浅谈集成塔台自动化系统在首都机场的应用前景

2020-11-28

中国科技纵横 2020年24期

（中国民用航空华北地区空中交通管理局，北京 100621）

0.引言

首都机场位于北京市东北郊，距市中心25km。是中国三大门户复合枢纽，环渤海地区的核心机场。具有带动京津冀地区经济协同发展的重要作用。首都机场作为国际4F级机场，日均起降航班近2000架次，年旅客吞吐量达1亿人次，雄踞亚洲第一、世界第二。机场始建于1958年，分别在1980年、1999年和2008年进行了3次集中扩建。由于机场投产时间早，部分设计理念已无法满足现有生产需求。首都机场面临飞行区工作繁重，机场交通管制任务艰巨的问题。急需引入新技术提升首都机场飞行安全和运行效率。在欧美地区，机场交通管制水平一直走在世界前列，机场管制运行普遍实现数字化，集成化。塔台管制员使用的设备安全有效。将来按照数字化、集成化的原则探讨首都机场未来发展是有益于机场运行的。

集成塔台自动化系统是塔台管制员管理机场交通的先进的计算机系统。集成了国内外许多先进技术。是塔台管制自动化、一体化、集成式的工作平台，实现信息集成、功能集成，解决以往塔台空间有限，信息分散，使用不便等问题，有效提高管制员工作效率，有助于塔台提供更加安全、高效的空中交通服务。系统具有监视数据处理功能、危险告警功能、场面路由规划与灯光引导功能、数字放行和综合信息显示等多项先进技术。中国民用航空局空中交通管理局2020年下发的《民航空管集成塔台自动化系统配置规范及技术要求》（征求意见稿），首创性的提出了系统呈现高度集成化的特点，集成塔台自动化系统将为首都机场运行带来质的改变。在过去，首都机场塔台运行使用A-SMGCS系统（高级场面活动引导与控制系统）、电子进程单系统、数字放行与进离场通播系统和空管自动化系统等种类繁多的计算机系统。系统间具有巨大差异。还存在兼容性差，数据交互困难、维护复杂等缺点。集成塔台自动化系统可有效改善这些问题，博采众长地吸取各系统的优点，将系统的有效性和可靠性提升到最大。系统的优点主要以下几点：

1.提高首都机场安全飞行保障水平

系统具有强大的安全保障能力。其对监视数据的处理功能，可供塔台管制员对机场场面与近地空域无死角全域监控，每秒刷新至少1000个航迹目标，并保持对目标不间断跟踪与监视。系统可处理航管雷达、场监雷达，多点相关监视系统和ADS-B等多种监视源。并可处理ASTERIX格式和中国民航MH/T-4008格式监视信息以及SMR数字视频数据，监视数据接口呈现多样性，支持网络、同步串口、异步串口等多种接口格式。系统可使用冗余监视源，对目标进行计算，综合取其平均值，确认目标位置、高度、速度等运行信息，计算出综合航迹显示在屏幕终端上，使塔台管制员时刻掌握场面态势。系统在WGS-84坐标系下使用系统航迹计算告警，计算时间快，告警响应时间不超过0.5s，使得管制员对跑道侵入等严重威胁飞行安全的行为进行有效管控。

机场管制范围内，民航客机遭遇最严重飞行事故就是跑道侵入造成的，跑道侵入事故会造成事故双方高速相撞并解体。跑道侵入事故往往造成上百人伤亡和严重的经济损失。若使用集成塔台自动化系统，塔台管制员可根据系统显示的跑道态势和提示的告警信息，及时指示航班停止起飞或复飞，解除相撞可能。系统还可计算落地飞机的下降率，为管制员提供“飞机低于下滑道”告警，防止飞机撞地。此外系统可处理特殊二次代码信息，使塔台管制员及时处理地空通信失效，劫机和其他紧急事件。系统设计符合民航行业对航空器机场运行阶段的技防要求，极大地提升了首都机场飞行安全水平。

