一款基于運輸機場飛行訓練保障系統的分析與研究

曹懷春 傅 強 干瑞杰

(中國民用航空飛行學院 四川 廣漢 618307)

0 引 言

民航飛行訓練是培養飛行員的重要環節，涉及飛行、機務、管制和后勤保障等多個工作崗位。隨著民航的發展，航班量增加，伴隨空域資源緊張，飛行訓練情況日趨復雜，塔臺管制指揮工作越來越繁重，風險逐步增大。目前傳統的飛行訓練保障模式是各部門通過人工操作方式傳遞信息進行管理，其存在許多不足：信息主要靠對講機、電話和手機傳遞,未集成；飛行訓練和航班動態等信息主要通過電報網絡傳遞，傳遞形式單一；訓練相關信息不能及時共享，需要通過電話多次通報，工作效率低；使用人工記錄的方式對飛行訓練數據進行記錄和統計，容易出錯；缺少專門的應急救援管理系統，不利于應急保障的科學管理。

1 研究現狀

國外機場在20世紀90年代開始關注系統集成，并通過系統集成改變其傳統的運營和管理模式，隨著科技的發展，國內主要大型運輸機場都已經實施了系統集成方案，為機場的高效安全運作提供了強有力的技術保障[1]。集成系統確保了各子系統之間的有效整合與互動，進一步促進了各部門的高效協作，提高了機場的綜合響應機制效率。國內中小型機場由于資金的問題和機場自身的特點不能使用大型樞紐機場的模式。傳統的信息系統已經不能滿足機場綜合管理的需要，同時信息化建設成為中小機場的難題[2]。目前國內對通用航空保障信息系統研究得很少，針對運輸和通航合用機場運行保障信息系統研究得更少。

2 研究目的

飛行訓練保障系統研究目的是實現航班和飛行訓練信息現代化，充分利用先進的信息技術構建機場的綜合信息集成平臺，將分散的氣象信息、機場及周邊空域飛行活動信息、航班動態信息、飛行訓練、空管、機務和后勤保障信息資源進行整合，達到資源共享和聯合控制的目的[3]。飛行訓練保障系統有助于減少飛行指揮員和管制員工作負荷，保障航班和訓練安全，增加航班保障和飛行訓練工作的整體運行效率，提高飛行訓練質量。

洛陽北郊機場是河南省空中的交通樞紐之一，是集民航旅客運輸和通用航空飛行訓練為一體的運輸機場，年旅客吞吐量超過100萬人次，年飛行訓練量6萬小時左右，飛機起降架次排名為全國第15位[4]。洛陽機場屬于中國民用航空飛行學院管理，飛行學院一共有5個分院，保障模式大體相同，研發飛行訓練保障系統可以根據航班保障和通航飛行訓練的特點，在保障航班運輸安全和效率同時，提高飛行訓練質量，也可以為研究通航保障系統提供一些借鑒。

3 現有飛行訓練保障模式

為了充分利用空域資源，飛行學院在優先保障航班運輸任務的前提下開展飛行訓練任務。飛行大隊根據飛行任務計劃將所需的訓練飛機機型和數量通過電話或者通信軟件提交給機務中心，機務中心根據飛機維護情況分配飛機反饋給飛行大隊。飛行指揮員和管制員根據管制室、預報室和情報室提供的空域使用和限制情況、航班信息、天氣實況、氣象資料和飛行情報等信息指揮飛行(目前管制員、飛行指揮員和飛行教員獲取這些信息都需要提前通過電話或者直接到相關單位進行飛行前準備)。放行的飛機要爭取在航班進離港的間隙開展訓練任務。管制員和飛行指揮員會隨時根據區調批復、管制室提供的航班進離崗信息和預報室提供的天氣預報，調配訓練飛機在空域中活動，避讓航班。地面服務人員也會根據站調通過對講機提供的航班進離崗時刻開展航班保障任務。

4 基于運輸機場的飛行訓練保障模式

基于運輸機場的飛行訓練保障模式：把實時采集的航班信息數據、實時氣象數據、氣象預報數據、周邊空域使用數據、航行情報限制數據、訓練飛機信息數據、航班停靠機位數據、訓練飛機停放機庫數據、機場燈光等全部存放到數據庫，在內部網絡數據平臺上實現數據交互共享。各個業務單位根據自己的工作流程和平臺數據要求申請和發布相關信息，實現數據存儲、管理、統計和分析。系統具備航班和訓練時刻信息、跑道燈光等級、機庫飛機數量等重要信息提醒功能，用戶也可以根據自己需求在平臺上查看和搜索信息，實現業務的相對獨立且彼此關聯。基于運輸機場的飛行訓練保障流程如圖1所示。

