管制模擬與飛行模擬互聯系統的探討和設計

張 翔，王建勇，趙亮波

（1.南京萊斯信息技術股份有限公司，江蘇 南京 210012；2.民航東北空管局培訓中心，遼寧 沈陽 110000）

近年來，隨著我國民航事業的快速發展，民航管制指揮培訓和飛行模擬培訓需求越來越大，而航班流量的日益增長和空域數據的密集調整也同時帶來了更多復雜未知的指揮調度、極限飛行等各類特情的協調和處置事件。現有的培訓設備大多都只針對單一的業務模塊提供培訓和模擬服務，讓管制員和飛行員在同一特定的環境中同時進行培訓的需求也逐漸迫切。基于此，本文討論一種民航空管模擬訓練系統和飛行模擬訓練系統互聯互通的綜合培訓模擬系統設計方式，該系統可通過編輯不同科目的訓練劇本，既可模擬在同一環境中管制、飛行，兩者溝通、協調訓練，還可以進行各類特情、處置方案等科目的培訓，同時該系統也可以應用于雷達信號覆蓋弱的偏遠地區進行航線試飛，空域特情處置處理，極限飛行指揮等研究課題的前期模擬、試驗工作。

1 系統組成及信息流分析

目前，常見的管制模擬訓練系統主要是由數據準備層、應用操作層、數據處理層三層結構組成，整體來看是服務器-客戶端的模式，各層的主要模塊及席位組成如圖1所示；飛行模擬訓練系統主要是由數據準備層、應用控制層、模擬仿真層、飛行仿真控制層四層結構組成，也是基于服務器-客戶端模式設計，各層的主要模塊及席位組成如圖2所示。

圖1 管制模擬機系統組成

圖2 飛行模擬機系統組成

從兩個系統整體組成結構及內部信息流交互方式看，其培訓模式都是教員超控-學員操作-系統反饋顯示的形式。通過指定席位編輯劇本或場景，并由服務器程序讀取和解析航跡/飛行器操作信息來完成對各自業務培訓和數據的處理，兩系統的劇本都包括了原始飛行計劃、航路空域、訓練地圖數據、機場等據等信息；飛行仿真處理和管制仿真處理對原始飛行計劃數據進行周期性演算得出飛機歷史軌跡數據以及航路航圖數據，這些數據信息作為兩套系統的業務流數據，也是培訓的主要核心數據；模擬管制模塊和飛行座艙模塊是兩個系統培訓過程中各自培訓學員的主要操作終端，也是管制模擬系統和飛行仿真系統的主要客戶端模塊；運動平臺模塊，模擬機長模塊等是提高模擬培訓逼真度的主要輔助模塊，在互聯系統中，可以根據需求進行增減。

2 系統功能實現

管制模擬訓練系統與飛行模擬訓練互聯主要包括架構模式同步、數據庫設計同步、仿真處理設計互聯、系統內信息設計互聯等。

2.1 系統總體結構設計

管制模擬訓練系統和飛行模擬訓練系統工作模式均為基于服務器-客戶端模式的架構設計，在服務端處理上，因傳輸、處理的信息內容差異較大，在對兩系統數據處理層、應用操作層設備分析后，保留各自主要的信息處理服務器設備；原始數據準備上，涉及到的都是航圖、計劃原始信息等，我們可以對兩系統的數據準備層席位進行功能合并；客戶端操作模塊上，保留部分學員操作終端，包括模擬管制模塊、飛行座艙操作模塊、運動平臺模塊等，根據需求對模擬機長模塊進行選擇性配置。最終，我們可以將互聯系統總體上分為七個部分：管制仿真處理模塊、飛行仿真處理模塊、教員/控制模塊、數據準備模塊、運動平臺模塊、座艙操作模塊、模擬管制模塊。飛行仿真處理模塊負責推算飛機在各個階段的軌跡運動數據；管制仿真處理模塊負責接收飛行仿真系統推算和處理的周期性航跡數據，以綜合航跡格式進行重新組裝和處理后發送給對應的客戶端；教員/控制模塊負責對訓練的整體進度進行實時控制；數據準備模塊負責訓練劇本的擬制和存儲，包括航跡的初始化信息、航路信息和視景模型展示信息；運動平臺模塊則是保留了飛行模擬機模擬飛行座艙姿態的功能，使整體的仿真性更加逼真；座艙操作模塊負責飛機的駕駛操作；模擬管制模塊負責顯示機場及周邊2000公里范圍內的空中交通狀態、機場管制區內地面交通狀態及天氣信息等。

