光纖矩陣在民航空中交通管制系統(tǒng)的應(yīng)用探討

根據(jù)目前空中交通管制的發(fā)展?fàn)顩r，結(jié)合多年建設(shè)塔臺和管制中心中存在的問題，探討光纖矩陣在民航空管塔臺和管制中心建設(shè)中的應(yīng)用前景，特別是在改擴(kuò)建工程中，不僅可以解決設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境問題和簡化管制員的席位操作界面，而且能夠保證設(shè)備搬遷過渡期內(nèi)的系統(tǒng)不中斷運(yùn)行。

空中交通管制；運(yùn)行環(huán)境；光纖矩陣；應(yīng)用探討

【Keywords】ATC; operating environment; optical fiber matrix; application study

1　引言

空中交通管制（以下簡稱“空管”）系統(tǒng)是保障民航空中交通運(yùn)輸安全和有序運(yùn)行不可或缺的重要管制設(shè)施。隨著民航運(yùn)輸近30年的快速發(fā)展周期，空管系統(tǒng)呈現(xiàn)出更加多樣、復(fù)雜且規(guī)模超大等技術(shù)特點(diǎn)和要求。現(xiàn)有傳統(tǒng)的技術(shù)手段對設(shè)備安裝、運(yùn)行和維護(hù)帶來極大的不便，光纖矩陣新技術(shù)的成熟發(fā)展恰逢其時，在這一領(lǐng)域的應(yīng)用將對空管設(shè)施的建設(shè)和發(fā)展起到有力的支撐作用。

2　空中交通管制運(yùn)行與設(shè)施現(xiàn)狀

2.1管制運(yùn)行

空中交通管制依據(jù)管制范圍的不同主要包括塔臺管制、進(jìn)近管制和區(qū)域管制3種管制單位，管制場所分別設(shè)在機(jī)場塔臺、終端或區(qū)域管制中心等地。每一管制單位內(nèi)部劃分多個管制扇區(qū)并由相應(yīng)的專職管制員負(fù)責(zé)管理，管制主任負(fù)責(zé)全面的監(jiān)控職責(zé)。

2.2管制設(shè)施

除地面和對空有/無線通信設(shè)施外，管制員的主要管制設(shè)施包括：空管空域雷達(dá)（監(jiān)視）自動化處理系統(tǒng)、機(jī)場飛行區(qū)的場面監(jiān)視雷達(dá)融匯處理系統(tǒng)、協(xié)同決策管理系統(tǒng)、塔臺航班排序電子進(jìn)程單處理系統(tǒng)、氣象自動觀測系統(tǒng)、空管綜合信息處理系統(tǒng)、機(jī)場情報(bào)自動通播與數(shù)字放行系統(tǒng)、飛行區(qū)視頻監(jiān)視系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)的終端工作站與顯示器將根據(jù)需要安裝在各類管制桌內(nèi)為管制員提供必要的空情態(tài)勢信息。

2.3存在問題

目前傳統(tǒng)的塔臺或管制中心管制員用的各系統(tǒng)終端工作站與顯示器均安裝在管制席位桌內(nèi)，近幾年新建塔臺采用工作站安裝在緊鄰塔臺指揮間下一層的環(huán)形機(jī)房內(nèi)（通常稱“檢修環(huán)”），如：北京西塔、東塔、昆明新機(jī)場塔臺和正在建設(shè)的武漢、重慶、石家莊塔臺等，通過鍵盤顯示器鼠標(biāo)（KVM）電纜延長器與塔臺桌上的顯示器直接相連。其主要問題有：

1）塔臺管制室設(shè)備運(yùn)行環(huán)境難以保證

受塔臺自身結(jié)構(gòu)和指揮間無視線遮擋要求，無論終端工作站安裝在管制桌或環(huán)廊內(nèi)，現(xiàn)有塔臺設(shè)計(jì)均未達(dá)到機(jī)房專用空調(diào)的環(huán)境要求。尤其是傳統(tǒng)塔臺，更是塔臺桌內(nèi)設(shè)備擁擠，散熱不暢，面對目前航空業(yè)務(wù)快速增長，管制輔助系統(tǒng)不斷增加，塔臺增加新設(shè)備逐漸成了1個難題。

