北京新机场高级地面引导控制系统的设计应用

◆赵爱卿

（中国民航机场建设集团公司 北京 100101）

北京新机场高级地面引导控制系统的设计应用

◆赵爱卿

（中国民航机场建设集团公司 北京 100101）

高级地面活动引导及控制系统（即A-SMGCS）是将空管与机场的相关信息进行集成和处理，实现对机场地面滑行航空器的自动化监视、控制、路径规划及灯光引导服务，以提高北京新机场地面管制的运行效率和安全水平。

A-SMGCS；信息集成；地面管制

0 引言

北京新机场是超大型综合枢纽机场，终期设计能力将大幅度超过首都机场。本期建设四条民用跑道，地面运行结构十分复杂，常规地面管制方式难以保证及时发现和避免所有的运行冲突。建立高级地面活动引导控制系统（即A-SMGCS）是实现机场场面自动化管理的有效方法，可提供有效的监视和控制手段，避免飞机侵入运行中的跑道以及避免滑行道上出现各类冲突。

1 北京新机场A-SMGCS建设等级标准的确定

根据国际民航组织ICAO出版的《高级地面活动引导及控制系统（A-SMGCS）手册》，A-SMGCS系统的建设分为I～V共5个等级标准。其中：I级标准主要实现对场面活动目标的监视；II级标准主要实现对场面活动目标的危险碰撞有告警功能；III级标准是在II级的基础上，对场面活动目标有自动路由规划的功能；IV级标准是在III级的基础上，增加自动的灯光引导功能；V级标准是在IV级的基础上，增加飞行员和车辆驾驶员的场面态势感知能力。

根据北京新机场的运输总量、建设规模、总平面布局、地面运行方案等因素综合考虑，A-SMGCS的建设应可达到ICAO要求的IV级标准。具体分析如下：

1.1 飞行区建设规模与平面布局

新机场本期建设有“三纵一横”4条跑道，远期共建设有“五纵两横”共7条跑道，同时建设7条平行滑行道及与多条联络道，2025年可保障年起降量62万架次和运输7200万旅客量的需求。飞行区的机坪共建有328个停机位，其中：近机位76个、远机位103个、货机位24个、公务机位96个、维修机位14个、除冰机位12个、试车坪机位2个、隔离机位1个。航站楼建筑形式为主楼加五指廊呈放射状集中式布局的70万平米单体建筑。

由飞行区的总体布局不难看出：跑道构型的多样性有助于增加空中交通流量，但同时增加了地面滑行时间和联络道的交通压力。集中式航站楼有利于缩短旅客的步行距离，但由五个指廊围合出的四个U型站坪增加了地面运行的复杂性且高大的建筑有碍管制视线。这对如此繁忙机场的运行效率和安全带来极大的挑战。

1.2 地面管制运行

北京新机场空管方面虽然建设有东、西两座塔台用于管制，但由于飞行区范围宽广且航站楼建筑单体高大，受可视区域、视线角、横向分辨角、目标识别性能等条件的限制，西塔台仅负责西1和西2跑道的运行指挥，东塔台仅负责东1和北1跑道的运行指挥。同时受可视范围的限制，有建议机场采用站坪分离运行的指挥模式。

根据总平面规划方案，飞机从不同停机坪机位到不同跑道有着更多的可选滑行路由，且各滑行路线存在大量交叉和重叠，需要利用时间差满足安全的距离间隔以避免冲突。另外，在同一滑行路径上的不同段可能会出现需要多个地面管制单位进行管制和移交，这对管制单位间的路径协调和对接造成极大的困难，因此滑行路线自动选择是解决地面交通复杂且运行繁忙机场的可行手段。同时辅之滑行路径上的灯光引导能够自动解决滑行冲突，自动引导航空器沿规划的路由滑行、停止和穿越交叉口，以减少管制员的工作量，特别是低能见度下，降低管制员与飞行员之间的通信差错，缩短地面滑行和等待的时间。

基于以上两方面的考虑，北京新机场A-SMGCS系统的建设应达到IV级标准，管制人员可实现对航空器的场面监视、控制、自动路由规划和灯光引导功能。

2 系统设计方案

北京新机场将建成包括：场面监视雷达系统（SMR）、多点相关监视系统（MLAT）、一/二次雷达、ADS-B、航管自动化系统、气象自动观测系统（AWOS）、航班信息显示系统（FIPS）、助航灯光系统、停机位分配系统和泊位引导系统等设施，这些设施是A-SMGCS系统的主要信息源。A-SMGCS系统将对这些离散外部信息源系统进行引接、处理、集成，并对融合的目标进行路径规划和滑行引导，在目标滑行过程中，实时反映各目标的动态信息，包括其控制信息，并对其进行冲突探测和解脱处理。构建IV级标准的A-SMGCS系统，为管制员提供友好、方便的人机操作界面，以实现对机场场面活动监视、控制、路由规划、灯光引导的自动化管理。

2.1 系统的安全可靠与适应性设计原则

系统硬件平台选用国际知名品牌的货架产品，同时采用得到充分验证的、长期应用于多种军、民用系统中的硬件设备和技术。

采用冗余技术和各种可靠性、可维修性措施，确保系统24小时不间断运行。

北京新机场A-SMGCS系统本期期建设预留扩展接口，满足机场未来建设站坪指挥的需要，系统同时具备可升级达到Ⅴ级标准的能力。

北京新机场同时建设各种不同功能的管制监视与运行的空管系统，分别担负着各自的管理功能，A-SMGCS系统在引接有关信息和集成处理时，尽量减少对相关系统的改动，不得影响各子系统的运行。

