高級場面活動引導與控制系統（A-SMGCS）地圖繪制及模擬測試平臺搭建的研究與實現

陳 煒

（民航云南空管分局，昆明　650000）

1　引言

高級場面活動引導與控制系統（A-SMGCS）引接了兩部場面監視雷達信號，并集成了終端區二次雷達、飛行計劃動態數據，為管制員提供提供直觀的場面運行態勢，并提供多種類型的告警功能，為管制員及時、正確掌握場面交通情況提供自動化手段。隨著航班量的增長，某某機場進行了西區機坪擴建，A-SMGCS系統也需要進行相應的數據配置。由于該系統為荷蘭HITT公司生產，廠家提出了較高的配置修改費用，為節省資金并提高隊伍技術能力，技術人員自行研究實施機坪擴建地圖繪制工作，并針對模擬測試平臺缺失給運行維護帶來的不便進行研究，利用VMware軟件搭建虛擬化系統測試平臺。此次系統配置主要的工作集中在地圖文件的修改與繪制。系統的地圖不僅能提供機場場面固定目標的顯示，還是視頻信號處理、航跡相關處理以及系統告警的計算依據。系統地圖主要分為場面地圖（Airport Maps）、視頻處理地圖（SMR Maps）以及技術地圖（Technical Maps）。其中，場面地圖用于機坪區靜態建筑物與跑道設施的顯示；視頻地圖用于對監視區域內所有目標的視頻信號處理，顯示探測所有目標的點跡以及移動目標的航跡；而技術地圖實現了對不同區域、不同類型目標的航跡處理以及對跑道、滑行道上目標的監視和告警功能。

2　地圖坐標轉換

新增地圖與場監系統地圖在不同的坐標系統下，為了保證繪制的機坪與原地圖匹配的精確度，應當以場監地圖的坐標為準，需要對機場提供的參考數據進行坐標轉換。坐標變換過程分為兩個步驟。首先需要對該地圖的坐標原點進行平移，以便使其與某某場面監視系統的坐標原點一致。坐標原點在X軸方向上平移的量記為dx，Y軸方向上平移的量記為dy。第二步是需要對該地圖進行旋轉，以便使其正北方向與昆明場面監視系統的正北方向重合。本文將X地圖旋轉的角度記為θ。

2.1　地圖中心點平移

某某場面監視系統坐標系的坐標原點選取的東跑道中心點，通過對比觀察機場提供的東跑道中心點的坐標，可以看出在X方向上移動了6000米，在Y方向上移動5000米，即dx=6000，dy=5000。根據坐標平移公式，本文通過如下的方法對所需坐標點進行變換，從而達到移動坐標原點的目的。其中X、Y為原圖中的坐標點，X’、Y’為變換后的坐標點。

在CAD軟件中，使用UCS命令完成坐標變換。此時，地圖坐標原點已經與場面監視系統中的坐標原點一致了。

2.2　旋轉地圖

為使機場CAD地圖的方向與場面監視系統的地圖方向一致，必須對機場CAD地圖進行旋轉。但在進行旋轉之前必須首先確定旋轉的角度。由于場面監視系統地圖中心點為東跑道中心點。因此，我們可以推出，地圖坐標原點必然在東跑道中心線上。從而可以進一步得出結論，只要取得東跑道中心線上任意一點的坐標（X，Y），便可以通過公式：得到地圖旋轉的角度θ。

3　地圖的繪制

3.1　場面地圖的繪制

場面地圖是用來顯示機場場面的建筑物布局、跑道以及橋位分布等情況的一組圖層。場面地圖文件通常保存在各席位的/hittsys/tradisdata/maps目錄中，用戶可以通過編輯工具對這些地圖進行本地編輯。用戶在Traffic Display中右擊打開edit maps選項，可以打開地圖編輯工具，它提供了點、線、路徑、多邊形等基本圖形的編輯。場面地圖主要涉及OUTER CONTURE（外部輪廓）、ISLANDS（環島、草坪區）、BUILDINGS（建筑物）、STANDS（機位）等地圖。

3.2　視頻處理地圖的繪制

視頻處理地圖為RDP、CTP模塊處理雷達視頻信號，生成目標點跡、系統航跡提供依據，繪制時可用mapedit編輯器。視頻地圖主要有GRASS、MASK、TRACK、MOSAIC、TARGHITT COVERAGE，包含在地圖模塊的SMR MAPS中，可以在TRADIS進行編輯。

GRASS地圖表示Movement area（移動區域），在這塊區域中，視頻及航跡信號都存在，如跑道和滑行道。RDP對這個區域內的點跡進行處理。GRASS地圖由RDP從文件maskdata/vpgrass01.cgm進行加載。

MASK地圖表示Non-Movement area（靜止區域），在這塊區域中，只有視頻信號。系統不會對這個區域的點跡做處理。MASK地圖由RDP從文件maskdata/vpmask01.cgm進行加載。

