ADS—B廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)在機(jī)場(chǎng)地面管制中的應(yīng)用與意義

摘要：廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)（ADS-B）是一種全新科技，它將當(dāng)今空中交通管制中的三大要素通信、導(dǎo)航、監(jiān)視進(jìn)行了重新定義，本文對(duì)ADS-B系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述，并闡述了其在機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行管制中的應(yīng)用與意義。

關(guān)鍵詞：ADS-B；地面監(jiān)視；管制應(yīng)用；

隨著我國(guó)工業(yè)水平的不斷提高，民航業(yè)也得到了迅猛發(fā)展，我國(guó)正由民航大國(guó)向民航強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。在多種交通方式中，無(wú)論是旅客運(yùn)輸量還是旅客周轉(zhuǎn)量，民航增長(zhǎng)速度都是最高的。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2017年我國(guó)民航完成旅客運(yùn)輸總量5.49億人次，年均增長(zhǎng)率達(dá)到12.6%。民用航空器的通信方式也逐漸在由語(yǔ)音通信向數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)變。

傳統(tǒng)機(jī)場(chǎng)地面監(jiān)視依靠塔臺(tái)管制員目視指揮，但由于視覺(jué)差及人的因素會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行安全性降低，且保障效率也已出現(xiàn)運(yùn)行瓶頸。針對(duì)機(jī)坪視覺(jué)盲區(qū)問(wèn)題，部分機(jī)場(chǎng)仍在使用早期的一次雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)，其受極端氣象或其它障礙物的干擾，會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)信號(hào)嚴(yán)重衰減，制約了其監(jiān)視的準(zhǔn)確性。

隨著我國(guó)客運(yùn)航班量的大幅增加，機(jī)場(chǎng)地面航空器運(yùn)行密度和地面運(yùn)行保障車(chē)輛也在迅猛增長(zhǎng)，使得機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行環(huán)境變得更加復(fù)雜，安全問(wèn)題日益突出。在日常運(yùn)行中，機(jī)場(chǎng)地面航空器與航空器、航空器與車(chē)輛之間，會(huì)時(shí)有發(fā)生沖突或刮擦情況，跑道入侵更是危害航空安全的潛在因素。機(jī)場(chǎng)在特殊天氣、夜間低能見(jiàn)度等條件下運(yùn)行，將會(huì)給機(jī)坪管制及地面運(yùn)行帶來(lái)巨大考驗(yàn)，會(huì)直接導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行資源緊張，降低機(jī)場(chǎng)整體服務(wù)質(zhì)量及航空器地面運(yùn)行安全。

廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視技術(shù)對(duì)未來(lái)空中交通管理領(lǐng)域的發(fā)展影響及其深遠(yuǎn)，ADS-B是國(guó)際民航組織確定的未來(lái)主要監(jiān)視技術(shù)之一，其將衛(wèi)星導(dǎo)航、通信、機(jī)載設(shè)備及地面設(shè)備等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步強(qiáng)化管制員和飛行員對(duì)運(yùn)行態(tài)勢(shì)的感知，對(duì)提升運(yùn)行安全水平、空域容量與地面運(yùn)行效率以及航空公司運(yùn)控能力具有重要作用。ADS-B設(shè)備依賴(lài)于GPS導(dǎo)航，且回傳信息量更大、精度更加精良、不受地理地形限制，且覆蓋范圍較廣，建設(shè)與運(yùn)行成本相對(duì)低廉。該技術(shù)不僅可用于空對(duì)空的協(xié)同作用，也可以擴(kuò)展到地面場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)，使航空器地面活動(dòng)更加靈活。

一、ADS-B概述

ADS-B全稱(chēng)是Automatic Dependent Surveillance - Broadcast，中文是廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)。顧名思義，即無(wú)需人工操作或詢(xún)問(wèn)，可自動(dòng)從相關(guān)機(jī)載設(shè)備獲取參數(shù)并向其它航空器或地面站廣播航空器的準(zhǔn)確位置、高度、速度、航向等識(shí)別信息。它衍生于A(yíng)DS（自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視），最初是為越洋飛行的航空器，在無(wú)法進(jìn)行雷達(dá)監(jiān)視的情況下，希望利用衛(wèi)星實(shí)施監(jiān)視所提出的解決方案。

