APM 告警適配優(yōu)化方法探討

□ 內(nèi)蒙古空管分局 侯軍勝 白志剛/ 文

APM 告警是進近和塔臺最關(guān)注的告警項，它能實現(xiàn)對飛行器在航向道和下滑道兩個維度狀態(tài)的監(jiān)控。APM 適配參數(shù)需要通過本地化的實際航班數(shù)據(jù)和特別設(shè)計的告警場景進行離線優(yōu)化，同時要經(jīng)過在線試運行進行調(diào)整，而且在正式生效后，會持續(xù)不斷的對運行效果進行監(jiān)測，最終得到本地最優(yōu)的適配。

隨著空中流量的增加和技術(shù)的發(fā)展，空管自動化系統(tǒng)的告警從原有的 “兩項告警” 功能（即短期沖突告警和最低安全高度告警）完善發(fā)展為近五十種告警和提示。 其中， 進近航道監(jiān)視（Approach Path Monitor，APM）告警是空管自動化系統(tǒng)中一類非常重要的告警，主要用于探測降落飛機在最后進近過程中是否偏離預(yù)定義的安全區(qū)域。

APM 告警對于進近和塔臺兩個管制單位尤為重要。系統(tǒng)一旦產(chǎn)生告警，將在進近、塔臺和主任席產(chǎn)生清晰的語音和視頻告警，管制員也會及時向飛機進行提醒，否則將會造成嚴(yán)重后果。因此，APM 告警參數(shù)的設(shè)置顯得尤為重要，應(yīng)該根據(jù)跑道和空域的實際情況進行適配，既不能漏警或延遲告警，也不能產(chǎn)生虛警。本文將對APM 告警參數(shù)的適配和優(yōu)化方案進行探討。

告警參數(shù)

APM 告警不同于低高度告警，對應(yīng)于飛機在實際進近過程中對準(zhǔn)飛行的航向道和下滑道過程，其包含了水平和垂直兩個維度的數(shù)據(jù)處理。APM 告警的示意圖如圖1 所示。

根據(jù)跑道定義，APM 告警參數(shù)是成對設(shè)置的。參數(shù)設(shè)置時，需要管制員配合確定最后進近路徑定義的空域范圍。根據(jù)圖1 可知，APM 告警參數(shù)包括：接地點位置、APM 區(qū)域半徑、APM 抑制區(qū)域半徑、安全寬度、側(cè)向角度、下滑道角度、下滑道角度容差值等。

在確定APM 路徑定義和參數(shù)時，需要考慮如下因素：

（1）飛機性能，特別是與最大下降速度和垂直加速度有關(guān)的性能。在正常情況下，典型的垂直加速度速率在250ft/min/S 左右。然而，在緊急情況下，許多飛機很容易超過這一值；

（2）本地進場策略。除了對飛機性能限制考慮之外，不同類型的空域通常還會有額外的進場限制需要加以考慮。例如，飛機在某一特定跑道高度（如3000 英尺）進入下滑道，可能會需要對進近路徑的大小和形狀加以限制；

（3）預(yù)警時間。最小告警時間是指管制員不可能發(fā)出指令和飛機不可能完成必要操作的時間。這一參數(shù)直接限制了進近路徑的定義。飛機類型和操作的局部變化也可能導(dǎo)致進近路徑的相應(yīng)變化；

（4）監(jiān)視跟蹤性能。在確定APM 參數(shù)和設(shè)計進近路徑時，應(yīng)考慮垂直跟蹤器的性能。例如，應(yīng)考慮監(jiān)視信息滯后、垂直下滑等導(dǎo)致飛機偏離理想的進近路徑。因此，需要對各參數(shù)考慮一定的容差，以避免過多的虛警。同時，沖突計數(shù)機制也可用于減少虛警的數(shù)量。

上述因素將作為設(shè)置APM 適應(yīng)性參數(shù)時需要考慮的實際限制條件。

適配優(yōu)化方法

系統(tǒng)適配優(yōu)化必須采用數(shù)據(jù)對效果進行檢查，建議先采用實際航班的錄取數(shù)據(jù)，然后采用特殊設(shè)計的告警場景模擬數(shù)據(jù)。通常應(yīng)該對所有跑道和所有沖突檢測場景( 下滑面以下、下滑面以上、橫向偏差等)執(zhí)行迭代優(yōu)化過程。

