浅述场面监视处理系统中跑道冲突告警设置机理及面临的问题

王颢

摘   要：随着我国航空运输业的不断发展，航班流量迅猛增长。2017年北京首都机场起降架次达到597，000多架次，2018年北京首都机场起降架次达到612，000多架次，且首都机场的日航班量已达到近1700架次，不仅空中飞行流量逐年增长，机场地面航空器运行更显十分繁忙，同时首都机场三条跑道运行，滑行道、穿越道以及机坪结构复杂，这些都为空管场面指挥工作带来了一定挑战和难度。场面监视处理系统能够在高密度地面航空器流量及复杂跑滑结构的机场运行条件下，实现对场面活动的航空器和车辆实时监控、提供探测及告警等功能，确保机场场面活动在处于机场能见度运行标准内的任何天气条件下的运行效率和安全运行。

关键词：场面监视处理系统  监视  告警  跑道冲突  冲突探测

中图分类号：V351                                   文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）08（a）-0247-02

场面监视处理系统能够通过接收场面监视雷达（SMR）、进近雷达（MSSR）、多点相关监视（MDS）、和广播式自动相关监视（ADS-B）等监视设备输出的目标监视数据，与气象数据（包括QNH、RVR等）、飞行计划信息等多元数据进行融合处理，形成目标综合航迹，对在机场场面覆盖范围内运动的航空器和车辆进行连续的定位与标识，在管制员席位监视界面上显示机场场面运动目标的运行态势和运行环境，为管制员提供场面监视、视觉和听觉告警、路由规划及引导功能。

1  跑道侵入和跑道冲突的定义

跑道侵入是指航空器或车辆或人员未经许可出现在指定用于航空器降落和起飞的保护区域内的情况[1]。

跑道冲突是指进入或将要进入跑道的活动目标与跑道内活动目标之间的冲突[1]。

因此，跑道侵入告警是针对航空器或其它运动的物体在未经许可时即将进入跑道产生的告警，或者是有运动物体即将进入预先定义好的禁区（如仪表着陆系统敏感区）时产生的告警;而跑道冲突告警是指场面监视处理系统通过接收、处理多传感器跟踪系统的目标位置报告，评估机场场面及附近空域内的目标活动情况，识别、探测在其监测区域内可能产生的冲突，包括航空器与航空器、航空器与其他物体之间的潜在冲突并产生相应告警。

2  跑道冲突告警设置阐述

跑道冲突告警分为降落冲突告警和起飞冲突告警，当机场场面潜在的冲突情况被探测出来，场面监视处理系统会发送告警信息至管制席位界面，给出涉及目标的身份和情况的严重程度的信息，并提供视觉和听觉告警，同时告警根据预先配置的特殊冲突情况的严重等级，以两种阶段显示，一阶段告警和二阶段告警，配以两种不同的颜色显示[2]：

（1）一阶段告警（琥珀色） 用于提醒用户，有需要特殊关注的情况发生。

（2）二阶段告警（红色）用于警告用户，有需要马上关注的严重情况发生。

2.1 降落冲突告警

在场面监视处理系统中，对于一架正在降落的航空器，系统会依据进近雷达送来的2D/3D目标位置信息，判定其降落冲突告警的监视区域：即从航空器距离跑道着陆点前一定时间（TTT Limit Stage 1）的位置，一直延伸至整体跑道并且包含相应跑道的敏感区。一旦这一区域内存在其他航空器或运动物体干扰航空器降落，场面监视处理系统会根据正在降落的航空器与跑道上干扰物体的当前速度，计算当前时刻至两者之间相距一定距离（CPA Limit）的时间差TCPA，当TCPA小于TCPA Limit Stage 1时，立即产生降落冲突的一阶段告警，标牌上方出现闪烁的琥珀色“ALERT”，如图1所示。

当在低能见度天气条件下，假如一架航空器已经进入降落一阶段，即距离着陆点TTT Limit Stage 1后，系统将不再进行TCPA时间差的检查，即一旦监视区域内存在其他航空器或物体干扰航空器降落，场面监视处理系统会立刻产生一阶段告警。

当航空器繼续飞至距离跑道着陆点前一定时间（TTT Limit Stage 2）的位置时，系统会根据正在降落的航空器与跑道上干扰物体的当前速度，再次计算当前时刻至两者之间相距一定距离（CPA Limit）的时间TCPA，当TCPA小于TCPA Limit Stage 2时，立即产生降落冲突的二阶段告警，标牌上方出现闪烁的红色“ALERT”。