圖1 基于運輸機場的飛行訓練保障流程

5 飛行訓練保障系統功能

基于運輸機場的飛行訓練保障系統根據運輸機場和通航訓練特點，建立一個由飛行、空管、機務、航站和普通客戶組成的信息集成、管理、共享平臺[5]。每個客戶端下面有不同的用戶根據工作要求可以錄入數據，對相關的數據庫進行維護。普通客戶端只有查看、搜索航班相關信息的權限，不能對數據進行修改。飛行訓練保障系統自動從空管數據庫、AFTN電報網、中央氣象雷達網讀取相關數據，在系統中實現共享。飛行訓練保障系統功能如圖2所示。

圖2 系統功能

5.1 實時顯示航班、訓練飛行動態和第二日航班、訓練計劃功能

飛行訓練保障系統軟件從AFTN電報系統數據庫實時讀取電報數據：把進港和離港航班分不同頁面顯示，航班的不同狀態用不同顏色代表，以提示管制員和飛行指揮員有哪些航班要到港，是否已經起飛或者落地。當目的地是洛陽機場的航班，從始發站起飛時軟件系統具有聲音提醒功能，管制員可以一目了然地查詢到航班預計到港時間，以及航班進港和離港的方向，便于提前對終端區內的航班、訓練飛機進行調配和避讓，留出足夠的時間和空間，保障飛行安全。當新增臨時計劃時，電報系統沒有數據，可以人工手動添加，同時可以刪除航班動態和修改航班狀態功能,標注航班延誤原因功能。該系統功能目的是為各保障單位提供飛行動態、飛行計劃查詢功能。系統數據庫表的字段定義說明如表1所示。

表1 數據庫表的字段定義說明

5.2 氣象預報功能

系統顯示機場及周邊機場氣象數據：能見度(VIS)、云量(CLOUD)、修正海壓(QNH)、0度等溫線、不同高度層的風向風速(WIND)，供飛行教員和學員查詢，氣象數據如表2所示。該氣象數據由機場預報室提供和更新，同時添加預報員對機場氣象數據分析后得出的本場及周邊區域天氣變化預測，提醒管制員和飛行指揮員注意機場及周邊的天氣實況和未來天氣的變化趨勢，方便做出指揮決斷。其他機場和氣象數據可以根據飛行員的需求通過系統進行添加、修改。

表2 氣象數據表

系統接入中央氣象臺網站，取得機場及周邊機場的單站雷達數據，可以實時顯示本地區天氣變化趨勢，便于管制員和飛行指揮員查詢天氣實況，如圖3所示。

圖3 雷達氣象示意圖

5.3 提示當日機場空域使用和限制情況、機場周邊空域其他單位飛行活動情況功能

為了便于航班和飛行訓練指揮工作，同時防止錯、漏、忘的情況發生，飛行服務報告室負責收集第二日空域使用批復和限制情況，對于長期的批復限制用戶直接從數據庫中調取。值班管制員根據新增飛行活動情況可以編輯數據庫表的相關字段信息，如表3所示，然后在系統中顯示，提供給飛行指揮員。系統數據庫還保存了機場周邊單位的相關協議，便于隨時調取查詢。

表3 空域活動數據庫表的部分可編輯字段

5.4 通航訓練飛機管理功能

飛行大隊和飛行服務報告室通過系統按計劃向機務中心申請出場飛機。機務中心根據飛機所做工作的情況，把可以使用的飛機機號從數據庫表中調出，通過系統告知申請單位，并告知相關飛機使用的限制方式和限制時間。飛行大隊根據飛機具體情況安排本場訓練和轉場，飛行服務報告室根據從機務中心收到的機號上報飛行計劃給區調。

5.5 航班停機位自動分配顯示功能和訓練飛機存放機庫安排及顯示功能

目前中小機場傳統的機位安排方式是人工分配，對講機和電話通知飛機停靠機位，當過站航班較多時，有的單位會反復確認飛機停靠位置。基于航班的飛行訓練保障系統根據航班時刻表安排分配航班機位并顯示，同時根據航班到場時刻優先預留國際航班機位。訓練飛行結束后，塔臺可以系統查詢訓練多個機庫剩余機位容量，安排飛機滑入相關機庫，避免了多次打電話詢問機務工作人員訓練飛機停放機庫位置。

