机场空管塔台备用气压显示系统方案的研究

郑标 宋文佳 杨帆 王继强

摘要：气压数据是空管管制员指挥飞机起降的重要参考数据之一。有效、准确的在塔台上显示机场跑道QNH和QFE，是一项重要的工作。本文主要通过对实际工作中遇到的气压显示的问题，提出振筒气压仪在塔台显示的弊端，同时提出一种更加可靠、高效的备用气压显示方案。为塔台应急气压显示方案提供思路以及可行解决方案提供参考。

关键词：民航空管;塔台;气压显示

引言

跑道气压数据是塔台管制员指挥飞机起降的重要参考数据之一。目前，在民航空管塔台上显示的主用气压数据通常是由自观系统提供。在民航机场中，重要的参考数据，一般都设置备用数据提供方案，因此塔台气压显示数据需要提供应急气压显示方案。

部分民航空管塔台的备用气压数据是由设置在塔台管制大厅的振筒气压仪提供。通过测量塔台相应高度的气压，然后根据相应高度差来换算出本场的QNH和QFE，来实现本场气压数据的备份。[1]

青岛胶东机场空管塔台在建设过程中，初期气压数据方案为：

1、主用气压数据由自观数据提供到塔台管制席。

2、备用气压数据由东、西跑道塔台管制席位各放置一台振筒气压仪来提供数据。

一、振筒气压仪气压应急显示在新塔台管制大厅中出现的问题

在胶东机场塔台，应急气压显示，在前期试运行过程中，出现气压显示不稳定的现象。

振筒气压仪气压显示不稳定，与自观显示数据差值出现上下波动的现象。

实际运行数据案例：胶东机场塔台振筒气压显示一组数据对比，2020年12月06日塔台东西跑道两部振筒气压仪气压显示数值基本一致。而在2020年12月05日时，东西跑道振筒气压仪气压显示数值偏差较大，当天两部振筒气压仪显示气压：QFE 差1hPa，QNH 差0.8hPa。

本文对该现象进行了分析，出现气压显示不稳定可能原因有以下几个方面：

1、振筒气压仪本身稳定性问题。

2、振筒气压仪内置参数设置导致。

3、塔台的特殊环境导致数据存在差异。

二、问题原因分析

针对上述三种可能的原因，本文先后做了以下工作：

1、联系厂家，对两部振筒气压仪设备进行校准[2]，结果显示振筒气压仪设备一切正常。

2、为了保证振筒气压仪的高度设置准确，本文联系了勘测院对塔台的桌面高度进行了专业测绘，得到了振筒气压仪的准确高度。然后对参数进行了重新设置，结果表明，振筒气压仪提供的气压数据与自观提供的气压数据仍然存在不规律的差异波动，有时候气压差值能够达到1hPa。

3、在上述两种情况均被否定的情况下，本文把关注点放在了，塔台的密封工作环境、空调、室内湿度上。

振筒气压仪传感器放置在塔台室内桌子上，为了研究该现象出现的原因，本文首先对气压的计算公式、测量原理进行了分析。大气的气压计算公式为：

pV=mRT/M

可以推出：

其中：P是气体的密度，R是常数，T是温度，M是摩尔质量。

另外大气压力：

其中：h为海拔高度

经研究了解，气压有日变化和年变化。一年之中，冬季比夏季气压高。一天中，气压有一個最高值、一个最低值，分别出现在9～10时和15～16时。气压变化与风、天气的好坏等关系密切，因而风、天气也是气压变化的重要气象因子。

对气压影响因素进行研究分析，发现气压的大小与海拔高度、大气温度、湿度、大气密度等有关，一般随高度升高按指数递减。

针对第三种情况分析，本文对胶东机场塔台的现状进行了分析：

1、塔台高度90多米，海拔相对较高，室内空气密度与室外空气密度在不同的天气情况下，存在区别。

2、新塔台在建造过程中采用全封闭+新风系统，导致室内气压与室外正常气压存在差异。

3、新塔台夏天空调、冬天暖气导致室内温度和湿度与外界由较大差异。

振筒气压仪是通过测量塔台管制室桌面的气压，然后通过高度换算出QNH和QFE的。虽然振筒气压仪考虑了塔台的高度参数，但是由于塔台管制大厅冬天有暖气、夏天有空调，温度、湿度以及现场气压值与道面的环境因素有较大的差别，因此换算出来的数值也会存在差值，这是导致振筒气压仪数据与自观气压数据差值出现波动的主要原因。[3]

当新建机场塔台高度较高时，随着现代封闭技术的提高，会导致塔台内部的气压、温度、湿度跟标准相应高度的气压、温度、湿度都会有一定的偏差。从而导致振筒气压仪测量的QNH和QFE与实际情况出现偏差。

三、替代方案设计

通过振筒气压仪存在问题的分析，以及塔台需要QNH和QFE的要求。本文认为在高度较高的塔台管制席位设置振筒气压仪的方案不理想。要将上述不利因素排除掉，需要另外一套输出可靠稳定的气压应急显示方案，来代替塔台备用振筒气压仪显示方案。

通过对胶东机场气象台现有的设备配置现状来进行分析。除了主用自观气压数据以外，还有一套观测场自动站气压数据比较可靠。将自动站气压数据的QNH和QFE数据引接到塔台管制席位，作为备份系统，那备份气压数据必然是可靠的。

本文先后对气压方案进行了设计研究，并将关键节点进行技术解决。方案框架及终端显示如图1所示：

经验证，上述方案可行，经过长时间对比，塔台管制席位的主用气压数据和备用气压数据显示长期保持一致，彻底消除振筒气压仪提供数据不稳定的现象。

四、小结

民航空管塔台主用数据来自自观系统。备用数据使用振筒气压仪可能会出现输出数据与实际气压数据存在偏差的情况，然而民航使用的气压数据是飞行器着陆的重要数据，需要由稳定的系统方案进行提供。本文设计的观测场自动站气压数据作为塔台备用气压数据方案，是气压稳定输出的可靠方案，另外由于绝大多数民航空管气象台均设有观测场自动站，因此引接观测场自动站的气压数据作为塔台的备用气压数据也是最经济的备份方案。该方案具有可以为其他空管塔台备份气压方案提供借鉴的意义。

参考文献

[1]气压计法阻力测定精度的影响因素分析与控制.李崇山

[2]振筒气压仪校准方程的逐步回归算法.陈晓颖，王晓蕾.《解放军理工大学学报（自然科学版）》

[3]自动气象观测系统QNH值与振筒气压仪的QNH值对比差值骤变的情况分析.钟威《科研》