桂林?jǐn)?shù)字集成塔臺系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

摘? 要：數(shù)字集成塔臺系統(tǒng)集成了空管雷達(dá)自動化功能、Ⅳ級A-SMGCS功能、管制綜合信息功能，通過引接用戶所需數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)部格式統(tǒng)一后由核心系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)空中及地面航跡態(tài)勢顯示、電子進(jìn)程單顯示、記錄與回放、系統(tǒng)監(jiān)視與控制功能。文章介紹了該項(xiàng)目在桂林的研發(fā)背景，設(shè)計的思路，系統(tǒng)框架、具體服務(wù)器部署及軟件功能實(shí)現(xiàn)，顯示終端數(shù)據(jù)流的傳遞等內(nèi)容。集成塔臺項(xiàng)目在桂林的成功部署與驗(yàn)證，為該系統(tǒng)早日全面投產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的支持。

關(guān)鍵詞：集成塔臺;ASMGCS;DCL;DATIS;航管自動化系統(tǒng);EFS;數(shù)據(jù)集成;KVM

中圖分類號：V355.1? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2096-4706（2021）20-0119-04

Design and Application of Guilin Digital Integrated Tower System

LI Suping

（Guilin Air Traffic Management Station of Civil Aviation of China， Guilin? 541100， China）

Abstract： The digital integrated tower system integrates the air traffic control radar automation function， level Ⅳ A-SMGCS function and control integrated information function. After the internal format is unified by introducing the data required by the user， the data processing is completed by the core system to realize the air and ground track situation display， electronic process sheet display， recording and playback， system monitoring and control functions. This paper introduces the R & D background， design idea， system framework， specific server deployment and software function realization of the project in Guilin， and the transmission of data flow of display terminal. The successful deployment and verification of the integrated tower project in Guilin provides strong support for early full production of the system.

Keywords： integrated tower; ASMGCS; DCL; DATIS; ATC automation system; EFS; data integration; KVM

0? 引? 言

機(jī)場塔臺管制的功能是實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的起降的指揮以及在機(jī)場場面的滑行。隨著航班量的增加和機(jī)場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，管制員的壓力越來越大，許多的管制信息系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，這些不同的操作系統(tǒng)在為管制員提供便利的同時，也在一定程度上造成了管制員“錯、忘、漏”，因?yàn)槊總€系統(tǒng)的具備的功能各不相同，也都具有各自獨(dú)立的信息顯示終端，管制員需要在不同的操作界面上切換后再使用;此外塔臺空間狹小，如何放置不斷新增設(shè)備也是亟須解決的問題。數(shù)字集成塔臺系統(tǒng)將上述信息系統(tǒng)深度集成在一個界面上，為管制員提供一體化智能化的服務(wù)，有效改造塔臺工作環(huán)境，提高管制工作效率，減輕管制指揮負(fù)擔(dān)。

2020年7月，由民航二所和中南空管局網(wǎng)絡(luò)心中聯(lián)合牽頭在桂林空管站開始了為期一年的數(shù)字集成塔臺技術(shù)設(shè)計應(yīng)用研究。

1? 系統(tǒng)設(shè)計及實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)

1.1? 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計由接口層、核心處理系統(tǒng)、終端顯示層、運(yùn)行信息層組成。

1.1.1? 接口層

接口層實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的引接及輸出數(shù)據(jù)的發(fā)送。通過對外部數(shù)據(jù)的接收/轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)格式的統(tǒng)一。系統(tǒng)需要將過去孤立的信息系統(tǒng)集成，則需要引接相關(guān)外部數(shù)據(jù)，如自動化系統(tǒng)綜合航跡、監(jiān)視源數(shù)據(jù)、AFTN報文、DCL數(shù)據(jù)、全國流量數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、數(shù)字通播數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)等。

1.1.2? 核心處理系統(tǒng)

