王顥

摘 ? 要：隨著我國航空運輸業(yè)的不斷發(fā)展，航班流量迅猛增長。2017年北京首都機(jī)場起降架次達(dá)到597，000多架次，2018年北京首都機(jī)場起降架次達(dá)到612，000多架次，且首都機(jī)場的日航班量已達(dá)到近1700架次，不僅空中飛行流量逐年增長，機(jī)場地面航空器運行更顯十分繁忙，同時首都機(jī)場三條跑道運行，滑行道、穿越道以及機(jī)坪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這些都為空管場面指揮工作帶來了一定挑戰(zhàn)和難度。場面監(jiān)視處理系統(tǒng)能夠在高密度地面航空器流量及復(fù)雜跑滑結(jié)構(gòu)的機(jī)場運行條件下，實現(xiàn)對場面活動的航空器和車輛實時監(jiān)控、提供探測及告警等功能，確保機(jī)場場面活動在處于機(jī)場能見度運行標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的任何天氣條件下的運行效率和安全運行。

關(guān)鍵詞：場面監(jiān)視處理系統(tǒng) ?監(jiān)視 ?告警 ?跑道沖突 ?沖突探測

中圖分類號：V351 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（a）-0247-02

場面監(jiān)視處理系統(tǒng)能夠通過接收場面監(jiān)視雷達(dá)（SMR）、進(jìn)近雷達(dá)（MSSR）、多點相關(guān)監(jiān)視（MDS）、和廣播式自動相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）等監(jiān)視設(shè)備輸出的目標(biāo)監(jiān)視數(shù)據(jù)，與氣象數(shù)據(jù)（包括QNH、RVR等）、飛行計劃信息等多元數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，形成目標(biāo)綜合航跡，對在機(jī)場場面覆蓋范圍內(nèi)運動的航空器和車輛進(jìn)行連續(xù)的定位與標(biāo)識，在管制員席位監(jiān)視界面上顯示機(jī)場場面運動目標(biāo)的運行態(tài)勢和運行環(huán)境，為管制員提供場面監(jiān)視、視覺和聽覺告警、路由規(guī)劃及引導(dǎo)功能。

1 ?跑道侵入和跑道沖突的定義

跑道侵入是指航空器或車輛或人員未經(jīng)許可出現(xiàn)在指定用于航空器降落和起飛的保護(hù)區(qū)域內(nèi)的情況[1]。

跑道沖突是指進(jìn)入或?qū)⒁M(jìn)入跑道的活動目標(biāo)與跑道內(nèi)活動目標(biāo)之間的沖突[1]。

因此，跑道侵入告警是針對航空器或其它運動的物體在未經(jīng)許可時即將進(jìn)入跑道產(chǎn)生的告警，或者是有運動物體即將進(jìn)入預(yù)先定義好的禁區(qū)（如儀表著陸系統(tǒng)敏感區(qū)）時產(chǎn)生的告警;而跑道沖突告警是指場面監(jiān)視處理系統(tǒng)通過接收、處理多傳感器跟蹤系統(tǒng)的目標(biāo)位置報告，評估機(jī)場場面及附近空域內(nèi)的目標(biāo)活動情況，識別、探測在其監(jiān)測區(qū)域內(nèi)可能產(chǎn)生的沖突，包括航空器與航空器、航空器與其他物體之間的潛在沖突并產(chǎn)生相應(yīng)告警。

2 ?跑道沖突告警設(shè)置闡述

跑道沖突告警分為降落沖突告警和起飛沖突告警，當(dāng)機(jī)場場面潛在的沖突情況被探測出來，場面監(jiān)視處理系統(tǒng)會發(fā)送告警信息至管制席位界面，給出涉及目標(biāo)的身份和情況的嚴(yán)重程度的信息，并提供視覺和聽覺告警，同時告警根據(jù)預(yù)先配置的特殊沖突情況的嚴(yán)重等級，以兩種階段顯示，一階段告警和二階段告警，配以兩種不同的顏色顯示[2]：

