空中管制中心扩展塔台内话系统研究

潘健

摘 要：空中交通管制塔台内话系统在飞机上占有重要的地位，它主要是培训塔台的管制人员，以及评估现有机场的容量等问题。它和航管雷达的模拟机、程序管制模拟机组合在一起成了新一代的模拟器产品。无论是军用还是民用，它都能提供安全、全面、高效的服务。它主要采用了原语设计的计算内核，再配上对象建模技术和核心的图形驱动技术，对于国外同类产品的标准而言，其有过之无不及。

关键词：空中管制；扩展塔台；内话系统研究

引言

欧美等发达国家在上世界七十年代就已经开始研发这种系统了，到八十年代时开始大量应用到航管专业人员的培训上。塔台模拟机系统采用包括虚拟现实技术在内的多项先进的技术，是运用于人员训练的有效设备，透过计算机逼真的再现了塔台管制员的工作环境。它最大的优点就在于模拟实验的真实感强烈并且还不会发生意外，能锻炼实验人员的快速反应能力。

1 空中管制扩展塔台内化系统的设计原则

设计的关键点在于把握好系统设计瞄准的高度和出发点，具体的设计原则如下：

（1）高起点：要看清楚科学技术的发展趋势，要和外国保持同步，不能被落下，更不能总是仿制外国产品。外国的科技也总是在发展的，所以在设计时起点一定要高，这样才能避免我国的产品刚生产就没赶上潮流，要让产品到最后的实际应用和推广阶段也不会被潮流剩下。

（2）采用“货架产品”的设计模式。采购国内外先进的软硬件设备，然后依靠这些先进的设备拥有自己独立版权的软件系统[1]。采用这种模式，不仅是发展趋势的必然要求，还能保证产品质量、缩短产品生产周期、节省生产成本等。

（3）要采用标准和具体情况相结合的办法，将生产产品的具体情况和国际上规定的标准相结合，还有我国具体的国情等。

（4）可扩展性。塔台内话系统能有多种不同的配置，拥有较好的扩展性。

2 具体的系统组成和工作流程

内话系统是由一系列的软件和硬件组成的。这种组合方法能让系统更加的模块化，这样一来可以匹配更多的配置系统。“席位”或者“子系统”是组成模拟器的最基础的部件，这些都是进行空管训练最基本的，不同的部件都有不同的功能，它们靠太局域网来互相连接，组成一个统一的系统。

其中数据库系统是让机器实现离线运行的系统，能够放置到一个独立的计算机上。模拟通讯的子系统是单独联系通话的系统。同步数字系统和通讯子系统靠RS232系统联合在一块，并对其进行实时控制，完成图像和声音的同步传输。

（1）实时网络服务器是整个运行系统的核心。在训练的不同过程中，它都发挥着不同的作用，以便提供当前具体情况的信息，同时也接收着模拟器传来的其他指令，以便完成运动状态的计算。

（2）透过实时视景生成器能够及时绘制塔台外看到的三维景象，观看到的景象由实时网络服务器对其进行计算。

（3）管制员席位向学院显示各种状态信息，比如飞行计划和气象信息等信息，这些同样是由实时网络服务器进行提供。不仅如此，它还能提供其他部件的服务，比如灯的开关，和引导系统。

（4）模拟机长席位。模拟几张通过键盘向管制人员输入相应的命令，模拟塔台环境中的物体就能随着命令而运动。控制命令会将其所有运动数据传输到网络服务器，服务器会根据这个数据计算出目标的实时状态，比如速度、高度、方向以及目标的性能情况等，再将这些数据发往各个席位，提供实时信息。

（5）数据库提供。具体提供包括气象模型、三维视景模型、机场有关数据、管制空域情况等在内的管制命令，并且为塔台的管理提供所需的各种数据。

（6）模拟通讯系统。主要是为模拟塔台内话系统中的机长和管理人员提供无线电通讯。

（7）数字同步记录系统。在实施网络服务器的控制下，塔台内话系统再利用这种系统在传输过程中的图像和声音，并且可以根据需要来重复的播放。

（8）环绕立体声系统。这种系统可以真实再现飞机在起飞、降落、滑行等运动状态下产生的环境音。

3 具体系统工程

将所有数据读取到位，并且安排好席位之后开始训练。受训人员可以直观的从三维视景器中观看到飞机的运動情况，以及实时显示飞机的运动状态等信息[2]。通讯模拟器通过系统向机长发出命令，机长将命令输入系统，继而控制机器。管理教练甚至可以自己设置一些环境问题，比如风速、风向等；也能设置一些机器故障来提高训练质量。

4 系统在运行中存在的一些问题

4.1 实施面对对象建模技术

因为塔台模拟机在现实中的系统复杂性比较高，并且有很大的动态性和不确定性等特点，所以向来都被系统设计和开发者认为是软件工程中的一大难题。而一般的面向对象的设计也无法搭配在这种系统中。后来一位国际软件工程专家提出了一种可视化的语言方法，大幅度的提高了开发系统的质量和效率等棘手问题，并且还针对性的实现了对语言的支持，成功的应用在系统中。

4.2 采用原话实现计算内核

虽然塔台管制只分为地面管制和空中管理两大部分，但在管制的过程中需要的命令会多达一百多种，并且随着各国的使用和本身技术的进步，这个数字还会进一步扩大。在以往相关系统的生产销售过程中，就曾经为这种问题花费了大量的人力和物力，严重影响系统的维护和推广。而在现在的模拟器中，可以将周围各种复杂运动的情况分解成原语，最后以原语编程的形式呈现，这样既能满足人们的要求，还保证了设计的版块不会受到损坏。

4.3 高端通用图形工作站和自研图形核心软件相结合

要硬件的质量有保证，就得使用高端的图形工作站。它比专用图形的产生器有更高的性价比，并且在图形工作站的软件设计上和OpenGL[3]相结合，以此来保证系统效率和未来的可移植性。它并没有采用非常贵的视景驱动软件包，所以成本有所降低，并且很容易掌握相关的核心技术。

5 结束语

目前我国已经成功研发，并且使用了这种先进的设备，民航和中南空管局等多个部门先后在模拟机上培训了几百名塔台专业人员。塔台的单、双跑道的运行方式，以及过大的起飞或落地动作，在运行时间和地面的管制方面都进行了全面的训练，均取得了令人满意的效果。

现在由于技术的发展，塔台模拟机又新推出了DRS系列的产品、DPS系列的程序模拟机等先进的系统，这些又组成了新一代的空中交通模拟训练的先进产品，保证了空中交通管制人员的安全，又提高了训练的效率，更新了塔台所有相关的培训设备。除此之外，这种先进的技术还能评估现有的机场容量和流量，并且为进行新机场的建设提供模拟和评估，一举多得。

参考文献

[1]杨超宇.北京区域管制中心FREQUENTIS内话系统BCB有线接口扩容项目研究[J].硅谷，2014（1）：146-147.

[2]奇科，彬彬.来一次祖赫式的另类飞行[J].今日民航，2010（10）：38-45.

[3]王菲.沈阳区域管制中心投资决策研究[D].大连理工大学，2011.