從數(shù)字化角度探討合肥新橋機(jī)場(chǎng)滑行路徑優(yōu)化

□ 民航安徽空管分局 楊雙雙 辛 慰 張 進(jìn)/文

近年來(lái)我國(guó)民航事業(yè)飛速發(fā)展，航班量爆發(fā)式增長(zhǎng)，機(jī)場(chǎng)也隨之不斷新建和改擴(kuò)建。由于土地資源的緊缺，機(jī)場(chǎng)布局日益復(fù)雜，導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)管制運(yùn)行和滑行道沖突調(diào)配越來(lái)越復(fù)雜，管制員和飛行員的工作壓力不斷加大，地面滑行安全問(wèn)題日益凸顯，已成為影響民航運(yùn)行安全的主要風(fēng)險(xiǎn)之一。而時(shí)代和技術(shù)的進(jìn)步正助力管制員更好地解決所面對(duì)的困難，一系列數(shù)字化、智能化系統(tǒng)的應(yīng)用，極大地幫助管制員解決飛行沖突，進(jìn)而提高民航運(yùn)行效率。

本文選擇合肥新橋機(jī)場(chǎng)為研究對(duì)象，以數(shù)字化新技術(shù)在空管的應(yīng)用為背景，在空管新技術(shù)、新裝備、新方法應(yīng)用的基礎(chǔ)上，從數(shù)字化角度對(duì)機(jī)場(chǎng)滑行路徑進(jìn)行探討，提高滑行道精細(xì)化管理和資源的優(yōu)質(zhì)配置，探討數(shù)字化空管的地面交通優(yōu)化模式，以期減少滑行道不安全事件的發(fā)生，提高地面運(yùn)行效率，更好的服務(wù)民航用戶(hù)，保障民航運(yùn)行安全。

數(shù)字化空管地面運(yùn)行技術(shù)

（一）空管數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用

目前國(guó)內(nèi)數(shù)字化空管系統(tǒng)的主要技術(shù)表現(xiàn)在地空數(shù)據(jù)鏈的使用，且地空數(shù)據(jù)鏈技術(shù)是數(shù)字化民航技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的重點(diǎn)之一，是支撐今后地空協(xié)同數(shù)字化運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)。地空數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)航空飛行器和地面信息管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)信息交換的系統(tǒng)，其通過(guò)VHF（甚高頻）、SATCOM（衛(wèi)星通訊）、HF（高頻）、二次監(jiān)視雷達(dá)（SSR）的S模式作為數(shù)據(jù)鏈傳輸媒介，將飛機(jī)與地面系統(tǒng)間自動(dòng)傳輸信息，將飛機(jī)與地面人員和空管自動(dòng)化系統(tǒng)有效聯(lián)系在一起，可有效降低航班運(yùn)行費(fèi)用，提高航班運(yùn)行效率。

（二）塔臺(tái)數(shù)字化的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)各塔臺(tái)上部署的數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)包含電子進(jìn)程單系統(tǒng)、場(chǎng)面監(jiān)視系統(tǒng)或高級(jí)場(chǎng)面引導(dǎo)與控制系統(tǒng)（A-SMGCS）、流量管理與CDM系統(tǒng)、數(shù)字化自動(dòng)航站情報(bào)服務(wù)系統(tǒng)（D-ATIS)、數(shù)字放行系統(tǒng)（DCL）、氣象系統(tǒng)、情報(bào)系統(tǒng)等。

數(shù)字化空管地面運(yùn)行技術(shù)落實(shí)到應(yīng)用層面上，主要由數(shù)字化放行系統(tǒng)DCL/PDC、數(shù)字通播系統(tǒng)、D-ATIS系統(tǒng)和塔臺(tái)電子進(jìn)程單系統(tǒng)組成。數(shù)字化放行通過(guò)數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)飛行員和塔臺(tái)管制員之間的起飛放行許可發(fā)送和接收；數(shù)字化自動(dòng)航站情報(bào)服務(wù)系統(tǒng)（D-ATIS）通過(guò)合成語(yǔ)音（text-to-voice）和數(shù)據(jù)鏈兩種方式向飛行員提供起飛和降落階段所需的有關(guān)機(jī)場(chǎng)、氣象和地面滑行道狀況等方面的信息，使飛行員在地面和飛行中通過(guò)數(shù)據(jù)流獲取指定的機(jī)場(chǎng)氣象和管制信息。塔臺(tái)電子進(jìn)程單屬于流量管理系統(tǒng)（CDM）子系統(tǒng)，集航班動(dòng)態(tài)管理、飛行計(jì)劃顯示、DCL數(shù)字放行、機(jī)場(chǎng)橋位信息、圖形化進(jìn)程單顯示等多種管制重要功能于一體的塔臺(tái)管制工具。

