王小為 阮敏

摘要：監(jiān)視數(shù)據(jù)處理是空管自動(dòng)化系統(tǒng)的一項(xiàng)核心功能。在機(jī)場(chǎng)低空區(qū)域，由于覆蓋等問(wèn)題，其監(jiān)視數(shù)據(jù)處理更為復(fù)雜。本文通過(guò)分析一次成都英德拉自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)兩架同時(shí)起飛的相似航班的錯(cuò)誤相關(guān)，深入研究了自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)視數(shù)據(jù)處理和相關(guān)處理的機(jī)制，從而找出了故障原因，提出了優(yōu)化自動(dòng)化系統(tǒng)在機(jī)場(chǎng)區(qū)域監(jiān)視數(shù)據(jù)處理的方法，減少了管制運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：空管自動(dòng)化系統(tǒng)；機(jī)場(chǎng)區(qū)域；監(jiān)視數(shù)據(jù)處理

引言

監(jiān)視數(shù)據(jù)處理是空管自動(dòng)化系統(tǒng)中的核心功能，是解決管制員“看得見”的主要手段。傳統(tǒng)雷達(dá)和ADS-B對(duì)機(jī)場(chǎng)區(qū)域覆蓋較差，加大了自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)于該區(qū)域航班航跡處理和相關(guān)處理的難度。

2017年9月，成都英德拉空管自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)生一起相似航班錯(cuò)誤相關(guān)的故障。兩架飛機(jī)幾乎同時(shí)起飛，02L起飛UEA2735飛機(jī)航跡錯(cuò)掛02R起飛的UEA2235計(jì)劃，兩飛機(jī)所開應(yīng)答機(jī)均與飛行計(jì)劃應(yīng)答機(jī)一致。若不是管制員責(zé)任心強(qiáng)，提前預(yù)判、準(zhǔn)備充分，兩機(jī)很有可能執(zhí)行錯(cuò)誤的離場(chǎng)程序，導(dǎo)致小于間隔事件發(fā)生甚至交叉相撞。

為分析故障原因，本文研究了自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)視數(shù)據(jù)處理機(jī)制和相關(guān)機(jī)制，結(jié)合該時(shí)間段內(nèi)系統(tǒng)接收的監(jiān)視數(shù)據(jù)，分析了故障發(fā)生時(shí)系統(tǒng)對(duì)兩個(gè)航班航跡處理的全過(guò)程，最終定位了故障原因。為避免類似故障的出現(xiàn)，提出了優(yōu)化自動(dòng)化系統(tǒng)在機(jī)場(chǎng)區(qū)域監(jiān)視數(shù)據(jù)處理的方法，減少了管制運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

1 背景情況及故障現(xiàn)象

成都主用空管自動(dòng)化系統(tǒng)為英德拉空管自動(dòng)化系統(tǒng)，雙流國(guó)際機(jī)場(chǎng)目標(biāo)主要由牧馬山一二次合裝泰雷茲雷達(dá)CTUTHA、本場(chǎng)二次雷神雷達(dá)CTURAY和ADS-B信號(hào)覆蓋。

成都雙流國(guó)際機(jī)場(chǎng)目前有兩條跑道，事件發(fā)生時(shí)，運(yùn)行情況為向北雙起運(yùn)行，即同時(shí)使用02L和02R跑道進(jìn)行起飛。兩架相似航班UEA2735和UEA2235幾乎同時(shí)起飛，自動(dòng)化系統(tǒng)錯(cuò)將 UEA2735飛機(jī)航跡掛上了02R起飛的UEA2235計(jì)劃。同時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)將02R起飛航班的二次代碼錯(cuò)誤的顯示為A1502，給了管制員造成了很大誤導(dǎo)。異常情況如圖1：

圖1 自動(dòng)化系統(tǒng)異常相關(guān)

為了將故障原因分析清楚，筆者首先深入研究了英德拉自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)視數(shù)據(jù)處理和相關(guān)處理的機(jī)制。

