分布式網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合模擬訓(xùn)練

文/周超

空中交通管制系統(tǒng)，俗稱ATC系統(tǒng)，是一個(gè)高交互、高分布式和具備聯(lián)合認(rèn)知特征的復(fù)雜離散系統(tǒng)。隨著國(guó)家大力發(fā)展民航，著重推進(jìn)國(guó)產(chǎn)空管自動(dòng)化系統(tǒng)的研制和使用。而伴隨著空管自動(dòng)化系統(tǒng)逐年在普及和提升，人為因素的差錯(cuò)成為在自動(dòng)化系統(tǒng)和航空管制中的癥結(jié)所在，尤其是區(qū)調(diào)、進(jìn)近和塔臺(tái)各級(jí)管制單位之間的交互和協(xié)調(diào)，是其中最為薄弱的環(huán)節(jié)。那么塔臺(tái)、進(jìn)近、區(qū)調(diào)之間的聯(lián)合模擬訓(xùn)練，則為管制員熟練掌握管制流程，最大程度規(guī)避人為風(fēng)險(xiǎn)因素提供了很好平臺(tái)。

1 塔臺(tái)和雷達(dá)訓(xùn)練系統(tǒng)簡(jiǎn)介

塔臺(tái)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)是為從事塔臺(tái)管制的工作人員提供學(xué)習(xí)掌握自動(dòng)化系統(tǒng)、熟悉機(jī)場(chǎng)空域和地面環(huán)境和應(yīng)急處理各類特請(qǐng)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。采用分布式搭建和還原塔臺(tái)自動(dòng)化系統(tǒng)，由電子進(jìn)程單系統(tǒng)、場(chǎng)面監(jiān)視系統(tǒng)、五邊自動(dòng)化終端系統(tǒng)、氣象信息系統(tǒng)、教員席位系統(tǒng)、模擬機(jī)長(zhǎng)席位系統(tǒng)、三維視景仿真系統(tǒng)（由Unity 3D控制和DirectX建模，一比一比例還原真實(shí)管制區(qū)域環(huán)境），以及模擬通訊系統(tǒng)（包括低空通話、地地通話和直通電話）組成。

雷達(dá)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)是為從事進(jìn)近管制和區(qū)調(diào)管制的工作人員掌握自動(dòng)化ATC系統(tǒng)、熟悉空域環(huán)境、崗前培訓(xùn)和在崗復(fù)訓(xùn)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。系統(tǒng)包括教員席位系統(tǒng)、主任席位系統(tǒng)、管制席位系統(tǒng)、助理管制系統(tǒng)、模擬機(jī)長(zhǎng)系統(tǒng)，采用提前設(shè)計(jì)飛行計(jì)劃和實(shí)時(shí)增加飛行計(jì)劃和異常，仿真和還原空中交通管制情景，提高進(jìn)近、區(qū)域管制員的訓(xùn)練效果。

2 聯(lián)合訓(xùn)練的原理

聯(lián)合訓(xùn)練是指在雷達(dá)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)和塔臺(tái)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，同時(shí)運(yùn)行同一個(gè)訓(xùn)練計(jì)劃，區(qū)調(diào)、進(jìn)近和塔臺(tái)各管制單位在各自區(qū)域進(jìn)行管制，并和其他管制單位保持交互和協(xié)調(diào)，保持管制流程的完整。

聯(lián)合訓(xùn)練采用塔臺(tái)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)服務(wù)器（TWRSERVER）和雷達(dá)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)服務(wù)器（RADSERVER）兩臺(tái)服務(wù)器互聯(lián)，將兩個(gè)局域網(wǎng)組網(wǎng)，把兩個(gè)SERVER之間的數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換，包括計(jì)劃信息、訓(xùn)練信息、空域數(shù)據(jù)信息等。系統(tǒng)提供塔臺(tái)和雷達(dá)兩個(gè)系統(tǒng)之間互聯(lián)的軟、硬件接口。接口包括：雷達(dá)航跡信息數(shù)據(jù)發(fā)送和接收接口，飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)信息發(fā)送和接收接口，航班權(quán)限移交接口等。

3 硬件方案設(shè)計(jì)

聯(lián)合訓(xùn)練對(duì)應(yīng)的雷達(dá)和塔臺(tái)兩個(gè)訓(xùn)練系統(tǒng)的服務(wù)器都是雙網(wǎng)卡服務(wù)器，服務(wù)器一個(gè)網(wǎng)卡連在雷達(dá)和塔臺(tái)兩個(gè)系統(tǒng)各自獨(dú)立的交換機(jī)局域網(wǎng)內(nèi)，一個(gè)網(wǎng)卡用來(lái)在兩個(gè)服務(wù)器之間互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間的組網(wǎng)，其他系統(tǒng)內(nèi)的服務(wù)器和工作站終端都連接在各自的交換機(jī)局域網(wǎng)內(nèi)。

示例圖如圖1。

4 軟件處理設(shè)計(jì)

圖1：硬件方案

圖2：軟件數(shù)據(jù)流程方案

4.1 雷達(dá)和塔臺(tái)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)連接

雷達(dá)和塔臺(tái)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)都采用PRΟC連接數(shù)據(jù)庫(kù)，定義一個(gè)函數(shù)ΟpenDB()連接數(shù)據(jù)庫(kù)，分別定義連接用戶名和密碼以及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)名，使用EXEC SQL CΟNNECT 用戶名 ΙDENTΙFΙED BY 密碼USΙNG 服務(wù)名；完成連接。如果連接失敗，會(huì)一直嘗試連接，直到連接成功為止。

