基于协同运行的空管实践仿真体系构建与实施

2013-09-08杨新湦王建忠

实验技术与管理 2013年8期

张健，杨新湦，钟涵，王建忠

（中国民航大学天津市空管运行规划与安全技术重点实验室，天津 300300）

空管关乎国防安全、国家形象以及人民的生命财产安全。由于航班流量的迅速增长，空域资源和空管人力资源日渐紧张，空管运行压力明显提高。NAS于本世纪初将机场现场运行也纳入到了空管协同运行的范畴，并在Next GEN中规划设计了相应的协同运行平台。我国部分地区空管局也已经实现了航班协同流量管理，一些机场塔台与现场指挥部门建立了航班停机位协同分配机制，空管协同运行趋势日益凸显，这就对空管人才培养质量提出了更高要求，既应具备扎实的空管运行指挥能力，又应具备空管协同运行的相关能力［1］。然而，传统交通运输（空管方向）专业实践仿真体系在培养理念、运行仿真环境、课程平台等方面均存在诸多不足，亟需开展空管实践仿真体系建设，以培养学生在空管运行指挥中的协同运行能力。

1 空管运行实践仿真体系存在的问题

1.1 培养理念滞后于空管协同运行发展趋势

空管运行是由机场管制、进近管制和区域管制构成的有机联系的整体，实现三者的协同运行才能提高空管运行效率来满足未来航班运行流量增长。在以往仿真体系中，并未将空管协同运行概念纳入其中，从培养理念层面滞后于空管运行发展趋势。

1.2 运行仿真环境落后于空管协同实践教学需求

在运行仿真环境方面，以往的空管专业实践系列课程，包括机场管制、雷达管制、程序管制、机场运行管理中，教学内容没有做到有效衔接，能力培养不能做到相互支撑和融合，只能实施“单模块”、割裂式实践教学［2］。

1.3 课程平台不能支持学生协同运行能力培养要求

课程平台主要包括教材和仿真训练系统。传统的仿真训练系统由于运行仿真环境、训练要求不统一，且各系统无法实现联机运行，无法培育学生协同运行思想，进而形成对空管工作清晰、完整的职业认知，以及良好的协同运行相关能力。

2 空管实践仿真体系的构建

空管实践仿真体系建设主要涉及基于协同运行的空管协同能力训练要求的设计、面向协同运行的空管实践课程平台的搭建、空管协同运行仿真环境的创立以及面向协同运行的实施方案的制定4个方面的研究［3－5］。

2.1 基于协同运行的空管协同能力训练要求

基于空管协同运行理念，对空管实践知识体系进行纵向（塔台、进近、区域之间）与横向（空管与机场管理机构之间）的整合，无缝覆盖了完整的飞行阶段。通过对空管一线培训主管部门调研得知，协同运行相关的能力要求包括部门间协调能力、人际沟通能力、席位间协作能力、团队领导能力、实时决策能力等。另外，管制员通常会面对诸多限制条件，需要在多约束条件下做出决策。基于此，从空管（纵向）协同运行和空管（横向）协同运行2个维度建立了空管协同能力训练要求。

2.1.1 空管（纵向）协同运行能力要求

在空管（纵向）协同运行中，空管协同能力训练要求表述如下：

（1）塔台—进近协同运行

双方为协同促进航班安全、有序、快捷运行，共同制定塔进协议，内容包括本场放行间隔、起始高度、通信频率、非常规处置程序、移交规定等。

当塔台向进近移交离港航班时，应考虑的因素包括：

① 离港排序考虑因素。包括机型及性能、所飞航路、放行间隔、尾流间隔、依据局方规定优先保障航班等。

② 不满足塔进协议，申请特殊移交。通常由塔台协调席位管制员向进近协调席位管制员通过电话申请，内容可能是航空器复飞、就近跑道起飞等。

③进近向塔台发布的进近非协议限制，通常由进近协调席位管制员向塔台协调席位管制员电话告知，内容可能是：因工作负荷发布流量控制，约定时间间隔，如空军活动、空域限制；进近容量饱和，暂不接收；非常规情况等。

当进近向塔台移交进港航班时，应考虑：

①进港排序考虑因素。包括紧急着陆、医疗救护飞行、搜寻救援飞行、依据局方规定优先保障航班等。

②不满足塔进协议，申请特殊移交。通常由进近协调席位管制员向塔台协调席位管制员通过电话申请，内容可能是紧急着陆航班、就近跑道着陆等。

③塔台向进近发布的塔台非协议限制，通常由塔台协调席位管制员向进近协调席位管制员电话告知，内容可能是非常规情况导致的机场关闭，如前机遭遇鸟击需检查跑道、发生跑道侵入、非可抗力因素等。

