（根据当地的修正海平压（QNH）、低于或等于转换高度）、航迹安全（冲突告警（CA）、低高度告警（MSAW）、限制区告警（RAIW）、缩小垂直间隔（RVSM））。DP的主要功能：是航迹数据处理、航迹或点迹显示（包括主窗口和插入窗口）、产生符号和数据块显示、本地航迹显示过滤功能（二次代码过滤（SSR LTER）、高度过滤（HEIGHT FILTER ）、标牌过滤（CALLSIGN FILTER ）、地理过滤（GEOGRAPHIC FILTER）、背景地图显示、MINI-飞行计划列表、用户功能界面、航迹安全告警显示（冲突告警（CA）、低高度告警（MSAW）、限制区告警（RAIW）、缩小垂直间隔（RVSM））。飞行计划处理器（FDP）主要功能是：AFTN的数据通信和管理、飞行计划的数据库的储存、飞行航路分析、航迹与飞行计划的相关、适配数据的管理、飞行计划的顺应监视、航迹数据的更新、AIDC的数据处理、SSR代码管理、进程单的分配与打印、发送RDP的简短飞行计划等。FDT主要功能是：飞行计划数据处理、用户功能控制界面、辅助安全告警。网络记录仪（LAN/VOICE RECODER）的主要功能是：记录RDP、DP的网络信号，并且具有多路席位音频。录音，录像的回放功能，回放可以在任一个DP/TP上实现，还可以完成回放任一个DP上的包含管制员操作的完全真实的图像。为了能真实有效再显当时情况语音回放与图像回放同步。控制和监控系统（CMS）是：基于简单网络协议（SNMP）的一个管理软件，通过管理软件的图形界面来监控系统的网络组件的状态，提供告警和记录信息，显示所有配置组件的显示图，用户可以通过了解整个网络的资源状况从而监视整个网络性能和过载等。

3 空管自动化系统的现状和发展

目前，空管自动化系统已经被广泛应用于空管各个部门，现在运行的空管自动化系统主要还是基于对多雷达信号处理和融合并同时处理民航固定电信网电报信息与多雷达信号进行自动相关。因此，可以说雷达信号和航空电报信息是空管自动化系统的主要信息来源。基于这种技术的空管自动化系统极大的提高了空管的能力和效率，但是随着民航飞行量的进一步发展，民航信息技术的不断进步，新一代的航空通信、导航、监视技术的成熟和应用，新一代的空管自动化系统也要应运而生，根据新航行系统中的新一代航空通信、导航、监视技术的特点，新的空管自动化系统具有多信息源、多边交互能力、智能协助等特点。多信息源指的是信息来源不止雷达和电报，还包括ADS自动相关监视、多点定位监视、VHF/雷达地空数据链、PBN导航、ATN/AMHS等等。多边交互能力是指通过空管自动化系统可以实现管制员与飞行员、管制员与管制员甚至飞行员与飞行员间的实时而友好的交互，以最大限度地减少语音通话的使用。智能协助是指系统可以为管制员和飞行员提供智能而准确的操作指引以减少人为的错误指挥。