空管自動化系統嵌套CA告警區繪制的幾何規律淺析

鄭康曉

（中國民用航空珠海進近管制中心技術保障部，廣東珠海，519015）

1 CA告警區繪制類型

當前國內主流空管自動化系統多種多樣，如aerotrac自動化系統、歐洲貓自動化系統、ATC3000自動化系統、萊斯自動化系統等，但告警區的繪制都大同小異，整體分為矩形和多邊形兩種繪制類型。兩種繪制類型不可混雜，即矩形告警區中無法包含多邊形方法繪制的告警區，反之亦然。CA告警區繪制時均為平面圖，告警區的高度范圍在參數中設置。

矩形告警區的繪制，需要技術人員給出左上角和右下角兩個頂點經緯度，或者給出北緯、南緯、東經、西經四個參數。如圖1所示。

圖1 矩形告警區繪制

多邊形告警區的繪制，需要技術人員按順序給出邊界頂點，按照順序連接頂點，形成閉合的告警區。圖2給出了多邊形告警區的繪制圖示。

2 嵌套CA告警區的計算規則

CA告警的主要告警參數有最小接近距離和最小高度差。當航空器同時滿足水平距離小于最小接近距離，以及高度差小于最小高度差這兩個條件時產生CA告警。如圖3所示，假如矩形告警區B嵌套在矩形告警區A中，且二者的最小接近距離和最小高度差設置均不相同。那么B告警區的CA告警計算遵循下列規則：

圖2 多邊形告警區繪制

（1）A區告警參數大于B區告警參數時，按照A區告警參數計算B區告警。

（2）A區告警參數小于B區告警參數時，按照B區告警參數計算B區告警。

（3）A區告警參數部分大于B區告警參數時，按照較大的參數計算B區告警。

總而言之，當CA告警區存在重疊區域時，重疊區域中的CA告警總是按照較為嚴格的參數標準來計算。由此可見，在第一種和第三種情況時，圖3這樣的告警區繪制方式無法達到原本的告警區劃分效果。本文接下來將分別就矩形CA告警區和多邊形CA告警區討論這兩種情況下的繪制方案。

3 矩形CA告警區的嵌套

3.1 單個獨立告警區嵌套

如圖3所示，A和B告警區邊界和邊界延長線均沒有重合，我們稱之為獨立告警區嵌套。這種情況下，我們要達到無論何種情況，A區和B區都分別采用各自告警參數計算的目的，圖4給出了一種解決方案的兩種繪制方法：將原告警區A劃分為A1、A2、A3、A4四個與原A區參數一樣的告警區，B區依舊保留，這樣一共5個告警區，不存在重疊區域。這種方案雖然不是唯一，但卻是告警區數目最少的一種繪制方案。

圖3 矩形告警區嵌套

3.2 多個獨立告警區嵌套

上述情況是一個獨立告警區的嵌套，接下來討論嵌套多個獨立告警區的情況。圖5給出了兩個獨立告警區B和C嵌套在A告警區中的繪制方案，我們可以理解為在圖4（左）的基礎上，將告警區C嵌套在圖4（左）的A3區中，即將原本的A3區劃分為A3、A5、A6、A7和C5個告警區，一共9個告警區。按照這個規律，我們可以推算出，如果有N個獨立矩形告警區嵌套在一個矩形告警區內部，那么該告警區最少需要劃分為4N+1個矩形告警區，才能實現劃分目的。

圖4 單個獨立矩形告警區嵌套的繪制方案

3.3 非獨立告警區嵌套

當告警區有邊界或邊界延長線重合時,我們稱之為非獨立告警區。非獨立告警區嵌套的情況比較復雜，圖6給出了常見各種情況下的繪制方案，6-a是嵌套告警區B和原告警區A邊界重合的情況，6-b是兩個嵌套告警區B和C邊界延長線重合的情況，6-c是嵌套告警區B和C公用頂點的情況，6-d是嵌套告警區B和C邊界重合的情況，等等諸如此類，不勝枚舉。那么是否沒有規律呢？答案是否定的，接下來筆者將逐步分析其中的規律。