2 監(jiān)視數(shù)據(jù)處理及相關(guān)處理機(jī)制

英德拉自動(dòng)化系統(tǒng)中，監(jiān)視數(shù)據(jù)處理服務(wù)器SDP主要完成單路監(jiān)視數(shù)據(jù)處理和多監(jiān)視數(shù)據(jù)處理，最終形成系統(tǒng)航跡。安全網(wǎng)及告警服務(wù)器SNET主要完成系統(tǒng)航跡與飛行計(jì)劃的相關(guān)。

2.1 單路監(jiān)視數(shù)據(jù)處理

單路監(jiān)視數(shù)據(jù)處理主要進(jìn)行各單路監(jiān)視信號(hào)中的點(diǎn)跡信息處理，并利用點(diǎn)跡信息創(chuàng)建單路航跡。系統(tǒng)為點(diǎn)跡創(chuàng)建新的單路航跡的條件是：

1）其C模式高度高于系統(tǒng)設(shè)定門限

2）其速度處于系統(tǒng)設(shè)定范圍內(nèi)

3）其點(diǎn)跡連續(xù)出現(xiàn)在三個(gè)雷達(dá)掃描周期

2.2 多監(jiān)視數(shù)據(jù)處理

多監(jiān)視數(shù)據(jù)處理主要進(jìn)行單路航跡與系統(tǒng)航跡的融合處理，對(duì)于不能與系統(tǒng)航跡融合的單路航跡，系統(tǒng)將會(huì)為其創(chuàng)建新的系統(tǒng)航跡[1]。

融合處理由三個(gè)部分組成：

1）二次代碼/呼號(hào)檢查：?jiǎn)温泛桔E必須具有與系統(tǒng)航跡一致的二次代碼或呼號(hào)。二次代碼/呼號(hào)檢查的前提條件為：

a）單路航跡必須具有二次代碼或呼號(hào)

b）系統(tǒng)航跡必須具有二次代碼或呼號(hào)或兩者兼?zhèn)洹?/p>

2）高度信息檢查：?jiǎn)温泛桔E的高度與系統(tǒng)航跡的高度差異必須在一定范圍內(nèi)。高度檢查的前提條件為單路航跡和系統(tǒng)航跡均具有有效的高度信息。

3）位置信息檢查：?jiǎn)温泛桔E與系統(tǒng)航跡的距離必須處于系統(tǒng)門限內(nèi)。

英德拉自動(dòng)化系統(tǒng)中的位置信息檢查，對(duì)于不同的監(jiān)視信號(hào)源設(shè)置了不同的參數(shù)。其中，雷達(dá)航跡與ADS-B航跡間融合的距離門限為3海里，即5.556公里。

2.3 相關(guān)處理

在滿足其他相關(guān)條件的情況下，英德拉系統(tǒng)可通過(guò)呼號(hào)信息及二次代碼進(jìn)行系統(tǒng)航跡和飛行計(jì)劃相關(guān)，呼號(hào)信息的優(yōu)先級(jí)高于二次代碼信息[2]。

3 故障分析

3.1 監(jiān)視數(shù)據(jù)情況

通過(guò)分析自動(dòng)化系統(tǒng)收到的雷達(dá)原始數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：最初多個(gè)雷達(dá)掃描周期內(nèi)，CTUTHA和CTURAY雷達(dá)掃描到的兩架航班的情況并不穩(wěn)定，具體情況如下表：

兩部雷達(dá)均為傳統(tǒng)雷達(dá)。雷達(dá)數(shù)據(jù)中，含有二次代碼信息，無(wú)呼號(hào)信息。

而英德拉自動(dòng)化系統(tǒng)收到ADS-B數(shù)據(jù)中，含有呼號(hào)信息，無(wú)二次代碼信息。故障發(fā)生階段，ADS-B信號(hào)數(shù)據(jù)較多，此處不再詳細(xì)一一列舉，只將結(jié)論陳訴：

通過(guò)將雷達(dá)數(shù)據(jù)與ADS-B數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，筆者發(fā)現(xiàn)，對(duì)于02L航班UEA2735，持續(xù)穩(wěn)定的ADS-B信號(hào)先于持續(xù)穩(wěn)定的雷達(dá)信號(hào)出現(xiàn)；而對(duì)于02R航班UEA2235，持續(xù)穩(wěn)定的雷達(dá)信號(hào)先于ADS-B信號(hào)出現(xiàn)。