系统设计先进。将主要功能模块分置在不同计算机节点上。并保证每个主要模块双机冗余运行。当主机故障时，系统能在没有人员干预的情况下自动切换到备机上运行。在设计时，系统在为处理节点分配软件模块以及通讯技术方面提供了足够的灵活性，降低了增加处理节点对系统局域网负荷的影响。网络架构可采取三网架构。有对等的双业务网和维护网，三网均通过核心交换机与各节点连接，均衡网络负载，峰值负载不超过40%，平均负载不超过30%。对外接口全部使用防火墙进行隔离，保证信息安全。系统配置两个动态数据库，保持系统全局数据一致性，且数据库异常不会导致丢失数据，系统设计时，其支持的数据速率以及容量亦可超过要求的标准。系统设置两种工作模式，既可以接收外部飞行计划数据进行联动工作，也可自行计算飞行计划数据。例如：系统未收到自动化FDR信息，系统可根据飞行电报建立FDR实施系统内流转。系统的安全性极高。

2.提升首都机场运行效率

机场运行除了飞行安全外，最受关注的就是运行效率了。飞机发动机在地面阶段保持开车运行。类似我们家用汽车的发动机怠速。但飞机发动机耗油量大，航空煤油价格昂贵，长时间等待必然会造成经济效益降低、旅客等待时间长体验差等问题。如何减少飞机在地面阶段的滑行等待时间是集成塔台系统着重考虑的问题。以离港航班为例，飞行从停机位推出前会申请放行许可，此时发动机未开车。集成塔台系统会根据民航流量系统建议的CTOT（计算起飞时间）进行排序放行，若此时存在航路受限、某一管制空域流量大或目的机场运行标准下降导致流控，系统会调整受影响航班的放行时间，使其在停机位中暂停放行，待流量合适后放行，大幅降低了飞机推出开车后的地面等待时间。将高峰流量消化在放行阶段，而不是滑行阶段。

系统还集成了A-SMGCS系统的重要功能：路由规划和灯光引导。此功能可实现在机场复杂环境下，为每一个地面目标指派路由路线。实现飞机滑行，车辆作业的智能自动路由，避开拥堵点，避免航空器及车辆运行冲突，改善服务质量。管制员还可随时干预路由路线。路由路线结果将以机场地面灯光的形式展现给飞行员。此后滑行操作将变得极为简单，飞行员不需要记忆冗长的语音指令，只需要跟随灯光的引导滑行，还可避免发生误滑。使得首都机场将从甚高频通信的滑行方式改为以地面灯光引导为主的滑行方式，此举可极大降低语音负荷，优化民航无线电频率资源。减少地面滑行时间，提高滑行效率，同时节省了飞机滑行阶段的燃料消耗。既经济也减少了碳排放。根据中国民用航空局下发的《运输机场仪表着陆系统（ILS）低能见度运行管理规定》，首都机场也应当配置灯光引导功能，在低能见度下，通过灯光引导方便飞行员找到正确的滑行路线。提升首都机场在低能见度下的运行效率。

集成塔台自动化系统还具有管理进场/离场通播的功能。管制员可编辑其进场/离场通播信息，将机场运行信息（如：跑道状态，修正海平面气压，起飞初始高度层等）转为语音，通过甚高频发射机在固定波段向落地/起飞飞机进行自动广播，降低管制员工作量。系统的交互能力与信息综合显示功能也十分强大。可与机场、空管、气象、空军等众多单位联动。共享飞行信息，如航路拥挤度、流控信息、航行通告、航空云图和空军活动等多类信息。使塔台管制员“不出门便知天下事”，提早采取利于首都机场运行的措施。

3.未来发展前景优越

未来科技日新月异，新一代技术层出不穷，民航计算机系统设计建设时都应当考虑适应未来新技术。集成塔台自动化系统的未来发展前景优越。由于前期引入了ADS-B监视源，使用GPS定位航空器。若中国民航未来推行北斗定位，系统可直接使用北斗数据，实现GPS到北斗的无缝切换，具有很强的适应能力。此外，系统计算的路由规划结果不仅可用机场灯光系统引导。未来AEROMACS技术成熟后，可以直接将路由结果上载至机载显示屏，飞行员又多了一种辅助滑行手段。针对综合信息显示，系统引入空军信息方便军民航情报共享。在国内推行军民航管制“天合地分”的大背景下相较现有系统更具优势，方便军民航沟通协调。方便日后拓展功能，与空军单位进行更深层次交流，提升北京地区空域利用率。系统具备良好的扩展性和互用性：系统采取模块化设计，将来根据生产需求，可以方便地调整系统功能模块，方便新技术在系统运用。满足功能模块扩容和技术升级的需要。