外部數(shù)據(jù)接入轉(zhuǎn)為系統(tǒng)內(nèi)統(tǒng)一格式數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)通過自己的核心算法進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理，最后實(shí)現(xiàn)對監(jiān)視數(shù)據(jù)的融合、告警信息的顯示、飛行數(shù)據(jù)的處理、航跡路由規(guī)劃及計算等功能。

1.1.3? 終端顯示層

核心處理系統(tǒng)將計算的數(shù)據(jù)流發(fā)送至顯示終端，最終以人機(jī)界面的方式呈現(xiàn)出來，給用戶直觀的、高度集成化的顯示。根據(jù)用戶不同的使用場景及角色，可以有不同的權(quán)限。

1.1.4? 運(yùn)行信息層

為確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定正常，集成塔臺系統(tǒng)必須具備數(shù)據(jù)管理配置功能、系統(tǒng)硬件及軟件運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控功能，系統(tǒng)對時功能以及數(shù)據(jù)回放功能。

1.2? 桂林集成塔臺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)及功能

1.2.1? 桂林集成塔臺實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)

桂林集成塔臺主要集成三大部分功能：航管雷達(dá)自動化功能、A-SMGCS功能、管制綜合信息功能（不含氣象信息顯示）。目前桂林空管站安裝了場面監(jiān)視ASMGCS系統(tǒng)、空管自動化系統(tǒng)及處理報文的管制綜合信息系統(tǒng)，完全具備實(shí)施該系統(tǒng)的條件。系統(tǒng)將空管自動化系統(tǒng)、場監(jiān)融匯系統(tǒng)、電子進(jìn)程單等軟件高度集成，系統(tǒng)內(nèi)部保持一致，并具備高度聯(lián)動性，可與自動化、CDM、DCL、氣象、燈光、停機(jī)位等多個系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

1.2.2? 桂林集成塔臺系統(tǒng)功能

根據(jù)桂林運(yùn)行現(xiàn)場實(shí)際，集成塔臺具備如下功能：監(jiān)視前置處理、監(jiān)視融合處理、系統(tǒng)告警處理、飛行數(shù)據(jù)處理、路由規(guī)劃、時鐘NTP處理;氣象數(shù)據(jù)如QNH及GRIB數(shù)據(jù)處理、管制席位人機(jī)界面、電子進(jìn)程單、記錄與回放、系統(tǒng)監(jiān)視與控制、適配參數(shù)管理等主要功能。

2? 系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計思路

桂林集成塔臺項(xiàng)目構(gòu)架設(shè)計由數(shù)據(jù)接口網(wǎng)與核心網(wǎng)組成，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。

2.1? 數(shù)據(jù)接口子網(wǎng)設(shè)計思路及組成

2.1.1? 數(shù)據(jù)接口子網(wǎng)設(shè)計思路

數(shù)據(jù)接口子網(wǎng)主要用于完成集成塔臺系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。

數(shù)據(jù)接口子網(wǎng)將所有接入的同步或異步數(shù)據(jù)通過對應(yīng)的接入設(shè)備轉(zhuǎn)換為TCP/IP格式，SDFP、FDP、DCP等服務(wù)器均通過獨(dú)立的網(wǎng)卡直接訪問該網(wǎng)絡(luò)的各類數(shù)據(jù)，極大地減小了可能發(fā)送至運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量。該子網(wǎng)隔離開了不同設(shè)備的通信協(xié)議變化，有助于未來添加新的外部接口設(shè)備。

數(shù)據(jù)接口子網(wǎng)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)包括各類監(jiān)視數(shù)據(jù)（雷達(dá)、ADS-B、MLAT、ADS-C等）的接入、各類意圖數(shù)據(jù)（AFTN、CPDLC、DCL）的輸入輸出、AWOS氣象數(shù)據(jù)（QNH、RVR、GRIB）、各類輔助數(shù)據(jù)（GPS、停機(jī)位）、集成塔臺系統(tǒng)和其他系統(tǒng)間的各類數(shù)據(jù)共享（綜合航跡、飛行數(shù)據(jù)等）的數(shù)據(jù)交換，集成塔臺系統(tǒng)綜合航跡、集成塔臺系統(tǒng)飛行計劃信息以及各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的輸出。

