空中管制中心擴展塔臺內話系統研究

潘健

摘 要：空中交通管制塔臺內話系統在飛機上占有重要的地位，它主要是培訓塔臺的管制人員，以及評估現有機場的容量等問題。它和航管雷達的模擬機、程序管制模擬機組合在一起成了新一代的模擬器產品。無論是軍用還是民用，它都能提供安全、全面、高效的服務。它主要采用了原語設計的計算內核，再配上對象建模技術和核心的圖形驅動技術，對于國外同類產品的標準而言，其有過之無不及。

關鍵詞：空中管制；擴展塔臺；內話系統研究

引言

歐美等發達國家在上世界七十年代就已經開始研發這種系統了，到八十年代時開始大量應用到航管專業人員的培訓上。塔臺模擬機系統采用包括虛擬現實技術在內的多項先進的技術，是運用于人員訓練的有效設備，透過計算機逼真的再現了塔臺管制員的工作環境。它最大的優點就在于模擬實驗的真實感強烈并且還不會發生意外，能鍛煉實驗人員的快速反應能力。

1 空中管制擴展塔臺內化系統的設計原則

設計的關鍵點在于把握好系統設計瞄準的高度和出發點，具體的設計原則如下：

（1）高起點：要看清楚科學技術的發展趨勢，要和外國保持同步，不能被落下，更不能總是仿制外國產品。外國的科技也總是在發展的，所以在設計時起點一定要高，這樣才能避免我國的產品剛生產就沒趕上潮流，要讓產品到最后的實際應用和推廣階段也不會被潮流剩下。

（2）采用“貨架產品”的設計模式。采購國內外先進的軟硬件設備，然后依靠這些先進的設備擁有自己獨立版權的軟件系統[1]。采用這種模式，不僅是發展趨勢的必然要求，還能保證產品質量、縮短產品生產周期、節省生產成本等。

（3）要采用標準和具體情況相結合的辦法，將生產產品的具體情況和國際上規定的標準相結合，還有我國具體的國情等。

（4）可擴展性。塔臺內話系統能有多種不同的配置，擁有較好的擴展性。

2 具體的系統組成和工作流程

內話系統是由一系列的軟件和硬件組成的。這種組合方法能讓系統更加的模塊化，這樣一來可以匹配更多的配置系統。“席位”或者“子系統”是組成模擬器的最基礎的部件，這些都是進行空管訓練最基本的，不同的部件都有不同的功能，它們靠太局域網來互相連接，組成一個統一的系統。

其中數據庫系統是讓機器實現離線運行的系統，能夠放置到一個獨立的計算機上。模擬通訊的子系統是單獨聯系通話的系統。同步數字系統和通訊子系統靠RS232系統聯合在一塊，并對其進行實時控制，完成圖像和聲音的同步傳輸。

（1）實時網絡服務器是整個運行系統的核心。在訓練的不同過程中，它都發揮著不同的作用，以便提供當前具體情況的信息，同時也接收著模擬器傳來的其他指令，以便完成運動狀態的計算。

（2）透過實時視景生成器能夠及時繪制塔臺外看到的三維景象，觀看到的景象由實時網絡服務器對其進行計算。

（3）管制員席位向學院顯示各種狀態信息，比如飛行計劃和氣象信息等信息，這些同樣是由實時網絡服務器進行提供。不僅如此，它還能提供其他部件的服務，比如燈的開關，和引導系統。

（4）模擬機長席位。模擬幾張通過鍵盤向管制人員輸入相應的命令，模擬塔臺環境中的物體就能隨著命令而運動。控制命令會將其所有運動數據傳輸到網絡服務器，服務器會根據這個數據計算出目標的實時狀態，比如速度、高度、方向以及目標的性能情況等，再將這些數據發往各個席位，提供實時信息。

（5）數據庫提供。具體提供包括氣象模型、三維視景模型、機場有關數據、管制空域情況等在內的管制命令，并且為塔臺的管理提供所需的各種數據。

（6）模擬通訊系統。主要是為模擬塔臺內話系統中的機長和管理人員提供無線電通訊。

（7）數字同步記錄系統。在實施網絡服務器的控制下，塔臺內話系統再利用這種系統在傳輸過程中的圖像和聲音，并且可以根據需要來重復的播放。

（8）環繞立體聲系統。這種系統可以真實再現飛機在起飛、降落、滑行等運動狀態下產生的環境音。

3 具體系統工程

將所有數據讀取到位，并且安排好席位之后開始訓練。受訓人員可以直觀的從三維視景器中觀看到飛機的運動情況，以及實時顯示飛機的運動狀態等信息[2]。通訊模擬器通過系統向機長發出命令，機長將命令輸入系統，繼而控制機器。管理教練甚至可以自己設置一些環境問題，比如風速、風向等；也能設置一些機器故障來提高訓練質量。

4 系統在運行中存在的一些問題

4.1 實施面對對象建模技術

因為塔臺模擬機在現實中的系統復雜性比較高，并且有很大的動態性和不確定性等特點，所以向來都被系統設計和開發者認為是軟件工程中的一大難題。而一般的面向對象的設計也無法搭配在這種系統中。后來一位國際軟件工程專家提出了一種可視化的語言方法，大幅度的提高了開發系統的質量和效率等棘手問題，并且還針對性的實現了對語言的支持，成功的應用在系統中。

4.2 采用原話實現計算內核

雖然塔臺管制只分為地面管制和空中管理兩大部分，但在管制的過程中需要的命令會多達一百多種，并且隨著各國的使用和本身技術的進步，這個數字還會進一步擴大。在以往相關系統的生產銷售過程中，就曾經為這種問題花費了大量的人力和物力，嚴重影響系統的維護和推廣。而在現在的模擬器中，可以將周圍各種復雜運動的情況分解成原語，最后以原語編程的形式呈現，這樣既能滿足人們的要求，還保證了設計的版塊不會受到損壞。

4.3 高端通用圖形工作站和自研圖形核心軟件相結合

要硬件的質量有保證，就得使用高端的圖形工作站。它比專用圖形的產生器有更高的性價比，并且在圖形工作站的軟件設計上和OpenGL[3]相結合，以此來保證系統效率和未來的可移植性。它并沒有采用非常貴的視景驅動軟件包，所以成本有所降低，并且很容易掌握相關的核心技術。

5 結束語

目前我國已經成功研發，并且使用了這種先進的設備，民航和中南空管局等多個部門先后在模擬機上培訓了幾百名塔臺專業人員。塔臺的單、雙跑道的運行方式，以及過大的起飛或落地動作，在運行時間和地面的管制方面都進行了全面的訓練，均取得了令人滿意的效果。

現在由于技術的發展，塔臺模擬機又新推出了DRS系列的產品、DPS系列的程序模擬機等先進的系統，這些又組成了新一代的空中交通模擬訓練的先進產品，保證了空中交通管制人員的安全，又提高了訓練的效率，更新了塔臺所有相關的培訓設備。除此之外，這種先進的技術還能評估現有的機場容量和流量，并且為進行新機場的建設提供模擬和評估，一舉多得。

參考文獻

[1]楊超宇.北京區域管制中心FREQUENTIS內話系統BCB有線接口擴容項目研究[J].硅谷，2014（1）：146-147.

[2]奇科，彬彬.來一次祖赫式的另類飛行[J].今日民航，2010（10）：38-45.

[3]王菲.沈陽區域管制中心投資決策研究[D].大連理工大學，2011.