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        APM 告警適配優(yōu)化方法探討

        2019-11-20 09:30:30內(nèi)蒙古空管分局侯軍勝白志剛
        民航管理 2019年10期
        關(guān)鍵詞:模擬信號(hào)航向飛機(jī)

        □ 內(nèi)蒙古空管分局 侯軍勝 白志剛/ 文

        APM 告警是進(jìn)近和塔臺(tái)最關(guān)注的告警項(xiàng),它能實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器在航向道和下滑道兩個(gè)維度狀態(tài)的監(jiān)控。APM 適配參數(shù)需要通過(guò)本地化的實(shí)際航班數(shù)據(jù)和特別設(shè)計(jì)的告警場(chǎng)景進(jìn)行離線優(yōu)化,同時(shí)要經(jīng)過(guò)在線試運(yùn)行進(jìn)行調(diào)整,而且在正式生效后,會(huì)持續(xù)不斷的對(duì)運(yùn)行效果進(jìn)行監(jiān)測(cè),最終得到本地最優(yōu)的適配。

        隨著空中流量的增加和技術(shù)的發(fā)展,空管自動(dòng)化系統(tǒng)的告警從原有的 “兩項(xiàng)告警” 功能(即短期沖突告警和最低安全高度告警)完善發(fā)展為近五十種告警和提示。 其中, 進(jìn)近航道監(jiān)視(Approach Path Monitor,APM)告警是空管自動(dòng)化系統(tǒng)中一類非常重要的告警,主要用于探測(cè)降落飛機(jī)在最后進(jìn)近過(guò)程中是否偏離預(yù)定義的安全區(qū)域。

        APM 告警對(duì)于進(jìn)近和塔臺(tái)兩個(gè)管制單位尤為重要。系統(tǒng)一旦產(chǎn)生告警,將在進(jìn)近、塔臺(tái)和主任席產(chǎn)生清晰的語(yǔ)音和視頻告警,管制員也會(huì)及時(shí)向飛機(jī)進(jìn)行提醒,否則將會(huì)造成嚴(yán)重后果。因此,APM 告警參數(shù)的設(shè)置顯得尤為重要,應(yīng)該根據(jù)跑道和空域的實(shí)際情況進(jìn)行適配,既不能漏警或延遲告警,也不能產(chǎn)生虛警。本文將對(duì)APM 告警參數(shù)的適配和優(yōu)化方案進(jìn)行探討。

        告警參數(shù)

        APM 告警不同于低高度告警,對(duì)應(yīng)于飛機(jī)在實(shí)際進(jìn)近過(guò)程中對(duì)準(zhǔn)飛行的航向道和下滑道過(guò)程,其包含了水平和垂直兩個(gè)維度的數(shù)據(jù)處理。APM 告警的示意圖如圖1 所示。

        根據(jù)跑道定義,APM 告警參數(shù)是成對(duì)設(shè)置的。參數(shù)設(shè)置時(shí),需要管制員配合確定最后進(jìn)近路徑定義的空域范圍。根據(jù)圖1 可知,APM 告警參數(shù)包括:接地點(diǎn)位置、APM 區(qū)域半徑、APM 抑制區(qū)域半徑、安全寬度、側(cè)向角度、下滑道角度、下滑道角度容差值等。

        在確定APM 路徑定義和參數(shù)時(shí),需要考慮如下因素:

        (1)飛機(jī)性能,特別是與最大下降速度和垂直加速度有關(guān)的性能。在正常情況下,典型的垂直加速度速率在250ft/min/S 左右。然而,在緊急情況下,許多飛機(jī)很容易超過(guò)這一值;

        (2)本地進(jìn)場(chǎng)策略。除了對(duì)飛機(jī)性能限制考慮之外,不同類型的空域通常還會(huì)有額外的進(jìn)場(chǎng)限制需要加以考慮。例如,飛機(jī)在某一特定跑道高度(如3000 英尺)進(jìn)入下滑道,可能會(huì)需要對(duì)進(jìn)近路徑的大小和形狀加以限制;

