民航西南地区空中交通管理局 四川 成都 610000
摘 要
当今社会已进入以智能化、网络化，自动化为发展方向的信息时代，世界各国都在寻求有效的自动避让手段以减少危险接近或碰撞的发生。场面运行管理的任务是在机场机动区内防止航空器与航空器相撞及航空器与障碍物相撞，维护和加快场面交通的有序流动。本文要研究的是设计一种简化的机场场面冲突检测与告警系统，基于机场场面监视雷达(SMR) 或者是ADS-B(广播式自动相关监视)探测到的地面运行信息，来有效地对航空器与航空器之间的场面冲突进行检测并告警。
关键词：机场场面冲突检测 告警系统 塔台管制 安全间隔
国外研究现状
鉴于机场交通安全的重要性，自从机场产生以来，机场场面监视与交通管理技术就得到了重视与发展。最初，利用塔台监视管理机场的方式得到普及，一直到今天还在广泛使用。近几十年来，随着航空运输业的飞速发展，利用塔台监视管理机场的方式已经不能满足机场交通安全的需要，因此陆续产生了一些先进的机场场面监视与交通管理系统，比如：场面监视雷达系统、美国UPS公司的基于ADS-B的机场管理系统、法国Thales公司的A－SMGCS机场场面交通管理系统。
机场场面监视雷达是一种用于监视机场地面飞机与车辆的雷达，70年代以后逐步投入使用。国际上一些先进的大机场，采用了场面监视雷达系统来监视机场的交通，这是场面监视管理技术的一次巨大进步。场面监视雷达就是一部一次雷达，由高速旋转的天线、发射机、接收机、信号处理器、数据处理器(早期的没有)和显示系统组成。早期的场面监视雷达只能把处理后的地面目标显示在显示器上，至于目标是飞机还是车辆，管制员只能根据所显示的目标的大小在加上自己的经验来判断。随着计算机技术的发展，在场面监视雷达中加入了数据处理器，可以使它的数据与FDP(Flight Data Processor飞行数据处理器)、二次雷达的数据等外部数据进行数据融合等相关处理，从而可以对应飞机标牌。这样不仅能使管制员区分飞机和车辆，而且可以辨认飞机航班号、飞机机型、速度以及将要停靠的登机桥等信息，可谓一目了然。它还有目标非法闯入禁区的闯入告警以及目标之间冲突的冲突告警等功能。使管制员不用花很大的精力注意这些问题，降低了管制员的工作强度，减少了人为的错误，提高了机场的安全性。场面监视雷达也是机场实施低能见度运行的基本条件。场面监视雷达在航空界的应用已经非常广泛，在法国戴高乐机场、英国希斯罗机场、马来西亚吉隆坡机场、韩国釜山机场都有应用。目前国内只有首都机场、上海虹桥机场、浦东机场和广州新白云机场使用了场面监视雷达。场面监视雷达接入机场跑道使用信息、实时天气信息、机场灯光系统、停机位信息和航班信息等数据，能实现以下四个功能：
1）场面监视功能，是指对跑道和滑行道以及停机坪上活动的飞机和车辆进行定位监视；
2）控制功能，是指检查控制区域内潜在的冲突，并能及时给管制员告警提示；
3）引导功能，管制员通过控制滑行道中心线、停止线上的灯光引导飞机和车辆滑行和移动；
4）路线控制功能，手动或者自动调整滑行道的分配，提高滑行道的利用率，增加机场跑道容量。
相对于利用塔台和通信的传统监视方式来说，场面监视雷达在性能上有了显著提高，使机场管制员对飞机的监视不再受到视线的限制，在黑夜和恶劣气候条件下也能够精确地对机场进行监视。但是它的自动化水平和独立工作的能力并不尽人意，因此一些研究机构研制了功能更加强大的机场监视管理系统。
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上个世纪末，在国际民航领域掀起了一场堪称是跳跃式的技术革命，就是新航行系统(CNS/ATM)。国际民航组织(ICAO)也经过多年的研究论证，确定将在21世纪全球范围内逐步实施新航行系统。新航行系统以新的体制和方式对空中交通管理产生深刻影响，它在管理和技术层次方面解决了现行航行系统在未来航空运输中的安全、容量和效率不足问题。新航行系统提出在飞机、空间、地面设施三个环境中利用由卫星和数字信息提供的先进通信(C)、导航(N)和监视(S)技术。在新航行系统中，有一种很有影响力的新思想—ADS-B(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast)，即自动相关监视－广播式，它是未来实行自由飞行的技术基础。ADS-B技术也为机场场面监视与管理系统的发展提供了高性能平台。