4.2 雷達(dá)數(shù)據(jù)處理功能

通過UDP協(xié)議自定義收發(fā)消息函數(shù)recv_msg和send_msg。將雷達(dá)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)內(nèi)部的消息，包括航跡信息、移交信息等數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)一分發(fā)函數(shù)Send_MsgToTower，發(fā)送給轉(zhuǎn)換進(jìn)程，分發(fā)給塔臺(tái)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，通過小類號(hào)來(lái)區(qū)分消息類型。

0x014 d：統(tǒng)一接口發(fā)送給雷達(dá)段轉(zhuǎn)換進(jìn)程的消息。

type：5小類為航跡位置更新消息。

type：6小類為航跡航路變更消息。

type：7小類為航跡移交消息。

4.3 塔臺(tái)數(shù)據(jù)處理功能

塔臺(tái)收發(fā)消息原理同雷達(dá)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)一致。將塔臺(tái)模擬系統(tǒng)內(nèi)部的消息，通過統(tǒng)一分發(fā)函數(shù)SendMsgToUnion，發(fā)送給轉(zhuǎn)換進(jìn)程，分發(fā)給雷達(dá)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，同樣通過小類號(hào)來(lái)區(qū)分消息類型。聯(lián)合訓(xùn)練開始練習(xí)，練習(xí)進(jìn)度控制等，全部由塔臺(tái)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)發(fā)起，所以塔臺(tái)需要將練習(xí)數(shù)據(jù)、計(jì)劃數(shù)據(jù)、扇區(qū)等空域數(shù)據(jù)、進(jìn)度數(shù)據(jù)等消息發(fā)送給雷達(dá)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。

0x017 d：統(tǒng)一發(fā)送給塔臺(tái)段轉(zhuǎn)換進(jìn)程的消息。

type：1小類為練習(xí)初始數(shù)據(jù)消息。

type：2小類為氣象消息。

type：3小類為初始計(jì)劃消息。

type：4小類為練習(xí)進(jìn)度控制消息。

type：5小類為航跡位置更新消息。

type：7小類為航跡移交消息。

4.4 塔臺(tái)和雷達(dá)系統(tǒng)的消息轉(zhuǎn)換

塔臺(tái)和雷達(dá)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)不是直接接收和處理對(duì)方系統(tǒng)的消息的，而是分別將消息數(shù)據(jù)分發(fā)給各自的轉(zhuǎn)換程序，塔臺(tái)的轉(zhuǎn)換進(jìn)程為CETC_TCPRS_TW，雷達(dá)的轉(zhuǎn)換程序?yàn)镾ΙM_TCPRS。

塔臺(tái)的轉(zhuǎn)換進(jìn)程CETC_TCPRS_TW將0x017d消息發(fā)送給雷達(dá)的轉(zhuǎn)換進(jìn)程SΙM_TCPRS后，SΙM_TCPRS將消息轉(zhuǎn)換成雷達(dá)服務(wù)進(jìn)程SΙM_ATG可以理解的消息0x4040，雷達(dá)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)再進(jìn)行解析。同理雷達(dá)的轉(zhuǎn)換進(jìn)程SΙM_TCPRS將0x014d消息發(fā)送給塔臺(tái)轉(zhuǎn)換進(jìn)程CETC_TCPRS_TW后，CETC_TCPRS_TW再講消息轉(zhuǎn)換成塔臺(tái)服務(wù)進(jìn)程CETC_ATG_TW可以理解的消息0x4070，塔臺(tái)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)再進(jìn)行解析和處理。

示例圖如圖2。

航跡消息和移交消息以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是最重要的三個(gè)消息，貫穿整個(gè)管制流程和系統(tǒng)運(yùn)行，其中航跡和移交移交消息主要是參與仿真運(yùn)算，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是在兩個(gè)系統(tǒng)間承擔(dān)互聯(lián)的角色。

5 現(xiàn)有的問題

塔臺(tái)模擬訓(xùn)練更加關(guān)注場(chǎng)面的數(shù)據(jù)，包括停機(jī)位、滑行道、跑道等，所以數(shù)據(jù)更復(fù)雜，同時(shí)精度更高。雷達(dá)模擬訓(xùn)練更加關(guān)注空域數(shù)據(jù)，相對(duì)的，精度也會(huì)低一點(diǎn)。所以在塔臺(tái)和雷達(dá)兩套訓(xùn)練系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時(shí)候，會(huì)損失一部分精度，會(huì)造成位置信息的一點(diǎn)點(diǎn)誤差。

其次聯(lián)合訓(xùn)練目前只能由塔臺(tái)訓(xùn)練系統(tǒng)開始發(fā)起，不能夠雙方都可以相互發(fā)起，缺乏一定的靈活性。造成進(jìn)近和區(qū)調(diào)的教員在編輯聯(lián)合訓(xùn)練練習(xí)數(shù)據(jù)的時(shí)候，需要在塔臺(tái)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)里編輯空中航班計(jì)劃，提前設(shè)置空域特請(qǐng)，由于兩套系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行的差異，會(huì)對(duì)雷達(dá)訓(xùn)練系統(tǒng)的教員造成一定的操作困難。

6 結(jié)束語(yǔ)

雖然現(xiàn)階段的聯(lián)合訓(xùn)練還有不少需要完善和優(yōu)化之處，但是能夠完成區(qū)調(diào)、進(jìn)近和塔臺(tái)各管制單位聯(lián)合模擬管制訓(xùn)練，將各個(gè)管制單位整合在一個(gè)完整的訓(xùn)練里面，很好的保證了航空管制流程的完整性。相信隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的更新，聯(lián)合訓(xùn)練技術(shù)也將越來(lái)越完善，必將對(duì)民航管制運(yùn)行和安全保障方面起到更加關(guān)鍵的作用。