民用航空中交通管理自動化系統(tǒng)研究

趙浪濤

（民航中南空管設(shè)備工程<廣州>有限公司 廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著越來越多的人選擇航空出行，空中交通管理工作面臨著巨大的壓力，需要通過空中交通管理自動化系統(tǒng)將這些管制信息進行整合，以提升管理效率和質(zhì)量。我國經(jīng)過40多年的研究已經(jīng)逐漸形成了滿足空運需求的管理自動化系統(tǒng)，為航空運輸提供了穩(wěn)定性和安全性保障。為了此系統(tǒng)可以滿足未來空中交通管理的發(fā)展需求，需要對自動化系統(tǒng)進行深入探究，以提升空中資源的最大化利用率。

1 民航空中交通管理自動化系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)概述

民航空中交通管理自動化系統(tǒng)實際上是信息化管理平臺，應(yīng)用該系統(tǒng)能夠整合民航航班的數(shù)據(jù)信息，對航班進行科學合理的調(diào)配，有助于空中交通管理效率的提升。通過該系統(tǒng)，能夠?qū)崟r傳遞數(shù)據(jù)信息，做好空中交通管理協(xié)調(diào)工作，提高民航運輸?shù)目茖W性和合理性。當前民航空中交通管理中，自動化系統(tǒng)得到了普遍應(yīng)用，該系統(tǒng)具有較強的統(tǒng)一性。作為信息化管理平臺，民航空間交通管理自動化系統(tǒng)能夠?qū)C場各個單位航班的運行數(shù)據(jù)資源加以整合，通過航班離崗的各項功能模塊，將所有航班離崗時間進行科學排序，并且及時發(fā)布排序結(jié)果等信息，實現(xiàn)航空空中交管單位等航班運行情況的實時掌控，保障機場高效運行。利用電子進程信息單上顯示的信息，能夠有效減輕塔臺與席位之間的工作負荷，促使塔臺應(yīng)急處理能力的提升，從而更好地把控特殊運行狀況，推動空中交通管理工作有序開展。民航空中交通管制的基礎(chǔ)知識包括塔臺管制、進近管制以及區(qū)域管制。

1.2 研究和設(shè)計空中交通管理自動化系統(tǒng)的必要性

隨著社會經(jīng)濟的快速增長，我國航空運輸事業(yè)取得了持續(xù)快速發(fā)展，同時也帶動了現(xiàn)代化空中交通管理自動化系統(tǒng)的發(fā)展。從當前情況看，我國民航事業(yè)發(fā)展還處于初始階段，在發(fā)展過程中對空中交通管理自動化系統(tǒng)都有很大需求，因此，國內(nèi)研究和設(shè)計空中交通管理自動化系統(tǒng)是很有必要的。

與其他運輸方式相比，航空運輸具有速度快、效率高等優(yōu)勢。目前航空已經(jīng)成為人們出行的重要方式之一。近年來，人們生活水平不斷提升，對出行方式提出了新的要求。為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的出行需求，各個航空公司不斷增加航班數(shù)量，但是需要注意的是，空域資源是有限的。航班數(shù)量的增加導致空域資源矛盾日益突出，給空中交通管理工作帶來了很大壓力。而空中交通自動化系統(tǒng)能夠提高空中交通管理工作效率，有效緩解了空中交通管理的壓力，提高民航運輸?shù)陌踩院涂煽啃?。從當前民航空中交通管理情況來看，空管自動化系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的應(yīng)用，在相關(guān)部門和人員的努力下，已經(jīng)與民航航空運輸相契合，在使用過程中，為我國民航的有序運行提供了重要保障，使得民航運行更加安全，能夠為人們提供更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。因此，加強對民航空中交通管理自動化系統(tǒng)的研究和建設(shè)十分必要。

