空管川大自動化系統(tǒng)告警原理分析

周垚

[摘? ? 要]隨著中國民用航空空中交通管理的發(fā)展，各種運行標(biāo)準(zhǔn)不斷被更新修訂，但安全第一是不變的標(biāo)準(zhǔn)。其中空管自動化設(shè)備告警機制是保證空管安全最重要的手段之一。在日常管制指揮中，自動化告警系統(tǒng)是最直接、最有效的防范措施，能在設(shè)備運行范圍內(nèi)的第一時間進行聲音告警和標(biāo)牌告警提示，提醒管制員立即做出相應(yīng)處置，保證飛行安全。因此，研究和掌握自動化系統(tǒng)告警原理，成為空管技術(shù)保障人員不容忽視的一個課題。

[關(guān)鍵詞]空管自動化;告警原理;安全

[中圖分類號]V355.1 [文獻標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）02–0–04

Analysis of Alarm Principle of ATC Sichuan University Automation System

Zhou Yao

[Abstract]With the development of China's civil aviation air traffic management， various operating standards are constantly being updated and revised， but safety first is the unchanging standard. Among them， the air traffic control automation equipment alarm mechanism used by controllers is the most important to ensure air traffic control safety. one of the means. In the daily control and command， the automatic alarm system is the most direct and effective preventive measure for the controller. It can give the controller a sound alarm and a sign warning prompt at the first time within the operating range of the equipment， and remind the controller to take corresponding measures immediately. ， to ensure flight safety. Guaranteeing flight safety， researching and mastering the principle of automatic system alarm has become a subject that can not be ignored by air traffic control technical support personnel.

[Keywords]ATC automation; alarm principle; safety

空管自動化系統(tǒng)是實施空中交通管制所使用的計算機綜合系統(tǒng)，它的運行系統(tǒng)是實施空中交通管制所使用的具有監(jiān)視數(shù)據(jù)處理、飛行數(shù)據(jù)處理、人機界面、告警處理、軟件與適配數(shù)據(jù)管理及系統(tǒng)監(jiān)控功能的自動化系統(tǒng)。運行系統(tǒng)的主要設(shè)備包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、處理機、外部設(shè)備和接口設(shè)備，工作網(wǎng)采用多網(wǎng)絡(luò)冗余結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)工作網(wǎng)之間應(yīng)能夠自動或手動切換。還有一些配套系統(tǒng)與運行系統(tǒng)相關(guān)，配套系統(tǒng)包括管制模擬機系統(tǒng)、培訓(xùn)與測試系統(tǒng)和軟件支持系統(tǒng)。管制使用的運行系統(tǒng)有許多告警機制，這些告警原理各不相同，具體告警種類包括：最低安全高度告警（MSAW）、短期飛行沖突告警（STCA）、入侵告警（DAIW）、重復(fù)二次代碼告警（DUPE）、偏航告警（RAM）、許可高度一致性告警（CLAM）和緊急告警。每一種告警的原理與運行都不同。

1 短期飛行沖突告警（STCA）

1.1 STCA告警原則

當(dāng)航跡之間的水平和垂直間距同時小于或者在設(shè)定的告警時間內(nèi)將要同時小于設(shè)置的參數(shù)值時，系統(tǒng)產(chǎn)生告警。STCA告警計算的總體原則是先計算垂直方向告警，再計算水平方向告警。其中計算比較復(fù)雜的是水平告警：①判斷兩目標(biāo)相對飛行態(tài)勢是順向、逆向、還是交叉;②判斷兩目標(biāo)趨勢是分離還是接近，如果有接近趨勢時需要增加平行飛行水平告警間隔判斷條件。

1.2 STCA告警參數(shù)

不同的告警參數(shù)產(chǎn)生不同的告警原理，主要的告警參數(shù)包括：沖突預(yù)警時間，兩個目標(biāo)沖突預(yù)警時間;垂直間隔門限，兩個目標(biāo)沖突告警時的垂直方向間隔;順向飛行水平告警距離，兩個目標(biāo)順向飛行時告警的水平距離門限;逆向飛行水平告警距離，兩個目標(biāo)逆向飛行時告警的水平距離門限;交叉飛行水平告警距離，兩個目標(biāo)交叉飛行時告警的水平距離門限;離散飛行水平告警距離，兩個目標(biāo)離散飛行時告警的水平距離門限;平行飛行水平告警間隔，兩個目標(biāo)平行飛行時的水平方向垂直距離門限。