接下來(lái)，根據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)工作機(jī)制，筆者分別單獨(dú)分析了系統(tǒng)中02L與02R航跡的出現(xiàn)及相關(guān)過(guò)程，試圖找出系統(tǒng)發(fā)生異常的原因。

3.2 02L跑道航跡

（1）UTC23：42：40 系統(tǒng)持續(xù)收到UEA2735的ADS-B數(shù)據(jù)報(bào)，創(chuàng)建了單路ADS-B信號(hào)。由于該單路航跡無(wú)法與任何已經(jīng)存在的系統(tǒng)航跡相融合，系統(tǒng)為其創(chuàng)建02L系統(tǒng)航跡。02L系統(tǒng)航跡具有呼號(hào)信息EU2735，但無(wú)二次代碼信息，此時(shí)情況如圖2（a）所示。英德拉系統(tǒng)具備通過(guò)呼號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理的能力，但要求航跡呼號(hào)必須與飛行計(jì)劃呼號(hào)完全一致，由于該航班使用的二字碼EU2735，而系統(tǒng)中其飛行計(jì)劃呼號(hào)為三字碼UEA2735，因此系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行航跡與飛行計(jì)劃的相關(guān)。

（2）UTC23：42：49 系統(tǒng)連續(xù)三個(gè)周期收到CTURAY雷達(dá)送出二次代碼為A1521的點(diǎn)跡，為其創(chuàng)建了A1521單路航跡。根據(jù)三個(gè)融合條件：

a）A1521單路航跡無(wú)呼號(hào)信息，02L系統(tǒng)航跡無(wú)二次代碼信息，系統(tǒng)不需對(duì)其進(jìn)行二次代碼/呼號(hào)檢查。

b）A1521單路航跡與02L系統(tǒng)航跡高度接近，滿足高度檢查條件。

c）A1521單路航跡與02L系統(tǒng)航跡距離僅為5.1公里，小于系統(tǒng)中雷達(dá)航跡與ADS-B航跡的門限5.556公里，滿足位置檢查條件。

因此，系統(tǒng)將A1521單路航跡與02L系統(tǒng)航跡進(jìn)行了融合。02L系統(tǒng)航跡獲得二次代碼A1521。如圖2（b）所示。其后，類似地，CTUTHA雷達(dá)的A1521單路航跡也與02L系統(tǒng)航跡融合。

（3）飛行計(jì)劃UEA2235的二次代碼為A1521，系統(tǒng)通過(guò)二次代碼信息，錯(cuò)誤地將02L系統(tǒng)航跡與飛行計(jì)劃UEA2235進(jìn)行相關(guān)。出現(xiàn)了如圖1中所示的情況。

3.3 02R跑道航跡

（4）UTC23：43：09系統(tǒng)持續(xù)收到UEA2235的ADS-B數(shù)據(jù)報(bào)，創(chuàng)建了單路ADS-B信號(hào)。由于呼號(hào)不一致，該單路航跡無(wú)法與02L系統(tǒng)航跡相融合，系統(tǒng)為其創(chuàng)建了新的02R系統(tǒng)航跡。02R系統(tǒng)航跡具有呼號(hào)信息EU2235，但無(wú)二次代碼信息。此時(shí)情況如圖3（a）所示。

2）UTC23：43：17 系統(tǒng)連續(xù)三個(gè)周期收到CTUTHA雷達(dá)送出二次代碼為A1502的點(diǎn)跡，為其創(chuàng)建了A1502單路航跡，根據(jù)三個(gè)融合條件：

a）A1502單路航跡無(wú)呼號(hào)信息，02R系統(tǒng)航跡無(wú)二次代碼信息，系統(tǒng)不需對(duì)其進(jìn)行二次代碼/呼號(hào)檢查。

b）A1502單路航跡與02R系統(tǒng)航跡高度接近，滿足高度檢查條件。

c）A1502單路航跡與02R系統(tǒng)航跡距離僅為4.7公里，小于系統(tǒng)中雷達(dá)航跡與ADS-B航跡的門限5.556公里，滿足位置檢查條件。

