空管专业协同能力虚拟仿真平台的建设与应用探讨

杨群亭, 杨新湦, 张 健

(中国民航大学 空中交通管理学院, 天津 300300)

空管专业协同能力虚拟仿真平台的建设与应用探讨

杨群亭, 杨新湦, 张 健

(中国民航大学 空中交通管理学院, 天津 300300)

针对我国航空运输业的快速增长态势,管制协同运行是缓解空中交通拥堵的有效手段。该文首先介绍了管制协同能力的基本概念,然后通过探讨虚拟仿真训练平台和相应协同能力虚拟仿真平台的建设,并结合虚拟仿真平台提出了提高管制协同能力培养的方案。探索协同能力培养方案,可以丰富CDIO工程模式应用内涵,是确保“卓越工程师培养计划”培养质量、培养满足民航运输业长远需要的工程人才的重要手段。

虚拟仿真； 交通运输； 协同能力

近年来我国航空运输业处于快速增长态势,2012年我国民航运输总周转量已达608.2亿吨公里[1],民航旅客运输量为3.2亿人次,预计2015年为4.5亿人次[2]。空中交通流量的上升给我国民航事业带来了前所未有的发展机遇,但引起的航班延误也让这个行业饱受责难。据Flight Status统计显示,2013年8月首都国际机场和上海浦东机场延误现象排在世界35个主要机场的倒数第1、2位[3]。为了缓解大流量复杂交通导致的拥堵态势,我国提出了以安全、顺畅、高效、绿色为特征的“新一代国家空管系统”理念,亟需培养具备扎实的空管运行指挥与协同能力的人才[4-5]。本文主要对协同运行训练的系统平台建设进行探讨。

1 管制协同能力

管制协同工作存在于航空器的整个飞行阶段，通过空管一线培训主管部门的调研以及对管制协同能力的梳理,可以从纵向和横向对管制协同进行归纳,从而从2个维度对空管协同能力提出培养要求。纵向的协同指塔台、进近、区域之间的协同；横向的协同的狭义概念是同一管制部门之间不同扇区、不同席位之间的协同,广义概念是空管同现场、航空公司甚至军航部门之间的协同。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,需要在多种约束条件下做出决策[6]。

2 加强虚拟仿真训练基础平台建设

2.1 建立新一代的虚拟仿真训练系统

新一代的的虚拟仿真训练系统不仅要具有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配套设施,还应该对飞机的具体飞行过程进行高保真的模拟[7-8]。目前空管学院使用的虚拟仿真训练系统同空管一线工作还有许多不一致的情况,一些旧系统(如程序管制模拟机系统)的问题比较明显。应当要改进虚拟仿真系统内置算法,重点考虑不同航空公司飞行习惯、不同机型、不同高度以及不同天气情况对飞机的影响,并能在训练中切实感受军方的某些要求。同时新一代虚拟仿真训练系统还应该践行各种管制规章制度,如“飞机距接地点4 km之前必须发出着陆许可”等,否则有损学员正确管制意识的培养。

2.2 研发基于一致化数据交换标准的空管全过程联合虚拟仿真训练系统

通过空管全过程联合仿真训练系统实现机场、塔台、进近、区域全过程管制模拟的联合运行,弥补以往空管协同运行能力训练手段平台的缺失。中国民航大学不仅已经开发了现场指挥模拟训练系统,也初步建设了全过程联合虚似仿真训练系统,实现多功能、多工种协同演练的训练方式[9]。未来需要对该系统进行进一步优化,结合空域结构、不同机场、机场细则、管制协议和机场服务保障协议,形成面向多任务、多约束、多信息的协同运行的训练平台。

2.3 积极探索模拟CDM系统建设

CDM系统的大力推广已成为一种必然趋势,民航院校应当积极探索CDM系统的理论和系统应用研究,为新形势需求下的管制人才培养工作打下基础。可以以现有现场指挥系统、流量管理系统、航行情报系统和模拟机系统等为基础,结合CDM算法,探索CDM模拟平台建设。首先以终端为单位构建CDM的模拟环境,然后可以根据系统管制协同的应用经验和新的研究成果对其进行修正和功能扩展。模拟CDM系统的体系架构如图1所示。空管单位、机场、航空公司以及其他一些外联单位共享CDM系统,流量管理中心通过CDM流量监控中心发现问题并根据需要调用协同决策算法对航班进行动态分配[10-11]。