（1）一階段告警（琥珀色） 用于提醒用戶，有需要特殊關(guān)注的情況發(fā)生。

（2）二階段告警（紅色）用于警告用戶，有需要馬上關(guān)注的嚴(yán)重情況發(fā)生。

2.1 降落沖突告警

在場面監(jiān)視處理系統(tǒng)中，對于一架正在降落的航空器，系統(tǒng)會依據(jù)進(jìn)近雷達(dá)送來的2D/3D目標(biāo)位置信息，判定其降落沖突告警的監(jiān)視區(qū)域：即從航空器距離跑道著陸點前一定時間（TTT Limit Stage 1）的位置，一直延伸至整體跑道并且包含相應(yīng)跑道的敏感區(qū)。一旦這一區(qū)域內(nèi)存在其他航空器或運動物體干擾航空器降落，場面監(jiān)視處理系統(tǒng)會根據(jù)正在降落的航空器與跑道上干擾物體的當(dāng)前速度，計算當(dāng)前時刻至兩者之間相距一定距離（CPA Limit）的時間差TCPA，當(dāng)TCPA小于TCPA Limit Stage 1時，立即產(chǎn)生降落沖突的一階段告警，標(biāo)牌上方出現(xiàn)閃爍的琥珀色“ALERT”，如圖1所示。

當(dāng)在低能見度天氣條件下，假如一架航空器已經(jīng)進(jìn)入降落一階段，即距離著陸點TTT Limit Stage 1后，系統(tǒng)將不再進(jìn)行TCPA時間差的檢查，即一旦監(jiān)視區(qū)域內(nèi)存在其他航空器或物體干擾航空器降落，場面監(jiān)視處理系統(tǒng)會立刻產(chǎn)生一階段告警。

當(dāng)航空器繼續(xù)飛至距離跑道著陸點前一定時間（TTT Limit Stage 2）的位置時，系統(tǒng)會根據(jù)正在降落的航空器與跑道上干擾物體的當(dāng)前速度，再次計算當(dāng)前時刻至兩者之間相距一定距離（CPA Limit）的時間TCPA，當(dāng)TCPA小于TCPA Limit Stage 2時，立即產(chǎn)生降落沖突的二階段告警，標(biāo)牌上方出現(xiàn)閃爍的紅色“ALERT”。

一旦航空器已經(jīng)落地，系統(tǒng)所監(jiān)視的區(qū)域僅包含航班的前方區(qū)域，進(jìn)入航空器后方跑道位置的目標(biāo)將不會再觸發(fā)降落出臺告警（除非后機(jī)又開始加速起飛，則會觸發(fā)航空器起飛沖突告警）。

2.2 起飛沖突告警

對于起飛航空器，場面監(jiān)視處理系統(tǒng)會監(jiān)控跑道的預(yù)定義起飛區(qū)域，以確保其它航空器、車輛以及跟蹤目標(biāo)不在此區(qū)域內(nèi)。通常情況下，當(dāng)探測到兩個及以上的目標(biāo)位于已激活跑道的預(yù)定義起飛沖突告警區(qū)域內(nèi)時，且其中起飛航空器的速度大于預(yù)定義值（Stage 1/2 Speed Sel）時，會產(chǎn)生起飛沖突一階段的告警，標(biāo)牌上方出現(xiàn)閃爍的琥珀色“ALERT”，告警會一直持續(xù)到其中某一個沖突目標(biāo)離開起飛區(qū)域，不再存在沖突為止。

當(dāng)然，如果有2架起飛的航航空器都處于起飛沖突告警區(qū)域內(nèi)，但是位置靠前的起飛航空器的速度大于某一預(yù)定義門限（Stage 1 Speed Limit），就不會產(chǎn)生此沖突告警。

還有一種情況：當(dāng)判斷兩架航班均處于起飛沖突告警區(qū)域內(nèi)，但是正在平行穿越同一跑道時，也不會產(chǎn)生一階段告警。

當(dāng)場面監(jiān)視處理系統(tǒng)檢測到起飛航空器DHL123沿著跑道加速，且速度大于預(yù)定義值（Stage 1/2 Speed Sel）時，系統(tǒng)開始探測位于該起飛航空器DHL123之前的起飛區(qū)域。RIMCAS會根據(jù)DHL123、BAW1234的當(dāng)前速度矢量，計算當(dāng)前時刻至兩者之間相距一定距離（CPA Limit）的時間差TCPA，直到TCPA小于TCPA Limit Stage 2時，產(chǎn)生起飛沖突的二階段告警，標(biāo)牌上方出現(xiàn)閃爍的紅色“ALERT”。然而，如果另一起飛航空器正在遠(yuǎn)離該航空器的方向移動（即相反方向，計算的TCPA值為負(fù)值），則不進(jìn)行起飛告警區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的探測。