ADS-B系統(tǒng)以網(wǎng)狀、多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的方式完成數(shù)據(jù)雙向通信，它主要以空對(duì)空、地對(duì)空的狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)視。通常情況下，只需搭機(jī)載電子設(shè)備（GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)瞻l(fā)機(jī)及其天線(xiàn)、駕駛艙沖突信息顯示器CDTI），即無(wú)需任何地面輔助設(shè)備即可完成相關(guān)監(jiān)視廣播功能。裝備了ADS-B的航空器可通過(guò)數(shù)據(jù)鏈廣播其自身的精確位置及其它相關(guān)數(shù)據(jù)，并且形成清晰、直觀(guān)的背景地圖和航跡、交通態(tài)勢(shì)分布、參數(shù)窗口以及報(bào)文窗口等，最后以雷達(dá)畫(huà)面形式實(shí)時(shí)提供給相關(guān)用戶(hù)。

ADS-B報(bào)文信息通過(guò)空—空、空—地?cái)?shù)據(jù)鏈廣播進(jìn)行傳播，數(shù)據(jù)鏈路是其重要的組成部分，目前ADS-B可選的數(shù)據(jù)分為三種：模式4VDL（甚高頻數(shù)據(jù)鏈）；UAT（通用訪(fǎng)問(wèn)收發(fā)機(jī)數(shù)據(jù)鏈）；1090ES（擴(kuò)展電文數(shù)據(jù)鏈，是基于S模式應(yīng)答機(jī)的一種技術(shù)）。1090ES國(guó)際民航組織較推薦采用，也是目前我國(guó)采用的數(shù)據(jù)模式，實(shí)現(xiàn)選擇性詢(xún)問(wèn)、雙向數(shù)據(jù)模式進(jìn)行通信，從而接入自動(dòng)化空中交通管理系統(tǒng)，供相關(guān)部門(mén)和人員參考使用。

二、ADS-B在地面監(jiān)視中的應(yīng)用

ADS-B在機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行中的應(yīng)用，主要包括終端區(qū)監(jiān)視和機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)地面監(jiān)視。終端區(qū)監(jiān)視是實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)終端區(qū)域內(nèi)空中航班的飛行狀態(tài)，ADS-B可為終端區(qū)進(jìn)、離港航班的空中排序提供數(shù)據(jù)支持；機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面監(jiān)視實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)場(chǎng)停機(jī)坪航空器，甚至地面運(yùn)行保障車(chē)輛、人員的動(dòng)態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。亦可為A-SMGCS系統(tǒng)和跑道入侵系統(tǒng)提供相關(guān)數(shù)據(jù)支持，防治人員、航空器、車(chē)輛入侵機(jī)場(chǎng)跑道。

在大型繁忙機(jī)場(chǎng)，即便安裝了一次場(chǎng)面雷達(dá)等相關(guān)輔助監(jiān)視設(shè)備，也經(jīng)常會(huì)因特殊天氣或其它假移動(dòng)目標(biāo)對(duì)監(jiān)視信號(hào)造成干擾，甚至出現(xiàn)部分探測(cè)盲區(qū)，難以做到完全覆蓋地面所有航空器及地面運(yùn)行車(chē)輛的監(jiān)視需求。

通過(guò)接收和處理ADS-B廣播信息，可監(jiān)視活動(dòng)中的航空器從空中一直延伸到機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋，配合機(jī)場(chǎng)多點(diǎn)定位及全景視頻監(jiān)控功能，在場(chǎng)區(qū)的不同點(diǎn)位架設(shè)ADS-B接收基站，從而實(shí)現(xiàn)從登機(jī)門(mén)到跑道，甚至空中運(yùn)行階段的交通管制全覆蓋。不在依賴(lài)價(jià)格昂貴的場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)地面及終端區(qū)全部移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)控與指揮，最大限度確保機(jī)坪運(yùn)行安全。

