淺述場(chǎng)面監(jiān)視處理系統(tǒng)中跑道沖突告警設(shè)置機(jī)理及面臨的問(wèn)題

王顥

摘 ? 要：隨著我國(guó)航空運(yùn)輸業(yè)的不斷發(fā)展，航班流量迅猛增長(zhǎng)。2017年北京首都機(jī)場(chǎng)起降架次達(dá)到597，000多架次，2018年北京首都機(jī)場(chǎng)起降架次達(dá)到612，000多架次，且首都機(jī)場(chǎng)的日航班量已達(dá)到近1700架次，不僅空中飛行流量逐年增長(zhǎng)，機(jī)場(chǎng)地面航空器運(yùn)行更顯十分繁忙，同時(shí)首都機(jī)場(chǎng)三條跑道運(yùn)行，滑行道、穿越道以及機(jī)坪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這些都為空管場(chǎng)面指揮工作帶來(lái)了一定挑戰(zhàn)和難度。場(chǎng)面監(jiān)視處理系統(tǒng)能夠在高密度地面航空器流量及復(fù)雜跑滑結(jié)構(gòu)的機(jī)場(chǎng)運(yùn)行條件下，實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)面活動(dòng)的航空器和車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控、提供探測(cè)及告警等功能，確保機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面活動(dòng)在處于機(jī)場(chǎng)能見度運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的任何天氣條件下的運(yùn)行效率和安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：場(chǎng)面監(jiān)視處理系統(tǒng) ?監(jiān)視 ?告警 ?跑道沖突 ?沖突探測(cè)

中圖分類號(hào)：V351 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）08（a）-0247-02

場(chǎng)面監(jiān)視處理系統(tǒng)能夠通過(guò)接收?qǐng)雒姹O(jiān)視雷達(dá)（SMR）、進(jìn)近雷達(dá)（MSSR）、多點(diǎn)相關(guān)監(jiān)視（MDS）、和廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）等監(jiān)視設(shè)備輸出的目標(biāo)監(jiān)視數(shù)據(jù)，與氣象數(shù)據(jù)（包括QNH、RVR等）、飛行計(jì)劃信息等多元數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，形成目標(biāo)綜合航跡，對(duì)在機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面覆蓋范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)的航空器和車輛進(jìn)行連續(xù)的定位與標(biāo)識(shí)，在管制員席位監(jiān)視界面上顯示機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)行態(tài)勢(shì)和運(yùn)行環(huán)境，為管制員提供場(chǎng)面監(jiān)視、視覺(jué)和聽覺(jué)告警、路由規(guī)劃及引導(dǎo)功能。

1 ?跑道侵入和跑道沖突的定義

跑道侵入是指航空器或車輛或人員未經(jīng)許可出現(xiàn)在指定用于航空器降落和起飛的保護(hù)區(qū)域內(nèi)的情況[1]。

跑道沖突是指進(jìn)入或?qū)⒁M(jìn)入跑道的活動(dòng)目標(biāo)與跑道內(nèi)活動(dòng)目標(biāo)之間的沖突[1]。

因此，跑道侵入告警是針對(duì)航空器或其它運(yùn)動(dòng)的物體在未經(jīng)許可時(shí)即將進(jìn)入跑道產(chǎn)生的告警，或者是有運(yùn)動(dòng)物體即將進(jìn)入預(yù)先定義好的禁區(qū)（如儀表著陸系統(tǒng)敏感區(qū)）時(shí)產(chǎn)生的告警;而跑道沖突告警是指場(chǎng)面監(jiān)視處理系統(tǒng)通過(guò)接收、處理多傳感器跟蹤系統(tǒng)的目標(biāo)位置報(bào)告，評(píng)估機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面及附近空域內(nèi)的目標(biāo)活動(dòng)情況，識(shí)別、探測(cè)在其監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)可能產(chǎn)生的沖突，包括航空器與航空器、航空器與其他物體之間的潛在沖突并產(chǎn)生相應(yīng)告警。

2 ?跑道沖突告警設(shè)置闡述

跑道沖突告警分為降落沖突告警和起飛沖突告警，當(dāng)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面潛在的沖突情況被探測(cè)出來(lái)，場(chǎng)面監(jiān)視處理系統(tǒng)會(huì)發(fā)送告警信息至管制席位界面，給出涉及目標(biāo)的身份和情況的嚴(yán)重程度的信息，并提供視覺(jué)和聽覺(jué)告警，同時(shí)告警根據(jù)預(yù)先配置的特殊沖突情況的嚴(yán)重等級(jí)，以兩種階段顯示，一階段告警和二階段告警，配以兩種不同的顏色顯示[2]：

