机场场面航空器滑行冲突解脱方案优化研究

张震亚 席杨 冯岩

摘要 当传统机场场面监视系统中发生滑行冲突场景时，管制员往往面临人机指引缺乏、处置方案不明确等人机操作困扰情况。文章基于国内主流的不具备助航灯光引导能力的场面监视融汇系统，对于管制员面临路由规划—冲突告警—滑行引导的实际用户应用场景进行重点分析和操作流程重新设计，探讨如何合理化设计用户管制流程中的冲突解脱操作步骤，实现适用于用户实际操作场景的场面滑行冲突解脱完整方案。

关键词 场面监视融汇系统；滑行冲突解脱；场面滑行冲突告警

中图分类号 V355.2文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）03-0008-03

0 引言

机场场面航空器滑行冲突解脱方案设计旨在有效管理场面交通，减少航班滑行中的延误，充分提高机场资源的利用率，使场面流量达到最大化，可用于航班是否偏离既定路线的实时检测或多架航班之间的滑行冲突检测，从而提升场面航空器的安全运行能力。

传统机场场面航空器滑行冲突解脱方案通常涉及监视数据处理、航迹告警处理、路由规划和滑行引导四个功能处理环节，各处理环节之间往往存在相互覆盖、逻辑差异及细节冲突的情况。例如，路由规划处理往往不考虑滑行冲突告警计算结果与滑行引导处理结果，监视数据处理和滑行引导处理通常各自按照不同的逻辑进行冲突风险识别，功能模块之间往往未能形成完整的场景逻辑关联[1]。

1 典型滑行冲突场景分析

场面上航空器之间的滑行冲突通常可以划分为三种情况，即对撞冲突、交叉口冲突、追逐冲突[2]。滑行冲突告警解脱方案功能旨在探测航空器之间的滑行冲突问题，将可能存在的滑行风险及时反映给管制员，从而保障场面航空器安全、高效地有序运行。

1.1 对撞冲突

航空器对撞冲突的运动特征表现为在目标对的滑行路由之间存在一定重合，且重合路由的行进方向相反，即航空器之间具备对撞运行趋势，如图1所示。该运行场景存在以下潜在风险：航空器相向进入死胡同，发生死锁；航空器相向运行时发生剐蹭、碰撞。

1.2 交叉冲突

航空器交叉冲突的运动特征表现为在目标对的滑行路由之间只有一个路由点发生重合或者目标对交叉汇入之后形成追逐，即航空器之间具备交叉运行趋势，如图2所示。该运行场景存在以下潜在风险：不同方向的航空器在交叉口或交叉汇入口易发生拥堵；航空器交叉运行时发生剐蹭、碰撞。

1.3 追逐冲突

航空器追逐冲突的运动特征表现为在目标对的滑行路由之间存在一定的重合，且重合路由的行进方向相同，即航空器之间具备追逐运行的趋势，如图3所示。目标对发生追逐的情形有两类：一类是某架航空器的路由与另一架航空器的路由完全一致或者为包含关系；另一类是某架航空器的路由包含另一架航空器的起始路由，并在追逐之后去往不同方向。该运行场景存在以下潜在风险：航空器追逐阶段，后机可能会受到前机的尾流干扰；航空器追逐阶段因未保持足够的安全间隔而出现碰撞。

2 滑行冲突解脱处理流程设计思路

当系统探测到现有场景下的滑行冲突风险后，需结合现场管制实际操作习惯，于管制操作人机界面给出便于操作的相应解脱方案选项，包括但不限于：针对目标下达等待/继续滑行等数字化引导指令；针对目标重新规划完整备选路由；针对目标重新规划局部备选路由。完整系统方案面临以下难点：

（1）需对现有滑行道冲突告警进行告警/预警风险度分级，不同风险分级需具备明确定义并能够在管制操作人机界面清晰指引管制员进行相应操作。

（2）現有滑行道冲突告警需确保发出时机具备足够提前量，若提前量不足（例如首次发出告警时目标前方已无可用脱离道口，或无可用备选路线可规划）则将导致后续冲突解脱方案无法实现。

（3）提供目标完整/局部备选路由前，系统需能准确分析两冲突目标现有路由是否为当前跑道运行模式下常规逻辑路由或因场面临时限制/管制人工修改产生的孤立特殊路由，针对具备孤立特殊路由目标优先提供路由修改备选方案，防止两目标之一修改备选路由以后与其他目标产生连锁风险冲突的情况。