TRACK地圖表示跟蹤區域。跟蹤區域是雷達覆蓋區域的一部分，區域中有航跡生成。TRACK地圖存儲在RDP的文件maskdata/vptrack01.cgm。

MOSAIC地圖用來規范每個雷達的覆蓋范圍，系統會對覆蓋范圍外的雷達點跡進行屏蔽，MOSAIC地圖從RDP的mosdata/use/mos01.cgm文件加載。

TARGHITT COVERAGE地圖為每個場監雷達劃分了一個實際的覆蓋區域，如果一個范圍屬于多個雷達的覆蓋區域，CTP的TargHITT模塊會對原始航跡進行航跡融合，輸出較為精確的系統航跡。對于具有多個雷達的系統來說，需要對TargHitt模塊的多張地圖進行綜合布局，既能全面覆蓋機場場面區域，又能保證各個區域的航跡精確穩定。

3.3　技術地圖的繪制

高級場面活動引導與控制系統提供了對場面目標的引導以及沖突告警的功能，這些功能主要通過CTP服務器的TFP模塊實現，系統設置了技術地圖和參數來進行告警計算。主要的技術地圖有：

IDT（Identification）地圖指定了一個區域，CTP的TFP模塊會對該區域內的目標航跡進行飛行計劃自動相關，生成包含飛行計劃信息的飛機航跡。

RIM（Runway Incursion Monitoring）即跑道侵入監視，這個功能是分析場面運行狀況并監視是否發生跑道侵入的告警，可以監視并警示出很多狀態下的潛在沖突，存儲在CTP的mapdata/rimareas.cgm文件。

TCM（Taxiway Collision Monitoring）即滑行道沖突監視，是一種告警功能，主要用來監視滑行道上兩個目標之間沖突的狀況。它將滑行道劃分成一段段直線，用這些直線參與沖突的計算。TCM地圖從CTP的Mapdata/tcmtopology.cgm讀取，當其修改并發布后，會自動生成TCM GEN地圖，該地圖根據滑行道的寬度，把滑行道分成一系列可以重疊的矩形塊。

TRAMON（Traffic Monitor）地圖將跑道和滑行道劃分成小段進行管理，對每個分段的上的目標進行監視以及引導。TRAMON地圖存放在airprtdata/airporttopology.cgm文件，用戶可以根據滑行道中心線進行分段繪制。

4　圖層發布對應的服務器

地圖制作完成后需要將數據發布到對應的服務器及席位，并生效。

5　場監系統測試平臺的搭建方案

為了在不影響系統正常運行的情況下對繪制的地圖進行檢測，本文研究了利用VMware軟件搭建虛擬化場面監視系統測試平臺的方法來進行測試。將場面監視系統雷達頭采集到的視頻信號引入到虛擬系統中，以便通過視頻信號的壓線情況檢查繪制的地圖。

場面監視雷達頭輸出的視頻信號通過場監系統RDPS處理后轉換為以太網組播包提供給系統中其他的工作站及服務器使用。利用以太網組播的特性將組播包轉發給虛擬DP工作站使用。分別利用VMware軟件建立兩臺虛擬工作站，其中一臺主要組播包的轉發，稱為“虛擬轉發工作站”，另一臺用于安裝虛擬DP工作站，設置了兩塊虛擬網卡，一塊用于實體工作站的虛擬網卡相連，另一塊用于同虛擬DP工作站的A網相連。通過虛擬轉發工作站，在進行同IP網段隔離的同時，完成組播包的轉發。

在實體工作站上，利用VMware軟件虛擬一塊虛擬網卡同虛擬轉發工作站的一塊網卡相連，兩塊網卡配置為同一網段，組成一個簡單的轉發虛擬網絡?！稗D發程序1”將采集到的組播包轉換為普通UDP數據包，利用該虛擬轉發網絡轉發給虛擬轉發工作站。運行在虛擬轉發工作站上的“轉發程序2”將接收到的UDP數據包轉換為組播數據包，并轉發給虛擬DP工作站，讓其認為接收到了來自于實體RDPS服務器的組播數據包，從而達到“欺騙”虛擬DP工作站的目的。

在上述網絡方案中，“轉發程序1”和“轉發程序2”均為某一種單一組播數據包的單向傳輸，從而有效避免了“虛擬DP工作站”的網絡數據擴散在用系統的網絡中，保證了在用系統的安全。在實際的測試中，我們只采集了組播地址為“239.109.0.2”，端口為“51002”的數據包，根據荷蘭HITT公司提供的技術手冊，該組播數據為RDPS處理后的點跡信號。利用上述方法，在虛擬的DP工作站上成功顯示了來自RDPS的點跡信息，從而驗證了該方法的有效性。

[1]MAINTENANCE MANUAL for A-SMGCSPUDONG.

[2]tab_3_02 Sys Trn-A3000 System Functionality.

[3]tab_5 Operating Platform and Application Environment.