基于TOMS和場面燈光控制的防止離港航空器侵入跑道功能的開發

文/廖惠婷

1 引言

防跑道侵入是全球民航都高度重視的一項安全工作，其中國際民航組織ICAO對跑道侵入的定義：跑道侵入是指機場發生的任何航空器、車輛或者人員錯誤的出現或存在制定用戶航空器著陸和起飛的地面保護區的情況。

隨著航班量的日益增多、多跑道投入運行、不停航施工任務繁重，跑道侵入風險有增無減。國際民航歷史上傷亡人數最多的西班牙“特內里費空難”，就是一起典型的跑道侵入。而國內近6年來發生的11起跑道侵入事件看，系統防控能力還比較薄弱，特別是2014年“8.26事件”和2016年“10.11事件”，嚴重威脅飛行安全，同時給空管系統安全工作造成了嚴重不利影響。為深入貫徹習近平總書記“堅持民航安全底線”和“安全隱患零容忍”的重要指示精神，落實馮正霖局長以“眼睛里容不得沙子”的態度排查和治理安全隱患的要求，民航中南空管局深入研究預防跑道侵入新技術的應用，通過管制需求與科學技術的有機結合提升安全管理水平。

本文闡述的功能是在中南空管局自主研發的塔臺運行管理系統（簡稱：TOMS）基礎上，結合機場場面燈光控制，實現防止離港航空器侵入跑道功能的開發與應用。從新技術運行特點出發，防范人為因素導致跑道侵入事件的發生，全面做好跑道安全工作。

2 功能設計與開發

2.1 塔臺運行管理系統和停止排燈概念

塔臺運行管理系統以電子進程單為基礎，集成及融合了塔臺現場多種管制運行數據源，通過集成化、規范化、智能化手段，為塔臺管制提供一個安全、高效、智能的管制運行支撐平臺。塔臺運行管理系統在中南各地空管塔臺安裝運行以來，提高了塔臺管制的運行效率，最大限度地減少了塔臺管制員人為原因導致的“錯、忘、漏”情況發生。

圖1：數據交互圖

停止排燈是防止飛機或車輛在沒有得到管制許可情況下侵入跑道的有效手段，該設備已在世界范圍諸多機場得到廣泛使用，成為國際民航組織要求締約國機場在低能見度條件運行時應安裝的防止跑道侵入設備。停止排燈亮起，標志車輛與飛機禁止通行；停止排燈熄滅，表示允許通行。停止排燈與滑行道中線燈相聯，當停止排燈熄滅，中線燈亮起，反之亦然。國際民航組織ICAO在對飛行員建議措施、駕駛艙最佳措施、空中交通管制最佳措施給出了如何有效停止排燈的建議，其中，強調“禁止指揮航空器或車輛穿越亮著的紅色停止排燈進入或穿越跑道”。因此，在提升跑道侵入告警能力方面，停止排燈的應用為管制員、飛行員、車輛駕駛員提供了直接的安全警示。本文將詳細闡述基于TOMS系統自動控制場面停止排燈的功能開發與設計。

2.2 功能技術難點

主要設計難點有以下三個方面：

（1）塔臺運行管理系統屬于空管設備，而停止排燈大多數情況屬于機場設備，目前國內尚缺乏兩者之間聯動的相關技術規范。需對停止排燈控制技術的深入研究，結合防止跑道侵入安全規則，攻克塔臺運行管理系統與機場燈光綜合監控系統實時控制與交互難點。

（2）空管系統對網絡安全要求十分嚴格，與外部系統對接需要充分考慮安全策略問題。因此必須支持數據保密性、安全性，只提供與燈光控制及狀態獲取等相關狀態的交互，并確保數據一致性，建立記錄監控機制，滿足故障排查要求。

（3）在保證管制正常指揮的前提下，實現自動控制停止排燈功能。從空管角度考慮，不能因為加入停止排燈控制功能改變管制原有指令發布流程。因此必須與管制需求緊密結合，采取最優方案將管制需求與技術完美融合。

2.3 功能設計原則

為降低跑道運行安全風險，同時減輕管制員工作負荷，實現了基于TOMS系統和機場助航燈光系統之間燈光狀態信息交互及控制的功能，該功能綜合考慮地空飛行態勢及管制安全業務邏輯，并通過一系列技術手段在滿足空管系統網絡安全策略的條件下，確保系統間數據一致性。實現以下幾點目標：

（1）實現塔臺運行管理系統系統控制停止排燈功能。

（2）實現系統輔助管制員進行安全決策。

（3）建立飛行員與管制員安全共同情景意識。

（4）達到預防航空器侵入跑道的事件發生。

2.4 功能實現

2.4.1 數據交互

如圖1所示，塔臺運行管理系統與鄭州新鄭國際機場助航燈光監控系統的交互基于TCP/IP通信協議，其中TOMS系統作為客戶端，新鄭機場助航燈光監控系統作為服務端，通過WCF服務接口進行通信。

