机坪管制新技术研究——以大兴机场为例

□ 北京大兴国际机场管理中心运行管理部 孟丽娜/ 文

民航局指出，双跑道或多跑道机场及2020 年预计年旅客吞吐量超过1000 万人次的机场全部列入机坪管制移交机场名单，重点机场要在2019 年初完成机坪管制移交工作，其他机场到2019 年底全部完成。据统计至2018 年底国内千万级机场达到37 个。

我国机坪管制移交实施较晚，第一个进行机坪管制移交的是杭州萧山机场，于2015 年完成，2018 年前完成机坪管制移交的只有3 个机场，这意味着有1 年以上机坪管制经验的机场只有4 个，我国机坪管制经验较为缺乏。从当前仅有4 个1 年以上机坪管制经验的机场到全国千万级机场全面实施机坪管制，这对机坪管制领域来讲既是机遇又是挑战。

2018 年，民航局发布了《新时代民航强国建设纲要》，明确指出要高质量推进机场规划建设，建设平安、绿色、智慧、人文的四型机场。智慧机场是未来机场建设发展的目标，作为智慧机场建设的有效手段之一，智慧机坪管制也是未来的必然发展方向。

智慧机坪管制的快速发展离不开信息技术的支撑，而信息科技的迅速发展，使机坪管制得以借力大数据、人工智能（Artificial Intelligence，AI）和增强现实（Augmented Reality，AR）等新技术，实现智慧化、数据化的迅速发展。

本文立足于机坪管制新技术发展，对智慧机坪管制进行了研究，并结合大兴机场机坪管制特点提出了可操作的交互式显示全景视图、机场全息投影、3D 机场实时动态模型、VR 模拟机训练系统、机坪内冲突告警系统等新的智能机坪管制构想，以期助力北京大兴国际机场智慧机坪管制及智慧机场的建设发展。

可操作的交互式显示全景视图

当前，远程虚拟数字塔台解决方案中的机场视图，采用的是视频录像全景拼接方案，只是单纯的显示机场内的实时动态。前文中提到的增强机场视觉显示（EAVD）系统具有可操作功能，例如对飞机进行标记，可以使用图形重叠在显示系统中对一些不允许飞机滑行的区域进行封锁。

在可操作的机场视图显示系统的基础上，希望未来远程虚拟数字塔台的机场全景视图是可以交互式显示的视图，且具有以下功能：

1. 可交互式显示地面上飞机的信息标牌，即鼠标指示某飞机，即可显示该飞机的信息标牌，包含其航班计划、机位、机型等信息；

2. 交互式显示某飞机的滑行路线，当管制员遗忘某些飞机的状态时，即可使用鼠标操作显示该飞机的滑行路线。

全息投影在机场视图中的应用

全息投影技术（front-projected holographic display）属于3D 技术的一种，原指利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实三维图像的技术。而后随着科幻电影与商业宣传的引导，全息投影的概念逐渐延伸到舞台表演、展览展示等商用活动中。平时所熟知的全息往往并非严格意义上的全息投影，而是使用珮珀尔幻像、边缘消隐等方法实现3D 效果的一类全息投影技术。

（一）全息投影技术优势

全息技术能记录物体光波振幅和相位的全部信息，并能把它再现出来。因此，应用全息技术可以获得与原物完全相同的立体像（从不同角度观察全息图的再现虚像，可以看到物体的不同侧面，有视察效应和景深感）。

全息图的任何局部都能再现原物的基本形状，物体上任意点散射的球面波可抵达全息干板的每个点或每个局部，与参考光相干涉形成基元全息图，也就是全息图的每个点或局部都记录着来自所有物点的散射光。因此，物体全息图每一局部都可以再现记录时所有照射到该点局部的物点，形成物体的像，也就是破损后部分全息图仍能再现物体的像。

（二）全息投影在机场视图中的应用

目前，在机场管制中运用的是机场场面监视雷达，虽然它能使管制员全面了解和掌握机场场面上各类目标的分布和活动情况，但是也存在一定的局限。在机场场面监视雷达中看到的飞机车辆等都是一个个小圆圈或者飞机模样的图标，所以在机场场面监视雷达中不太容易 “看到” 飞机的具体形态和位置，例如，某停机位飞机推出，对相邻机位或者滑行道口造成影响，但是由于机场场面监视雷达的局限性，不能明确判断出到底影响了多少。

如果机场管制中运用了全息投影技术，机坪上的显示情况都可以按照制定比例呈现在管制员眼中，管制员的眼睛就可以像天眼一样，全方位无盲区的从宏观及细节上掌握飞机动态。

同样，机场全息投影视图未来也可以应用于远程塔台，从而取代全景拼接视图，实现机坪运行精准管制。

3D 机场实时动态模型

机坪管制工作最重要的是能看到场面情况，特别是航空器及车辆的位置、动态及与周边物体的相对关系。

能看到航空器动态，则可以实时监控指挥，能掌握航空器与周边物体的相对关系，则能准确识别风险所在，保障运行安全。

3D 机场实时动态模型，通过关联航空器的多点定位信息及场监雷达信息来对航空器及车辆实现实时追踪。并在此基础上，对航空器及周边物体及环境进行三维建模，将整体运行环境通过等比例3D 立体模型进行展示。3D 立体机场实时动态模型，可以将场面运行情况与实物等比例实时显示在终端上，不仅清晰的展示了场面情况，还可以直观的帮助管制员判断航空器的动态、形态及与周边物体的相对关系；同时，模型还可以进行多角度调整显示，让管制员能够在席位上即可将机场运行情况及航空器态势了如指掌。

