淺談集成塔臺自動化系統在首都機場的應用前景

（中國民用航空華北地區空中交通管理局，北京 100621）

0.引言

首都機場位于北京市東北郊，距市中心25km。是中國三大門戶復合樞紐，環渤海地區的核心機場。具有帶動京津冀地區經濟協同發展的重要作用。首都機場作為國際4F級機場，日均起降航班近2000架次，年旅客吞吐量達1億人次，雄踞亞洲第一、世界第二。機場始建于1958年，分別在1980年、1999年和2008年進行了3次集中擴建。由于機場投產時間早，部分設計理念已無法滿足現有生產需求。首都機場面臨飛行區工作繁重，機場交通管制任務艱巨的問題。急需引入新技術提升首都機場飛行安全和運行效率。在歐美地區，機場交通管制水平一直走在世界前列，機場管制運行普遍實現數字化，集成化。塔臺管制員使用的設備安全有效。將來按照數字化、集成化的原則探討首都機場未來發展是有益于機場運行的。

集成塔臺自動化系統是塔臺管制員管理機場交通的先進的計算機系統。集成了國內外許多先進技術。是塔臺管制自動化、一體化、集成式的工作平臺，實現信息集成、功能集成，解決以往塔臺空間有限，信息分散，使用不便等問題，有效提高管制員工作效率，有助于塔臺提供更加安全、高效的空中交通服務。系統具有監視數據處理功能、危險告警功能、場面路由規劃與燈光引導功能、數字放行和綜合信息顯示等多項先進技術。中國民用航空局空中交通管理局2020年下發的《民航空管集成塔臺自動化系統配置規范及技術要求》（征求意見稿），首創性的提出了系統呈現高度集成化的特點，集成塔臺自動化系統將為首都機場運行帶來質的改變。在過去，首都機場塔臺運行使用A-SMGCS系統（高級場面活動引導與控制系統）、電子進程單系統、數字放行與進離場通播系統和空管自動化系統等種類繁多的計算機系統。系統間具有巨大差異。還存在兼容性差，數據交互困難、維護復雜等缺點。集成塔臺自動化系統可有效改善這些問題，博采眾長地吸取各系統的優點，將系統的有效性和可靠性提升到最大。系統的優點主要以下幾點：

1.提高首都機場安全飛行保障水平

系統具有強大的安全保障能力。其對監視數據的處理功能，可供塔臺管制員對機場場面與近地空域無死角全域監控，每秒刷新至少1000個航跡目標，并保持對目標不間斷跟蹤與監視。系統可處理航管雷達、場監雷達，多點相關監視系統和ADS-B等多種監視源。并可處理ASTERIX格式和中國民航MH/T-4008格式監視信息以及SMR數字視頻數據，監視數據接口呈現多樣性，支持網絡、同步串口、異步串口等多種接口格式。系統可使用冗余監視源，對目標進行計算，綜合取其平均值，確認目標位置、高度、速度等運行信息，計算出綜合航跡顯示在屏幕終端上，使塔臺管制員時刻掌握場面態勢。系統在WGS-84坐標系下使用系統航跡計算告警，計算時間快，告警響應時間不超過0.5s，使得管制員對跑道侵入等嚴重威脅飛行安全的行為進行有效管控。

機場管制范圍內，民航客機遭遇最嚴重飛行事故就是跑道侵入造成的，跑道侵入事故會造成事故雙方高速相撞并解體。跑道侵入事故往往造成上百人傷亡和嚴重的經濟損失。若使用集成塔臺自動化系統，塔臺管制員可根據系統顯示的跑道態勢和提示的告警信息，及時指示航班停止起飛或復飛，解除相撞可能。系統還可計算落地飛機的下降率，為管制員提供“飛機低于下滑道”告警，防止飛機撞地。此外系統可處理特殊二次代碼信息，使塔臺管制員及時處理地空通信失效，劫機和其他緊急事件。系統設計符合民航行業對航空器機場運行階段的技防要求，極大地提升了首都機場飛行安全水平。

系統設計先進。將主要功能模塊分置在不同計算機節點上。并保證每個主要模塊雙機冗余運行。當主機故障時，系統能在沒有人員干預的情況下自動切換到備機上運行。在設計時，系統在為處理節點分配軟件模塊以及通訊技術方面提供了足夠的靈活性，降低了增加處理節點對系統局域網負荷的影響。網絡架構可采取三網架構。有對等的雙業務網和維護網，三網均通過核心交換機與各節點連接，均衡網絡負載，峰值負載不超過40%，平均負載不超過30%。對外接口全部使用防火墻進行隔離，保證信息安全。系統配置兩個動態數據庫，保持系統全局數據一致性，且數據庫異常不會導致丟失數據，系統設計時，其支持的數據速率以及容量亦可超過要求的標準。系統設置兩種工作模式，既可以接收外部飛行計劃數據進行聯動工作，也可自行計算飛行計劃數據。例如：系統未收到自動化FDR信息，系統可根據飛行電報建立FDR實施系統內流轉。系統的安全性極高。