圖5 兩個獨立矩形告警區嵌套的繪制方案

圖6 非獨立告警區嵌套的各種情況

我們從告警區劃分方案的生成來考慮,圖7-a是最基本的單告警區嵌套。我們可以看到，告警區B四條邊的延長線，即兩橫兩豎四條線將告警區劃分為9個區域。而每個頂點處的四個區域，可以將其中兩個相鄰區域合并，從而壓縮一個區域。因此，我們大膽假設：如果嵌套告警區有M條橫線，N條豎線，D個頂點，那么最少需要劃分的區域個數為（M+1）×(N+1)-D.單個矩形的情況下，M=N=2，D=4,計算結果為5個，符合實際情況。圖7-b的情況下，M=1，N=2，D=2，計算結果為4個，同6-a相符合。

圖7 矩形告警區嵌套規律分析

但是,在圖5的情況下,M=4,N=4,D=8,公式計算結果為25-8=17,與實際的9個告警區數目不吻合。因此我們需要修正公式。圖7-c展示了圖5告警區的生成，圖中虛線的交叉點我們稱之為虛點，虛點和四條虛線圍成的矩形數據比例為1：1，而虛線圍成的矩形實際上都是可以與其他矩形合并的。所以每一個虛點的存在，同樣會減少一個矩形告警區。虛點和告警區的頂點總數，就是橫線和豎線的交叉點數目，一共M×N個。修正后的公式為（M+1）×（N+1）-M×N，簡單的運算后，即 M+N+1。

圖5的情況下，M=N=4，計算結果為9，與實際相符。考慮到圖7-d的情況，告警區B和告警區C之間，有一個特殊的公共頂點。這個公共頂點處的四個區域無法被合并，因此如果類似圖中這樣的公共頂點數目為G，最少需要劃分的告警區數量為：M+N+G+1。

表1 矩形CA告警區嵌套最小劃分數量公式驗證結果

下面我們對這個公式進行進一步的驗證，從表1可以看出，這個公式符合所有矩形告警區的嵌套結果，包括獨立、非獨立、單個以及多個的情況。最后我們得出結論：矩形CA告警區的嵌套，嵌套告警區邊界延長線中，橫線數目為M，豎線數目為N，且嵌套告警區之間，不在公共邊上的公共頂點數目為G，那么最少需要劃分的矩形告警區數量n的計算公式如：n=M+N+G+1。

4 多邊形CA告警區的嵌套

從第一部分的介紹我們知道，多邊形告警區的繪制是按順序連接頂點成為一個封閉的多邊形。圖7左圖是最簡單的一種嵌套，獨立告警區B嵌套在告警區A當中。那么我們的繪制方案如圖7右圖：將告警區A劃分為A1和A2兩個參數相同的告警區。A1的頂點繪制順序為1,4,3,8,7,5；A2的頂點繪制順序為1,2,3,8,6,5.一共繪制三個告警區即可。

多個獨立告警區的繪制方法與之相同，如圖8所示，將每一個多邊形的兩個頂點分別與其它多邊形相連，原告警區A始終只需要被拆分為兩個告警區，如果嵌套的獨立告警區數目為N，那么最終劃分的告警區數目恒定為2+N。

圖8 單個獨立多邊形告警區嵌套

圖9 多個獨立多邊形告警區嵌套

圖10 非獨立多邊形告警區嵌套

最后考慮非獨立多邊形告警區嵌套的情況。從圖9可看出，在這種繪制方式下，無論告警區之間是否存在公共邊、公共頂點，都不會影響最終劃分的告警區數目，依然恒定為2+N個，其中N為嵌套告警區的數量。

5 結束語

CA告警區作為空管自動化系統的重要參數，其劃分和配置方法是維護人員必須掌握的基礎技術。本文介紹了筆者在繪制CA告警區過程中總結出的一些幾何規律，從中可以看出，矩形告警區形狀規則，但如果存在嵌套時需要劃分的告警區數量繁多，工作量大。而多邊形告警區在存在嵌套時劃分方法簡單，工作量小。因此在配置CA告警時需要結合實際情況，選擇適合的告警區繪制方法。筆者經驗所限，難免有疏漏之處，歡迎廣大同行批評指正。

[1]謝華.空管自動化系統的一個故障案例分析[J].電腦知識與技術：學術交流.2014(30)：7177-7179.

[2]周輝.空管自動化系統大面積DUPE告警故障分析[J].數字通信世界.2017(10).