空管飛行沖突與低高度報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)思考

王心路

摘 要：文章以空中管制工作為切入點(diǎn)，首先概括了空中管制的意義，其次對用于檢測沖突、低高度報(bào)警的系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最后圍繞該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)展開了討論，希望可以在某些方面給人以啟發(fā)，為航空運(yùn)輸業(yè)的進(jìn)步提供有力支持。

關(guān)鍵詞：空中管制;飛行沖突;低高度報(bào)警

引言：研究表明，快速發(fā)展的航空運(yùn)輸業(yè)，無形中增加了空中交通的流量，由此而帶來的一系列連鎖反應(yīng)，包括飛機(jī)間距縮小、密度增加，出現(xiàn)安全問題的幾率有所增大。由此可見，對空管系統(tǒng)加以設(shè)計(jì)，防止飛機(jī)、障礙物發(fā)生沖突很有必要，在此過程中需要引起重視的部分，則是對檢測沖突、發(fā)出警報(bào)的模塊的設(shè)計(jì)。

1空中管制的意義

空中管制是保證航空運(yùn)輸安全性的關(guān)鍵，空中管制系統(tǒng)的作用，則是向管制員提供目標(biāo)飛機(jī)的信息，再由管制員對交通進(jìn)行指揮，避免出現(xiàn)飛機(jī)、障礙物碰撞的情況。以自動(dòng)管制方法為依據(jù)，空管系統(tǒng)被分為兩部分，即雷達(dá)管制、程序管制。近幾年，民用航空雷達(dá)得到了快速的發(fā)展，無論是性價(jià)比、可靠性，還是覆蓋范圍，較之前相比均有所提高，出于提高交通安全的考慮，利用雷達(dá)完成相關(guān)工作，成為提高空中管制有效性的首選，程序管制逐漸退出歷史舞臺(tái)[1]。導(dǎo)致地位被雷達(dá)管制取代的原因，主要是基于程序管制所開展工作，需要機(jī)組人員對飛機(jī)位置進(jìn)行報(bào)告，除此之外，管制員僅能夠以飛機(jī)型號(hào)、高度和配載情況為依據(jù)，對其安全性加以判斷，如果受特殊情況影響，飛機(jī)出現(xiàn)飛行變化，較易由于調(diào)配不及時(shí)，導(dǎo)致危險(xiǎn)發(fā)生。

2飛行沖突及低高度報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

空管系統(tǒng)進(jìn)行管制所借助的力量以電子技術(shù)為主，目的是避免飛機(jī)、障礙物發(fā)生碰撞，保證空中交通的有序性。要想使該系統(tǒng)的作用得到充分發(fā)揮，以下內(nèi)容需要引起重視：

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)核心模塊的功能，主要是檢測沖突、發(fā)出警報(bào)，除此之外，還包括數(shù)據(jù)融合、終端顯示等，均需要引起重視。首先，負(fù)責(zé)檢測沖突、發(fā)出警報(bào)的模塊，需要在以太網(wǎng)上，對經(jīng)過融合處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果，向以太網(wǎng)傳遞警報(bào)信息。另外，該模塊的功能，還包括生成模擬數(shù)據(jù)，檢測系統(tǒng)運(yùn)行是否正常。其次，數(shù)據(jù)融合模塊負(fù)責(zé)對雷達(dá)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，該模塊先實(shí)時(shí)融合數(shù)據(jù)信息，再生成綜合數(shù)據(jù)，通過向其他模塊傳遞所生成數(shù)據(jù)的方式，達(dá)到對短期飛行沖突進(jìn)行探測與處理的目標(biāo)。最后，告警顯示終端需要對所接收信息，進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，該模塊還被賦予了管制員日常工作所需的全部功能，例如，可以手動(dòng)對飛行計(jì)劃進(jìn)行處理。

2.2系統(tǒng)功能

要想避免飛行沖突出現(xiàn)，保證飛機(jī)、障礙物始終保持安全距離，負(fù)責(zé)檢測沖突、發(fā)出警報(bào)的系統(tǒng)模塊，應(yīng)當(dāng)具備以下功能：其一，檢測沖突。以民航進(jìn)近、航路沖突標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，檢測沖突并發(fā)出警報(bào)。對飛行軌跡進(jìn)行推測，如果存在發(fā)生沖突的可能，及時(shí)發(fā)出警報(bào)，避免引發(fā)不必要的問題。其二，低高度報(bào)警。對飛機(jī)、地面障礙的距離進(jìn)行計(jì)算，如果存在危險(xiǎn)接近的情況，將警報(bào)信息傳遞給管制員、目標(biāo)飛機(jī)，由管制員、飛行員協(xié)調(diào)處理。

2.3系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.3.1處理流程

系統(tǒng)啟動(dòng)后，先進(jìn)行初始化，加載計(jì)算所需參數(shù)和地圖，接收融合信息，再判斷所接收信息性質(zhì)，判斷是否有沖突存在，待上述環(huán)節(jié)告一段落，方可向顯示終端發(fā)出警報(bào)，同時(shí)維護(hù)雷達(dá)數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作的開展提供便利。其中，信息融合需要引起重視，這是因?yàn)榧词鼓繕?biāo)飛機(jī)相同，經(jīng)由不同雷達(dá)處理所得結(jié)論，往往也會(huì)存在一定的差異，只有融合多部雷達(dá)所提供信息，才能獲得準(zhǔn)確的結(jié)論[2]。正常情況下，以功能為依據(jù)，可將信息融合模式分為以下幾個(gè)層次：首先，一級處理。作為系統(tǒng)基本需求，一級處理指的是以雷達(dá)檢測信息為依據(jù)，對目標(biāo)航跡、數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識(shí)，包括數(shù)據(jù)互聯(lián)、歸一處理和跟蹤識(shí)別。其次，二級處理。處理對象以位置為主，需要借助目標(biāo)、目標(biāo)數(shù)據(jù)的關(guān)系，獲得最終結(jié)論。最后，三級處理。其作用主要是估計(jì)空間態(tài)勢、輔助決策制定，具體來說，就是根據(jù)信息融合所得出目標(biāo)運(yùn)動(dòng)態(tài)勢，展開更加系統(tǒng)、深入的分析。