民用航空運輸業(yè)效能的中樞是空中交通管制，空中交管水平不僅能夠保障飛行安全，提高飛行流量，而且還能提高空中領(lǐng)域的利用效率，推動我國航空運輸業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。空中交通管制工作是交通管制員通過空中交通管制系統(tǒng)實現(xiàn)的，而空管自動化系統(tǒng)作為空中交通管制系統(tǒng)的重要組成部分，在空中交通管制系統(tǒng)中占據(jù)核心地位?？罩薪煌ü芾碜詣踊到y(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在對多雷達信號的融合處理上，能夠?qū)⒗走_信號與飛行計劃關(guān)聯(lián)起來。通過空管自動化系統(tǒng)，空中交通管制員可以從雷達顯示器中直觀地掌握空中交通動態(tài)狀況，并且了解交通管制的航空器的飛行方向和飛翔高度等。空中流量一直處于動態(tài)變化之中，伴隨空中流量的升高，空中交通管制員的任務(wù)會逐漸加重，對空管自動化系統(tǒng)也會更加依賴。為了滿足空中交通流量的實際需求，確保飛行安全，相關(guān)部門應(yīng)當不斷研究空管自動化系統(tǒng)，促進其不斷發(fā)展和完善。

2 空中交通管理自動化系統(tǒng)的設(shè)計原則

考慮到空中交通管理自動化系統(tǒng)所處的工作環(huán)境，特在設(shè)計此系統(tǒng)的時候嚴格遵守以下設(shè)計原則。

2.1 確保硬件產(chǎn)品成熟化

空中交通管理自動化系統(tǒng)對于航班的順利運行具有重要作用，因此在選擇硬件產(chǎn)品的時候一定要選擇具有中國3C認證的質(zhì)量高、可靠性高且具有新技術(shù)主流貨架的產(chǎn)品。所采用的服務(wù)器必須是世界知名品牌，在自動化系統(tǒng)中得到廣泛運用的產(chǎn)品，并且經(jīng)過長期驗證的、具有可靠性和穩(wěn)定性的成熟產(chǎn)品。

2.2 具備極高的可靠性

系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備在選擇的時候更要慎重，通常情況下要選擇具備雙機熱備份工作方式的產(chǎn)品，且要能夠?qū)崿F(xiàn)自動切換功能。在進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的過程中也必須應(yīng)用冗余設(shè)計技術(shù)，只有這樣才能提升系統(tǒng)的易用性，使系統(tǒng)具備極高的可靠性。

2.3 具備良好的性能

系統(tǒng)所選用的硬件設(shè)備具有良好的性能。在系統(tǒng)硬件的設(shè)計層面，對于資源利用的冗余因素進行了充分考慮，在很大程度上實現(xiàn)為用戶在業(yè)務(wù)不斷增長的基礎(chǔ)上提供充足的系統(tǒng)負荷的需求，保證此系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運行。

2.4 開放性原則

系統(tǒng)設(shè)計時需要嚴格遵循工藝開放系統(tǒng)協(xié)議和標準，如：NTP、SNMP、POSIX、TCP/IP等協(xié)議，系統(tǒng)信息接口的設(shè)計需要遵循中國民航行業(yè)標準和國際民航組織規(guī)范標準，這樣可以方便其他空管系統(tǒng)進行互聯(lián)。

2.5 先進性原則

在設(shè)計系統(tǒng)的時候還要對國際上空管技術(shù)的發(fā)展進行綜合考慮，盡量多采用具備國際先進水平且成熟的空管技術(shù)，這樣才能使自動化系統(tǒng)在生命運行周期中滿足空管技術(shù)的發(fā)展需求。

2.6 可擴展性原則

系統(tǒng)在設(shè)計的時候，硬件采用的是分布式體系結(jié)構(gòu)，為多種硬件提供了可以升級的途徑，同時還為系統(tǒng)預留了在未來進行不斷擴展的空閑資源[1]。系統(tǒng)設(shè)計采用的軟件模塊化以及分布式結(jié)構(gòu)，使設(shè)計的自動化系統(tǒng)更加開放，可以方便用戶進行擴充和剪裁。