ADS-B的主要工作方式如下，每架飞机都装有全双工无线通信装置支持高速数据通信，由它定时广播本身的一些信息，这些信息包括速度矢量、位置、识别码、发动机状况等数据。这样每架飞机都能收到在自己附近视距范围内其它飞机的广播信息。得到它们的速度矢量、位置、识别码等信息。每架飞机的ADS-B机载设备把这些数据加工以后显示在机舱内的以电子地图为背景的显示器上。因此ADS-B系统中的飞机不用在过分依赖地面管制员的指令来飞行，它能够利用机载GPS/GNSS自导航，能够自动监视周围的飞机的运动趋势而避免碰撞，所以它能够自由安排航线，自由飞行。另外它具有强大的数据通信功能，能够与地面站通信而得到机场、航路、天气等相关信息，使它能够灵活的调整航线。由此可见，ADS-B系统是一种极具优势的航空技术，发展前景十分诱人，可能成为将来新航行系统的技术代表。
鉴于ADS-B技术诱人的前景，国际上一些颇具实力的航空设备公司已经开始研究自己的ADS-B系统，其中美国UPS公司和法国Thales公司已经研制出比较成熟的产品。美国UPS公司的ADS-B系统早在上个世纪末就在阿拉斯加州试用，并得到很好的试用效果。它可以分为机载设备和地面站两个相对独立的子系统。机载设备主要由中央处理器、导航设备、显示设备、数据链设备组成。地面站系统主要由主机、数据链设备、与其它系统接口等部分组成。地面站互相联网，通信区覆盖所有航路。
美国UPS公司在自己的ADS-B系统基础上研制了机场场面监视与管理系统，它借助ADS-B系统在导航定位、自动监视、通信方面的强大功能形成了具有很高性能的产品，是同类产品中的佼佼者。在上述ADS-B管理系统中，所有的飞机和机场上的车辆都装配了ADS-B系统，使它们都具备自导航、自动监视、数据通信的功能。机场上飞机和车辆类似于空中的飞机，定时的广播报文，而且驾驶舱里面也都有显示器来显示周围的交通状况。这样的工作模式具有两个突出的优点：第一是机场管制控制中心接收所有飞机、车辆的广播报文，得到它们的实时运动趋势。机场管制员能够清楚直观地了解机场的交通状况，实现高质量的场面监视。在此基础上，管制员对机场交通合理调度，避免冲撞危险，提高机场运作效率。第二是飞机和车辆驾驶员能够在遵从管制员的调度的同时，在任何时候通过自动相关监视功能感知周围的交通状况，自导航、自监视，主动避免冲突。所以机场交通安全有了双层保障，使机场交通安全系数大大提高。
由此可见，美国研制的该ADS-B机场管理系统具有两个突出的功能：一个是加强机场场面的交通安全；另一个是提高机场的运作效率，提高机场吞吐量。
国内研究现状
目前我国民航院校科研机构已经开始对A-SMGCS有了一定的研究。主要的研究工作包括了：多点定位关键技术研究；多点定位系统覆盖和精度分析工具开发；完成多点定位原理样机系统研制、试验测试；完成ADS-B地面站系统研制、试验测试；A-SMGCS仿真平台开发；实现MLAT/ADS-B数据驱动三维视景仿真；基于DGPS的机场车辆监视系统；基于LED节能跑道灯及单灯系统监控系统。
而在实际的机场场面活动运行过程中，现阶段国内除开北京、上海、广州三地使用场面监视雷达辅助进行地面活动监视和预警外，绝大部分机场的场面活动监视工作是建立在管制员目视监控基础上，没有主动的设施设备对跑道侵入进行监控，这种差距是显而易见的。在极端天气条件下，例如低能见度天气下，管制员往往只能靠机组报告或在特定地点设立闭路电视监控头来弥补管制员对场道监控的缺失，一定程度上减少低能见度天气的影响。这样做一个是基于机组对场道的辨识和管制员的空间判断，另一个是基于有限的设备保障条件，可以说这是一种失误几率很高的管制手段；另外如果管制员因为目视监控疏忽而忽略误入跑道的人和物体，某种程度上来说这也是难以避免的，因为同时进行跑道监控的一般不会超过两个管制员，在大流量和高强度的工作环境下，各种疏忽就会产生，这就有很大几率会造成严重的后果。而我国在规章制定，滑行道设计规范等方面也与其他航空业发达国家存在不小差距。
论文作者:何叔杉
论文发表刊物:《科技中国》2016年4期
论文发表时间:2016/6/22
标签：机场论文; 场面论文; 管制论文; 系统论文; 飞机论文; 管理系统论文; 滑行道论文; 《科技中国》2016年4期论文;