图1 模拟CDM系统体系架构示意图

3 构建虚拟协同训练辅助平台

3.1 设计具有较高逼真度的管制协同虚拟仿真实验系统

管制协同能力是对管制能力的进一步要求,管制能力和管制协同能力的培养不能模式化,要提高管制协同能力,需要保证学员对各种非常规情况管制能力和协同能力的培养。需要在训练中设置不同特殊情境,以直观逼真的方式训练管制协调席与管制席位、军方管制单位、通信、导航、气象部门、情报以及管制单位内部人员的沟通协调能力。由于空管是复杂动态、大尺度的控制系统,其高风险的特点决定了在真实系统运行环境下进行人才培养的局限性和不可实现性,可以依据行业标准建设和应用虚拟仿真系统对跑道入侵、跑道异物、恶劣天气、飞机问题和军方活动限制等一些影响正常管制指挥的特殊情况进行环境再造,依据这些虚拟平台提高学员管制工程应用能力。

3.2 初步建成全国主要空域结构和机场布局的虚拟环境

鉴于目前空管培训的发展现状,我院已经针对有条件的单位进行了学员的定向培养,如“华北班”和正在培训过程中的“新疆班”。然而,在定向培养过程中,用人单位特定的空域结构、机场布局、进离场程序等虚拟仿真环境的搭建是个相当复杂和耗时的过程。这些模拟环境的缺乏,一定程度上限制了定向培养的进程,不利于空管领域校企合作的进一步深入。所以,逐步建成全国主要机场的空域结构、机场布局、进离场程序的模拟环境,并实现虚拟仿真运行环境的动态装载是需要尽快解决的问题。可由空管单位直接选派一线管制教员,民航院校提供场地和配套设施,实现民航院校教学与空管岗位实践的平滑对接,可以有效打通管制学员快速成长通道,提高学员培养效率和节约成本,也有利于拓展校企合作途径。

3.3 建设CBT教学资源库

通过CBT可以使空中交通运输专业实践课教学由“教师-模拟机”转换为“教师-CBT-模拟机”的形式,可以促使学生主动学习,节约教师资源。同时,基于CBT教学资源,学员可以节约大量熟悉模拟机的过程,提高模拟机有效利用率。结合空管专业理论课程在知识内涵、课程结构、教学组织等诸多方面的相通之处,挖掘不同课程共性教学资源,并结合各管制课程特点,建设集学科理论知识、空管模型展示、案例动画演示及自学软件为一体的CBT教学资源库是十分必要的。

4 利用平台加强协同运行工程能力培养

4.1 持续重视同一管制席位管制席和协调席的协同

在管制学员模拟机练习中,要加强管制席位与管制协调席位沟通能力的培养。协调管制席位不但要通过模拟平台掌握、处理并及时准确地传递重要交通管制信息,还要对管制席位的管制方案了如指掌。通过长期的模拟机配合训练和总结,作为不同个体的管制员和管制协调席位管制员应该形成一种默契,通过对方的一个眼神或一个手势,即能了解对方的意图,从而实现管制目的的一致性,达到良好的管制协同效果。

4.2 加强培养多模块联合培训中不同部门之间的协同能力

管制工作是一个覆盖飞行全过程的工作,是多部门、多岗位协同配合的过程。当前民航院校广泛采用的单模块训练方式的重心往往集中在冲突的预见和调配能力上,管制协调工作的训练往往不够重视。为了有效解决工程能力训练中的协同能力培养,可以充分利用全过程联合运行系统,在训练过程中可以对不同练习合理设计塔台进近协议、进近区域协议、特殊移交、扇区移交和移交航空器进离港排序因素等规则,通过多岗位角色轮换进行管制协同意识的培养[12]。