（2）进近—区域协同运行

双方为协同促进航班安全、有序、快捷运行，共同制定区进协议，内容包括空域划分、管制移交点、移交高度、移交间隔等。

当进近向区域移交航班时应考虑的因素包括：

①不满足区进协议，申请特殊移交。通常由进近协调席位管制员向区域协调席位管制员通过电话申请，内容可能是非协议高度移交、小于协议间隔移交等。

②区域向进近发布的区域非协议限制，通常由区域协调席位管制员向进近协调席位管制员电话告知，内容可能是：因工作负荷发布流量控制，约定距离间隔；发布航路限制，某航路，约定距离间隔；移交时隙控制，指定时刻接收；航路饱和，暂不接收；空军活动，发布空域限制等。

当区域向进近移交航班时应考虑的因素包括：

①不满足区进协议，申请特殊移交。通常由区域协调席位管制员向进近协调席位管制员通过电话申请，内容可能是非协议高度移交、小于协议间隔移交等。

②进近向区域发布的进近非协议限制，通常由进近协调席位管制员向区域协调席位管制员电话告知，内容可能是：因工作负荷发布流量控制，约定距离间隔；发布速度限制；进近容量饱和，暂不接收；机场关闭，不再接收；空军活动，发布空域限制等。

2.1.2 空管（横向）协同运行能力要求

在空管（横向）协同运行中，空管协同能力训练要求表述如下：

（1）塔台将进港航班队列信息发送给现场部门，若符合塔台和现场协议，现场以航班时刻表为主要依据，综合考虑出港航班性质（国际等）、航空公司特定租用机位、就近起降等原则对航班进行机位分配；现场部门将出港航班队列信息发送给塔台，并按出港时间顺序完成现场保障工作，塔台按顺序指挥航空器起飞，保证航班的正点率。塔台和现场协议包括航班时刻表、机场起降机型限制、停机位属性、航班保障顺序原则、机场保障容量、出港航班性质（国际等）、航空公司特定租用机位、就近起降原则等。

（2）当出现备降航班或临时航班这种非协议情况时，现场根据停机位属性及机场保障容量对是否接受航班进行判断，当满足条件时可接受。现场保障结束后，塔台根据航班出港排序，结合当前指挥状况，发布航空器预计离场时间。塔台和现场非协议情况包括备降航班、临时航班等。

（3）当出现航班紧急情况、抢险救灾等特殊任务航班时，现场根据机场起降机型限制对航班实施特殊接受，根据航班保障顺序原则对此类航班进行优先保障，特殊任务航班出港时，塔台优先放行，共同保证航班特殊任务的顺利执行。塔台和现场特殊接收情况包括航班紧急情况、抢险救灾等特殊任务航班等［6］。

2.2 基于协同运行的空管实践课程平台

通过建立与一线空管相一致的新一代仿真训练系统及配套设施，如甚高频通话模拟设备、内话面板设备、无线电对讲机和管制工作台等，为受训人员提供一系列高保真的仿真训练系统。为促进空管专业人才培养的实效性，提升学生对空管运行一体化的认知和能力储备，实现了机场管制仿真训练系统、雷达管制仿真训练系统的联合运行，具体原理如图1所示。该联机系统能够进行“机场管制＋进近雷达管制”、“机场管制＋区域雷达管制”的联合运行，大大提升了学生对空管工作的整体认知和能力水平［7－10］。

图1 空管联合运行仿真训练架构图

2.3 协同运行仿真环境

协同运行仿真环境是由区域、进近、塔台和机场现场协同运行的基本物理环境和约束条件组成，包括统一的空域结构、机场、机场细则、管制协议和机场服务保障协议。协同运行仿真环境设计的基本思路是：提炼我国空域和机场的物理特征共性，结合模拟练习设计的前瞻性思考，设计符合ICAO附件14、DOC9426、DOC4444和DOC8168的协同运行仿真环境［11］。

2.3.1 模拟机场的设计

单跑道I类运行设计符合我国大部分机场单跑道的现状；4F级飞行区设计允许所有类型运输飞机，减少练习编写的机型限制；多条并行脱离道设计满足大流量训练的要求；机位设计涵盖了廊桥机位和远机位，机位的位置充分考虑了模拟练习冲突设置的需求；直线型航站楼设计提高机坪利用率；全面的机场功能要素区域（消防站、维修机库、货机坪等）设计将丰富练习编制的多样性。

2.3.2 模拟空域的设计

进近管制区内限制区设计符合我国空域结构现状，练习设计中可随时调整限制区开放情况，提高练习梯度的设计能力；区域管制区内存在航路航线交叉、汇聚以及临时航线等设计，从空域角度满足了训练学生雷达引导和高度层穿越等多项能力的需求。

2.3.3 相关管制协议、机场细则、机场服务保障协议等设计

从管制责任范围、间隔标准、管制协调、管制移交、非常规情况处置程序、机场运行限制和机位分配原则等方面设计了一系列的统一规范和约束条件，既满足了空管联合运行仿真训练的需求，又提高了模拟练习冲突点设计能力。