2.7 可維護性原則

對于此系統(tǒng)的關(guān)鍵部位要加強重視，尤其是對全局重要部位可以產(chǎn)生影響的可靠性設(shè)計，同時還需要各關(guān)鍵子系統(tǒng)配備可以自行檢測的相應(yīng)部件，方便自行進行維修診斷。系統(tǒng)設(shè)計不僅要重視硬件具備的高可靠性，同時還應(yīng)該更加重視硬件所具有的高維護性和高可靠性。系統(tǒng)組成的重要設(shè)備必須要使用方便的、可靠性高的設(shè)備，并且要具備部件及時維修的能力。在經(jīng)過系統(tǒng)監(jiān)測之后發(fā)現(xiàn)并確定了發(fā)生故障的部件，需要采用更換新部件的方式來進行維修，這樣才能最大限度減少維修的時間，確保系統(tǒng)具備可維護性。

2.8 易操作性原則

系統(tǒng)設(shè)計具有三大區(qū)管風格的人機界面，同時對人機對話和人機界面實施人性化設(shè)計，可以為技術(shù)維護人員提供更加便捷的操作和維護。

2.9 安全性原則

系統(tǒng)提供安全機制主要是為了避免出現(xiàn)非法授權(quán)操作，并嚴格控制系統(tǒng)技術(shù)維護管理席位、飛行計劃席位以及各管制席位的操作權(quán)限，還要建立更加完善的、科學的數(shù)據(jù)備份恢復機制來做好數(shù)據(jù)庫管理工作。此外，對系統(tǒng)的關(guān)鍵信息操作還配備了日志記錄功能。

3 民航空中交通管理自動化系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)和功能

空中交通管理自動化系統(tǒng)的有效應(yīng)用對于維護航空公司的安全性和有序性運行具有重要作用，本文將針對此系統(tǒng)所涉及的幾個主要結(jié)構(gòu)和功能進行分析和研究。

3.1 信息處理子系統(tǒng)

信息處理子系統(tǒng)主要是由進程單管理、用戶管理、航班計劃管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、次日飛行計劃、換季航班管理模塊等部分組合而成。各個模塊都具有特殊的功能和職責，從而為整個系統(tǒng)可以充分發(fā)揮自身的功能而提供保障[2]。例如，換季航班管理模塊具有的主要功能是對下季航班的數(shù)據(jù)進行查詢、添加、刪除等，并對換季航班數(shù)據(jù)進行及時下發(fā)，這樣用戶就可以在飛行計劃處理席上完成對換季航班的相應(yīng)操作處理，然后在系統(tǒng)中錄入飛行計劃，從而形成新的飛行計劃表。SITA和AFTN處理模塊的主要功能是對中國民航飛行動態(tài)的SITA、AFTN固定模式電報進行接受、發(fā)送和處理。借助計算機數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，次日飛行計劃管理模塊可以將航空公司之前3個月的飛行計劃、航班表等信息整合到一起，然后自動生成次日飛行計劃表。另外，系統(tǒng)還會根據(jù)當天接受的相關(guān)電報，例如SITA電報，通過計算機自動分析和人工核對相結(jié)合的方式，對次日飛行計劃管理模塊自動制定的飛行計劃進行改善，使飛行計劃更加符合實際需求，防止在飛行期間出現(xiàn)安全事故。進程單管理模塊是根據(jù)相關(guān)民航標準和用戶需求進行綜合考慮之后而制定出來的飛行進程單格式，同時還具備打印進程單的主要功能，并能將進近塔臺飛行進程單以及塔臺進程單等一起打印出來，方便操作人員進行參考和應(yīng)用。

3.2 管理電子值班子系統(tǒng)