適配優(yōu)化建議包含四個階段：

（一）采用實際航班數(shù)據(jù)進行檢驗

實際航班數(shù)據(jù)一般用來確定初始適配參數(shù)，比如確定接地點坐標(biāo)、APM 區(qū)域半徑、APM 抑制區(qū)域半徑、安全寬度、側(cè)向角度、下滑道角度、下滑道角度容差值等。

在優(yōu)化中應(yīng)該使用足夠多的數(shù)據(jù)，盡量包含所有典型流量模式的數(shù)據(jù)，最好能夠在一年的不同時間和不同天氣條件下收集數(shù)。因為這些數(shù)據(jù)可能會影響最終進場時的運行模式和飛機行為。但是，產(chǎn)生足夠數(shù)量的符合本地運行模式的現(xiàn)實場景是一項非常耗時的任務(wù)。一般來說，一個月數(shù)據(jù)應(yīng)該可以提供足夠的基礎(chǔ)樣本。

一定時間段的實際航班數(shù)據(jù)可以為測試目的生成相對完全的人工場景，但是某些特定場景可能沒有得到充分表示，這就需要在后面的特殊告警場景測試中加以補充。

上述過程中生成的參數(shù)集應(yīng)該在管制員的配合下根據(jù)實際效果進行反復(fù)調(diào)整。在初始化適配參數(shù)條件下，系統(tǒng)不應(yīng)該產(chǎn)生告警。

（二）針對告警場景進行優(yōu)化

初始參數(shù)確定后，需要針對各類告警場景對參數(shù)進行進一步的測試，以確保所有場景都可正確產(chǎn)生告警。一般情況下，初始化參數(shù)肯定是不完備的，在采用告警場景進行測試后，優(yōu)化的參數(shù)集性能應(yīng)該更高。

APM 告警并不經(jīng)常發(fā)生，所以必須針對各種場景進行充分的測試。測試場景對于演示可能發(fā)生的各種沖突情況非常有用。為了提高一種情況的告警性能而犧牲其他情況的告警性能是不可取的。因此，作為系統(tǒng)參數(shù)適應(yīng)過程的一部分，必須考慮到各種各樣的情況。具體測試場景設(shè)計將在本文后面進行詳細論述。

優(yōu)化后的參數(shù)經(jīng)過確認(rèn)后可用于試運行。

（三）試運行

上述使用實際航班數(shù)據(jù)及告警場景優(yōu)化可視為“離線” 測試。因此，當(dāng)APM 參數(shù)初始化并進行告警場景優(yōu)化測試后，在正式上線生效之前，應(yīng)該在實時的管制環(huán)境中進行試運行。管制人員可以通過本過程提出更多優(yōu)化的修改意見，有助于增強對系統(tǒng)的信心。

試運行過程中應(yīng)盡量收集虛警率的相關(guān)資料。因為過多的干擾告警將減少真正告警的影響，從而降低APM 的潛在有效性。管制單位可接受的虛警率只能由實際操作經(jīng)驗來確定。如有可能，應(yīng)提供業(yè)務(wù)試驗期間的數(shù)據(jù)，以便能夠在發(fā)現(xiàn)問題的情況下對提出的解決辦法進行測試。修改后的參數(shù)集應(yīng)該再次針對告警場景數(shù)據(jù)集運行測試。

（四）運行監(jiān)測

本場運行模式、設(shè)備狀態(tài)和空中交通流等條件都隨時間變化。這些因素對APM 的最優(yōu)參數(shù)集均有影響。因此，應(yīng)當(dāng)把系統(tǒng)的適配優(yōu)化看作是一個持續(xù)的過程，該過程不應(yīng)當(dāng)在系統(tǒng)參數(shù)正式運行生效后就停止。應(yīng)經(jīng)常檢查系統(tǒng)的表現(xiàn)，并不時檢查最佳參數(shù)集?，F(xiàn)場應(yīng)建立適當(dāng)?shù)臉I(yè)務(wù)監(jiān)測程序，以便盡早發(fā)現(xiàn)技術(shù)問題。

測試場景設(shè)計

測試場景測試是適配優(yōu)化過程中非常重要的一步。 合格的場景設(shè)計可以充分實現(xiàn)各種情況下的測試預(yù)期。

設(shè)計場景時， 可以根據(jù)最后進近路徑的要素對其進行分類以避免遺漏。下文具體描述了筆者對APM 各主要測試場景的理解。

（ 一） 下 偏離進近路徑

本場景的目的是測試在飛機下降到定義的進近路徑之下的告警。 模擬信號設(shè)計為在標(biāo)準(zhǔn)進近路徑內(nèi)出現(xiàn)， 然后下降到標(biāo)準(zhǔn)進近路徑以下。 當(dāng)飛行器下降到規(guī)定的進近路徑以下時， 系統(tǒng)應(yīng)立即進行APM 告警。