1.3 STCA的告警原理

STCA的告警原理主要分為垂直方向告警計算和水平方向告警計算。①進行垂直方向告警計算，如果兩個目標(biāo)高度差小于垂直間隔門限，垂直方向滿足告警。如果高度差大于垂直間隔門限，計算兩個目標(biāo)垂直方向是否存在接近趨勢，沒有接近趨勢則不再做沖突告警計算，即垂直方向不滿足預(yù)警;有接近趨勢則計算垂直方向預(yù)警時間，如果垂直方向預(yù)警時間小于等于設(shè)置的沖突預(yù)警時間，垂直方向滿足預(yù)警。②水平方向告警計算，涉及到變量說明：Vα為設(shè)置的判斷航跡對平行飛行姿態(tài)的夾角;V1為目標(biāo)1的速度矢量線;V2為目標(biāo)2的速度矢量線（虛線為投影）;Dv為兩個目標(biāo)的速度矢量差（虛線為投影）;Ds為兩目標(biāo)的距離差;Dp為兩目標(biāo)水平方向的垂直距離;α為兩個目標(biāo)的速度矢量夾角;β是Dv（速度差）和Ds（距離差）的夾角（β在0°～90°時，兩個目標(biāo)表示很接近，90°～180°的時候兩個目標(biāo)在相離）。

（1）順向飛行（離散），如圖1所示。

0°≤α<45°且距離變大（90°≤β<180°）

兩目標(biāo)距離Ds<離散飛行水平告警距離，水平方向滿足告警。

（2）順向飛行（接近），如圖2所示。

Vα≤α<45°且距離變?。?°≤β<90°）

兩目標(biāo)距離Ds<順向飛行水平告警距離，水平方向滿足告警。

兩目標(biāo)距離Ds≥順向飛行水平告警距離，計算沖突時間，如果沖突時間小于等于預(yù)警時間，水平方向滿足預(yù)警條件。

（3）順向飛行（平行），如圖3所示。

0°≤α<10°且距離變?。?°≤β<90°）

兩目標(biāo)距離Ds<順向飛行水平告警距離，平行間距Dp<平行告警距離，水平方向滿足告警。

兩目標(biāo)距離Ds≥順向飛行水平告警距離，計算沖突時間，如果沖突時間小于等于預(yù)警時間，水平方向滿足預(yù)警條件。

（4）交叉飛行（離散），如圖4所示。

45°≤α<135°且距離變大（90°≤β<180°）

兩目標(biāo)距離Ds<離散飛行水平告警距離，水平方向滿足告警。

（5）交叉飛行（接近），如圖5所示。

45°≤α<135°且距離變?。?°≤β<90°）

兩目標(biāo)距離Ds<交叉飛行水平告警距離，水平方向滿足告警。

兩目標(biāo)距離Ds≥交叉飛行水平告警距離，計算沖突時間，如果沖突時間小于等于預(yù)警時間，水平方向滿足預(yù)警條件。

（6）逆向飛行（離散），如圖6所示。

135°≤α<180°且距離變大（90°≤β<180°）

兩目標(biāo)距離Ds<離散飛行水平告警距離，水平方向滿足告警。

（7）逆向飛行（接近）如圖7所示。

135°≤α<180°且距離變?。?°≤β<90°）

兩目標(biāo)距離Ds<逆向飛行水平告警距離，水平方向滿足告警。

兩目標(biāo)距離Ds≥逆向飛行水平告警距離，計算沖突時間，如果沖突時間小于等于預(yù)警時間，水平方向滿足預(yù)警條件。

（8）逆向飛行（平行）如圖8所示。

170°≤α<180°且距離變?。?°≤β<90°）

兩目標(biāo)距離Ds<逆向飛行水平告警距離，平行間距Dp<平行告警距離，水平方向滿足告警。

兩目標(biāo)距離Ds≥逆向飛行水平告警距離，計算沖突時間，如果沖突時間小于等于預(yù)警時間，水平方向滿足預(yù)警條件。

告警的產(chǎn)生：兩個目標(biāo)垂直方向和水平方向均滿足STCA告警，產(chǎn)生輸出告警信息;兩個目標(biāo)垂直方向和水平方向STCA沖突預(yù)警時間均小于等于設(shè)置的沖突預(yù)警時間，產(chǎn)生輸出預(yù)警信息。

1.4 CLF在告警中的作用

系統(tǒng)在進行STCA預(yù)警計算時，為減少航空器上升下降過程中產(chǎn)生的預(yù)警，對具有CFL（Cleared Flight Level）數(shù)據(jù)的航跡采用CFL高度層保護計算。