4.3 突出军民航空管联合运行能力的培养

军民航协同是运行单位管制人员不可避免的工作之一,也是管制协同工作中的难点和重点。然而,由于军队的特殊原因,民航初始养成学员管制协同能力比较薄弱。可以结合协同运行平台,通过建立军地院校交流机制,强化军地师资互学共建环节,开展适应军民航联合运行的管制课程,在模拟机训练中加入空中限制区等真实受限条件,培养具备军民航联合运行的协同意识和能力的专业融合型人才。

5 结语

航空运输业的高速发展对管制员的空管协同能力提出了新的要求。从基础平台建设和配套管制协同训练系统建设两大方面提出了提高管制协同运行平台建设的途径。随着系统平台建设的进行与有条件使用,制学员管制协同能力已经明显得到了提高。突出协同运行能力的培养,丰富了民航运输业CDIO工程模式的应用内涵,是确保“卓越工程师培养计划”实施效果、培养满足民航运输业长远需要的工程人才的重要手段。

References)

[1] 陈嘉佳.军民航合力缓解空中交通拥堵困局透析[EB/OL]. (2013-12-06). http://www.caacnews.com.cn/newsshow.aspx?idnews=237199.

[2] 梁鹏, 孙捷, 杜蕴慧, 等.机场建设项目环评要点分析[J],环境保护,2013,41(10):57-59.

[3] 阿部哲也.中国空中交通拥堵已对经济构成影响[EB/OL]. (2013-09-22). http://cn.nikkei.com/china/ceconomy/6583-20130922.html.

[4] 李海鹏. 从NextGen组织机构看中国民航的体系建设[J],航空运输,2008(4):29-33.

[5] 杨新湦,钟涵, 董健康, 等.面向“新一代国家空管系统”人才需求的综合实践教学平台研究与实践[EB/OL].(2014-10-20). http://www.cauc.edu.cn/jxcg_kgxy.

[6] 张健,杨新湦.“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],中国民航飞行学院学报,2012,23(5):41-43.

[7] 戴元. 桌面虚拟化技术在空管信息化中的应用[J],硅谷, 2012,(12):133-134.

[8] 张晨虓,王晓璐,刘虎,等.2010年航空器适航与空中交通管理学术年会论文集[C].北京:中国民航科学技术研究院,2010.

[9]张健,杨新湦,钟涵,等. 基于协同运行的空管实践仿真体系构建与实施,实验技术与管理,2013,30(8):141-144.

[10] 何林,张晶.从空管角度谈协同决策系统运行:华北空管局CDM系统建设介绍[J],中国民用航空,2013,10:40-41.

[11] 钱博文. 民航协同决策系统 (CDM) 华东空管运行管理问题简述[J]. 管理观察, 2013, 27: 166-168.

[12] 宋祥波, 黄贻刚, 杜实, 等. 基于管制联合运行的雷达管制课程改革与实践[J]. 实验技术与管理, 2015, 32(12): 212-216.

Exploration on construction and application of virtual simulation platform with ATC collaborative capacity

Yang Qunting, Yang Xinsheng, Zhang Jian

(College of Air Traffic Management, Civil Aviation University of China, 300300, China)

The coordinated operation in air traffic controlling is an effective means to alleviate air traffic congestion, aiming at the rapid growth of the air transport industry. The conception of coordinated operation is analyzed firstly. Then, the scheme of enhancing coordination capacity is proposed through the construction of a series of basic training platforms and corresponding coordinated operation training systems. The exploration on coordination capacity training enriches the connotation of CDIO application and is essential to ensure the quality of “Excellent Engineer Training Program,” which can be used as a weighty means for catering civil aviation industry in engineering needs of long term interests.

virtual simulation; traffic and transportation; collaborative capacity

10.16791/j.cnki.sjg.2017.02.004

2016-10-14

杨群亭(1983—)，男，河南南阳，在职博士研究生，讲师，主要研究方向为空中交通运输.

E-mail：quntingyang@foxmail.com

TP391.9；V355

A

1002-4956(2017)2-0016-03