該場景如圖2 所示。

（ 二） 上 偏離進近路徑

本場景的目的是測試飛機爬升到定義進近路徑之上的告警。 模擬信號設(shè)計為在標(biāo)準(zhǔn)進近路徑內(nèi)出現(xiàn)， 然后爬升到標(biāo)準(zhǔn)進近路徑之上。 當(dāng)飛機偏離規(guī)定的進近路徑時， 應(yīng)立即顯示APM 警報。

該場景如圖3 所示。

（ 三） 水 平偏離進近路徑

本場景的目的是測試飛機水平偏離定義進近路徑下的告警。模擬信號設(shè)計為在標(biāo)準(zhǔn)進近路徑內(nèi)出現(xiàn)，然后水平方向偏離標(biāo)準(zhǔn)進近路徑。當(dāng)飛機偏離規(guī)定的跑道進近路徑時，應(yīng)立即顯示APM 警報。

該場景如圖4 所示。

（ 四） 在進近路徑下方切入航向道

本場景的目的是測試飛機轉(zhuǎn)向航向道低于標(biāo)準(zhǔn)進近路徑下的告警。 模擬信號設(shè)計為在標(biāo)準(zhǔn)進近路徑內(nèi)出現(xiàn)， 然后轉(zhuǎn)向航向道。 飛機從標(biāo)準(zhǔn)進近路徑下方接近下滑道。APM 告警應(yīng)在飛機水平方向與跑道進近高度一致時立即顯示（ 在水平高度和與跑道高度足夠?qū)R的航向范圍內(nèi)）。

該場景如圖5 所示。

（ 五） 在進近路徑上方切入航向道

該場景的目的是測試當(dāng)飛機轉(zhuǎn)向指定進近路徑上方定位器時的告警。模擬信號設(shè)計為在標(biāo)準(zhǔn)進近路徑外出現(xiàn)，然后轉(zhuǎn)向航向道，飛機從標(biāo)準(zhǔn)進近路徑上方接近下滑道。APM 告警應(yīng)在飛機水平方向與跑道進近高度一致時立即顯示（在水平高度和與跑道高度足夠?qū)R的航向范圍內(nèi)）。

該場景如圖6 所示。

（六）在3000 英尺的高度切入下滑道

該場景的目的是測試當(dāng)飛機在3000 英尺高度切入下滑道時的告警。模擬信號設(shè)計為在3000 英尺的標(biāo)準(zhǔn)進近路徑內(nèi)水平啟動并切入下滑道。此場景應(yīng)沒有APM 告警產(chǎn)生。

該場景如圖7 所示。

（七）離場起飛

本場景的目的是測試當(dāng)飛機在APM 保護下離開跑道時的告警。模擬信號設(shè)計為航班離場，飛入標(biāo)準(zhǔn)進近路徑，從下滑道上方飛行離開進近路徑。此場景應(yīng)沒有APM 告警產(chǎn)生。

該場景如圖8 所示。

結(jié)論：

通過采集近一個月的本場實際航班數(shù)據(jù)對APM參數(shù)初始定義，同時采用特別設(shè)計的七個場景對自動化系統(tǒng)的告警效果進行測試，得到了優(yōu)化效果較為理想的APM 適配參數(shù)。根據(jù)近期管制試運行，可以證明本文所述優(yōu)化方案是有效的。當(dāng)然，后續(xù)還需要持續(xù)不斷的對運行效果進行監(jiān)測，才能得到本地最優(yōu)的適配參數(shù)。

通常，管制員或設(shè)備保障人員更為關(guān)注空管自動化系統(tǒng)中的短期沖突、限制區(qū)、低高度等類型的告警，對其參數(shù)適配要更為重視。而起飛和落地是飛行全過程中最關(guān)鍵的階段，但由于本場附近會劃設(shè)一些告警抑制區(qū)，因此APM 告警對進近和塔臺來說尤為重要。本文中提到的適配方法其實不限于APM 告警，加以變化可以適用于空管自動化系統(tǒng)中的其他告警，但需要對測試場景加以改變。