（1）一階段告警（琥珀色） 用于提醒用戶，有需要特殊關(guān)注的情況發(fā)生。

（2）二階段告警（紅色）用于警告用戶，有需要馬上關(guān)注的嚴(yán)重情況發(fā)生。

2.1 降落沖突告警

在場(chǎng)面監(jiān)視處理系統(tǒng)中，對(duì)于一架正在降落的航空器，系統(tǒng)會(huì)依據(jù)進(jìn)近雷達(dá)送來(lái)的2D/3D目標(biāo)位置信息，判定其降落沖突告警的監(jiān)視區(qū)域：即從航空器距離跑道著陸點(diǎn)前一定時(shí)間（TTT Limit Stage 1）的位置，一直延伸至整體跑道并且包含相應(yīng)跑道的敏感區(qū)。一旦這一區(qū)域內(nèi)存在其他航空器或運(yùn)動(dòng)物體干擾航空器降落，場(chǎng)面監(jiān)視處理系統(tǒng)會(huì)根據(jù)正在降落的航空器與跑道上干擾物體的當(dāng)前速度，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻至兩者之間相距一定距離（CPA Limit）的時(shí)間差TCPA，當(dāng)TCPA小于TCPA Limit Stage 1時(shí)，立即產(chǎn)生降落沖突的一階段告警，標(biāo)牌上方出現(xiàn)閃爍的琥珀色“ALERT”，如圖1所示。

當(dāng)在低能見度天氣條件下，假如一架航空器已經(jīng)進(jìn)入降落一階段，即距離著陸點(diǎn)TTT Limit Stage 1后，系統(tǒng)將不再進(jìn)行TCPA時(shí)間差的檢查，即一旦監(jiān)視區(qū)域內(nèi)存在其他航空器或物體干擾航空器降落，場(chǎng)面監(jiān)視處理系統(tǒng)會(huì)立刻產(chǎn)生一階段告警。

當(dāng)航空器繼續(xù)飛至距離跑道著陸點(diǎn)前一定時(shí)間（TTT Limit Stage 2）的位置時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)正在降落的航空器與跑道上干擾物體的當(dāng)前速度，再次計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻至兩者之間相距一定距離（CPA Limit）的時(shí)間TCPA，當(dāng)TCPA小于TCPA Limit Stage 2時(shí)，立即產(chǎn)生降落沖突的二階段告警，標(biāo)牌上方出現(xiàn)閃爍的紅色“ALERT”。

一旦航空器已經(jīng)落地，系統(tǒng)所監(jiān)視的區(qū)域僅包含航班的前方區(qū)域，進(jìn)入航空器后方跑道位置的目標(biāo)將不會(huì)再觸發(fā)降落出臺(tái)告警（除非后機(jī)又開始加速起飛，則會(huì)觸發(fā)航空器起飛沖突告警）。

2.2 起飛沖突告警

對(duì)于起飛航空器，場(chǎng)面監(jiān)視處理系統(tǒng)會(huì)監(jiān)控跑道的預(yù)定義起飛區(qū)域，以確保其它航空器、車輛以及跟蹤目標(biāo)不在此區(qū)域內(nèi)。通常情況下，當(dāng)探測(cè)到兩個(gè)及以上的目標(biāo)位于已激活跑道的預(yù)定義起飛沖突告警區(qū)域內(nèi)時(shí)，且其中起飛航空器的速度大于預(yù)定義值（Stage 1/2 Speed Sel）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生起飛沖突一階段的告警，標(biāo)牌上方出現(xiàn)閃爍的琥珀色“ALERT”，告警會(huì)一直持續(xù)到其中某一個(gè)沖突目標(biāo)離開起飛區(qū)域，不再存在沖突為止。

當(dāng)然，如果有2架起飛的航航空器都處于起飛沖突告警區(qū)域內(nèi)，但是位置靠前的起飛航空器的速度大于某一預(yù)定義門限（Stage 1 Speed Limit），就不會(huì)產(chǎn)生此沖突告警。

還有一種情況：當(dāng)判斷兩架航班均處于起飛沖突告警區(qū)域內(nèi)，但是正在平行穿越同一跑道時(shí)，也不會(huì)產(chǎn)生一階段告警。

當(dāng)場(chǎng)面監(jiān)視處理系統(tǒng)檢測(cè)到起飛航空器DHL123沿著跑道加速，且速度大于預(yù)定義值（Stage 1/2 Speed Sel）時(shí)，系統(tǒng)開始探測(cè)位于該起飛航空器DHL123之前的起飛區(qū)域。RIMCAS會(huì)根據(jù)DHL123、BAW1234的當(dāng)前速度矢量，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻至兩者之間相距一定距離（CPA Limit）的時(shí)間差TCPA，直到TCPA小于TCPA Limit Stage 2時(shí)，產(chǎn)生起飛沖突的二階段告警，標(biāo)牌上方出現(xiàn)閃爍的紅色“ALERT”。然而，如果另一起飛航空器正在遠(yuǎn)離該航空器的方向移動(dòng)（即相反方向，計(jì)算的TCPA值為負(fù)值），則不進(jìn)行起飛告警區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的探測(cè)。