2.提升首都機場運行效率

機場運行除了飛行安全外，最受關注的就是運行效率了。飛機發動機在地面階段保持開車運行。類似我們家用汽車的發動機怠速。但飛機發動機耗油量大，航空煤油價格昂貴，長時間等待必然會造成經濟效益降低、旅客等待時間長體驗差等問題。如何減少飛機在地面階段的滑行等待時間是集成塔臺系統著重考慮的問題。以離港航班為例，飛行從停機位推出前會申請放行許可，此時發動機未開車。集成塔臺系統會根據民航流量系統建議的CTOT（計算起飛時間）進行排序放行，若此時存在航路受限、某一管制空域流量大或目的機場運行標準下降導致流控，系統會調整受影響航班的放行時間，使其在停機位中暫停放行，待流量合適后放行，大幅降低了飛機推出開車后的地面等待時間。將高峰流量消化在放行階段，而不是滑行階段。

系統還集成了A-SMGCS系統的重要功能：路由規劃和燈光引導。此功能可實現在機場復雜環境下，為每一個地面目標指派路由路線。實現飛機滑行，車輛作業的智能自動路由，避開擁堵點，避免航空器及車輛運行沖突，改善服務質量。管制員還可隨時干預路由路線。路由路線結果將以機場地面燈光的形式展現給飛行員。此后滑行操作將變得極為簡單，飛行員不需要記憶冗長的語音指令，只需要跟隨燈光的引導滑行，還可避免發生誤滑。使得首都機場將從甚高頻通信的滑行方式改為以地面燈光引導為主的滑行方式，此舉可極大降低語音負荷，優化民航無線電頻率資源。減少地面滑行時間，提高滑行效率，同時節省了飛機滑行階段的燃料消耗。既經濟也減少了碳排放。根據中國民用航空局下發的《運輸機場儀表著陸系統（ILS）低能見度運行管理規定》，首都機場也應當配置燈光引導功能，在低能見度下，通過燈光引導方便飛行員找到正確的滑行路線。提升首都機場在低能見度下的運行效率。

集成塔臺自動化系統還具有管理進場/離場通播的功能。管制員可編輯其進場/離場通播信息，將機場運行信息（如：跑道狀態，修正海平面氣壓，起飛初始高度層等）轉為語音，通過甚高頻發射機在固定波段向落地/起飛飛機進行自動廣播，降低管制員工作量。系統的交互能力與信息綜合顯示功能也十分強大。可與機場、空管、氣象、空軍等眾多單位聯動。共享飛行信息，如航路擁擠度、流控信息、航行通告、航空云圖和空軍活動等多類信息。使塔臺管制員“不出門便知天下事”，提早采取利于首都機場運行的措施。

3.未來發展前景優越

未來科技日新月異，新一代技術層出不窮，民航計算機系統設計建設時都應當考慮適應未來新技術。集成塔臺自動化系統的未來發展前景優越。由于前期引入了ADS-B監視源，使用GPS定位航空器。若中國民航未來推行北斗定位，系統可直接使用北斗數據，實現GPS到北斗的無縫切換，具有很強的適應能力。此外，系統計算的路由規劃結果不僅可用機場燈光系統引導。未來AEROMACS技術成熟后，可以直接將路由結果上載至機載顯示屏，飛行員又多了一種輔助滑行手段。針對綜合信息顯示，系統引入空軍信息方便軍民航情報共享。在國內推行軍民航管制“天合地分”的大背景下相較現有系統更具優勢，方便軍民航溝通協調。方便日后拓展功能，與空軍單位進行更深層次交流，提升北京地區空域利用率。系統具備良好的擴展性和互用性：系統采取模塊化設計，將來根據生產需求，可以方便地調整系統功能模塊，方便新技術在系統運用。滿足功能模塊擴容和技術升級的需要。

4.結語

集成塔臺自動化系統在首都機場大有用武之地。系統的應用將為首都機場飛行安全保障水平和運行效率帶來顯著提升，是新一代的民航計算機系統。同時為下一代新技術，新需求提供了足夠的拓展空間。