航跡處于上升或下降狀態(tài)并具有有效的CFL值時，系統(tǒng)以CFL加上（上升時）或減去（下降時）高度層容差值，作為航跡預(yù)測高度的上限（上升時）或下限（下降時），進行垂直沖突探測。在航跡上升、下降率大于規(guī)定數(shù)值，同時航跡尚未達(dá)到CFL，但與CFL的高度差已經(jīng)小于高升降率航跡保護高度時，系統(tǒng)不再以CFL容差高度作為預(yù)測高度探測垂直沖突。當(dāng)用戶未輸入CFL數(shù)據(jù)，或CFL數(shù)據(jù)已被注銷，或航跡已穿過CFL時，系統(tǒng)不再進行CFL高度層保護。

在warning.ini文件中可配置STCA告警高度層保護參數(shù)。

1.5 無預(yù)警情況分析

（1）假設(shè)此時兩目標(biāo)順向平行飛行且有接近趨勢，順向飛行告警距離設(shè)置為40 km，水平間隔告警距離設(shè)置為20 km，在此情況下兩目標(biāo)雖然滿足小于順向飛行告警距離40 km，但不滿足平行間距小于20 km，因此不產(chǎn)生沖突告警。

（2）假設(shè)目標(biāo)A突然轉(zhuǎn)向，此時兩目標(biāo)仍然為順向飛行但不滿足平行飛行條件，兩目標(biāo)距離小于順向飛行告警距離設(shè)置為40 km，因此直接產(chǎn)生沖突告警，不預(yù)警。

目前，民航內(nèi)蒙空管分局川大自動化系統(tǒng)STCA告警原則是產(chǎn)生預(yù)警或告警的兩個目標(biāo)中有一個在當(dāng)前席位管制的扇區(qū)之內(nèi)。對于要進行短期沖突判斷的航空器對，系統(tǒng)分別依據(jù)其當(dāng)前位置是否在所設(shè)的各立體空域內(nèi)來獲取其預(yù)/告警判斷標(biāo)準(zhǔn)，若不屬于所有的立體空域，則采用缺省的預(yù)/告警標(biāo)準(zhǔn)。在兩航空器當(dāng)前所處空域不同時，選用較嚴(yán)的標(biāo)準(zhǔn)（即大參數(shù)）判別預(yù)警或告警，以保證不發(fā)生漏告警。

STCA抑制區(qū)由DMS維護的適應(yīng)性數(shù)據(jù)中空域類型為“SINHBT”的一個或多個空域構(gòu)成。當(dāng)航跡對當(dāng)前位置位于告警抑制區(qū)內(nèi)時，系統(tǒng)不對該航跡對進行STCA告警判斷。系統(tǒng)支持在SDD上在線打開和關(guān)閉STCA抑制區(qū)。告警抑制區(qū)內(nèi)的航跡與告警抑制區(qū)外的航跡之間進行STCA探測計算。

2 最低安全高度告警（MSAW）

2.1 MSAW告警原理

（1）當(dāng)航跡的當(dāng)前位置在告警區(qū)內(nèi)、高度低于設(shè)置的高度系統(tǒng)產(chǎn)生MSAW告警;

（2）當(dāng)航跡在預(yù)警時間后將低于設(shè)置的高度，系統(tǒng)產(chǎn)生MSAW預(yù)警。

MSAW告警設(shè)置了抑制區(qū)，系統(tǒng)支持主任管制席，可以在SDD上在線打開和關(guān)閉MSAW抑制區(qū)。當(dāng)航跡當(dāng)前位置位于MSAW告警抑制區(qū)內(nèi)時，系統(tǒng)不對該航跡對進行MSAW告警判斷。

2.2 告警原則

產(chǎn)生告警或預(yù)警的目標(biāo)在當(dāng)前席位管制的扇區(qū)內(nèi)，非相關(guān)目標(biāo)也會告警。

3 入侵告警（DAIW）

（1）DAIW告警原理：若飛機位于限制區(qū)內(nèi)，或者與限制區(qū)的高度距離小于垂直告警距離、水平距離小于水平告警距離，則發(fā)出區(qū)域侵入告警。

（2）若飛機與限制區(qū)的高度距離小于垂直預(yù)警距離、水平距離小于水平預(yù)警距離，但又不滿足區(qū)域侵入告警條件，則發(fā)出區(qū)域侵入預(yù)警。

（3）DAIW告警原則：不判斷產(chǎn)生預(yù)警或告警的目標(biāo)是否在當(dāng)前席位管制的扇區(qū)之內(nèi)，而且是所有SDD席位均預(yù)警或告警，非相關(guān)目標(biāo)也會告警。

4 重復(fù)二次代碼告警（DUPE）

4.1 DUPE告警原理

系統(tǒng)對二次代碼重復(fù)的檢測和告警，以單雷達(dá)航跡或綜合航跡的更新周期為周期，重復(fù)性檢查單雷達(dá)航跡表或多雷達(dá)綜合航跡表的方法實現(xiàn)。生成并得到確認(rèn)的單雷達(dá)航跡或多雷達(dá)綜合航跡才視為有效的檢測對象，以保證檢測結(jié)果及報警的可靠性。

