復雜氣象條件下機場管制模擬訓練計劃設計

李立群 魏爽 劉文芝 王茜

1.引言

空中交通管制員的常規(guī)培養(yǎng)方式都為先進行基礎知識教學，然后進行模擬機訓練，通過模擬機訓練，學員可以學習管制技能，心理素質會得到鍛煉，可以更加深刻地理解管制員應當具備的職業(yè)素養(yǎng)，在未來的工作中能夠快速適應工作節(jié)奏。

機場管制模擬訓練過程分四個階段進行。首先要對陸空通話技能進行訓練;第二是對基本的管制程序進行訓練;第三，是對管制間隔和管制調配技能進行訓練;第四是對復雜氣象情況下機場管制進行模訓練。在第四階段的訓練中，學員可以學習到航空器在復雜氣象條件下的處置方法，為實際工作打下堅實的基礎。本課題的研究內容就是針對第四階段的訓練內容，對在復雜氣象條件下機場管制模擬訓練計劃進行了設計，從而能夠提高管制人員的特情處置能力。

在空中交通管制過程中，不可避免的會遇到復雜的天氣狀況，為了能夠使飛機在這樣的條件下安全運行，管制員要及時地發(fā)出正確的指揮指令。所以管制員需要十分了解飛機的情況，獲取當天的天氣實況，熟悉和掌握機型特點、所在航線的氣象情況、地形等因素，要正確地發(fā)出協助航空器進行返航、繞飛、備降等特情處置指令。

機場管制模擬訓練首先要對練習目標進行分析，例如包頭機場出現的雷雨天氣，所以訓練目標可以確定為訓練管制員在雷雨條件下對航空器的調配能力，提高管制員應對大流量的管制技能。對設計方法進行構思時，需要先根據航班規(guī)模和練習時長要求，生成無間隔沖突的飛行計劃，設計飛行沖突，測算各個沖突的發(fā)生時間，即航空器出現的時間如何安排，才能使一些沖突發(fā)生。通過調整航空器的出現時間，使模擬訓練出現目標沖突。在此基礎上，對運行環(huán)境設置，包括基礎數據設置、機型的設置、計劃航路的設置、推出開車程序、氣象數據。計劃航路的設計應根據訓練目標和構思從飛行計劃庫中調取相應的計劃，然后再調整航空器出現的時間、位置、高度、氣象條件等，形成練習初稿。練習初稿完成后，可采用模擬運行法，在模擬機上反復運行，不斷調整相關參數，形成沖突，從而訓練管制員的沖突解脫能力。

2.模擬訓練計劃沖突產生與分析

“沖突”在航空領域上是指“飛行沖突”，避免“飛行沖突”是空中交通管制工作的主要內容。“飛行沖突”是指飛機在運行過程中，與其他飛機或者物體之間是否存在碰撞的可能性，當飛機與飛機之間、飛機與其它物體之間的距離小于規(guī)定的間隔標準就有可能發(fā)生“碰撞”。一旦飛機發(fā)生碰撞必然會致使事故的發(fā)生，飛行沖突的發(fā)生是在飛機碰撞之前，屬于事故征候。也就是說，當飛機之間或者飛機與其他物體之間的間隔距離小于民航局規(guī)定的“安全間隔”時，即認為存在安全隱患。飛行間隔是為了防止航空器發(fā)生碰撞、提高空域利用率和工作效率而設定的。飛行間隔包括垂直間隔和水平間隔。水平間隔分為縱向間隔和橫向間隔。當飛機在塔臺管制區(qū)飛行時，縱向間隔不得小于500米，側向間隔不得小于200米，垂直間隔不得小于50米。當飛機在進近管制區(qū)內飛行時，縱向間隔不得小于2千米，側向間隔不得小于1千米，垂直間隔不得小于100米。飛機在區(qū)域管制內飛行時，縱向間隔不得小于3千米;側向間隔不得小于3千米;當高度在6600米以上時垂直間隔不得小于200米;當高度在6000米以下時垂直間隔不得小于100米。航空器在工作過程中小于飛行間隔距離則會產生“飛行沖突”。

進行模擬訓練需要有基本的數據支持，比如空域數據（航路點、航路、扇區(qū)等）、機場數據（跑道、停機位、塔臺等）、訓練數據（飛行計劃、車輛計劃、訓練環(huán)境數據等）。故根據訓練目的，需要利用ATCSIM空中交通管理系統(tǒng)建立由空域數據、機場數據、訓練數據組成的訓練模型。本研究使用的包頭機場為模型，空域數據錄入了包頭機場終端區(qū)的真實空域數據，包括航路點、航線和扇區(qū)等，形成了基本的模擬空域環(huán)境。在模擬空域環(huán)境中設置基礎數據，包括機型數據、航空公司數據、計劃航路數據、氣象數據等，最后形成了基本的模擬運行環(huán)境。通過模擬實踐此次計劃沖突點主要集中在飛越航空器與離港航空器。飛越航班與離場航班間有相互穿越沖突。根據進近管制規(guī)則，尾流間隔不得少于3分鐘，當兩航班距離不滿足尾流間隔標準時，針對飛越航班與離港航班的沖突類型，可以推遲離港航班起飛時間，或者調整飛越航班高度。

