復(fù)雜氣象條件下機(jī)場(chǎng)管制模擬訓(xùn)練計(jì)劃設(shè)計(jì)

李立群 魏爽 劉文芝 王茜

1.引言

空中交通管制員的常規(guī)培養(yǎng)方式都為先進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)，然后進(jìn)行模擬機(jī)訓(xùn)練，通過(guò)模擬機(jī)訓(xùn)練，學(xué)員可以學(xué)習(xí)管制技能，心理素質(zhì)會(huì)得到鍛煉，可以更加深刻地理解管制員應(yīng)當(dāng)具備的職業(yè)素養(yǎng)，在未來(lái)的工作中能夠快速適應(yīng)工作節(jié)奏。

機(jī)場(chǎng)管制模擬訓(xùn)練過(guò)程分四個(gè)階段進(jìn)行。首先要對(duì)陸空通話技能進(jìn)行訓(xùn)練;第二是對(duì)基本的管制程序進(jìn)行訓(xùn)練;第三，是對(duì)管制間隔和管制調(diào)配技能進(jìn)行訓(xùn)練;第四是對(duì)復(fù)雜氣象情況下機(jī)場(chǎng)管制進(jìn)行模訓(xùn)練。在第四階段的訓(xùn)練中，學(xué)員可以學(xué)習(xí)到航空器在復(fù)雜氣象條件下的處置方法，為實(shí)際工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本課題的研究?jī)?nèi)容就是針對(duì)第四階段的訓(xùn)練內(nèi)容，對(duì)在復(fù)雜氣象條件下機(jī)場(chǎng)管制模擬訓(xùn)練計(jì)劃進(jìn)行了設(shè)計(jì)，從而能夠提高管制人員的特情處置能力。

在空中交通管制過(guò)程中，不可避免的會(huì)遇到復(fù)雜的天氣狀況，為了能夠使飛機(jī)在這樣的條件下安全運(yùn)行，管制員要及時(shí)地發(fā)出正確的指揮指令。所以管制員需要十分了解飛機(jī)的情況，獲取當(dāng)天的天氣實(shí)況，熟悉和掌握機(jī)型特點(diǎn)、所在航線的氣象情況、地形等因素，要正確地發(fā)出協(xié)助航空器進(jìn)行返航、繞飛、備降等特情處置指令。

機(jī)場(chǎng)管制模擬訓(xùn)練首先要對(duì)練習(xí)目標(biāo)進(jìn)行分析，例如包頭機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)的雷雨天氣，所以訓(xùn)練目標(biāo)可以確定為訓(xùn)練管制員在雷雨條件下對(duì)航空器的調(diào)配能力，提高管制員應(yīng)對(duì)大流量的管制技能。對(duì)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行構(gòu)思時(shí)，需要先根據(jù)航班規(guī)模和練習(xí)時(shí)長(zhǎng)要求，生成無(wú)間隔沖突的飛行計(jì)劃，設(shè)計(jì)飛行沖突，測(cè)算各個(gè)沖突的發(fā)生時(shí)間，即航空器出現(xiàn)的時(shí)間如何安排，才能使一些沖突發(fā)生。通過(guò)調(diào)整航空器的出現(xiàn)時(shí)間，使模擬訓(xùn)練出現(xiàn)目標(biāo)沖突。在此基礎(chǔ)上，對(duì)運(yùn)行環(huán)境設(shè)置，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)置、機(jī)型的設(shè)置、計(jì)劃航路的設(shè)置、推出開(kāi)車程序、氣象數(shù)據(jù)。計(jì)劃航路的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)訓(xùn)練目標(biāo)和構(gòu)思從飛行計(jì)劃庫(kù)中調(diào)取相應(yīng)的計(jì)劃，然后再調(diào)整航空器出現(xiàn)的時(shí)間、位置、高度、氣象條件等，形成練習(xí)初稿。練習(xí)初稿完成后，可采用模擬運(yùn)行法，在模擬機(jī)上反復(fù)運(yùn)行，不斷調(diào)整相關(guān)參數(shù)，形成沖突，從而訓(xùn)練管制員的沖突解脫能力。