一旦航空器已经落地，系统所监视的区域仅包含航班的前方区域，进入航空器后方跑道位置的目标将不会再触发降落出台告警（除非后机又开始加速起飞，则会触发航空器起飞冲突告警）。

2.2 起飞冲突告警

对于起飞航空器，场面监视处理系统会监控跑道的预定义起飞区域，以确保其它航空器、车辆以及跟踪目标不在此区域内。通常情况下，当探测到两个及以上的目标位于已激活跑道的预定义起飞冲突告警区域内时，且其中起飞航空器的速度大于预定义值（Stage 1/2 Speed Sel）时，会产生起飞冲突一阶段的告警，标牌上方出现闪烁的琥珀色“ALERT”，告警会一直持续到其中某一个冲突目标离开起飞区域，不再存在冲突为止。

当然，如果有2架起飞的航航空器都处于起飞冲突告警区域内，但是位置靠前的起飞航空器的速度大于某一预定义门限（Stage 1 Speed Limit），就不会产生此冲突告警。

还有一种情况：当判断两架航班均处于起飞冲突告警区域内，但是正在平行穿越同一跑道时，也不会产生一阶段告警。

当场面监视处理系统检测到起飞航空器DHL123沿着跑道加速，且速度大于预定义值（Stage 1/2 Speed Sel）时，系统开始探测位于该起飞航空器DHL123之前的起飞区域。RIMCAS会根据DHL123、BAW1234的当前速度矢量，计算当前时刻至两者之间相距一定距离（CPA Limit）的时间差TCPA，直到TCPA小于TCPA Limit Stage 2时，产生起飞冲突的二阶段告警，标牌上方出现闪烁的红色“ALERT”。然而，如果另一起飞航空器正在远离该航空器的方向移动（即相反方向，计算的TCPA值为负值），则不进行起飞告警区域内目标的探测。

同降落冲突告警，如果是在低能见度情况下，则系统不再做上述的TCPA检测，即在每一个管制席位界面上，在探测区域发现任何目标，都会以二阶段告警颜色为背景，并在标牌显示“ALERT”字样。

2.3 合理设置告警参数的重要性

例如在实际运行中，某地塔台管制部门反映某跑道所有起飞航空器未与当时该跑道上的一个不明一次信号产生起飞冲突告警，经技术部门调查、分析发现：该不明一次信号与该跑道降落航班正常产生降落冲突告警，却与起飞航班不能正常产生起飞冲突告警;通过这一现象立即将问题关键点转向到起飞冲突区域是如何设置的以及该区域是否实际生效方面。通过实际测试和分析，终于发现该问题是由以下两个告警参数设置问题导致：

（1）起飞冲突告警区域的runway图层名称设置，该名称与系统数据库中的runway名称定义不一致，导致该跑道起飞冲突告警区域实际并未生效;

（2）起飞跑道冲突告警的跑道运行方向，当前系统对该跑道起飞冲突告警区域方向take-off direction设为173度，即机场向南运行时才会有起飞冲突告警，而当天机场运行模式为向北运行，故该跑道起飞冲突告警区域未生效。

通过正确修改上述两项告警参数设置后，成功解决了管制部门反映的问题，实现了该跑道双向起飞冲突告警的功能。

3  结语

3.1 多监视信号源融合处理

如果系统可以平滑的处理空中监视信号与地面监视信号在跑道入口处的信号衔接、实现目标的信号连续性跟踪、提高目标位置信息的准确性，就会更好地避免目标信号丢失或者漂移产生的虚假告警，从而为管制部门提供更优质的地面监视信号。因此，合理、优质的多监视信号源融合算法是今后需要深入研究、实现的重要方向。

3.2 精确目标定位

复杂地面运行环境下精确的目标定位也是目前场面监视存在的一个难点之一，比如停止等待线、停机坪和廊桥等位置下多会受物理位置遮挡、反射和电磁环境干扰等环境因素影响，很难实现精确、稳定的目标定位，需要引入路由规划、显示及灯光引导等功能进行实际验证。

3.3 系统功能参数验证

场面监视处理系统为塔台及机场管制部门进行地面运行决策提供辅助性服务，其功能参數，尤其是跑道冲突、跑道侵入等告警参数设置的可靠性和安全性应得到充分的测试、论证。如何验证符合我国机场跑滑结构、机场运行环境等的各项告警功能参数标准，以确定其具有安全性，是今后场面监视处理系统发展和研究工作中最急切需要解决的重要课题。

参考文献

[1] 高级场面活动引导和控制自动化系统技术要求 MH/T 4042-2014[Z].

[2] NOVA9000场面监视处理系统系统技术手册[Z].