因此，系統(tǒng)將A1502單路航跡與02R系統(tǒng)航跡進(jìn)行了融合。02R系統(tǒng)航跡獲得二次代碼A1502。如圖3（b）所示。其后，類似地，CTURAY雷達(dá)的A1502單路航跡也與02R系統(tǒng)航跡融合。

3）系統(tǒng)未繼續(xù)收到02R系統(tǒng)航跡的ADS-B數(shù)據(jù)報(bào)，02R系統(tǒng)航跡失去呼號(hào)信息，系統(tǒng)航跡顯示二次代碼信息A1502，出現(xiàn)了如圖1中所示的錯(cuò)誤情況。

4 故障思考

通過(guò)對(duì)故障過(guò)程的詳細(xì)分析發(fā)現(xiàn)：本次故障主要是自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)視數(shù)據(jù)處理異常引起，與航班號(hào)相似并無(wú)直接關(guān)聯(lián)。但由于故障發(fā)生在相似航班上，加大了對(duì)管制工作的影響。由于ADS-B信號(hào)和雷達(dá)信號(hào)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的先后順序的不同，系統(tǒng)混淆了兩個(gè)航班的ADS-B信號(hào)和雷達(dá)信號(hào)，進(jìn)行了錯(cuò)誤的融合處理，在錯(cuò)誤融合的情況上，系統(tǒng)又進(jìn)行了錯(cuò)誤的相關(guān)，導(dǎo)致了故障。

故障過(guò)程中，自動(dòng)化系統(tǒng)基本按照了其工作機(jī)制進(jìn)行監(jiān)視數(shù)據(jù)處理，但仍然出現(xiàn)了異常，雖然出現(xiàn)異常與機(jī)場(chǎng)區(qū)域監(jiān)視信號(hào)覆蓋情況有關(guān)聯(lián)，但也說(shuō)明目前自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)視數(shù)據(jù)處理機(jī)制存在缺陷。筆者根據(jù)其缺陷，提出了自動(dòng)化系統(tǒng)機(jī)場(chǎng)區(qū)域監(jiān)視數(shù)據(jù)處理的兩種改進(jìn)方案：

4.1 自動(dòng)化系統(tǒng)在機(jī)場(chǎng)區(qū)域設(shè)置特定的融合參數(shù)

現(xiàn)階段，自動(dòng)化系統(tǒng)大多在全系統(tǒng)處理范圍內(nèi)采用統(tǒng)一的融合參數(shù)。統(tǒng)一的設(shè)置有利于系統(tǒng)監(jiān)視數(shù)據(jù)處理的統(tǒng)一性，但某種意義上，加大了融合異常的風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)場(chǎng)區(qū)域的航班運(yùn)行情況特殊，與高空區(qū)域的運(yùn)行環(huán)境差距較大：

高空區(qū)域，兩架飛機(jī)間，要么水平距離較遠(yuǎn)，要么具有較大的高度差。而在機(jī)場(chǎng)區(qū)域，特別是多跑道的機(jī)場(chǎng)，若航班同時(shí)起飛，兩架飛機(jī)的高度會(huì)幾乎一致、而距離也會(huì)很接近。例如本次故障中的兩架航班，兩者直線距離不足5公里，高度差小于50米。

因此，高空區(qū)域適合使用較大的融合門限，以減少導(dǎo)致航跡分裂現(xiàn)象的出現(xiàn)。而機(jī)場(chǎng)區(qū)域適合使用較小的融合門限，以避免本次故障中的異常融合現(xiàn)象。全系統(tǒng)統(tǒng)一的參數(shù)很難同時(shí)滿足兩種截然不同的運(yùn)行環(huán)境。