2.模擬訓(xùn)練計(jì)劃沖突產(chǎn)生與分析

“沖突”在航空領(lǐng)域上是指“飛行沖突”，避免“飛行沖突”是空中交通管制工作的主要內(nèi)容。“飛行沖突”是指飛機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，與其他飛機(jī)或者物體之間是否存在碰撞的可能性，當(dāng)飛機(jī)與飛機(jī)之間、飛機(jī)與其它物體之間的距離小于規(guī)定的間隔標(biāo)準(zhǔn)就有可能發(fā)生“碰撞”。一旦飛機(jī)發(fā)生碰撞必然會(huì)致使事故的發(fā)生，飛行沖突的發(fā)生是在飛機(jī)碰撞之前，屬于事故征候。也就是說(shuō)，當(dāng)飛機(jī)之間或者飛機(jī)與其他物體之間的間隔距離小于民航局規(guī)定的“安全間隔”時(shí)，即認(rèn)為存在安全隱患。飛行間隔是為了防止航空器發(fā)生碰撞、提高空域利用率和工作效率而設(shè)定的。飛行間隔包括垂直間隔和水平間隔。水平間隔分為縱向間隔和橫向間隔。當(dāng)飛機(jī)在塔臺(tái)管制區(qū)飛行時(shí)，縱向間隔不得小于500米，側(cè)向間隔不得小于200米，垂直間隔不得小于50米。當(dāng)飛機(jī)在進(jìn)近管制區(qū)內(nèi)飛行時(shí)，縱向間隔不得小于2千米，側(cè)向間隔不得小于1千米，垂直間隔不得小于100米。飛機(jī)在區(qū)域管制內(nèi)飛行時(shí)，縱向間隔不得小于3千米;側(cè)向間隔不得小于3千米;當(dāng)高度在6600米以上時(shí)垂直間隔不得小于200米;當(dāng)高度在6000米以下時(shí)垂直間隔不得小于100米。航空器在工作過(guò)程中小于飛行間隔距離則會(huì)產(chǎn)生“飛行沖突”。

進(jìn)行模擬訓(xùn)練需要有基本的數(shù)據(jù)支持，比如空域數(shù)據(jù)（航路點(diǎn)、航路、扇區(qū)等）、機(jī)場(chǎng)數(shù)據(jù)（跑道、停機(jī)位、塔臺(tái)等）、訓(xùn)練數(shù)據(jù)（飛行計(jì)劃、車輛計(jì)劃、訓(xùn)練環(huán)境數(shù)據(jù)等）。故根據(jù)訓(xùn)練目的，需要利用ATCSIM空中交通管理系統(tǒng)建立由空域數(shù)據(jù)、機(jī)場(chǎng)數(shù)據(jù)、訓(xùn)練數(shù)據(jù)組成的訓(xùn)練模型。本研究使用的包頭機(jī)場(chǎng)為模型，空域數(shù)據(jù)錄入了包頭機(jī)場(chǎng)終端區(qū)的真實(shí)空域數(shù)據(jù)，包括航路點(diǎn)、航線和扇區(qū)等，形成了基本的模擬空域環(huán)境。在模擬空域環(huán)境中設(shè)置基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括機(jī)型數(shù)據(jù)、航空公司數(shù)據(jù)、計(jì)劃航路數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等，最后形成了基本的模擬運(yùn)行環(huán)境。通過(guò)模擬實(shí)踐此次計(jì)劃沖突點(diǎn)主要集中在飛越航空器與離港航空器。飛越航班與離場(chǎng)航班間有相互穿越?jīng)_突。根據(jù)進(jìn)近管制規(guī)則，尾流間隔不得少于3分鐘，當(dāng)兩航班距離不滿足尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，針對(duì)飛越航班與離港航班的沖突類型，可以推遲離港航班起飛時(shí)間，或者調(diào)整飛越航班高度。