同降落沖突告警，如果是在低能見度情況下，則系統(tǒng)不再做上述的TCPA檢測，即在每一個管制席位界面上，在探測區(qū)域發(fā)現(xiàn)任何目標(biāo)，都會以二階段告警顏色為背景，并在標(biāo)牌顯示“ALERT”字樣。

2.3 合理設(shè)置告警參數(shù)的重要性

例如在實際運行中，某地塔臺管制部門反映某跑道所有起飛航空器未與當(dāng)時該跑道上的一個不明一次信號產(chǎn)生起飛沖突告警，經(jīng)技術(shù)部門調(diào)查、分析發(fā)現(xiàn)：該不明一次信號與該跑道降落航班正常產(chǎn)生降落沖突告警，卻與起飛航班不能正常產(chǎn)生起飛沖突告警;通過這一現(xiàn)象立即將問題關(guān)鍵點轉(zhuǎn)向到起飛沖突區(qū)域是如何設(shè)置的以及該區(qū)域是否實際生效方面。通過實際測試和分析，終于發(fā)現(xiàn)該問題是由以下兩個告警參數(shù)設(shè)置問題導(dǎo)致：

（1）起飛沖突告警區(qū)域的runway圖層名稱設(shè)置，該名稱與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的runway名稱定義不一致，導(dǎo)致該跑道起飛沖突告警區(qū)域?qū)嶋H并未生效;

（2）起飛跑道沖突告警的跑道運行方向，當(dāng)前系統(tǒng)對該跑道起飛沖突告警區(qū)域方向take-off direction設(shè)為173度，即機(jī)場向南運行時才會有起飛沖突告警，而當(dāng)天機(jī)場運行模式為向北運行，故該跑道起飛沖突告警區(qū)域未生效。

通過正確修改上述兩項告警參數(shù)設(shè)置后，成功解決了管制部門反映的問題，實現(xiàn)了該跑道雙向起飛沖突告警的功能。

3 ?結(jié)語

3.1 多監(jiān)視信號源融合處理

如果系統(tǒng)可以平滑的處理空中監(jiān)視信號與地面監(jiān)視信號在跑道入口處的信號銜接、實現(xiàn)目標(biāo)的信號連續(xù)性跟蹤、提高目標(biāo)位置信息的準(zhǔn)確性，就會更好地避免目標(biāo)信號丟失或者漂移產(chǎn)生的虛假告警，從而為管制部門提供更優(yōu)質(zhì)的地面監(jiān)視信號。因此，合理、優(yōu)質(zhì)的多監(jiān)視信號源融合算法是今后需要深入研究、實現(xiàn)的重要方向。

3.2 精確目標(biāo)定位

復(fù)雜地面運行環(huán)境下精確的目標(biāo)定位也是目前場面監(jiān)視存在的一個難點之一，比如停止等待線、停機(jī)坪和廊橋等位置下多會受物理位置遮擋、反射和電磁環(huán)境干擾等環(huán)境因素影響，很難實現(xiàn)精確、穩(wěn)定的目標(biāo)定位，需要引入路由規(guī)劃、顯示及燈光引導(dǎo)等功能進(jìn)行實際驗證。

3.3 系統(tǒng)功能參數(shù)驗證

場面監(jiān)視處理系統(tǒng)為塔臺及機(jī)場管制部門進(jìn)行地面運行決策提供輔助性服務(wù)，其功能參數(shù)，尤其是跑道沖突、跑道侵入等告警參數(shù)設(shè)置的可靠性和安全性應(yīng)得到充分的測試、論證。如何驗證符合我國機(jī)場跑滑結(jié)構(gòu)、機(jī)場運行環(huán)境等的各項告警功能參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以確定其具有安全性，是今后場面監(jiān)視處理系統(tǒng)發(fā)展和研究工作中最急切需要解決的重要課題。

參考文獻(xiàn)

[1] 高級場面活動引導(dǎo)和控制自動化系統(tǒng)技術(shù)要求 MH/T 4042-2014[Z].

[2] NOVA9000場面監(jiān)視處理系統(tǒng)系統(tǒng)技術(shù)手冊[Z].