2016年2月，為解決機(jī)坪通視問(wèn)題，加強(qiáng)機(jī)場(chǎng)航班信息準(zhǔn)確性及機(jī)位資源使用的管控能力，沈陽(yáng)機(jī)場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行指揮中心率先建議在沈陽(yáng)機(jī)場(chǎng)機(jī)坪安裝了ADS-B接收系統(tǒng)設(shè)備。主要用于實(shí)時(shí)掌握機(jī)坪及終端區(qū)域內(nèi)的航空器機(jī)型、機(jī)號(hào)、時(shí)刻、位置、地面實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)等重要信息。提升了機(jī)場(chǎng)在特殊天氣、夜間運(yùn)行及高峰小時(shí)等繁忙階段的地面運(yùn)行保障能力。并通過(guò)ADS-B地圖投影功能，直觀(guān)顯示航空器實(shí)時(shí)地理位置，解決了機(jī)坪物理視覺(jué)盲區(qū)，減少地面運(yùn)行沖突，最大限度提升了機(jī)坪運(yùn)行效率，縮短航空器地面滑行時(shí)間，保證航班運(yùn)行正點(diǎn)，也為機(jī)場(chǎng)應(yīng)急救援保障工作起到?jīng)Q定性作用。

地圖投影是利用一定數(shù)學(xué)法則把地球表面的經(jīng)、緯線(xiàn)轉(zhuǎn)換到平面上的理論和方法。由于地球是一個(gè)赤道略寬兩極略扁的不規(guī)則的球體，故其表面是一個(gè)不可展平的曲面，所以運(yùn)用任何數(shù)學(xué)方法進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換都會(huì)產(chǎn)生誤差和變形，為按照不同的需求縮小誤差，就產(chǎn)生了地圖投影法。

ADS-B將信息回傳后形成清晰、直觀(guān)的雷達(dá)標(biāo)牌、航跡及相關(guān)重要信息，通過(guò)地圖投影，機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)、航站樓、跑道，滑行道、聯(lián)絡(luò)道及停機(jī)位等整體平面輪廓將被清晰顯示，并通過(guò)接收裝置將飛機(jī)的實(shí)時(shí)位置投影至指定地圖內(nèi)。管制員可根據(jù)比例對(duì)地圖進(jìn)行放大及縮小，直觀(guān)判斷航空器的準(zhǔn)確位置。合理、有序指揮地面航空器推出、滑入、滑行、起降，極大程度避免了航空器在地面運(yùn)行階段發(fā)生的不安全事件，也可通過(guò)ADS-B系統(tǒng)兼顧空中終端區(qū)航空器的飛行動(dòng)態(tài)，避免航空器產(chǎn)生運(yùn)行沖突，降低航空器運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

三、ADS-B與傳統(tǒng)監(jiān)視雷達(dá)功能的區(qū)別

因機(jī)場(chǎng)航站樓及指廊建筑物的遮擋，場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)在停機(jī)坪區(qū)域?qū)?huì)產(chǎn)生部分探測(cè)盲區(qū)，即不能有效監(jiān)視所轄區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)；還會(huì)因存在地物雜波、氣象雜波等外界因素干擾而產(chǎn)生虛假目標(biāo)。ADS-B系統(tǒng)可有效解決并提升機(jī)坪運(yùn)行效率，亦可融合機(jī)載應(yīng)答機(jī)進(jìn)行全方位的數(shù)據(jù)捕捉。支持A/C模式、S模式和ADS-B等多種應(yīng)答信號(hào)，更加準(zhǔn)確的獲取目標(biāo)位置、高度、身份、航班號(hào)等信息，實(shí)現(xiàn)進(jìn)、離港航班的自動(dòng)識(shí)別分類(lèi)，為運(yùn)行指揮人員提供更完善的服務(wù)。特別是當(dāng)天氣狀況較差、能見(jiàn)度較低或機(jī)場(chǎng)夜間運(yùn)行時(shí)，該系統(tǒng)不僅能清晰了解到航空器在跑道、滑行道以及聯(lián)絡(luò)道上的準(zhǔn)確位置，還可以使管制員準(zhǔn)確快速的對(duì)航空器運(yùn)行變化作出快速反應(yīng)，為機(jī)場(chǎng)運(yùn)行指揮提供有力保障。

ADS-B系統(tǒng)精度較高，可實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)地面活動(dòng)目標(biāo)全方位、無(wú)盲區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)視，為機(jī)坪運(yùn)行指揮提供位置監(jiān)視和沖突告警服務(wù)，亦可通過(guò)ADS-B系統(tǒng)監(jiān)視地面運(yùn)行車(chē)輛、人員、航空器等動(dòng)態(tài)位置信息，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)面目標(biāo)的全方位監(jiān)視，促進(jìn)機(jī)場(chǎng)資源的合理利用，有效提升機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)的運(yùn)行安全。