2.1低空風(fēng)切變條件下機(jī)場(chǎng)管制模擬訓(xùn)練計(jì)劃沖突的產(chǎn)生與分析

風(fēng)切變是指風(fēng)的速度突然在某一方向發(fā)生劇烈的改變，所以這種情況極易導(dǎo)致航空器事故，特別是低空風(fēng)切變。近年來(lái)，世界范圍內(nèi)發(fā)生了多起因?yàn)榈涂诊L(fēng)切變導(dǎo)致的起降階段的不安全事故。由于風(fēng)切變現(xiàn)象具有時(shí)間短、尺度小、強(qiáng)度大的特點(diǎn)，所以探測(cè)難、預(yù)報(bào)難、管制處置難、機(jī)長(zhǎng)操縱難。因此，目前應(yīng)對(duì)風(fēng)切變的最好的辦法就是避開(kāi)。為了使學(xué)員提高特情處置能力，在基本飛行訓(xùn)練計(jì)劃的基礎(chǔ)上在機(jī)場(chǎng)跑道上空建立低空風(fēng)切變模型，設(shè)置跑道上的風(fēng)向?yàn)?4°左右，為側(cè)風(fēng)切變。風(fēng)速達(dá)到11m/s，為了模擬訓(xùn)練需要，風(fēng)切變持續(xù)時(shí)間為40分鐘。

因?yàn)榈孛骘L(fēng)切變的產(chǎn)生，離港航班推遲起飛，進(jìn)港航班需要進(jìn)行復(fù)飛。復(fù)飛后會(huì)產(chǎn)生MSAW告警和STCA短期沖突。告警后，管制員主要從垂直和水平兩個(gè)方面對(duì)航空器進(jìn)行調(diào)配。垂直方向的調(diào)配原則是：先看兩飛機(jī)的垂直間隔距離數(shù)，估計(jì)飛機(jī)的垂直速度，從而觀察垂直高度變化與實(shí)際高度差的關(guān)系，并制定出兩航空器的高度調(diào)配的方案。盡量讓航空器保持較大的水平間隔完成穿越高度，可讓航空器駕駛員加快垂直速度盡快完成穿越。

2.2強(qiáng)降水條件下機(jī)場(chǎng)管制模擬訓(xùn)練計(jì)劃沖突的產(chǎn)生與分析

航空器在強(qiáng)降水條件下會(huì)受到一些影響：第一，航空器在強(qiáng)降水條件下力學(xué)結(jié)構(gòu)會(huì)被改變，可能導(dǎo)致航空器失速，產(chǎn)生危險(xiǎn);第二，在強(qiáng)降水條件下，機(jī)場(chǎng)跑道因水的影響導(dǎo)致摩擦系數(shù)降低，航空器剎車效應(yīng)會(huì)變差，此時(shí)航空器起飛或者著陸所需的滑跑距離會(huì)增加，可能造成危險(xiǎn);第三，強(qiáng)降雨條件下能見(jiàn)度下降，容易造成機(jī)組看不清楚跑道及地標(biāo)燈等指示標(biāo)志;第四，在強(qiáng)降水下著陸，容易造成機(jī)長(zhǎng)目測(cè)過(guò)高，進(jìn)而導(dǎo)致航空器在高度偏低的情況下，機(jī)長(zhǎng)卻認(rèn)為航空器處于正常高度，因此可能造成航空器提前接地。

為了使學(xué)員提高特情處置能力，在基礎(chǔ)飛行訓(xùn)練計(jì)劃中建立強(qiáng)降雨模型：設(shè)置強(qiáng)降雨持續(xù)時(shí)間35分鐘，第15分鐘和25分鐘時(shí)，降雨等級(jí)最高。

由于機(jī)場(chǎng)處于強(qiáng)降水條件下會(huì)對(duì)進(jìn)港航班影響較大，管制員應(yīng)提前告知機(jī)長(zhǎng)天氣狀況不宜進(jìn)近著陸。在研究模擬計(jì)劃中前35分鐘進(jìn)港的航空器全部禁止進(jìn)港，進(jìn)港航空器飛往備降機(jī)場(chǎng)備降或者推遲進(jìn)近，而離港航空器在降雨等級(jí)低的時(shí)候可以起飛。本當(dāng)航空器在進(jìn)近管制區(qū)內(nèi)飛行時(shí)，縱向間隔不得小于2千米，側(cè)向間隔不得小于1千米，垂直間隔不得小于100米。管制員應(yīng)提前預(yù)判，對(duì)航空器進(jìn)行調(diào)配。