2.2 系統間信息類型交互設計

系統中流轉的信息類型主要有兩類：一是劇本信息，包括飛行計劃信息和劇本基礎信息，飛行計劃信息包括航班呼號、二次代碼、起降機場、起降時間、飛機初始出現位置、出現速度等；劇本基礎信息則包括地圖數據信息、劇本訓練指定時間信息、以及其他訓練場景信息。二是系統運行過程中，各自服務器間運算傳輸的航跡動態更新信息，這部分主要指培訓學員通過操作模擬飛行器產生的位置、高度、速度、航向等信息，由飛行仿真處理服務向管制仿真處理服務進行周期性航跡同步的數據，這些信息可記錄、顯示飛行器實時軌跡位置，是模擬管制席位的主要處理數據，同時，該信息也是飛行座艙-視景模塊動態顯示的數據來源。針對這兩類消息傳輸和交互的設計，是整個互聯系統的重點和難點。

2.2.1 劇本基礎信息傳輸設計

通過分析劇本基礎信息，我們發現，在整個訓練的過程中，其改動頻次小，內容相對固定，在系統內，我們可以采用民航飛行動態固定電報進行傳輸。以MH/T4007-2012標準格式進行組裝。

2.2.2 航跡動態更新信息傳輸設計

航跡動態更新信息主要包含飛機實時的位置經緯度信息、速度、高度、航向信息，以及改動頻率較小航跡的二次代碼、航路、機型、上升下降率等，這些信息都需要周期性進行傳輸，在飛行仿真處理和管制仿真處理交互中，本系統中使用ASTERIX CAT 062綜合航跡數據。

2.3 系統間信息流程交互設計

在訓練的準備階段，系統首先由教員在訓練準備模塊編輯訓練劇本，由教員/控制模塊讀取存儲在數據庫中的劇本信息后，將其發送給仿真處理模塊，經過組裝和初步處理以后，仿真處理模塊以電報形式將劇本中的飛行計劃信息傳輸給飛行仿真模塊、飛行座艙模塊和運動平臺模塊，電報消息接收成功時，運動平臺模塊和飛行座艙模塊會進行培訓場景的初始化，視景顯示加載和座艙儀表數據歸零。

在訓練的實時階段，系統由教員/控制席發送進度控制命令，系統開始運行。培訓學員通過操作飛行座艙模塊中的儀表、操縱桿、腳踏等設備，將飛機的實時信息發送給飛行仿真處理模塊，飛行仿真處理模塊會將接收到的數據進行打包和過濾，并周期性轉發給管制處理模塊，最終由管制處理模塊處理后發送給模擬管制模塊，完成實時信息的最終閉環。展現在管制員席位上，由管制培訓人員指揮和調度的，就是綜合航跡信息數據。互聯系統設計及信息流程圖如圖3所示。

3 結束語

管制模擬與飛行模擬互聯系統的設計，在一定程度上實現了管制模擬培訓和飛行模擬培訓的業務融合，彌補了管制指揮訓練和飛行模擬訓練無法同時進行逼真協調、溝通培訓的不足。在結合多元化訓練科目的編輯模式下，對于在真實管制指揮過程中因為飛行員操作和管制指令而不一致的特情事件，也可以進行有效復盤和針對性訓練。同時，因為飛行模擬流程及設備的增加，極大提高了管制培訓過程中，管制員與飛行員溝通協調模擬的真實性，對于提高管制員和飛行員對特情處置，以及各自業務模式的熟悉都具有實質的重要意義。