2.4 面向协同运行的实施方案

2.4.1 编制了面向协同运行的模拟练习题库

协同运行模拟练习是供塔台、进近、区域和机场现场协同运行模拟所使用的航班计划和非常规情况描述。协同运行模拟练习设计的基本思路是将练习总体目标具体分解为塔台离场排序目标、进近进场排序目标、区域流量管理目标和机场现场机位分配目标，结合管制规则，确定实现练习目标需要的交通流量和冲突，形成航班计划和非常规情况说明［12］。

2.4.2 开发了基于过程考核的管制员工程实践能力自动评价系统

探索了基于过程而非结果的空管能力培养特色化考核方法。过程考核方法及教学实施方案的设计，能够及时将学生在仿真训练过程中存在的不足反映出来，并进行针对性指导，实现了对课堂教学效果的实时反馈，有力支持了管制仿真训练课程的教学实施。依据培养方案和教学大纲及相关行业规章，从管制间隔、管制协同运行、管制意识、管制方法与程序、运行效率5个方面创建了管制员工程实践能力评价指标体系，针对不同的练习目标要求，制定了对应的评价方法。依据空管运行仿真训练系统采用的数据结构，设计仿真训练数据采集方案、记录航空器状态信息，并结合评价方法研发了管制员工程实践能力自动评价系统，对教学培训效果实施全程跟踪和量化监控［13－14］。

3 空管实践仿真体系的实施

基于协同运行的实践仿真体系在空管科研与教学、行业服务等多个领域产生了良好的应用效果，得到学生、用人单位、空管行业的高度认可。

3.1 应用于空管专业科研与教学

近年来，面向协同运行的空管专业工程实践仿真体系已应用于空管科学研究与空管专业学生的培养。以基于协同运行的实践仿真体系为依托，开展了一系列管制员工作负荷评测和空域、机场容量评估工作，有力促进了航空安全与效率的同步提升。以此为重要支撑，空管学院先后获批天津市“空管运行规划与安全技术重点实验室”和国家空管委“国家空管运行安全技术重点实验室”。

对2008级、2009级毕业生的调查摸底以及用人单位的反馈信息表明，培养质量较以往有明显的提高，仿真体系的应用广受行业欢迎。空管联动运行仿真训练环境保障了空管专业工程实践培养，2012年9月交通运输（空管）实验教学示范中心正式获批成为“十二五”国家级实验教学示范中心，同年10月，交通运输（空管方向）专业又顺利通过了教育部组织的工程教育专业认证，这是从国家层面对空管协同运行仿真体系在空管专业培养质量提升上的再度认可。

3.2 应用于校企联合培养

校企联合培养空管协同运行仿真体系搭配空管联动运行仿真训练环境已为多家一线单位服务，以此为依托，中国民航大学与华北空管局签订了联合培养协议。本次改革，旨在不断满足民航空管行业快速发展对人才提出的新要求，积极探索缩短管制员培养周期的有效途径，实现院校教学与工作岗位的平滑对接。近年来，针对已签约至华北空管局的我校交通运输专业学生，由华北空管局直接选派一线管制教员，民航大学提供场地和配套设施，双方共同开展为期10周的集中教学，使学生能够在最短的时间内提高管制员工程实践业务能力，大幅度缩短岗位适应周期。我校与华北空管局共同开展的空管人才工程实践教育模式，有效打通了管制学员快速成长通道，在一定程度上解决了管制员培养周期过长这一瓶颈问题。

3.3 应用于管制技能大赛

面向协同运行的空管专业工程实践仿真训练系统已成功为第三届中国民航（空管）岗位技能大赛提供服务，其中管制员技能自动评价系统的出色表现得到上级领导、参赛选手及院校同仁的一致认可和好评。大赛的成功保障，既是对空管专业工程实践仿真训练系统的考验，又是对空管工程实践仿真体系的检验。据统计，70%以上的获奖选手和80%以上的单项最优，均出自中国民航大学空管专业毕业生，这是对面向协同运行的空管专业工程实践仿真体系的再次验证。

4 结束语

基于协同运行的空管实践仿真体系首次将空管协同运行理念纳入其中，紧跟空管协同运行发展趋势，在国内首创了空管协同运行仿真环境，满足了空管协同科研与教学需求。通过搭建面向协同运行的课程平台，实现了空管仿真训练系统联合运行，有效支持了空管人才协同运行能力的培养，对开展空管安全研究、缩短空管人才岗位适应期起到了积极作用。

（References）

［1］张健，刘永欣，杨新湦，等.“大工程观”理念下的民航院校雷达管制教学模式改革研究［J］.实验技术与管理，2012，29（4）：21－23.

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