2.1.2? 數(shù)據(jù)接口子網(wǎng)組成

數(shù)據(jù)接口子網(wǎng)組成主要有：MPDC協(xié)議轉(zhuǎn)換器，MOXA NPORT協(xié)議轉(zhuǎn)換器，華為5720子網(wǎng)交換機(jī)、天融信防火墻。

數(shù)據(jù)接口子網(wǎng)中，不同類型的數(shù)據(jù)采用不同的接口設(shè)備：

MPDC-II通信網(wǎng)關(guān)用于對監(jiān)視數(shù)據(jù)源的格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換;

MOXA的NPORT實(shí)現(xiàn)對異步數(shù)據(jù)AFTN報文以及QNH數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換;

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過接口子網(wǎng)交換機(jī)接入，并配備防火墻進(jìn)行系統(tǒng)安全隔離;語音同步回放數(shù)據(jù)支持串口和網(wǎng)絡(luò)方式，直接2路連接服務(wù)器串口或網(wǎng)絡(luò)接入接口子網(wǎng)交換機(jī)中。

2.2? 核心網(wǎng)組成及功能實(shí)現(xiàn)

核心網(wǎng)（CORE-LAN）主要提供塔臺場面態(tài)勢的管制服務(wù)工作。核心網(wǎng)由服務(wù)器部分、技術(shù)維護(hù)席、塔臺席位構(gòu)成。該核心網(wǎng)A、B、C每個網(wǎng)絡(luò)分別配置1臺核心交換機(jī)。服務(wù)器與席位工作站主機(jī)直接與核心交換機(jī)相連。桂林核心網(wǎng)交換機(jī)均為華為5720S系列交換機(jī)。

3? 系統(tǒng)服務(wù)器功能設(shè)計及軟件部署

3.1? 服務(wù)器組成及功能實(shí)現(xiàn)

3.1.1? 服務(wù)器組成

服務(wù)器屬于核心系統(tǒng)，桂林項(xiàng)目所有服務(wù)器均采用冗余配置，所使用的服務(wù)器均為惠普380G9服務(wù)器，服務(wù)器包括監(jiān)視數(shù)據(jù)處理服務(wù)器（MSDP）、路由規(guī)劃和告警服務(wù)器（RUT）、飛行數(shù)據(jù)處理服務(wù)器（FDP）、數(shù)據(jù)通信處理服務(wù)器（DCP）、電子進(jìn)程單數(shù)據(jù)處理服務(wù)器（EFSDP）、電子進(jìn)程單應(yīng)用服務(wù)器（EFSAPP）。所有服務(wù)器均為三網(wǎng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)回訪記錄功能部署在FDP服務(wù)器上。

3.1.2? 服務(wù)器功能實(shí)現(xiàn)

監(jiān)視數(shù)據(jù)前端服務(wù)器（SDFP）從數(shù)據(jù)接口子網(wǎng)獲取監(jiān)視數(shù)據(jù)（航管雷達(dá)、場監(jiān)雷達(dá)、ADS-B/MLAT）。

飛行數(shù)據(jù)處理服務(wù)器（FDP）從數(shù)據(jù)接口子網(wǎng)獲取AFTN、QNH、GPS等數(shù)據(jù)。部署在FDP上的數(shù)據(jù)記錄回放服務(wù)功能（DRP）直接從本機(jī)串口獲取語音同步回放數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)通信處理服務(wù)器（DCP）負(fù)責(zé)從數(shù)據(jù)接口子網(wǎng)獲取飛行動態(tài)數(shù)據(jù)、氣象信息、航行情報信息，同時負(fù)責(zé)CDM、DMAN、DCL、D-ATIS、AMAN等數(shù)據(jù)的對外通信;同時，支持從數(shù)據(jù)接口子網(wǎng)獲取停機(jī)位信息，同時負(fù)責(zé)機(jī)坪移交、燈光控制等數(shù)據(jù)的對外通信。