管理電子值班子系統(tǒng)可以根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口來對流量數(shù)據(jù)、航班計劃等信息進行收集整理，然后實現(xiàn)與流控信息的傳遞和對接，方便空中管理工作的有效開展。管理電子值班子系統(tǒng)主要由兩個部分組成，分別是核心處理模塊和數(shù)據(jù)接口與傳輸模塊。其中，數(shù)據(jù)接口與傳輸模塊的主要功能是為各子系統(tǒng)之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸而建立所需要的接口，并提供核心處理模塊所需要的數(shù)據(jù)信息[3-4]。而核心處理模塊的主要功能則是計算、處理和存儲數(shù)據(jù)接口輸入的數(shù)據(jù)信息以及前臺輸入的數(shù)據(jù)信息，然后經(jīng)過整合以后形成各種有用的數(shù)據(jù)信息，提供給系統(tǒng)用戶使用，為航空公司制定管理決策等提供信息保障。核心處理模塊具有的功能還包括班組交接、現(xiàn)場管制信息管理、崗前登記等。

3.3 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

在空中交通管理自動化系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)承擔著傳輸信息的重要職責。系統(tǒng)內(nèi)部，各管制席位以及數(shù)據(jù)記錄回放子系統(tǒng)、監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理機、飛行數(shù)據(jù)處理機、金屬數(shù)據(jù)處理機，在網(wǎng)絡(luò)交換機的幫助下，形成了星型拓撲結(jié)構(gòu)的3個以太局域網(wǎng)，分別是LAN-C、LAN-B、LAN-A。系統(tǒng)在三網(wǎng)運行模式下，充分保證了系統(tǒng)所具備的高效傳輸和可靠運輸性能。此系統(tǒng)的主要網(wǎng)絡(luò)所應(yīng)用的是冗余結(jié)構(gòu)，通過雙冗余網(wǎng)絡(luò)管理軟件，系統(tǒng)的LAN-B和LAN-A在物理層面上處于相互獨立且冗余的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)中，對于網(wǎng)絡(luò)的可用性具有提升作用。而系統(tǒng)的LAN-C網(wǎng)絡(luò)主要功能則是用于傳輸記錄和回放數(shù)據(jù)、DARD數(shù)據(jù)等。

系統(tǒng)所應(yīng)用的交換機端口冗余始終保持在20%以上，并具有層級交換設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)擁塞管理、網(wǎng)絡(luò)故障隔離、網(wǎng)絡(luò)端口管理等主要功能，同時還應(yīng)用了Web方式的網(wǎng)絡(luò)管理終端。局域網(wǎng)的網(wǎng)纜都是通過系統(tǒng)自身來敷設(shè)的，設(shè)置的接口設(shè)備均采用寬帶通信技術(shù)和最先進的技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)寬帶速度保持在1 000 Mbps以上，將6類網(wǎng)纜線作為網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)，以TCP/IP協(xié)議作為傳輸協(xié)議。

3.4 管制席位子系統(tǒng)

空中管理自動化系統(tǒng)的主要用戶其實是空中交通管制員，按照崗位不同可以將空中交通管制員分為站調(diào)管制員、區(qū)域管制員、進近管制員以及塔臺管制員。由于他們的工作職能不同所以對空中管理自動化系統(tǒng)的需求功能也各不相同[5]。站調(diào)管制員的主要職責和功能是負責對離崗航空器和機場進的飛行計劃進行審查，將飛行動態(tài)和計劃及時通報給飛行保障單位以及有關(guān)管制室，對次日飛行計劃進行編制，受理試飛計劃和本場訓練。區(qū)域管制員的主要職責和功能是負責向航空器提供管制服務(wù)。此服務(wù)主要是針對航空器飛行到6 000 m以上高度的范圍內(nèi)進行運行時所提供的服務(wù)，為了保證航空器的飛行間隔，將本區(qū)域范圍內(nèi)飛行的航空器引導給其他的管制區(qū)，或者將飛到本區(qū)域內(nèi)的其他管制區(qū)的航空器移交給進近。進近管制員的主要職責和功能向通過空中交通管制來管理機場中受管制的進離場航空器，不僅要引導離場起飛和進場著陸并進入航路的航空器，還要始終與其他相關(guān)單位進行協(xié)調(diào)和聯(lián)系。塔臺管制員的主要職責和功能是向機場交通提供空中交通管制服務(wù)，對跑道的使用和飛機的起降進行協(xié)調(diào)，將機場上空有關(guān)飛行的情況以及關(guān)于氣壓、氣溫、風等氣象因素的信息提供給機組，嚴格管制在跑道以外區(qū)域活動的人員、車輛和航空器，對航空器進行放行許可發(fā)布，保持與其他相關(guān)單位的協(xié)調(diào)和聯(lián)系。

