應用發展中的中國空管自動化技術

叢 野

中國民航中南地區空中交通管理局海南分局，海南 海口 570216

1 概述

AIR TRAFFIC CONTROL，即空中交通管制，簡稱空管。在空中交通管理中空域被定義為“地球表面以上可供航空器飛行的一定范圍的空氣空間”。空域作為一種“天然的資源”和陸地資源、海洋資源以及其他空間資源共同構成一國所擁有的資源總量，是國家資源的重要組成部分。一個國家的空域是固定的，所以能否快速有效的將現有的自然資源轉變為能創造市場價值的資源，充分滿足航空運輸業的發展成為當下急待解決的問題之一。

在學術界和各國政府部門均非常重視對國家空域資源利用及其管理的研究。例如，在充分認識空域資源的稀缺性方面，美國政府早在20世紀50年代就提出民航要最大限度地利用國家天然的空域資源，為國民經濟服務，限制軍方使用，規定其固定使用的空域只能占全國空域的7%，提出空域資源歸國家所有的政策主張，認為實行“空域管制一體化”，有助于公民享有平等使用權，從“空盡其用”中獲取最大效用。目前，我國空域資源利用率每年都保持令人可喜的增長水平，民用運輸業的大力發展，低空的開放等都切實有效的利用了我國的空域資源，但由于體制的原因，我國空域資源的利用仍存在著一定不足。近十幾年來，我國空中交通運輸事業飛速發展，每年航班架次增長率都在15%以上，民航運輸機隊每年增加飛機150架以上。目前，我國民用運輸機場達到190個左右。到2020年，國內的運輸機場數量預計會達到250個左右，運輸飛機總數將會達到近2600架，航班起降總量將會達到近1000萬架次。在我國少數機場和航路上，空中交通擁擠現象較為嚴重，特別是北京地區、京廣航路等。隨著空軍建設在國防安全中地位的提升，空軍飛行訓練任務的增加，加上我國軍民航機場分布極不合理，有的機場為軍民航合用機場，導致軍民航空域相互重疊，空域資源更加緊張，常常造成飛機不必要的空中盤旋等待、地面延誤。這不僅造成運營成本的大幅度增加，同時也加重了空中交通管制人員和飛行人員的額外負擔。于是空中交通管制水平對于保障飛行安全，加速飛行流量，提高空域利用率，促進航空運輸業持續協調發展起著至關重要的作用。但是要保障空中交通管制工作的順利進行必須倚賴可靠高效的空中交通管制系統才能完成。

空管系統是由一個復雜的分布式系統，通過局域網將各個設備和席位連接起來，為空中交通管制提供服務的系統。一般空中交通管制系統的主要作用是管理多架飛機起降和航行，以保障飛行秩序和安全，防止飛機在空中相撞，防止飛機在跑道滑行時與障礙物或其他行駛中的飛機、車輛相撞，保證飛機按計劃有秩序地飛行，提高飛行空間的利用率，并在惡劣天氣條件下指揮、引導航空器避開危險區，確保空中交通安全暢。同時，針對這些情況，制定出一系列規則，即確定出若干空中航路，使飛機按一定順序從各自機場起飛，進入航路并保持飛機間的一定距離間隔，在到達終點前脫離航路并按一定順序降落。

第一代空中交通管制系統是在第二次世界大戰以前形成的，主要由沿航路布置的一些低頻導航站組成。飛行員通過導航掌握航向，靠保持沿航路飛行的時間或飛越固定點的時間間隔來避免相撞。這種系統是人工的，地面無法監視空中飛行。第二代空中交通管制系統是在第二次世界大戰期間及以后，隨著儀表著陸系統的出現而發展起來的，它采用對飛機詢問識別的二次監視雷達，因而能有效地監視飛行，使管制作用大為提高。第三代空中交通管制系統出現于60年代，是一種雷達、通信和計算機相結合的半自動系統。現代空管系統主要包括航管雷達系統、空管自動化系統、內話以及甚高頻通信傳輸系統等，其中空管自動化系統是空管系統的心臟，它的主要功能是對多雷達信號進行融合處理，并將雷達信號與飛行計劃動態相關聯，空中交通管制員面對雷達顯示器就可以了解空中交通的實時動態，所管制航空器的具體方位、高度和預計飛行方向等。隨著空中流量的不斷上升，空中交通管制員的任務越來越重，他們對空管自動化系統的依賴也越來越大。為了適應空中交通流量的持續增長，保障飛行安全，這些年來空管自動化系統為了滿足工作的需求，也在不斷的更新換代中。