2.1低空風切變條件下機場管制模擬訓練計劃沖突的產生與分析

風切變是指風的速度突然在某一方向發(fā)生劇烈的改變，所以這種情況極易導致航空器事故，特別是低空風切變。近年來，世界范圍內發(fā)生了多起因為低空風切變導致的起降階段的不安全事故。由于風切變現象具有時間短、尺度小、強度大的特點，所以探測難、預報難、管制處置難、機長操縱難。因此，目前應對風切變的最好的辦法就是避開。為了使學員提高特情處置能力，在基本飛行訓練計劃的基礎上在機場跑道上空建立低空風切變模型，設置跑道上的風向為44°左右，為側風切變。風速達到11m/s，為了模擬訓練需要，風切變持續(xù)時間為40分鐘。

因為地面風切變的產生，離港航班推遲起飛，進港航班需要進行復飛。復飛后會產生MSAW告警和STCA短期沖突。告警后，管制員主要從垂直和水平兩個方面對航空器進行調配。垂直方向的調配原則是：先看兩飛機的垂直間隔距離數，估計飛機的垂直速度，從而觀察垂直高度變化與實際高度差的關系，并制定出兩航空器的高度調配的方案。盡量讓航空器保持較大的水平間隔完成穿越高度，可讓航空器駕駛員加快垂直速度盡快完成穿越。

2.2強降水條件下機場管制模擬訓練計劃沖突的產生與分析

航空器在強降水條件下會受到一些影響：第一，航空器在強降水條件下力學結構會被改變，可能導致航空器失速，產生危險;第二，在強降水條件下，機場跑道因水的影響導致摩擦系數降低，航空器剎車效應會變差，此時航空器起飛或者著陸所需的滑跑距離會增加，可能造成危險;第三，強降雨條件下能見度下降，容易造成機組看不清楚跑道及地標燈等指示標志;第四，在強降水下著陸，容易造成機長目測過高，進而導致航空器在高度偏低的情況下，機長卻認為航空器處于正常高度，因此可能造成航空器提前接地。

為了使學員提高特情處置能力，在基礎飛行訓練計劃中建立強降雨模型：設置強降雨持續(xù)時間35分鐘，第15分鐘和25分鐘時，降雨等級最高。

由于機場處于強降水條件下會對進港航班影響較大，管制員應提前告知機長天氣狀況不宜進近著陸。在研究模擬計劃中前35分鐘進港的航空器全部禁止進港，進港航空器飛往備降機場備降或者推遲進近，而離港航空器在降雨等級低的時候可以起飛。本當航空器在進近管制區(qū)內飛行時，縱向間隔不得小于2千米，側向間隔不得小于1千米，垂直間隔不得小于100米。管制員應提前預判，對航空器進行調配。

3.復雜氣象條件下機場管制處置方法

復雜的氣象條件是指風切變、低能見度、顛簸、雷雨等影響飛行安全的惡劣天氣。航空器從起飛到巡航再到著陸，每一個階段都會受到氣象變化的影響，對于航空器來說，受影響的天氣主要分為可見天氣氣象，例如：大雨、大雪、雷暴，和不可見天氣現象，例如：空中積冰、顛簸、低空風切變等。當發(fā)生雨、霧、沙塵暴、低云等氣象情況，縮短航空器駕駛員的視線距離會被縮短，影響飛行安全。當遇到復雜的天氣狀況時，空中交通管制人員應及時將氣象信息告知管轄的飛機，提供無復雜氣象條件的空域、機場等信息，協助航空器進行繞飛、復飛、備降或者返航。

因此當發(fā)生風切變時，管制員應該及時通知會受到影響的航空器，并積極協助其避開風切變，協調其他航空器避讓復飛的航空器。當機場處于強降水條件下時，進港航班將受較大影響，所以前35分鐘進港的航班無法進港，管制員應該協助其前往備降機場或返航，提供必要的情報，調配好其它航空器避免產生危險，而離港航空器可以安排其在降雨等級低的時候起飛。

4總結

本文利用管制模擬系統(tǒng)，以包頭機場為原型設計了機場管制模擬練習設計方法。主要工作有：進行機場建模，其中空域環(huán)境設置為包頭機場的物理環(huán)境，然后對機型、計劃航路、推出開車程序、氣象數據等進行設置;構思設計路線，確定練習目標，根據練習目標在模擬系統(tǒng)上設計出不同的練習初稿;在模擬系統(tǒng)進行模擬運行，調整相關參數，形成不同的沖突點，設計完成模擬訓練計劃;編制特殊條件下模擬訓練計劃指導手冊和制定特殊條件下模擬訓練計劃評分標準。通過本次設計管制學員可以有針對性的對特殊條件下的機場管制進行訓練，可以有效提高管制學員的特情處置能力，訓練指導手冊可以使管制學員更好的完成練習，基于沖突的評分標準可以使管制學員更直觀地了解自己的管制水平，改善了實踐教學質量。

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通訊作者：王茜

基金項目：內蒙古工業(yè)大學“校級優(yōu)秀教學團隊”建設項目。