（三）空管數(shù)字化的發(fā)展趨勢(shì)

2020年1月3日，民航華東空管局啟動(dòng)數(shù)字化專(zhuān)項(xiàng)工作，對(duì)華東空管的數(shù)字化發(fā)展方向提出要求，即空管各單位要充分挖掘空管數(shù)據(jù)價(jià)值，打通數(shù)據(jù)孤島，確保數(shù)據(jù)輸出完整并富有價(jià)值，從而為民航用戶(hù)提供科學(xué)決策的依據(jù)，打通空管數(shù)據(jù)、視頻、語(yǔ)音等數(shù)字資源壁壘，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)共享協(xié)同。

合肥新橋機(jī)場(chǎng)滑行路徑優(yōu)化實(shí)踐與展望

（一）新橋機(jī)場(chǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀

合肥新橋國(guó)際機(jī)場(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“本場(chǎng)”）擁有一條跑道、六條滑行道（其中兩組平行滑行道A和B、E和F）、八條聯(lián)絡(luò)道（AX，X＝1～8），三條機(jī)坪內(nèi)滑行線(xiàn)（L1、L2和L3）以及二十九個(gè)停機(jī)位。

在現(xiàn)行運(yùn)行模式下，根據(jù)2013年本場(chǎng)開(kāi)航至2019年本場(chǎng)滑行道不安全事件的統(tǒng)計(jì)報(bào)告，結(jié)合2020年本場(chǎng)調(diào)查問(wèn)卷數(shù)據(jù)，得出本場(chǎng)地面運(yùn)行主要沖突熱點(diǎn)，如圖1所示，沖突點(diǎn)影響權(quán)重平均值如表1所示。

表1：合肥新橋機(jī)場(chǎng)滑行道沖突點(diǎn)影響權(quán)重平均值

圖1中CX（X＝0～10）表示沖突點(diǎn)，即航空器在該位置因交通沖突需要中斷既定的滑行路徑或者容易滑行錯(cuò)誤的情況。紅色圓圈表示機(jī)坪內(nèi)沖突點(diǎn)，紅色三角形表示滑行道沖突點(diǎn)，紅色正方形表示穿越跑道沖突點(diǎn)。

分析圖1和表1調(diào)研數(shù)據(jù)，可以看出航空器滑行不安全事件發(fā)生的高發(fā)區(qū)主要分布在非直角交叉道口、丁字滑行道口和平滑道口，且影響較大。

針對(duì)上述的沖突特點(diǎn)，筆者提出“輔助滑行指令”的概念，輔助是指從執(zhí)行方角度出發(fā)，提供協(xié)助理解或者便于直接執(zhí)行的指令，包括在第N個(gè)道口左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)或者直行（N＝1或2）。權(quán)衡滑行指令長(zhǎng)度和滑行安全裕度，選擇含有權(quán)重平均值大于0.5的沖突點(diǎn)和外航/外籍航空器的滑行路徑為優(yōu)化對(duì)象開(kāi)展探討。

（二）本場(chǎng)滑行優(yōu)化實(shí)踐

滑行不安全事件發(fā)生的原因主要有人、機(jī)、環(huán)、管四個(gè)方面。本文在不改變管制單位現(xiàn)有人、機(jī)、環(huán)、管狀態(tài)的情況下，充分利用本場(chǎng)已經(jīng)具備的數(shù)字化設(shè)備，結(jié)合輔助指令對(duì)滑行路徑進(jìn)行優(yōu)化。

目前本場(chǎng)對(duì)于防止本場(chǎng)滑錯(cuò)滑行路線(xiàn)的主要措施為提示牌制度、塔臺(tái)輔助提醒系統(tǒng)以及塔臺(tái)電子進(jìn)程單系統(tǒng)，均屬于管制員單方面的被動(dòng)技術(shù)手段。

主要從兩個(gè)方向優(yōu)化。一是在涉及沖突點(diǎn)的滑行指令中加入輔助滑行指令，二是利用DCL和D-ATIS在給飛行員發(fā)布的數(shù)據(jù)信息中加入沖突點(diǎn)信息。從讓指令執(zhí)行主體（機(jī)組）在一定程度上參與到滑行管制指令中，實(shí)現(xiàn)指令發(fā)送方和指令執(zhí)行方的協(xié)同為切入點(diǎn)，由此變被動(dòng)防控手段為主動(dòng)防控手段，構(gòu)建數(shù)字化地面滑行路徑優(yōu)化系統(tǒng)。數(shù)字化地面滑行路徑優(yōu)化系統(tǒng)由數(shù)字化處理模塊和輔助指令優(yōu)化模塊構(gòu)成，提供機(jī)組最優(yōu)滑行路徑，如圖2所示。