通信內容包含了三類主要XML報文：心跳報文、請求報文、控制報文。

（1）心跳報文，每秒都在打開的TCP通道下傳輸，確保對端服務器處于工作狀態。

（2）請求報文，客戶端向服務端發送燈光狀態請求，確保系統間狀態數據一致性。

（3）控制報文，客戶端將控制報文發送至助航燈光系統服務端實現停止排燈控制功能。

TOMS主用服務器中的接口程序實現同時與助航燈光監控系統主備服務器保持連接，從空管網絡安全要求出發，確保客戶端與服務端連接不中斷，保證數據交互順暢、穩定、可靠。

2.4.2 TOMS系統自動控制停止排燈功能

管制員使用TOMS系統對離港航班發布進入跑道（LIN）狀態指令后，系統根據該航班的滑行路線：E,D1，分析出即將經過的跑道入口D1，并將對應D1道口的停止排燈關閉控制信息通過接口實時發送到機場燈光綜合監控系統中。如圖2所示。

圖2：TOMS系統塔臺席位跑道區域圖

圖3：TOMS系統塔臺席位跑道區域圖

機場燈光綜合監控系統接收到TOMS發送的控制信號后，實現關閉機場場面D1道口停止排燈。后續，TOMS及時獲取停止排燈熄滅狀態并反饋到界面。如圖3所示。

3 功能應用效果

3.1 系統輔助管制員進行安全決策

基于TOMS系統基礎上，通過對跟蹤航空器動態，結合電子進程單狀態，以預先設置好的管制指令業務邏輯為判斷條件，結合跑道停止排燈自動控制功能，達到預防航空器侵入跑道的效果。解決了機場燈光綜合監控系統不具備管制安全業務控制邏輯問題，以及空管塔臺需要安排專門人員負責停止排燈的關閉問題，為減輕管制員工作負擔，降低安全風險。

3.2 建立飛行員與管制員共同情景意識

通過停止排燈燈光信息的交換和共享，產生“紅燈停，滅燈行”的公共認知。管制員通過操作TOMS系統自動控制對應道口停止排燈關閉，飛行員收到管制語音指令及燈光關閉的指引駕駛航空器進入跑道。當航空器通過跑道入口后，停止排燈自動亮起，TOMS獲取燈光狀態并反饋到系統界面，提示管制員可進行后續指揮。建立了管制員、飛行員共同通情景意識，最大程度地滿足安全運行需求。

3.3 預防航空器侵入跑道事件發生

3.3.1 預防飛行員誤聽管制指令導致的航空器侵入跑道的事件發生

當管制員發布跑道外等待指令，若飛行員誤聽成進入跑道時，由于管制員并還沒有在TOMS操作進入跑道狀態指令，因此停止排燈不會被關閉，飛行員受到紅燈警示，不得進入跑道。有效預防了飛行員誤聽管制指令的情況發生。

3.3.2 預防管制員誤發指令導致的航空器侵入跑道的事件發生

當管制員要在TOMS系統中發布進入跑道指令時，系統會根據綜合雷達航跡，判斷進近短五邊范圍內是否有即將進港的航班，若有，則系統會將對應跑道鎖定，提示管制員不能在系統中發布進入跑道的指令。因此，如果管制員口頭誤發指令，但由于系統禁止發布進入跑道指令操作，所以停止排燈不會被關閉，飛行員受到亮燈的禁示，在跑道外等待并與管制員再次確認指令。有效預防管制員誤發指令導致的跑道侵入事件發生。

3.3.3 預防低能見度情況下航空器侵入跑道的事件發生

隨著鄭州新鄭國際機場即將實施標準Ⅱ類盲降進近及低能見度起飛運行程序，當遇到能見度低的天氣情況，將開啟停止排燈控制，通過停止排燈控制，燈光對飛行員起到警示作用，同時減輕管制員繁忙工作狀態下的工作負擔。

4 結語

基于TOMS系統與場面燈光控制的防止航空器侵入跑道的功能，針對塔臺管制的特殊性，如航空器狀態變化多，跑道運行風險高等特點，具有很強的防止跑道侵入的應用效果。本文設計的功能模塊已經于2018年9月在河南空管分局正式啟用，保證了Ⅱ低能見度起飛運行的順利推進，為后續推廣應用積累了寶貴的經驗。

如果有可能，從安全的角度考慮，可逐步實現TOMS系統與具備條件的地區機場的所有跑道入口及穿越道口處的停止排燈進行對接，并實現常態化運行。通過這項技術應用，預防各類跑道侵入事件的發生，提高管制安全運行水平。