LT31、FD12P能見度傳感器在民航空管系統中的應用

姜莉洋 江鵬飛

【摘 要】為保障飛行安全，提高航班準點率，空管系統設備保障單位必須向管制用戶實時提供各類氣象要素數據。其中能見度、跑道視程對于飛行安全十分重要，而L31和FD12P型能見度傳感器在民航領域的應用十分廣泛，它們通過各自不同的測算原理和計算方法對能見度進行測量，測量結果也存在一定差異。不同地域應根據其氣候環境特點及外界各類因素，選用最為合適的能見度傳感器測算相關氣象要素。本場由于同一地點同時安裝了LT31型和FD12P型能見度傳感器，就二者測算數值進行了比對分析，可互為主備更好的為飛行安全提供保障。

【關鍵詞】空管系統；大氣透射儀；前向散射儀；能見度；跑道視程

中圖分類號： R114 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）05-0070-002

0 引言

當今民航領域迅速發展，保障民航的安全運行是空管行業的使命。各種復雜天氣伴隨著航班量的日益增加，使得空管系統承擔著越來越大的壓力與責任，因而為管制用戶提供準確可靠的氣象要素就變得更加重要，能見度和跑道視程RVR作為核心的氣象要素，對保障航班的正常運行發揮著十分重要的作用。

1 能見度、跑道視程

能見度是指具有正常可視能力的人在當時的天氣條件下能夠看清目標輪廓的最大距離，而跑道視程RVR是指在當時的背景光亮度、跑道燈光級數的條件下，航空器上的飛行員在跑道中線能看到跑道面上的標志或跑道邊界燈或中線燈的距離。二者對于航空器來說，起飛和降落都有著不同的標準。

為保障航班正常，我們必須向管制用戶提供準確的信息，這就需要精確的氣象設備進行測量，當前空管系統測量能見度和跑道視程RVR主要使用大氣透射儀LT31和前向散射儀FS11（由于本場使用FD12P型號前向散射儀，下文針對FD12P型號進行分析）。兩者采用不同的測算原理和計算方法分別進行能見度和跑道視程RVR的測算。針對不同的天氣狀況，所測得的準確度有差異，因而通常根據各地的氣候環境及天氣特點選擇不同的測量設備，為管制用戶提供可靠的氣象要素。

2 大氣透射儀LT31

大氣透射儀LT31直接測量光發射機和光接收機之間的大氣透射率，產生一個平均消光系數，其中不僅包括光散射損失的光量，還包括光吸收損失的光量，從而測量天氣能見度值，因而大氣透射儀被認為是在中低能見度下最精確的能見度傳感器。

在大氣透射儀LT31接收機端安裝了背景光亮度儀LM21，通過其測算當時的背景光亮度值，再由管制用戶控制跑道燈光級數，從而自動氣象觀測系統AWOS軟件結合三要素的數值測算跑道視程RVR提供給相關用戶。同時，在大氣透射儀LT31發射機端安裝了PWD前向散射儀，利用PWD前向散射儀可以對大氣透射儀LT31 自動進行校準，對所有由于窗口污染和對準質量偏差所導致的中長期漂移效應進行補償。

在日常使用中，受到各種天氣影響，例如：沙塵、降雨、降雪、霧霾等，很容易對大氣透射儀發射和接收鏡面造成污染，但大氣透射儀LT31解決了這個問題。通過長而窄的風雨防護罩及強勁的吹風機和排風通道有效的減少了外界污染。同時，大氣透射儀LT31設有窗口污染測量模塊，可以測算當前的窗口污染程度并補償窗口污染值，不僅提高了精度，更節約了維護成本，在民航領域得到了廣泛應用。

3 前向散射儀FD12P

前向散射儀FD12P通過發射紅外光的脈沖，檢測空中粒子散射的光，測量接收脈沖的強度，通過近紅外LED測量污染和遮蔽物，并通過專門算法轉化為氣象光學能見度。相對于大氣透射儀LT31，前向散射儀FD12P更適合在天氣狀況良好的地域環境使用，在中低能見度的天氣狀況下，大氣透射儀LT31測算值更為準確。因為前向散射儀接收機透鏡將散射光收集到PIN-光二極管上，再將檢測到的光轉換為頻率發送到CPU計算，但卻無法測量環境中由于吸收損失的光量，故而影響了能見度測量的準確度。

由于各地氣候環境不同，在中低能見度條件下，光源在空氣中由于各種顆粒物吸收而損失的光量較多，因而隨著能見度的降低，前向散射儀FD12P測量誤差較大氣透射儀LT31也逐漸增加，但其架構較大氣透射儀LT31更為簡單，維護更為方便，同時價格更為優惠，在氣候環境良好、能見度長期穩定的地域，前向散射儀FD12P就更為適用。因而各地域應綜合考慮氣候環境及外界因素，選用最為合適的能見度傳感器。

前向散射儀FD12P也可選配各種配件，例如：降水傳感器、背景光亮度儀等。自動氣象觀測系統AWOS也可以通過前向散射儀FD12P測算的能見度值、背景光亮度值和管制用戶提供的跑道燈光級數值，測算跑道視程RVR。