        (3)預(yù)警時(shí)間。最小告警時(shí)間是指管制員不可能發(fā)出指令和飛機(jī)不可能完成必要操作的時(shí)間。這一參數(shù)直接限制了進(jìn)近路徑的定義。飛機(jī)類型和操作的局部變化也可能導(dǎo)致進(jìn)近路徑的相應(yīng)變化;

        (4)監(jiān)視跟蹤性能。在確定APM 參數(shù)和設(shè)計(jì)進(jìn)近路徑時(shí),應(yīng)考慮垂直跟蹤器的性能。例如,應(yīng)考慮監(jiān)視信息滯后、垂直下滑等導(dǎo)致飛機(jī)偏離理想的進(jìn)近路徑。因此,需要對(duì)各參數(shù)考慮一定的容差,以避免過(guò)多的虛警。同時(shí),沖突計(jì)數(shù)機(jī)制也可用于減少虛警的數(shù)量。

        上述因素將作為設(shè)置APM 適應(yīng)性參數(shù)時(shí)需要考慮的實(shí)際限制條件。

        適配優(yōu)化方法

        系統(tǒng)適配優(yōu)化必須采用數(shù)據(jù)對(duì)效果進(jìn)行檢查,建議先采用實(shí)際航班的錄取數(shù)據(jù),然后采用特殊設(shè)計(jì)的告警場(chǎng)景模擬數(shù)據(jù)。通常應(yīng)該對(duì)所有跑道和所有沖突檢測(cè)場(chǎng)景( 下滑面以下、下滑面以上、橫向偏差等)執(zhí)行迭代優(yōu)化過(guò)程。

        適配優(yōu)化建議包含四個(gè)階段:

        (一)采用實(shí)際航班數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)

        實(shí)際航班數(shù)據(jù)一般用來(lái)確定初始適配參數(shù),比如確定接地點(diǎn)坐標(biāo)、APM 區(qū)域半徑、APM 抑制區(qū)域半徑、安全寬度、側(cè)向角度、下滑道角度、下滑道角度容差值等。

        在優(yōu)化中應(yīng)該使用足夠多的數(shù)據(jù),盡量包含所有典型流量模式的數(shù)據(jù),最好能夠在一年的不同時(shí)間和不同天氣條件下收集數(shù)。因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)可能會(huì)影響最終進(jìn)場(chǎng)時(shí)的運(yùn)行模式和飛機(jī)行為。但是,產(chǎn)生足夠數(shù)量的符合本地運(yùn)行模式的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景是一項(xiàng)非常耗時(shí)的任務(wù)。一般來(lái)說(shuō),一個(gè)月數(shù)據(jù)應(yīng)該可以提供足夠的基礎(chǔ)樣本。

        一定時(shí)間段的實(shí)際航班數(shù)據(jù)可以為測(cè)試目的生成相對(duì)完全的人工場(chǎng)景,但是某些特定場(chǎng)景可能沒(méi)有得到充分表示,這就需要在后面的特殊告警場(chǎng)景測(cè)試中加以補(bǔ)充。

        上述過(guò)程中生成的參數(shù)集應(yīng)該在管制員的配合下根據(jù)實(shí)際效果進(jìn)行反復(fù)調(diào)整。在初始化適配參數(shù)條件下,系統(tǒng)不應(yīng)該產(chǎn)生告警。

        (二)針對(duì)告警場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化

        初始參數(shù)確定后,需要針對(duì)各類告警場(chǎng)景對(duì)參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)試,以確保所有場(chǎng)景都可正確產(chǎn)生告警。一般情況下,初始化參數(shù)肯定是不完備的,在采用告警場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試后,優(yōu)化的參數(shù)集性能應(yīng)該更高。

        APM 告警并不經(jīng)常發(fā)生,所以必須針對(duì)各種場(chǎng)景進(jìn)行充分的測(cè)試。測(cè)試場(chǎng)景對(duì)于演示可能發(fā)生的各種沖突情況非常有用。為了提高一種情況的告警性能而犧牲其他情況的告警性能是不可取的。因此,作為系統(tǒng)參數(shù)適應(yīng)過(guò)程的一部分,必須考慮到各種各樣的情況。具體測(cè)試場(chǎng)景設(shè)計(jì)將在本文后面進(jìn)行詳細(xì)論述。