空中管理自動化系統(tǒng)按照管理崗位不同可以將客戶端分成站調(diào)計劃席、塔臺管制席、進近管制席、區(qū)域管制席。這些席位是相關(guān)管制人員主要的管制平臺，管理人員在這個平臺中可以完成對飛行數(shù)據(jù)的處理工作以及對空中交通態(tài)勢的監(jiān)控工作。每個管制席都會配備兩個相應(yīng)的管制顯示器，通過這個顯示器可以讓他們對飛行計劃和飛行動態(tài)進行處理和顯示，此外還配備兩套鍵盤鼠標、音響、席位處理機以及一臺進程單打印機。區(qū)域和進近管制席則配置兩臺不同型號的液晶顯示器，塔臺管制席配備一臺高亮顯示器和一臺液晶顯示器，站調(diào)管制席只配備一臺液晶顯示器。

4 我國民航空中交通管理自動化系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢

隨著社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，我國民用航空客運量呈現(xiàn)出逐年上升趨勢，使得空中交通管理任務(wù)持續(xù)加重，給空中交通管理帶來了很大壓力。為了減輕空中交通管理工作人員的工作量和負擔，有效提高空中交通管理效率，應(yīng)當加大對空管自動化系統(tǒng)的研究力度，不斷提高空管自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，促使我國民航空管自動化系統(tǒng)水平不斷提升，大幅度提升我國民航空管安全保障能力。要想實現(xiàn)這一目標，需要從以下兩個方面入手：（1）重視飛行情報區(qū)域的縱向自動化，并且徹底實現(xiàn)縱向自動化。在某個區(qū)域管制中心下方設(shè)置多個終端區(qū)，終端區(qū)可以是本地的，也可以是異地的，并且終端區(qū)下方要搭建出多個塔臺。通過運用這種大區(qū)建設(shè)方式，實現(xiàn)多個本地或者多個異地塔臺統(tǒng)一顯示功能，實現(xiàn)二次代碼統(tǒng)一分配功能，實現(xiàn)一碼到底功能，實現(xiàn)相鄰管制單位與管制扇區(qū)間的屏蔽移交功能等。（2）重視飛行情報區(qū)域的橫向自動化，并且徹底實現(xiàn)橫向自動化。運用AIDC實現(xiàn)相鄰飛行情報區(qū)域間的自動管理協(xié)調(diào)和自動移交功能，促使整合飛行情報區(qū)域間實現(xiàn)自動管制協(xié)調(diào)和移交，并且實現(xiàn)二次代碼跨區(qū)域的自動化應(yīng)用。

5 結(jié)語

綜上所述，在維護空中交通秩序、提升空中交通管理水平方面，空中管理自動化系統(tǒng)具有重要的促進作用，利用此系統(tǒng)可以降低空中交通的管理壓力，保證機場運行更加安全、有序和高效。本文通過介紹空中交通管理自動化系統(tǒng)的設(shè)計原則、設(shè)計結(jié)構(gòu)以及相關(guān)功能等情況，為相關(guān)系統(tǒng)研究部門和交通管理部門提供了參考，希望能夠促進我國民航事業(yè)更加穩(wěn)定地向前發(fā)展。