那么，在同一地點安裝的大氣透射儀LT31和前向散射儀FD12P能否互為主備向相關用戶提供能見度等數值就值得深入探討。由于以上兩種能見度傳感器的測算原理、計算方法及適用環境有差異，導致同一時間同一地點二者所測算的能見度數值也出現差異，下面針對二者能見度測算數值進行了比對分析。

4 大氣透射儀LT31與前向散射儀FD12P數據比對分析

本場跑道同一地點同時安裝了大氣透射儀LT31和前向散射儀FD12P，當主用設備大氣透射儀LT31出現故障或例行停機維護時，維護人員及用戶單位都希望可以使用前向散射儀FD12P替代大氣透射儀LT31提供能見度、跑道視程RVR等數值，以保證氣象要素的不間斷提供，為航空飛行安全提供保障。

通過六個月的比對觀測，可分析兩種能見度傳感器在相同環境下二者測算數值的差異。由于大氣透射儀LT31測量上限為15km，前向散射儀FD12P測量上限為50km，且能見度在4km以上對航空飛行基本無影響，因而僅選取二者能見度均為4km以下的有效能見度數值作為采樣點進行分析。圖1為4km以下大氣透射儀LT31與前向散射儀FD12P能見度數值比對圖。圖中采樣點為2017年7月至12月大氣透射儀LT31與前向散射儀FD12P每15s分別輸出的能見度數值，通過篩選得到9521對有效數據。

根據圖1可以看出大氣透射儀LT31與前向散射儀FD12P所測算的能見度數值大部分基本吻合，但個別存在一定差異，能見度2km以上出現個別差值較大現象，最大的接近500m。由于能見度傳感器本身測量精度不同，并且兩套能見度傳感器之間物理安裝位置相隔10m，出現個別相差較大的現象，判斷可能由于地面小范圍揚沙或浮土引起，不具有代表性。觀察能見度在2km以上時，二者能見度差值基本保持在400m以內，滿足±20%的能見度精度要求；能見度在2km以下時，二者能見度差值基本保持在200m以內，滿足±10%的能見度精度要求。

由于管制用戶開關燈標準為2km，并且能見度越低要求的精度越高，因而進一步分析能見度2km以下大氣透射儀LT31與前向散射儀FD12P能見度數值差異，如圖2所示為2km以下二者的能見度數值比對圖，其中通過篩選得到1468對有效數據。

圖2中大氣透射儀LT31與前向散射儀FD12P能見度數值基本重合，能見度500m以上個別點差值接近200m，處于能見度精度±10%的偏差范圍之內。同時可從圖2中看出，前向散射儀FD12P測量的能見度數值普遍高于大氣透射儀LT31測量的能見度數值，這也印證了前向散射儀的測量原理。由于前向散射儀FD12P無法測量空中顆粒物對光的吸收而損失的光量，隨著能見度的降低，空中顆粒物增多，因吸收而損失的光量也增多，因而在中低能見度下，這種現象更顯而易見。同時也印證了“大氣透射儀是在中低能見度下最精確的能見度傳感器”的說法。

由于一類盲降運行標準為能見度800m，為了進一步確保兩種能見度傳感器替換的可靠性，僅針對800m以下大氣透射儀LT31與前向散射儀FD12P的能見度數值進行分析。如圖3所示為800m以下二者能見度數值比對圖，其中通過篩選得到100對有效數據。

圖3可見二者能見度數值在800m以下基本重合，偏差基本保持在±50m以內，滿足能見度500m以下測量精度偏差±50m內的要求。由于不同設備測量原理和測量精度不同，差異必然存在，而設備本身的測量精度也符合相關規范及要求，且兩種能見度傳感器測量偏差也滿足測量精度要求，因而可得出結論如下：

在往后日常維護工作中，當大氣透射儀LT31故障或例行停機維護時，自動氣象觀測系統AWOS可以暫時采用前向散射儀FD12P測量的能見度值進行計算分析并測算跑道視程RVR，將相關氣象要素數據提供給相關用戶，以保證能見度和跑道視程RVR數據不間斷提供，為航空飛行安全提供保障。

5 結語

民航業是國民經濟的重要基礎產業，為全面推進建設民航強國，保障各地區民航事業安全跨越式發展，民航空管系統發揮著十分重要的作用。作為空管系統氣象設備維護人員，必須牢記使命、不忘初心，時刻把保障飛行安全、維護設備正常運行放在第一位。能見度傳感器（大氣透射儀LT31、前向散射儀FD12P）作為重要氣象技術裝備發揮著重要的作用，它為相關用戶提供實時的能見度和跑道視程RVR等重要數據，一旦數據無法正常提供，將對飛行安全產生巨大影響。維護人員不僅需要在日常工作中采用正確的手段維護設備，密切監視設備運行情況，更要在設備發生故障時正確應急處置，將風險降至最低，采用一切可利用的有效備用數據及手段，向相關用戶及時且有效的提供相關氣象要素數據，為航空飛行安全提供保障。