        優(yōu)化后的參數(shù)經(jīng)過(guò)確認(rèn)后可用于試運(yùn)行。

        (三)試運(yùn)行

        上述使用實(shí)際航班數(shù)據(jù)及告警場(chǎng)景優(yōu)化可視為“離線” 測(cè)試。因此,當(dāng)APM 參數(shù)初始化并進(jìn)行告警場(chǎng)景優(yōu)化測(cè)試后,在正式上線生效之前,應(yīng)該在實(shí)時(shí)的管制環(huán)境中進(jìn)行試運(yùn)行。管制人員可以通過(guò)本過(guò)程提出更多優(yōu)化的修改意見(jiàn),有助于增強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)的信心。

        試運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)盡量收集虛警率的相關(guān)資料。因?yàn)檫^(guò)多的干擾告警將減少真正告警的影響,從而降低APM 的潛在有效性。管制單位可接受的虛警率只能由實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。如有可能,應(yīng)提供業(yè)務(wù)試驗(yàn)期間的數(shù)據(jù),以便能夠在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的情況下對(duì)提出的解決辦法進(jìn)行測(cè)試。修改后的參數(shù)集應(yīng)該再次針對(duì)告警場(chǎng)景數(shù)據(jù)集運(yùn)行測(cè)試。

        (四)運(yùn)行監(jiān)測(cè)

        本場(chǎng)運(yùn)行模式、設(shè)備狀態(tài)和空中交通流等條件都隨時(shí)間變化。這些因素對(duì)APM 的最優(yōu)參數(shù)集均有影響。因此,應(yīng)當(dāng)把系統(tǒng)的適配優(yōu)化看作是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程,該過(guò)程不應(yīng)當(dāng)在系統(tǒng)參數(shù)正式運(yùn)行生效后就停止。應(yīng)經(jīng)常檢查系統(tǒng)的表現(xiàn),并不時(shí)檢查最佳參數(shù)集?,F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)建立適當(dāng)?shù)臉I(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)程序,以便盡早發(fā)現(xiàn)技術(shù)問(wèn)題。

        測(cè)試場(chǎng)景設(shè)計(jì)

        測(cè)試場(chǎng)景測(cè)試是適配優(yōu)化過(guò)程中非常重要的一步。 合格的場(chǎng)景設(shè)計(jì)可以充分實(shí)現(xiàn)各種情況下的測(cè)試預(yù)期。

        設(shè)計(jì)場(chǎng)景時(shí), 可以根據(jù)最后進(jìn)近路徑的要素對(duì)其進(jìn)行分類以避免遺漏。下文具體描述了筆者對(duì)APM 各主要測(cè)試場(chǎng)景的理解。

        ( 一) 下 偏離進(jìn)近路徑

        本場(chǎng)景的目的是測(cè)試在飛機(jī)下降到定義的進(jìn)近路徑之下的告警。 模擬信號(hào)設(shè)計(jì)為在標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)近路徑內(nèi)出現(xiàn), 然后下降到標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)近路徑以下。 當(dāng)飛行器下降到規(guī)定的進(jìn)近路徑以下時(shí), 系統(tǒng)應(yīng)立即進(jìn)行APM 告警。

        該場(chǎng)景如圖2 所示。

        ( 二) 上 偏離進(jìn)近路徑

        本場(chǎng)景的目的是測(cè)試飛機(jī)爬升到定義進(jìn)近路徑之上的告警。 模擬信號(hào)設(shè)計(jì)為在標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)近路徑內(nèi)出現(xiàn), 然后爬升到標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)近路徑之上。 當(dāng)飛機(jī)偏離規(guī)定的進(jìn)近路徑時(shí), 應(yīng)立即顯示APM 警報(bào)。

        該場(chǎng)景如圖3 所示。

        ( 三) 水 平偏離進(jìn)近路徑

        本場(chǎng)景的目的是測(cè)試飛機(jī)水平偏離定義進(jìn)近路徑下的告警。模擬信號(hào)設(shè)計(jì)為在標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)近路徑內(nèi)出現(xiàn),然后水平方向偏離標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)近路徑。當(dāng)飛機(jī)偏離規(guī)定的跑道進(jìn)近路徑時(shí),應(yīng)立即顯示APM 警報(bào)。