2）建設(shè)成本居高難下

管制中心通過在大空間的管制大廳地板下設(shè)計(jì)管道送風(fēng)的方式，雖然可以滿足設(shè)備機(jī)房的環(huán)境要求，但同時也對設(shè)備布局、建筑空間層高、空調(diào)方案和消防設(shè)施帶來很高的要求，從而增加建設(shè)投資。

3）席位終端維護(hù)困難

管制員對空指揮需要安靜的工作環(huán)境，席位工作站安裝在管制員的工作場所，設(shè)施分散且位于管制桌內(nèi)不便集中監(jiān)控和設(shè)備維護(hù)。

圖1　單臺矩陣系統(tǒng)方案示意圖

圖2　雙冗余矩陣系統(tǒng)方案示意圖

3　光纖矩陣的應(yīng)用技術(shù)方案

解決管制席位工作站的運(yùn)行環(huán)境問題既好又簡單的方法就是“人機(jī)分離”，即將工作站遠(yuǎn)離管制員席位及顯示器與鍵盤鼠標(biāo)，并將工作站安裝在設(shè)備機(jī)房內(nèi)，光纖鏈路無疑是最佳的選擇方案。

3.1KVM光纖延長器方案

在終端工作站和顯示器兩端各增加1個具有光纖傳輸端口的KVM延長收發(fā)器，KVM發(fā)射器連接終端工作站，接收器連接顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)和打印機(jī)等，兩KVM收發(fā)器之間通過光纜實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的連接，可在不改變原有系統(tǒng)的連接關(guān)系下實(shí)現(xiàn)管制員對遠(yuǎn)端工作站的互操作。KVM延長器具有雙路輸入或輸出端口，通過雙光纖鏈路可保證線路傳輸?shù)陌踩煽俊?/p>

3.2光纖矩陣切換器方案

光纖矩陣切換器的主要工作方式為：將各個電腦（各系統(tǒng)的席位工組站）的視頻VGA、DVI高清、音頻、RS232串口等信號接入光纖矩陣服務(wù)器，形成資源池，通過輸出端，向這個資源池里面要求給予資源點(diǎn)進(jìn)行訪問。理論上每個輸出端都可以訪問資源池里的任何資源，為了規(guī)范便于管理，對每個輸出端進(jìn)行分區(qū)，使每個輸出端只能訪問指定的1個或多個資源點(diǎn)。此方案設(shè)計(jì)是在KVM光纖延長器的方案基礎(chǔ)之上，通過在終端工作站和管制席位兩端的KVM光纖收發(fā)器之間增加光纖矩陣切換器，實(shí)現(xiàn)視頻共享、集中監(jiān)控、多屏操控等附加功能。

當(dāng)系統(tǒng)采用單臺光纖矩陣方案時，可利用KVM光纖收發(fā)器雙路輸入/出的另一路端口增加點(diǎn)對點(diǎn)的直連光纖，構(gòu)成光纖矩陣系統(tǒng)的應(yīng)急備份。

圖3 塔臺連接系統(tǒng)圖

圖1是單臺矩陣系統(tǒng)方案示意圖，圖2是雙冗余矩陣系統(tǒng)方案示意圖。

系統(tǒng)也可采用雙光纖矩陣切換器進(jìn)行冗余配置，兩矩陣切換器分別與同一KVM光纖收發(fā)器的不同端口連接，可以實(shí)現(xiàn)主備矩陣和傳輸線路間的系統(tǒng)自動切換。