5.6 航班數據和飛行訓練數據輸入統計功能

傳統的統計方法是：當日航班和飛行訓練結束后，管制員需查詢紙質動態表后統計航班起降架次和延誤情況；飛行計時員通過電話告知飛行訓練相關機型起降架次、空域活動情況和轉場架次，再由管制員進行錄入。為了減輕管制員工作負擔，基于航班的飛行訓練保障系統可以自動讀取并統計當日航班架次、延誤架次和飛行訓練相關數據提供給管制員。

5.7 民航應急處置功能

基于運輸機場的飛行訓練保障系統設置專門的數據庫，錄入民航局應急救援相關法規、應急預案、應急救援演練方案。同時對防相撞預案、歷史突發事件、關聯部門及聯系方式等進行管理。當出現緊急情況時，任何單位都可以輸入查詢對應的處理方法和程序，進行應急決策，及時通告相關部門[6]。系統建立歷史突發事件數據庫可以幫助相關人員了解和學習突發事件發生時處置的程序和方法。

5.8 跑道燈光管理功能

系統設置了燈光等級管理功能，管制員班組換班以后，能夠提醒管制員當前跑道燈光等級級數；當能見度發生變化時，方便管制員更換燈光等級。避免了管制員通過電話詢問燈管管理人員燈光設置情況，防止錯、漏、忘的現象發生。

6 基于運輸機場的飛行訓練保障系統結構與設計

基于運輸機場飛行訓練保障系統的目的是在運輸和通用航空同時運行的機場建立一個信息智能的交互體系架構，形成一個多功能綜合信息系統：不同的業務部門(航站、飛行大隊、空管、機務和后勤保障部門)可以查詢、編輯相關導入的數據(航班信息、氣象信息、空域信息、訓練飛機信息、停機位信息、應急預案等)并發送到相應的部門。例如管理人員可根據接收信息編排飛行訓練日程計劃。系統集成架構如圖4所示。

圖4 系統集成架構

系統采用B/S網絡結構模式，將系統的功能實現與核心數據集中于服務器端，大大地簡化了系統的開發與使用[7]。系統將采用當前流行的MVC設計思想的Java web輕量級框架SSM(Spring+SpringMVC+Mybatis)，AngularJS前端框架，Druib數據連接池等關鍵技術，使系統緊跟潮流發展，適應科技變革，更具可用性和持久性[8]。MVC全名是Model View Controller，是軟件設計的一種典范，把業務邏輯、數據、界面顯示分離，在設計程序界面和用戶交互的時候，不需要重新編輯業務邏輯[9]。系統框架如圖5所示，系統層次結構如圖6所示。

圖5 系統框架

圖6 系統層次結構

為了提高系統安全性和可靠性，添加了硬件防火墻，防止非法訪問者對專用網絡的入侵[10]。

來自不同數據端口的數據集中存放到數據倉庫。有航班和訓練飛行的動態電報數據、航班和飛行訓練統計數據、訓練飛機的機號和機型數據、訓練飛機維護情況數據、停機位和機庫數據、空域使用數據、氣象信息數據等信息。這些數據為不同的業務部門提供了機場周圍空域使用的情況、航班的實時動態、出場訓練飛機的狀態信息、出場飛機飛行使用時間、機場及周邊機場天氣情況等。

7 仿真實驗

為了保證本文設計的系統在投入應用之前的可靠性，設計了實驗對系統軟件進行測試和仿真應用。測試前準備：從空管電報系統導出AFTN數據、網上實時的氣象數據、訓練飛機數據、空域使用數據、停機位和機庫等數據。根據不同部門對業務處理的要求進行了測試和改進。目前系統試運行情況正常，數據交互和處理準確，達到了業務部門的預期要求，增加了地面工作人員獲取信息的渠道，以及飛行教員和學員獲取飛行資料的途經；改變了機務人員維護飛機信息方法；減少了氣象預報人員咨詢工作量和飛行指揮員、管制員的工作負荷。有效地減輕一線人員的工作量和壓力。系統測試運行如圖7所示。

8 結 語

在信息化技術發展的今天，飛行訓練保障系統的研究目的是針對運輸機場通用航空飛行的特點研制信息集成共享系統，為管制和飛行指揮減輕工作負擔和壓力，避免錯、漏、忘的情況發生，為飛行安全提供有力的保障，也為通用航空保障系統研制提供一個借鑒。