        該場(chǎng)景如圖4 所示。

        ( 四) 在進(jìn)近路徑下方切入航向道

        本場(chǎng)景的目的是測(cè)試飛機(jī)轉(zhuǎn)向航向道低于標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)近路徑下的告警。 模擬信號(hào)設(shè)計(jì)為在標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)近路徑內(nèi)出現(xiàn), 然后轉(zhuǎn)向航向道。 飛機(jī)從標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)近路徑下方接近下滑道。APM 告警應(yīng)在飛機(jī)水平方向與跑道進(jìn)近高度一致時(shí)立即顯示( 在水平高度和與跑道高度足夠?qū)R的航向范圍內(nèi))。

        該場(chǎng)景如圖5 所示。

        ( 五) 在進(jìn)近路徑上方切入航向道

        該場(chǎng)景的目的是測(cè)試當(dāng)飛機(jī)轉(zhuǎn)向指定進(jìn)近路徑上方定位器時(shí)的告警。模擬信號(hào)設(shè)計(jì)為在標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)近路徑外出現(xiàn),然后轉(zhuǎn)向航向道,飛機(jī)從標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)近路徑上方接近下滑道。APM 告警應(yīng)在飛機(jī)水平方向與跑道進(jìn)近高度一致時(shí)立即顯示(在水平高度和與跑道高度足夠?qū)R的航向范圍內(nèi))。

        該場(chǎng)景如圖6 所示。

        (六)在3000 英尺的高度切入下滑道

        該場(chǎng)景的目的是測(cè)試當(dāng)飛機(jī)在3000 英尺高度切入下滑道時(shí)的告警。模擬信號(hào)設(shè)計(jì)為在3000 英尺的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)近路徑內(nèi)水平啟動(dòng)并切入下滑道。此場(chǎng)景應(yīng)沒(méi)有APM 告警產(chǎn)生。

        該場(chǎng)景如圖7 所示。

        (七)離場(chǎng)起飛

        本場(chǎng)景的目的是測(cè)試當(dāng)飛機(jī)在APM 保護(hù)下離開(kāi)跑道時(shí)的告警。模擬信號(hào)設(shè)計(jì)為航班離場(chǎng),飛入標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)近路徑,從下滑道上方飛行離開(kāi)進(jìn)近路徑。此場(chǎng)景應(yīng)沒(méi)有APM 告警產(chǎn)生。

        該場(chǎng)景如圖8 所示。

        結(jié)論:

        通過(guò)采集近一個(gè)月的本場(chǎng)實(shí)際航班數(shù)據(jù)對(duì)APM參數(shù)初始定義,同時(shí)采用特別設(shè)計(jì)的七個(gè)場(chǎng)景對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的告警效果進(jìn)行測(cè)試,得到了優(yōu)化效果較為理想的APM 適配參數(shù)。根據(jù)近期管制試運(yùn)行,可以證明本文所述優(yōu)化方案是有效的。當(dāng)然,后續(xù)還需要持續(xù)不斷的對(duì)運(yùn)行效果進(jìn)行監(jiān)測(cè),才能得到本地最優(yōu)的適配參數(shù)。

        通常,管制員或設(shè)備保障人員更為關(guān)注空管自動(dòng)化系統(tǒng)中的短期沖突、限制區(qū)、低高度等類型的告警,對(duì)其參數(shù)適配要更為重視。而起飛和落地是飛行全過(guò)程中最關(guān)鍵的階段,但由于本場(chǎng)附近會(huì)劃設(shè)一些告警抑制區(qū),因此APM 告警對(duì)進(jìn)近和塔臺(tái)來(lái)說(shuō)尤為重要。本文中提到的適配方法其實(shí)不限于APM 告警,加以變化可以適用于空管自動(dòng)化系統(tǒng)中的其他告警,但需要對(duì)測(cè)試場(chǎng)景加以改變。

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