光纖矩陣切換器可通過監(jiān)控終端及相應(yīng)軟件實(shí)時監(jiān)測路由及信號狀態(tài)，同時能夠?qū)崿F(xiàn)對輸入輸出的任意指定。各個顯示終端可以設(shè)置1個或多個系統(tǒng)信號，并可根據(jù)需要設(shè)定操作權(quán)限，通過快捷鍵在不同系統(tǒng)之間切換共享顯示器。另外1套鼠標(biāo)鍵盤可以同時控制數(shù)個顯示終端并通過鼠標(biāo)進(jìn)行跨屏操作。

在烏魯木齊塔臺的應(yīng)用實(shí)例：

烏魯木齊塔臺建于1995年。塔臺管制多個系統(tǒng)工作站設(shè)在管制桌內(nèi)，目前已經(jīng)使用20年，隨著機(jī)場航班量加大和設(shè)備保障程度的提高，先后增加備份自動化終端、場監(jiān)自動化終端、CDM終端、電子進(jìn)程單終端、數(shù)字放行及數(shù)字通播終端等，塔臺管制室只有42.5m2，塔臺桌內(nèi)設(shè)備擁擠、內(nèi)部環(huán)境差。2015年，烏魯木齊空管局為改善塔臺的管制環(huán)境對塔臺進(jìn)行改造，但裝修期間不能停航，是一個難題。烏魯木齊空管在民航空管首例采用了冗余矩陣切換器系統(tǒng)，將航站樓T1塔臺搭建塔臺管制室作為過渡，航管樓機(jī)房設(shè)置系統(tǒng)終端，同時傳送到塔臺和T1臨時塔臺，使該問題迎刃而解，而且可以做到無縫切換，同時，改善了塔臺桌設(shè)備環(huán)境和今后擴(kuò)容問題。目前已通過測試并投入使用。圖3是塔臺連接系統(tǒng)圖。

4　光纖矩陣切換器對系統(tǒng)運(yùn)行的益處

采用光纖矩陣切換器后可將各系統(tǒng)的席位終端工作站集中布置在設(shè)備機(jī)房，有利于對席位終端工作站設(shè)備集中監(jiān)控和維護(hù)，不干擾管制人員工作，良好的設(shè)備機(jī)房運(yùn)行環(huán)境可延長系統(tǒng)使用壽命并降低設(shè)備故障率。通過引入光纖矩陣切換器還能夠?qū)ο到y(tǒng)帶來如下好處：

可保證授權(quán)管制席（主任管制席和技術(shù)監(jiān)控席等）能夠?qū)崟r調(diào)看任意管制席位的操作畫面，提高管制運(yùn)行和系統(tǒng)監(jiān)控的能力。

可僅通過增加異地顯示器共享視頻來滿足席位搬遷過渡期內(nèi)的不中斷同步運(yùn)行。

通過鍵盤鼠標(biāo)的多系統(tǒng)終端的無延時跨屏操作功能，可簡化席位桌面布局和方便管制員的人機(jī)操作。

通過視頻矩陣對故障席位終端工作站的信號切換，可實(shí)現(xiàn)管制員無需移動位置對備份工作站進(jìn)行操作。

5　結(jié)語

目前光纖矩陣切換器在空管系統(tǒng)尚處在有限應(yīng)用的初期，結(jié)合實(shí)際合理設(shè)計(jì)可充分發(fā)揮光纖矩陣切換器的功能與優(yōu)勢，可以讓民航空管系統(tǒng)的運(yùn)行錦上添花，通過不斷實(shí)踐，在空管系統(tǒng)新建或改擴(kuò)建工程中發(fā)揮獨(dú)有的作用。

Application of Optical Fiber Matrix in Civil Aviation Air Traffic Control System

趙愛卿
ZHAO Ai-qing
（中國民航機(jī)場建設(shè)集團(tuán)公司）
(China Airport Construction Group Corporation of CAAC)

【Abstract】According to the current situation of ATC development, combined with existing problems in ATC tower and TMAACC building, studies the application prospect of fiber matrix in civil ATC tower and TMAACC construction, especially in the renovation and expansion project, which can not only solve equipment operating environment problems and simplify the controller's operation screen, but also can ensure equipment without interruption of service during transition period.