綜上所述，并結(jié)合機(jī)場(chǎng)運(yùn)行指揮工作實(shí)際，ADS-B系統(tǒng)發(fā)揮了巨大優(yōu)勢(shì)并實(shí)現(xiàn)了如下功能技術(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)，為機(jī)場(chǎng)運(yùn)行提供了有力保障：

1、ADS-B系統(tǒng)能夠覆蓋全場(chǎng)無(wú)盲區(qū)，地面及空中進(jìn)近區(qū)域航空器的識(shí)別率達(dá)到100%。

2、將所捕捉目標(biāo)投影到本場(chǎng)場(chǎng)區(qū)平面圖，使用人員可直觀(guān)的通過(guò)圖形分辨出航空器、人員、車(chē)輛的精確位置。

3、可將系統(tǒng)中所捕捉到的航班掛出雷達(dá)標(biāo)牌，現(xiàn)實(shí)航班號(hào)、機(jī)型、機(jī)號(hào)、高度、速度、經(jīng)緯度、垂直上升下降率、應(yīng)答機(jī)編碼、修正后的進(jìn)、離港時(shí)間、運(yùn)動(dòng)方向、航跡等相關(guān)數(shù)據(jù)。

4、根據(jù)不同顏色標(biāo)志區(qū)別進(jìn)、出港航班，重要航班、國(guó)內(nèi)、國(guó)際（混合）航班等任務(wù)性質(zhì)，以便管制人員關(guān)注區(qū)分。

5、將飛行航路數(shù)據(jù)、航空器性能、CDM放行時(shí)間、停機(jī)位、登機(jī)口、機(jī)場(chǎng)跑道燈光及航空氣象等接口引入終端，并與機(jī)場(chǎng)運(yùn)行指揮集成系統(tǒng)相互融合，整合各類(lèi)運(yùn)行信息，不斷提升機(jī)場(chǎng)運(yùn)行保障能力。

6、提供航空器在停機(jī)坪、滑行道、聯(lián)絡(luò)道及跑道上的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)控跑道運(yùn)行偏差，避免發(fā)生各類(lèi)跑道入侵事件，為各類(lèi)沖突及危險(xiǎn)接近等情況提供有效、及時(shí)的告警服務(wù)。

四、結(jié)束語(yǔ)

預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)運(yùn)行航班總量將達(dá)到3700余架次，旅客吞吐量將達(dá)到7億人次，2024年將有望超越美國(guó)成為全球最大的航空運(yùn)輸體。ADS-B地面站建設(shè)成本是傳統(tǒng)二次雷達(dá)的九分之一，運(yùn)行監(jiān)控精度可以提高至10米量級(jí)，對(duì)于機(jī)場(chǎng)地面管制來(lái)說(shuō)，監(jiān)視數(shù)據(jù)更新速度快，減小航空器地面滑行間隔，優(yōu)化并縮短航空器地面滑行時(shí)間，深度挖掘及不斷優(yōu)化航空器地面運(yùn)行方案，著眼于廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)（ADS-B）新技術(shù)的推廣與應(yīng)用，從戰(zhàn)略高度謀劃民航發(fā)展未來(lái)，進(jìn)一步拓展機(jī)場(chǎng)自身發(fā)展空間，提升服務(wù)品質(zhì)，提高行業(yè)運(yùn)行效率，以實(shí)實(shí)在在的效果為民航安全發(fā)展、科學(xué)發(fā)展保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)：

[1]成都電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文《ADS-B監(jiān)視功能的性能研究和仿真》（作者：姚姣）.

[2]中國(guó)民航大學(xué)本科學(xué)位論文《ADS-B（1090ES）數(shù)據(jù)報(bào)文生成技術(shù)研究》（作者：張一瀚）.

[3]中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)《S模式ADS-B系統(tǒng)性能分析》（作者：曾一江）.

[4]空中交通管理《ADS-B技術(shù)介紹》（作者：呂小平）.

作者簡(jiǎn)介：王爍，出生年月：1985.08，性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：遼寧省沈陽(yáng)市，當(dāng)前職務(wù)：沈陽(yáng)桃仙國(guó)際機(jī)場(chǎng)股份有限公司 生產(chǎn)運(yùn)行指揮中心 運(yùn)行指揮室 副主任，當(dāng)前職稱(chēng)：中國(guó)民用航空局；東北管理局；機(jī)場(chǎng)工程；助理工程師，學(xué)歷：本科