系統(tǒng)可設(shè)置DUPE區(qū)和不參與DUPE告警的SSR。當(dāng)系統(tǒng)檢測到在所有DUPE區(qū)域內(nèi)的兩個及以上除不參與DUPE告警SSR碼的系統(tǒng)航跡具有相同的離散SSR碼時，系統(tǒng)立即產(chǎn)生一個SSR代碼重復(fù)告警。

4.2 告警原則

產(chǎn)生DUPE告警的目標(biāo)中有一個在當(dāng)前席位管制的扇區(qū)之內(nèi)。川大自動化系統(tǒng)運用與空管行業(yè)，為了更高的安全要求，有著詳細(xì)的告警體系。

5 許可高度一致性告警（CLAM）

5.1 CLAM告警原理

（1）終止航跡、一次航跡或二次碼為A0000的航跡、未配對航跡不做CLAM告警;

（2）判斷飛行是否平飛，如果平飛，則等待告警抑制時間，如果不是平飛，則直接進入之后步驟;

（3）有QNH高度的優(yōu)先使用QNH高度;

（4）判斷當(dāng)前飛機是否在CFL容差范圍之內(nèi)（當(dāng)前指定CFL值±CFL容差值），如果在這之間則CLAM告警處理結(jié)束，不再進入后面步驟;

（5）進入此步驟時飛機必然不在CFL容差范圍內(nèi)，如果飛機曾經(jīng)進入過CFL容差范圍內(nèi)，則判斷雷達(dá)CLAM告警周期，當(dāng)CLAM告警次數(shù)超過雷達(dá)更新確認(rèn)周期時產(chǎn)生CLAM告警，否則記錄當(dāng)前告警情況，計數(shù)+1，如果飛機未曾進入過CFL容差范圍之內(nèi)，進入第6步;

（6）判斷飛機當(dāng)前爬升/下降速率V（上升為正，下降為負(fù)），速率門限;

（7）如果飛機高度大于當(dāng)前CFL值，產(chǎn)生告警;

（8）如果飛機當(dāng)前高度小于CFL值，產(chǎn)生告警。

5.2 CLAM告警參數(shù)在warning.ini中進行配置

告警原則：產(chǎn)生CLAM告警的目標(biāo)在當(dāng)前席位管制的扇區(qū)之內(nèi)。

6 偏航告警（RAM）

6.1 RAM告警原理

當(dāng)相關(guān)目標(biāo)實際飛行的軌跡未按計劃指定的航路飛行，并且滿足設(shè)置的偏航告警參數(shù)，產(chǎn)生RAM偏航告警。

6.2 告警原則

產(chǎn)生RAM告警的目標(biāo)在當(dāng)前席位管制的扇區(qū)之內(nèi)。

7 特殊代碼告警原理

系統(tǒng)在接收到雷達(dá)數(shù)據(jù)的二次代碼為7500、7600、7700時，或雷達(dá)數(shù)據(jù)中包含緊急狀態(tài)信息時，將產(chǎn)生特殊二次代碼告警。對應(yīng)為：

HIJ（7500）非法干擾

RCF（7600）通訊失效

EMG（7700）緊急情況

告警原則：不判斷產(chǎn)生特殊二次碼告警的目標(biāo)是否在當(dāng)前席位管制的扇區(qū)之內(nèi)，所有SDD席位均告警。

8 相似航班號告警

8.1 告警原理

（1）不同航空公司，除航空公司代碼外其他所有數(shù)字或字母相同，位置相同。如CHH101與CCA101;KAL901與HDA901;

（2）航空公司的航班號中（不包括公司代碼）所有數(shù)字或字母只有一個不同或缺少一個，但是順序相同。如：CCA1317與CCA1337;CCA1508與CDG108;

（3）航空公司的航班號中（不包括公司代碼）所有數(shù)字或字母相同，但位置順序不同。如CSN6928與CSN6829;CCA1531與CSN3151。

8.2 告警原則

（1）兩目標(biāo)狀態(tài)為控制或移交時產(chǎn)生告警;

（2）告警顯示形式為標(biāo)牌上航班號后顯示SC（亮白色）字樣，且標(biāo)牌高亮顯示;

（3）可以用中鍵點擊標(biāo)牌上SC處取消和恢復(fù)告警。

9 結(jié)束語

伴隨著空管行業(yè)的高速發(fā)展，航班量的不斷增加，研究和掌握自動化系統(tǒng)告警原理，是一個永遠(yuǎn)不會停止的話題。

參考文獻

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