2.3.2初始化

啟動(dòng)后，系統(tǒng)就應(yīng)當(dāng)自行初始化，對參數(shù)、地圖進(jìn)行加載。參數(shù)以沖突高度、抑制高度、告警間隔和預(yù)警時(shí)間為主。另外，報(bào)警區(qū)地標(biāo)也是需要加載的對象，該系統(tǒng)包含大量地圖文件，地圖文件的標(biāo)高和位置，便是確定地標(biāo)參數(shù)的主要依據(jù)。

2.3.3數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理是指接收、提取數(shù)據(jù)信息，對航跡位置進(jìn)行預(yù)測。接收融合信息后，系統(tǒng)需要對信息性質(zhì)進(jìn)行判斷，正北信息的處理重點(diǎn)，在于將丟失目標(biāo)刪除，航跡信息的處理重點(diǎn)，則是提取數(shù)據(jù)、預(yù)測航跡位置，為檢測沖突、發(fā)出警報(bào)提供參考。在完成航跡數(shù)據(jù)幀的接收工作后，該系統(tǒng)可對航跡信息進(jìn)行提取并判斷，如果所提取速度、坐標(biāo)等信息為舊目標(biāo)信息，對其進(jìn)行更新即可，如果所提取信息為新目標(biāo)信息，則需要對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)建，將所提取數(shù)據(jù)加入列表[3]。

2.3.4沖突檢測

沖突檢測的作用，主要是提前管制員、飛行員發(fā)現(xiàn)沖突的時(shí)間，及時(shí)修改機(jī)動(dòng)飛行，使飛行流量更加均衡。在實(shí)際工作中，系統(tǒng)應(yīng)具備根據(jù)雷達(dá)信息，對目標(biāo)飛機(jī)是否存在航跡沖突加以判斷的功能，如果兩條航跡的間距不在規(guī)定范圍內(nèi)，則需要發(fā)出警報(bào)，以便于管制員對飛行員加以引導(dǎo)，通過及時(shí)調(diào)整機(jī)動(dòng)飛行的方式，將可能發(fā)生的沖突解決。

2.3.5低高度報(bào)警

初始化的系統(tǒng)，往往需要對標(biāo)高、位置等地標(biāo)參數(shù)進(jìn)行加載，只有這樣才能以雷達(dá)信息為依據(jù)，判斷目標(biāo)飛機(jī)是否需要發(fā)出低高度報(bào)警?？捎糜诎l(fā)出警報(bào)的類型，分為預(yù)警、告警兩種，預(yù)警所對應(yīng)情形是飛機(jī)和地面障礙物的相對高度，在需要預(yù)警的范圍內(nèi)，而告警所對應(yīng)情形是飛機(jī)低于障礙物高度。

2.3.6數(shù)據(jù)維護(hù)

數(shù)據(jù)維護(hù)模塊的功能，主要是記錄并顯示報(bào)警信息、雷達(dá)數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信息。如果出現(xiàn)取消報(bào)警、發(fā)生報(bào)警等情況，系統(tǒng)將會(huì)在硬盤上對相關(guān)信息進(jìn)行自動(dòng)記錄，按照日期生成文件名稱，便于日后的查找及瀏覽。點(diǎn)擊系統(tǒng)界面的記錄按鈕，在彈出的對話框中，對所需文件進(jìn)行選種，即可獲得相應(yīng)的歷史報(bào)警記錄。

2.4抑制航跡

本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能，除了檢測沖突、發(fā)出警報(bào)外，還包括航跡抑制，即：對航跡呼號(hào)、二次代碼進(jìn)行設(shè)置，以此來達(dá)到抑制的目的。在對航跡呼號(hào)、二次代碼進(jìn)行設(shè)置時(shí)，可供選擇的設(shè)置方式有兩種，其一，全名稱設(shè)置，航跡呼號(hào)是CA2102，二次代碼是4002，此時(shí)，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)不進(jìn)行報(bào)警處理;其二，通配設(shè)置，將航跡呼號(hào)設(shè)為SZ*，二次代碼設(shè)為4*，此時(shí)，SZ*的全部航跡、4*的所有二次代碼，均不在報(bào)警處理的范圍內(nèi)。事實(shí)證明，作為保證空中運(yùn)輸安全性的主要單元，飛機(jī)沖突及低高度報(bào)警系統(tǒng)，能夠高效完成檢測沖突、發(fā)出警報(bào)的任務(wù)，管制員可以根據(jù)工作要求，對抑制區(qū)進(jìn)行自定義，管制方式的靈活性，因此而得到了大幅提高，工作效率自然會(huì)得到保證。

結(jié)論：上文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的作用，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，首先提高空管工作的自動(dòng)化水平，其次避免飛機(jī)、障礙物發(fā)生碰撞，最后需保證空中交通運(yùn)輸可靠、安全。分布式的處理結(jié)構(gòu)，賦予了該系統(tǒng)便于維護(hù)及擴(kuò)充的優(yōu)勢，滿足不同規(guī)模機(jī)場的需求，這樣做既能夠使空域利用率得到提高，還可以減少管制員的工作量。

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