圖2：合肥新橋機(jī)場(chǎng)數(shù)字化地面滑行路徑優(yōu)化系統(tǒng)

以地面滑行路徑復(fù)雜且沖突點(diǎn)較多的33號(hào)跑道為例，不考慮特情發(fā)生。A/C表示航空器，PX（X＝1～27、505～506）表示停機(jī)位，向北運(yùn)行時(shí)，使用的路徑和沖突分布如表2所示。

表2：跑道33運(yùn)行優(yōu)化前滑行路徑和沖突分布

使用合肥新橋機(jī)場(chǎng)數(shù)字化地面滑行路徑優(yōu)化系統(tǒng)，向北運(yùn)行時(shí)，選擇沖突點(diǎn)C0、C2、C3、C5、C6、C9、C10，得出優(yōu)化方案如表3所示。

表3：沖突點(diǎn)優(yōu)化方案

（三）本場(chǎng)滑行優(yōu)化效果

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用數(shù)字化地面滑行路徑優(yōu)化系統(tǒng)后，地面沖突點(diǎn)減少了33%，管制員負(fù)荷明顯降低。根據(jù)新橋塔臺(tái)運(yùn)行日志統(tǒng)計(jì)，2020年滑行不安全事件數(shù)量?jī)H有8起（2013～2019年，該數(shù)值區(qū)間為14～21），外航/外籍錯(cuò)誤占比僅為13%（2013～2019年，為52～91%），數(shù)據(jù)顯示，滑行不安全事件較之前幾年大幅減少，安全狀況得到顯著改善，同時(shí)也提高了本場(chǎng)滑行道精細(xì)化管理和資源優(yōu)質(zhì)配置水平。

（四）本場(chǎng)滑行系統(tǒng)發(fā)展建議

在北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)，已經(jīng)安裝了A-SMGCS系統(tǒng)（高級(jí)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面活動(dòng)引導(dǎo)與控制系統(tǒng)），該系統(tǒng)有兩個(gè)非常重要的功能：一個(gè)是給機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行裝上“紅綠燈”，即根據(jù)滑行道的設(shè)計(jì)在地面安裝一定數(shù)量的停止排燈和中線(xiàn)燈。橫向的停止排燈的功能與公路上交通信號(hào)燈功能基本一致，綠燈通行，紅燈停止。原來(lái)的地面滑行依靠管制員和機(jī)組之間的通話(huà)，尤其是在交叉口，存在沖突隱患，有了這套系統(tǒng)，能夠有效地識(shí)別出滑行路線(xiàn)上的潛在沖突；另一個(gè)功能是裝上“導(dǎo)航儀”， 例如，飛機(jī)落地后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)它的停機(jī)位規(guī)劃出最優(yōu)滑行路線(xiàn)，地面上的綠色引導(dǎo)燈光就會(huì)逐一亮起，飛行員跟隨機(jī)頭正前方的燈光指示就可以滑行到停機(jī)位。同樣，起飛的飛機(jī)推出后也會(huì)有最佳滑行路線(xiàn)，指示飛機(jī)滑行到跑道頭。節(jié)省地面滑行時(shí)間，將有效提升航空器地面滑行的安全水平和運(yùn)行效率。

有了管制員的指令和監(jiān)控再加上系統(tǒng)的規(guī)劃和指引，就相當(dāng)于給航空器的地面滑行上了“雙保險(xiǎn)”。同時(shí)，這套燈光引導(dǎo)系統(tǒng)將在低能見(jiàn)度天氣時(shí)發(fā)揮更大的作用。極端天氣時(shí)，從駕駛艙甚至看不到引導(dǎo)車(chē)和滑行道標(biāo)示，但醒目的高級(jí)地面引導(dǎo)燈光可以讓飛行員找到前進(jìn)的方向。

本場(chǎng)地面滑行系統(tǒng)未來(lái)也應(yīng)向此方向發(fā)展，在地面滑行道上裝上“紅綠燈”和“導(dǎo)航儀”，以智能化和數(shù)字化的系統(tǒng)來(lái)幫助管制員更好、更安全地解決地面滑行沖突。未來(lái)隨著技術(shù)的進(jìn)步，利用地空數(shù)據(jù)鏈，結(jié)合計(jì)劃起飛時(shí)間CTOT優(yōu)化滑行時(shí)機(jī)和路徑，并將優(yōu)化結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)鏈以圖像、視頻和文字等形式傳輸給航空器，變被動(dòng)調(diào)控為機(jī)組主動(dòng)參與，減少滑行沖突，從而進(jìn)一步提高機(jī)場(chǎng)地面的運(yùn)行效率，強(qiáng)化運(yùn)行安全。