（4）管制操作人机界面操作应做到简洁明了，引导性强，减少用户在相应风险场景的工作量和系统操作时间。

3 滑行冲突解脱处理完整流程

当系统探测到现有场景下的滑行冲突风险后，需结合现场管制实际操作习惯，于管制操作人机界面给出便于操作的相应解脱方案选项。

对于发生滑行冲突预警/告警的目标，系统均可尝试提供路由重新规划或引导指令变更两种处置方案，在不同冲突场景下两种处置方案推荐优先级将自动进行调整：

（1）对撞冲突：冲突预警阶段优先提供路由重新规划处置方案，冲突告警阶段优先对离冲突点较远的航空器提供引导指令变更处置方案。

（2）交叉冲突：优先对离冲突点较远的航空器提供引导指令变更处置方案。

（3）追逐冲突：优先对后方航空器提供引导指令变更处置方案。

发生滑行冲突预警/告警时，管制操作人机界面将在两航空器标牌菜单同时提供两种方案的人工操作按钮，并在系统推荐的优先处置航空器标牌及其推荐方案按钮上进行高亮变色提示。管制员可根据提示选择系统优先推荐的处置方案，也可根据实际情况自行选择合适的处置方案。

基于上述设计思路，该文设计考虑监视数据告警处理—路由规划—引导处理的滑行冲突解脱完整处理流程如图4所示。

3.1 路由重新规划处置方案

当航空器产生冲突告警时，管制员可在管制操作人机界面两航空器之一的标牌菜单中点击“推荐路由”按钮，系统将自动根据航空器携带信息为管制提供一条用于解脱冲突的完整/局部路由滑行路线，并以特殊颜色显示在管制操作人机界面上，经管制员人工再次确认后即生效。

解脱路由包含“完整路由推荐”与“局部路由推荐”两种冲突解脱方案：

（1）完整路由推荐：基于航空器携带的停机位/跑道等信息，为某个构成对撞冲突的航空器规划完整路由。

（2）局部路由推荐：往某个构成冲突的航空器前方首个联络道口处规划局部路由。

当管制员点击“推荐路由”按钮时，如果系统无法提供任何完整/局部解脱路由方案，系统在管制操作人机界面上将给出相应弹窗，提示管制员继续选择诸如引导指令变更等其他处理方案。

3.2 引导指令变更处置方案

当管制员需选择引导指令变更处置方案时，可在管制操作人机界面航空器标牌菜单中对某一航空器下达“等待”指令操作或“放行”指令操作。

当管制员对该航空器下达“等待”指令时，若航空器在系统设置的门限时间内速度小于系统设置的滑行门限速度值时，视该航空器已经准确执行管制员下达的等待指令，系统将该等待目标与原冲突目标之间发出的告警/预警状态暂时解除。此时管制员可选择等待另一航空器因继续滑行与等待目标自然解脱冲突或重新规划航空器滑行路由（如图5所示）。当管制员对该航空器下达“放行”指令时，系统继续进行该目标与所有目标之间的冲突检测。

4 总结

结合以上分析，该文设计的机场场面航空器滑行冲突优化方案总结归纳如下：

（1）基于对撞冲突、交叉冲突、追逐冲突三种典型冲突场景，提供支持告警/预警风险度分级的滑行冲突告警提示功能。

（2）在不同风险分级场景中于管制界面指引管制员继續进行下一步操作，包括路由重新规划和引导指令变更两种方案，管制员可根据界面高亮指引操作快速选择系统推荐的处理方案，也可根据实际情况自行选择冲突目标之一进行处置方案调整。

（3）当管制员正常操作处置方案后滑行引导冲突提示将及时自动确认，减少对管制员其他操作流程的干扰，当处置方案未能正常执行时，人机界面上将再次发出提示。

该航空器冲突解脱设计方案以尽量简化、优化冲突解脱人机界面操作逻辑为前提，通过合理化设计用户管制流程中的冲突解脱操作步骤，可防止风险冲突场景下管制员人工操作过于繁琐导致解脱方案实用性降低，提升用户常规管制运行场景的人工操作效率。

参考文献

[1]王欢. 大型机场航空器动态滑行调度研究[D]. 南京：南京航空航天大学， 2020.

[2]张璐瑶. 面向机场滑行引导的安全告警模型研究与系统设计[D]. 桂林：桂林电子科技大学， 2023.