3.復(fù)雜氣象條件下機(jī)場(chǎng)管制處置方法

復(fù)雜的氣象條件是指風(fēng)切變、低能見(jiàn)度、顛簸、雷雨等影響飛行安全的惡劣天氣。航空器從起飛到巡航再到著陸，每一個(gè)階段都會(huì)受到氣象變化的影響，對(duì)于航空器來(lái)說(shuō)，受影響的天氣主要分為可見(jiàn)天氣氣象，例如：大雨、大雪、雷暴，和不可見(jiàn)天氣現(xiàn)象，例如：空中積冰、顛簸、低空風(fēng)切變等。當(dāng)發(fā)生雨、霧、沙塵暴、低云等氣象情況，縮短航空器駕駛員的視線距離會(huì)被縮短，影響飛行安全。當(dāng)遇到復(fù)雜的天氣狀況時(shí)，空中交通管制人員應(yīng)及時(shí)將氣象信息告知管轄的飛機(jī)，提供無(wú)復(fù)雜氣象條件的空域、機(jī)場(chǎng)等信息，協(xié)助航空器進(jìn)行繞飛、復(fù)飛、備降或者返航。

因此當(dāng)發(fā)生風(fēng)切變時(shí)，管制員應(yīng)該及時(shí)通知會(huì)受到影響的航空器，并積極協(xié)助其避開(kāi)風(fēng)切變，協(xié)調(diào)其他航空器避讓復(fù)飛的航空器。當(dāng)機(jī)場(chǎng)處于強(qiáng)降水條件下時(shí)，進(jìn)港航班將受較大影響，所以前35分鐘進(jìn)港的航班無(wú)法進(jìn)港，管制員應(yīng)該協(xié)助其前往備降機(jī)場(chǎng)或返航，提供必要的情報(bào)，調(diào)配好其它航空器避免產(chǎn)生危險(xiǎn)，而離港航空器可以安排其在降雨等級(jí)低的時(shí)候起飛。

4總結(jié)

本文利用管制模擬系統(tǒng)，以包頭機(jī)場(chǎng)為原型設(shè)計(jì)了機(jī)場(chǎng)管制模擬練習(xí)設(shè)計(jì)方法。主要工作有：進(jìn)行機(jī)場(chǎng)建模，其中空域環(huán)境設(shè)置為包頭機(jī)場(chǎng)的物理環(huán)境，然后對(duì)機(jī)型、計(jì)劃航路、推出開(kāi)車程序、氣象數(shù)據(jù)等進(jìn)行設(shè)置;構(gòu)思設(shè)計(jì)路線，確定練習(xí)目標(biāo)，根據(jù)練習(xí)目標(biāo)在模擬系統(tǒng)上設(shè)計(jì)出不同的練習(xí)初稿;在模擬系統(tǒng)進(jìn)行模擬運(yùn)行，調(diào)整相關(guān)參數(shù)，形成不同的沖突點(diǎn)，設(shè)計(jì)完成模擬訓(xùn)練計(jì)劃;編制特殊條件下模擬訓(xùn)練計(jì)劃指導(dǎo)手冊(cè)和制定特殊條件下模擬訓(xùn)練計(jì)劃評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)管制學(xué)員可以有針對(duì)性的對(duì)特殊條件下的機(jī)場(chǎng)管制進(jìn)行訓(xùn)練，可以有效提高管制學(xué)員的特情處置能力，訓(xùn)練指導(dǎo)手冊(cè)可以使管制學(xué)員更好的完成練習(xí)，基于沖突的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)可以使管制學(xué)員更直觀地了解自己的管制水平，改善了實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。

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通訊作者：王茜

基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)“校級(jí)優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)”建設(shè)項(xiàng)目。