筆者建議，自動(dòng)化系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，就應(yīng)在機(jī)場(chǎng)區(qū)域設(shè)置特定的融合參數(shù)，距離門限應(yīng)較小。以成都雙流機(jī)場(chǎng)的情況為例，綜合跑道中心點(diǎn)距離和機(jī)場(chǎng)環(huán)境情況，可將機(jī)場(chǎng)區(qū)域的雷達(dá)信號(hào)與ADS-B信號(hào)位置的融合門限設(shè)置為4公里，而其他區(qū)域保持5.556公里的設(shè)置，這樣就能基本避免本次故障中出現(xiàn)的錯(cuò)誤融合的異常。對(duì)于其他的運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，融合參數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

4.2 自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)在機(jī)場(chǎng)區(qū)域設(shè)置ADS-B信號(hào)抑制區(qū)

現(xiàn)階段，ADS-B信號(hào)在機(jī)場(chǎng)附近區(qū)域使用的意義不大，反而偶爾會(huì)對(duì)管制正常指揮工作造成影響，例如地面飛機(jī)的ADS-B信號(hào)干擾問(wèn)題、ADS-B信號(hào)造成的速度跳變問(wèn)題、ADS-B信號(hào)與雷達(dá)信號(hào)融合錯(cuò)誤的問(wèn)題。在弊大于利的情況下，筆者建議自動(dòng)化系統(tǒng)在機(jī)場(chǎng)區(qū)域設(shè)置ADS-B信號(hào)抑制區(qū)。

抑制區(qū)應(yīng)是以跑道中心點(diǎn)為中心、半徑為R（系統(tǒng)可設(shè)置）、高度范圍為H（系統(tǒng)可設(shè)置）的立體空間。系統(tǒng)通過(guò)解析ADS-B數(shù)據(jù)包中的經(jīng)緯度坐標(biāo)和高度信息，與抑制區(qū)范圍進(jìn)行對(duì)比，若目標(biāo)處于抑制區(qū)內(nèi)，系統(tǒng)將該ADS-B數(shù)據(jù)包丟棄，不進(jìn)行處理（含有緊急告警信息的數(shù)據(jù)包除外）。

理想情況下，抑制區(qū)可在線開關(guān)，在本場(chǎng)雷達(dá)均失效的情況下，可將ADS-B抑制區(qū)關(guān)閉，使用ADS-B信號(hào)為管制員提供應(yīng)急顯示。

抑制區(qū)的設(shè)置可采用單路ADS-B分別設(shè)置或全系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)置的方式。采用單路ADS-B設(shè)置抑制區(qū)的方式較為繁瑣，但使用更為靈活，可根據(jù)各ADS-B臺(tái)站覆蓋情況和數(shù)據(jù)質(zhì)量情況，使用其ADS-B信號(hào)；全系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)置ADS-B抑制區(qū)的方式較為簡(jiǎn)單，避免了設(shè)置出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性，但使用起來(lái)靈活性較差。

通過(guò)設(shè)立機(jī)場(chǎng)區(qū)域的ADS-B抑制區(qū)，也可有效避免機(jī)場(chǎng)區(qū)域出現(xiàn)錯(cuò)誤融合的異常。

5 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)場(chǎng)作為民航事故高發(fā)區(qū)域，飛機(jī)起降階段也是重大事故發(fā)生的高危階段，自動(dòng)化系統(tǒng)中，任何在機(jī)場(chǎng)區(qū)域的異常處理都應(yīng)得到高度重視。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)機(jī)場(chǎng)無(wú)MLAT或S模式雷達(dá)覆蓋（同時(shí)含有呼號(hào)和二次代碼信息），而傳統(tǒng)雷達(dá)與ADS-B信號(hào)間通過(guò)位置和高度信息進(jìn)行融合的處理方式，出現(xiàn)異常的可能性相對(duì)較大，因此，自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)對(duì)該區(qū)域的監(jiān)視數(shù)據(jù)處理和相關(guān)處理重點(diǎn)關(guān)注。

本文詳細(xì)分析了一次英德拉自動(dòng)化系統(tǒng)中，兩架相似航班起飛階段錯(cuò)誤相關(guān)的故障，找出了自動(dòng)化系統(tǒng)存在的缺陷，并提出了兩種相應(yīng)的改進(jìn)方案，希望能夠避免問(wèn)題的再次出現(xiàn)，減少運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

王小為，民航西南空管局。