当系统出现全局故障时，可切换至空管相应的各子系统，如：终端区的塔台自动化系统、电子进程单系统等，确保塔台管制工作的连续性。

2.2 系统架构

图1 北京新机场A-SMGCS系统图

系统采用分布式、客户／服务器（C/S）、开放式架构。系统采用局域网作为A-SMGCS系统内部信息传输与交互的基本通道，局域网的拓朴结构为三张星形以太网，其中双局域网（A、B网）互为备份工作网，S网为软件安装、数据维护和重演网。

系统数据处理采用双机主/从热备份的方式，当双机系统中的某个单元发生故障时，将自动进行无缝隙切换，保证系统的连续工作。当故障被排除后，仍然可以迅速构成双机系统，继续保持可用性指标。

2.3 系统组成

系统主要由三部分组成：信息输入/输出部分、信息处理部分、管制席位部分。

（1）信息输入/输出部分

用于系统与外部功能子系统的物理连接，对这些信息进行必要的预处理后分发到网上作为处理服务器的数据输入。系统信息输出主要是向助航灯光系统输出灯光控制信息，向终端区自动化系统信息交互模块（电子进程单）输出同步信息，同时能够向机场其它用户输出系统综合航迹，航班进离港信息等。

系统由线路分配切换器，N-PORT，路由器，数据通信处理机（DCP）等设备和软件组成。

（2）信息处理部分

系统设置多台信息处理机，分别对所接收的各种输入信息进行有针对性的处理，形成机场航空器和机动车辆的实时场面运动态势，实现地面管制的监视和控制，并提供各种告警处理。同时对进离港航空器的滑行运行提供路径规划和助航灯光引导，提供可供管制员选择的实际运行咨询，帮助管制员进行决策。

系统配置有2台监视数据前置服务器（RFP）、2台监视数据处理服务器（SDP）、2台飞行数据处理服务器（FDP）、2台路径规划处理服务器（ROUTE）、1台日志记录服务器（LOG）、1台安装服务器、2台记录重演服务器（DRF）。

系统通过技术维护席位对系统设备、数据传输接口、软件状态和网络状况等实现监视与控制。系统监控负责采集各种系统运行数据，包括系统内部实时信息、软/硬件状态、接口状态、系统工作状态和系统数据流等，将它们整理、分析，显示在技术维护席上，并实时打印和存储以供以后查阅。对采集到的数据进行分析，对监控的系统实施控制作用，使系统能够安全、高效、稳定和可靠地运行。

（3）管制席位部分

管制人员可利用各种管制席位上的A-SMGCS显示终端提供的人机界面实现对机场场面运动的航空器的监视、控制、路径规划和引导。A-SMGCS系统包括放行席、地面席、塔台席、助理席、主任席、技术维护席等不同的功能显示终端，除塔台各管制席位配备外，为进近、区域管制及时了解机场飞行动态，在主任席、总主任席、流量席配备，同时作为生产运行中心、飞行服务席的参考。

北京新机场A-SMGCS系统设计有39个席位终端，其中：东塔台10个，西塔台10个，终端管制中心8个，区域管制中心4个，运管中心2个，飞行服务大厅3个，设备系统维护席和监控席各1个。

2.4 系统功能

北京新机场A-SMGCS IV级标准可为管制人员实现场面监视、控制、自动路由规划和灯光引导等功能。

（1）监视功能

系统对机场场面覆盖范围内运行的航空器或车辆进行实时、准确、连续的定位，对已安排活动计划的目标进行相关和标识，提供每秒一次的实时数据更新，能够在管制席监视界面上显示机场场面运动目标（航空器）的运行态势和运行环境。

（2）控制功能

系统能够对航空器或车辆地面运行出现的各类不安全事件提供实时告警服务，对出现的告警提供直观的画面或声音告警提示，为地面管制人员合理引导航空器避让冲突提供辅助决策依据。告警信息包括冲突预警/告警、跑道和限制区的预警/告警、路由交叉提示告警、路由冲突预警/告警等。

（3）路由规划

基于停机位、滑行道、跑道及场面等资源信息，按照地面运行规则，为起飞或降落的飞机提供最优的滑行路由。规划路由不仅要提供滑行路径，还要提供路径上经过关键点（类似飞行计划的报告点）的预计时间。系统提供可视化路由选择界面，可自动生成路由亦可提供滑行路由的人工选择。

（4）引导功能

引导分为自动引导和人工引导，人工引导的优先级高于自动引导。

系统能够根据航空器滑行路线、场面运动航迹、跑道视程等数据，自动产生滑行路径上助航灯光的点亮、熄灭、灯光强度等控制数据，发送给助航灯光监控系统，进而改变滑行道中线灯的推进状态，引导航空器在非冲突区域行驶，或改变交叉口停止排灯的状态以引导航空器通过交叉口。同时系统能够自动预测引导过程中各滑行道交叉口处的航空器滑行冲突情况，具有自动解脱冲突的处理能力，依据引导规则开闭相应的停止排灯。

3 结论

北京新机场A-SMGCS项目的建设，将通过对空管与机场相关信息系统的集成和处理，实现对机场地面航空器和机动车辆等运动目标的自动化监视、控制、路径规划及滑行灯光引导服务，对于机场地面管制运行，特别是夜间和低能见度天气运行标准条件下的安全运行，不仅可以提高空管的安全保障能力，而且能够大幅提高机场的地面运行效率。

[1]ICAO，Advanced Surface Movement Guidance and Control Systems（A-SMGCS）Manual，Doc9830 AN/452，2004.

[2]ICAO，Procedures for Air Navigations Services.Air Traffic Management，Doc4444 ATM/501，2001.

[3]MH/T 4018.1/2/3-2004，民用航空空中交通管理管理信息系统技术规范，第1部分：系统数据接口；第2部分：系统与网络安全；第3部分：系统网络与接入。