同降落沖突告警，如果是在低能見度情況下，則系統(tǒng)不再做上述的TCPA檢測(cè)，即在每一個(gè)管制席位界面上，在探測(cè)區(qū)域發(fā)現(xiàn)任何目標(biāo)，都會(huì)以二階段告警顏色為背景，并在標(biāo)牌顯示“ALERT”字樣。

2.3 合理設(shè)置告警參數(shù)的重要性

例如在實(shí)際運(yùn)行中，某地塔臺(tái)管制部門反映某跑道所有起飛航空器未與當(dāng)時(shí)該跑道上的一個(gè)不明一次信號(hào)產(chǎn)生起飛沖突告警，經(jīng)技術(shù)部門調(diào)查、分析發(fā)現(xiàn)：該不明一次信號(hào)與該跑道降落航班正常產(chǎn)生降落沖突告警，卻與起飛航班不能正常產(chǎn)生起飛沖突告警;通過(guò)這一現(xiàn)象立即將問(wèn)題關(guān)鍵點(diǎn)轉(zhuǎn)向到起飛沖突區(qū)域是如何設(shè)置的以及該區(qū)域是否實(shí)際生效方面。通過(guò)實(shí)際測(cè)試和分析，終于發(fā)現(xiàn)該問(wèn)題是由以下兩個(gè)告警參數(shù)設(shè)置問(wèn)題導(dǎo)致：

（1）起飛沖突告警區(qū)域的runway圖層名稱設(shè)置，該名稱與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的runway名稱定義不一致，導(dǎo)致該跑道起飛沖突告警區(qū)域?qū)嶋H并未生效;

（2）起飛跑道沖突告警的跑道運(yùn)行方向，當(dāng)前系統(tǒng)對(duì)該跑道起飛沖突告警區(qū)域方向take-off direction設(shè)為173度，即機(jī)場(chǎng)向南運(yùn)行時(shí)才會(huì)有起飛沖突告警，而當(dāng)天機(jī)場(chǎng)運(yùn)行模式為向北運(yùn)行，故該跑道起飛沖突告警區(qū)域未生效。

通過(guò)正確修改上述兩項(xiàng)告警參數(shù)設(shè)置后，成功解決了管制部門反映的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了該跑道雙向起飛沖突告警的功能。

3 ?結(jié)語(yǔ)

3.1 多監(jiān)視信號(hào)源融合處理

如果系統(tǒng)可以平滑的處理空中監(jiān)視信號(hào)與地面監(jiān)視信號(hào)在跑道入口處的信號(hào)銜接、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的信號(hào)連續(xù)性跟蹤、提高目標(biāo)位置信息的準(zhǔn)確性，就會(huì)更好地避免目標(biāo)信號(hào)丟失或者漂移產(chǎn)生的虛假告警，從而為管制部門提供更優(yōu)質(zhì)的地面監(jiān)視信號(hào)。因此，合理、優(yōu)質(zhì)的多監(jiān)視信號(hào)源融合算法是今后需要深入研究、實(shí)現(xiàn)的重要方向。

3.2 精確目標(biāo)定位

復(fù)雜地面運(yùn)行環(huán)境下精確的目標(biāo)定位也是目前場(chǎng)面監(jiān)視存在的一個(gè)難點(diǎn)之一，比如停止等待線、停機(jī)坪和廊橋等位置下多會(huì)受物理位置遮擋、反射和電磁環(huán)境干擾等環(huán)境因素影響，很難實(shí)現(xiàn)精確、穩(wěn)定的目標(biāo)定位，需要引入路由規(guī)劃、顯示及燈光引導(dǎo)等功能進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。

3.3 系統(tǒng)功能參數(shù)驗(yàn)證

場(chǎng)面監(jiān)視處理系統(tǒng)為塔臺(tái)及機(jī)場(chǎng)管制部門進(jìn)行地面運(yùn)行決策提供輔助性服務(wù)，其功能參數(shù)，尤其是跑道沖突、跑道侵入等告警參數(shù)設(shè)置的可靠性和安全性應(yīng)得到充分的測(cè)試、論證。如何驗(yàn)證符合我國(guó)機(jī)場(chǎng)跑滑結(jié)構(gòu)、機(jī)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境等的各項(xiàng)告警功能參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以確定其具有安全性，是今后場(chǎng)面監(jiān)視處理系統(tǒng)發(fā)展和研究工作中最急切需要解決的重要課題。

參考文獻(xiàn)

[1] 高級(jí)場(chǎng)面活動(dòng)引導(dǎo)和控制自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)要求 MH/T 4042-2014[Z].

[2] NOVA9000場(chǎng)面監(jiān)視處理系統(tǒng)系統(tǒng)技術(shù)手冊(cè)[Z].