3.2? 服務(wù)器軟件部署

服務(wù)器軟件部署情況如表1所示。

4? 塔臺席位配置

4.1? 單個席位的硬件配置

每個席位終端由一個態(tài)勢顯示終端及一個觸摸屏組成。

態(tài)勢顯示終端主要實(shí)現(xiàn)對空中航跡目標(biāo)的顯示以及地面目標(biāo)的顯示，航跡標(biāo)牌顯示，航跡告警的顯示，滑行道顯示等功能;觸摸屏主要是實(shí)現(xiàn)電子進(jìn)程單的顯示及操作以及數(shù)字放行等功能。

4.2? 塔臺席位類別

結(jié)合塔臺業(yè)務(wù)特點(diǎn)，席位分為地面席、放行席、主任席、管制席、協(xié)調(diào)席、備份席、技術(shù)維護(hù)席等。各個席位不同分功如表2所示。

管制席、協(xié)調(diào)席、主任席及備份席主要用于顯示空中及場面運(yùn)行態(tài)勢，放行席主要用于顯示場面飛行計劃和場面運(yùn)行態(tài)勢。

通過表二，可以看出同一個系統(tǒng)可能需要在多個顯示終端顯示。技保人員可以根據(jù)管制的需求將一臺主機(jī)的顯示數(shù)據(jù)通過光矩陣推送至多個席位，實(shí)現(xiàn)一臺終端主機(jī)給多個顯示終端共享數(shù)據(jù)的功能，通過光矩陣將現(xiàn)有的塔臺運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行有效整合，優(yōu)化塔臺空間利用率。

5? 項(xiàng)目實(shí)施現(xiàn)狀

項(xiàng)目在桂林總共分為三期建設(shè)。一期建設(shè)主要目標(biāo)是完成平臺搭建及系統(tǒng)服務(wù)器基本功能測試，因?yàn)橄到y(tǒng)的監(jiān)視數(shù)據(jù)處理及告警模塊由空管公司負(fù)責(zé)研發(fā)，電子進(jìn)程單模塊由中南空管局網(wǎng)絡(luò)中心開發(fā)，不同的研發(fā)部門可能在數(shù)據(jù)接口及數(shù)據(jù)格式上有差異，融合為一套系統(tǒng)后兩者數(shù)據(jù)接口的兼容性、數(shù)據(jù)傳遞穩(wěn)定性的驗(yàn)證均需要充分驗(yàn)證;項(xiàng)目二期建設(shè)重點(diǎn)是狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn);三期的建設(shè)重點(diǎn)是集成塔臺系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳遞協(xié)議的確定。目前一二期均已完成，三期建設(shè)涉及的數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)也已基本確定，集成塔臺席位布局圖如圖2所示。

6? 結(jié)? 論

桂林集成塔臺項(xiàng)目已經(jīng)完成了前期驗(yàn)證，通過用戶的實(shí)際測試，各項(xiàng)預(yù)定功能基本實(shí)現(xiàn)，目前該系統(tǒng)已經(jīng)在鄂州機(jī)場及湛江空管站進(jìn)行了部署，即將投入使用，該套系統(tǒng)的正式投產(chǎn)將會給塔臺管制員提供全新的體驗(yàn)，解決原塔臺管制各個信息系統(tǒng)信息獨(dú)立分散的缺點(diǎn)，從管制角度提供便捷的信息展現(xiàn)及操作，極大提高了管制效率，減輕了管制負(fù)擔(dān)，為空管高質(zhì)量發(fā)展提供強(qiáng)大的動力支持。

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作者簡介：李素萍（1984—），女，漢族，廣西桂林人，工程師，工學(xué)學(xué)士，研究方向：空管塔臺自動化。