虚拟现实（VR）技术在模拟机训练中的使用

在虚拟管制员工作席技术及RETINA 项目的基础上，提出了虚拟现实（VR）技术在模拟机训练中的使用。与虚拟管制员工作席相同，管制席的模拟训练设备只需要一个VR 眼镜和手持控制器，再配合一个机长席的操作系统即可构成整个模拟机训练系统。

相比当前的模拟机系统，不需要很大的机房放置设备，也不需要常驻系统维护人员，并且设备轻便可随时移动，模拟机训练的空间也可以灵活选择或者变动。

机坪内冲突告警系统

机坪管制工作目标有很多，包括减少航空器滑行冲突、缩短航空器地面滑行等待时间、提高廊桥使用率、提升机坪运行效率、改善航班放行正常率等，但最重要的是避免航空器在机坪运行中发生冲突。

机坪管制员培养的核心目标就是建立机坪运行情景意识，掌握航空器进出港动态，预判并识别航空器在机坪运行中可能产生的冲突，并提前制定指挥预案避免冲突，进而实时发布指令并监视航空器动作到位。

从人机安全工程学的角度考虑，管制员作为人的要素，一旦以上任何一环工作产生失误，都会极大的威胁机坪运行安全，并且降低机坪运行效率。而管制员容易失误的地方包括遗忘航空器动态、冲突预判识别不全面、预判不准确、突发状况下丧失情景意识等。因此提出机位动态冲突告警系统，将需要管制员执行的该部分脑力活动，转化为系统功能，由计算机执行，辅助管制员工作并为管制员的决策提供可靠参考，减少由于管制员人为原因造成的不安全事件。

（一）系统工作原理

1. 系统主要基于电子进程单系统，可提取当前电子进程单系统中涉及的所有机位状态，并且可以随着电子进程单状态的变动而变动。

2. 系统可结合场面监视系统，实时捕捉电子进程单对应航空器的位置。

3. 根据电子进程单中的机型及上一动作的时刻等，推演当前动作的持续时间，及下一步动作的起始时间，至电子进程单移交其他席位为止。例如，某航班的电子进程单中显示其机型为B737-MAX8，于00 ∶00 电子进程单状态变为推出开车，系统会预判00∶00～00∶10±2为推出开车状态，00 ∶11±2 ～00 ∶16±2 为滑行状态。系统推演的实际某状态持续时间及误差范围，根据经验数据获得。

4. 就任意机位状态变动时，系统会提示当前电子进程单系统中所涉且互相影响的其他机位。例如101 机位状态为推出开车，当管制员操作102 机位航班动态变为推出开车时，系统会告警机位冲突，建议不执行当前指令。机位推出开车规则，及各状态下会互相影响的机位关系，需要提前输入系统数据库。

5. 当电子进程单状态变为滑行时，系统在实时追踪航空器位置且预判滑行时长的情况下，会判断该电子进程单对应的航空器将占用的滑行路线。例如101 机位飞机滑出时会经过在同一条C 滑行路线上的105 机位，当101 机位航空器00 ∶11 滑出后，系统会实时定位该航空器，并预判当前时刻至00 ∶16±2 时刻滑行将占用的滑行道。如果管制员在00 ∶13 试图将105 机位电子进程单状态变更为推出开车时，此时101 机位航空器定位滑行至103 机位后方，系统将告警在C滑行道上存在冲突，建议105机位航空器不可推出开车。

6. 可根据电子进程单当前状态及预判状态进行机位占用冲突告警。例如当前时刻为00 ∶05，电子进程单系统新出现一个电子进程单，显示有一架预计00 ∶10 进港的航班停机位为101。告警系统预判其在00 ∶15±2 进入机坪管制区域滑行至机位，而101 机位有一架预计出港的航班还未申请推出开车，当00 ∶10 进港航班电子进程单出现时，系统将进行机位占用告警，提醒管制员进行处理。

机坪管制员手中的航班电子进程单动态包括预计离港、推出开车、滑行、预计进港共4 种状态，可能存在的冲突包括推出开车相邻机位的冲突、滑行状态下滑行道上的冲突及滑行航空器与推出开车状态航空器的冲突、进离港航班机位占用冲突等，冲突种类较少，容易识别，告警系统容易实现。告警系统不仅可以基于电子进程单，还可以在场监系统上自动闪烁告警互相影响的机位及占用的滑行道，并根据航空器动态实时追踪变更。

总结：

随着中国民用航空业的快速发展, 机坪运行规模不断扩大, 为了提高机坪运行效率, 保障运行安全, 机坪管制移交工作已经在全国多个机场推进展开, 并成为必然发展趋势。北京大兴国际机场是我国惟一一个开航之初就需完成机坪移交的机场。由于塔台建设的限制，大兴机场将面临塔台指挥盲区大、机坪运行环境复杂、空地指挥流程间接等现状, 如何在保障安全的基础上提升机坪运行效率对于大兴国际机场而言是重中之重。

本文立足于机坪管制新技术发展对智慧机坪管制进行了研究，对大兴机场建设智慧机坪管制进行了畅想，提出了可操作的交互式显示全景视图、将全息投影应用到机场视图、VR 在模拟机训练系统中的应用、机坪内冲突告警系统等新构想。希望通过对以上机坪管制新技术的研究和应用，助力大兴机场智慧机坪管制建设，从而弥补机坪管制塔台视野窄、盲点多的缺陷，突破传统的机坪运行管理理念和手段对大兴机场的制约，在保障机坪运行安全的基础上，提高机坪运行的效率，进而保障整个大兴国际机场安全高效的运行。