2 空管自動化系統主要功能及應用

目前，我們所使用的自動化系統主要是由多雷達處理器（RDP）、顯示處理終端（DP）、飛行計劃處理器（FDP）、飛行計劃顯示終端（FDT）、網絡記錄儀（LAN/VOICE RECODER）、控制和監控系統（CMS）等組成。RDP主要功能是：雷達數據處理 （多雷達融合航跡處理、單雷達航跡）、飛行計劃相關處理、C模式高度校驗（根據當地的修正海平壓（QNH）、低于或等于轉換高度）、航跡安全（沖突告警（CA）、低高度告警（MSAW）、限制區告警（RAIW）、縮小垂直間隔（RVSM））。DP的主要功能：是航跡數據處理、航跡或點跡顯示（包括主 窗口和插入窗口）、產生符號和數據塊顯示、本地航跡顯示過濾功能（二次代碼過濾（SSR LTER）、高度過濾（HEIGHT FILTER ）、標牌過濾（CALLSIGN FILTER ）、地理過濾（GEOGRAPHIC FILTER）、背景地圖顯示、MINI-飛行計劃列表、用戶功能界面、航跡安全告警顯示（沖突告警（CA）、低高度告警（MSAW）、限制區告警（RAIW）、縮小垂直間隔（RVSM））。飛行計劃處理器（FDP）主要功能是：AFTN的數據通信和管理、飛行計劃的數據庫的儲存、飛行航路分析、航跡與飛行計劃的相關、適配數據的管理、飛行計劃的順應監視、航跡數據的更新、AIDC的數據處理、SSR代碼管理、進程單的分配與打印、發送RDP的簡短飛行計劃等。FDT主要功能是：飛行計劃數據處理、用戶功能控制界面、輔助安全告警。網絡記錄儀（LAN/VOICE RECODER）的主要功能是：記錄RDP、DP的網絡信號，并且具有多路席位音頻。錄音，錄像的回放功能，回放可以在任一個DP/TP上實現，還可以完成回放任一個DP上的包含管制員操作的完全真實的圖像。為了能真實有效再顯當時情況語音回放與圖像回放同步。控制和監控系統（CMS）是：基于簡單網絡協議（SNMP）的一個管理軟件，通過管理軟件的圖形界面來監控系統的網絡組件的狀態，提供告警和記錄信息，顯示所有配置組件的顯示圖，用戶可以通過了解整個網絡的資源狀況從而監視整個網絡性能和過載等。

3 空管自動化系統的現狀和發展

目前，空管自動化系統已經被廣泛應用于空管各個部門，現在運行的空管自動化系統主要還是基于對多雷達信號處理和融合并同時處理民航固定電信網電報信息與多雷達信號進行自動相關。因此，可以說雷達信號和航空電報信息是空管自動化系統的主要信息來源。基于這種技術的空管自動化系統極大的提高了空管的能力和效率，但是隨著民航飛行量的進一步發展，民航信息技術的不斷進步，新一代的航空通信、導航、監視技術的成熟和應用，新一代的空管自動化系統也要應運而生，根據新航行系統中的新一代航空通信、導航、監視技術的特點，新的空管自動化系統具有多信息源、多邊交互能力、智能協助等特點。多信息源指的是信息來源不止雷達和電報，還包括ADS自動相關監視、多點定位監視、VHF/雷達地空數據鏈、PBN導航、ATN/AMHS等等。多邊交互能力是指通過空管自動化系統可以實現管制員與飛行員、管制員與管制員甚至飛行員與飛行員間的實時而友好的交互，以最大限度地減少語音通話的使用。智能協助是指系統可以為管制員和飛行員提供智能而準確的操作指引以減少人為的錯誤指揮。

4 結論

我國不僅擁有960萬km2的陸地面積，還管轄著1080多萬km2空域，空中交通管制工作承擔著指揮飛行、開發空域等重大職責。其中安全可靠的空管自動化系統是保障航空運輸安全和正常飛行的重要基礎，是有效提高管制員工作效率，減少事故差錯的關鍵，在未來的航空事業發展中扮演著越來越重要的角色。