集成式塔臺管制自動化系統建設

余晶鑫 宋進文 王振飛

摘要： 文章針對以往塔臺管制系統建設和運行存在系統分散、信息孤島從而造成管制員運行指揮不便等問題，研究設計了一體化、集成式塔臺管制自動化系統。系統以A-SMGCS、電子進程單（EFS）兩大核心組件為基礎，一體化集成塔臺管制業務功能，具備基于管制意圖預警、滑行燈光引導等技術，向塔臺管制用戶提供空地一體化態勢監視、及時預警、航空器滑行燈光引導、電子化航班進程管理，提高了機場場面運行安全和效率。

關鍵詞：集成塔臺；A-SMGCS；燈光引導；管制意圖

中圖分類號：TP39

文獻標志碼：A

0 引言

以往塔臺管制系統的建設，因缺少技術和前瞻性規劃，存在系統分散、堆疊式等建設問題。由于不同時期、不同廠家進行建設，造成了塔臺上設備繁多、空間局促雜亂，而且不同系統之間信息交互不暢，出現了信息孤島、信息關聯度低，造成管制員運行指揮不便，影響了管制運行安全效率^［1］。目前，各空管局、機場等單位急需解決以上塔臺系統建設及運行中存在問題的解決方案，打破信息孤島，實現管制業務一體化整合，提高塔臺管制運行安全和效率，降低管制員工作負荷。

1 建設思路及設計框架

為解決以往塔臺系統建設設備繁多、空間有限、功能冗余、信息關聯集成度低等問題，著眼于塔臺管制業務和塔臺系統整體規劃，基于塔臺管制業務流程，創新模式和格局，從物理、信息、功能3個層面，構建覆蓋塔臺管制全業務流程系統框架，以高級場面活動引導與控制（A-SMGCS）、電子進程單（EFS）兩大核心組件為基礎^［2-4］，設計打造一套一體化、集成式塔臺管制自動化系統。

系統以塔臺管制業務為主線，從數據底層集中引接或交互與塔臺管制相關的信息，進行各類管制業務功能的深度融合處理，最終向塔臺管制用戶提供覆蓋塔臺管制運行的全流程服務。系統在A-SMGCS，EFS兩大核心組件功能基礎上，采用組件方式擴展進近管制、AFTN電報處理、數字空管放行、數字通播信息處理以及流量管理、停機位、氣象、情報信息處理顯示等功能，實現信息、功能、設備、席位4大集成，實現塔臺管制業務一體化整合，向塔臺用戶提供：（1）進近、空中一體化航空器、車輛監視；（2）及時、全面場面運行風險告警；（3）航空器滑行路由規劃；（4）航空器滑行燈光引導功能，達到ICAO A-SMGCS Ⅳ級；（5）覆蓋塔臺管制全流程的電子化航班進程管理；（6）數字化放行（DCL）功能；（7）靈活顯示的綜合運行環境信息（氣象、情報、流量等）；（8）一體化靈活配置席位功能服務。

目前，全國有200多個民用運輸機場，其機場塔臺管制方式按照中國民航管制規則基本一致。但是，由于機場規模、管制范圍不同，具體管制業務內容有所不同，配置的系統業務功能模塊不同，系統采用組件式設計。

大型機場基本實現塔臺進近分離，塔臺管制專注于機場場面及跑道延長線范圍，但由于機場復雜度高，需要進行航空器滑行路徑規劃及引導。由于大型機場空管方配備空管自動化系統，具備AFTN、飛行計劃處理，系統可以接收空管自動化系統輸出的飛行計劃作為系統源頭數據。

中小機場塔臺管制一般除場面管制外，還負責部分進近空域管制（如鄂州機場高度1 800 m以下，淮安機場3 000 m以下），需配置空管自動化系統的進近管制功能。機場場面運行相對簡單，可選擇配置航空器滑行路徑規劃及引導功能。

2 關鍵技術實現及優勢

2.1 多維數據融合計算防跑道侵入技術

針對以往單純依靠目標位置進行場面風險告警計算方法不能及時發現跑道侵入等危險事件的問題，創新性地設計了基于管制意圖與監視數據相結合的多維數據融合處理預警處理技術，實現多維信息關聯預警，提高場面運行預警的及時性、全面性。

該技術基于電子進程單上管制員操作管制指令管制意圖信息、飛機位置速度、場面環境狀況和運行規則，進行多維數據融合關聯計算，快速針對可能出現的跑道侵入事件進行判斷，給出告警信息，在系統界面上關聯、形象地顯示相關告警航班、區域等。例如，一架飛機在跑道外等待線處等待上跑道，另一架飛機進近著陸，此時，當管制員對飛機下達上跑道指令時，系統獲得上跑道管制員意圖信息，立刻產生告警，在系統界面上聯動顯示告警提示信息，提醒管制及時處置。相比于只依靠飛機的位置和運行趨勢的告警處理，該技術提高了預警及時性。

基于管制意圖與態勢情景相結合的多維數據融合計算防跑道侵入技術，突破了管制意圖與場面運行態勢情景運行過程中的信息關聯、綜合智能分析、聯動防御等關鍵問題，使得跑道侵入風險防控更加全面、準確、及時、智能。

2.2 航空器滑行燈光引導技術

針對目前系統不具備引導功能，航空器場面滑行依靠管制員與飛行員通過VHF通話、follow me引導車引導效率等問題，設計基于燈光引導航空器滑行功能。基于系統生成的優化航空器滑行路徑、場面運動航跡、跑道視程等數據，自動產生滑行路徑上助航燈光的點亮、熄滅、燈光強度等控制數據，發送給助航燈光控制系統，實現對滑行道中線燈和停止排燈的控制，自動引導航空器沿規劃的路徑滑行、停止和穿越交叉口。該系統通過燈光段或者單燈引導方式實現對航空器滑行引導，并逐次控制打開航空器前方若干滑行道中線的燈光段，關閉已滑過燈光段，飛行員只需跟隨燈光（綠燈）指引即可操縱航空器到達對應停機位或跑道起飛位置。同時，系統具備引導過程中的沖突解脫處理能力，能夠根據航空器滑行路線、場面運動航跡等數據，自動預測各滑行道交叉口處的航空器滑行沖突情況，通過自動控制停止排燈的開關，基于先到先服務的原則，實現自動解脫滑行沖突的目的。采用該種燈光引導方式可以提高場面運行效率，降低塔臺管制員工作負荷，尤其是在低能見度下極大提高機場運行容量、效率、安全，保證航班正點率，降低航班延誤率。

系統能夠輸出燈光控制命令，對助航燈光進行控制，在分析國內外助航燈光控制方法的基礎上，采用離散事件監視控制方法應用到場面助航燈光控制決策研究中，并重點對場面滑行道交叉口停止排燈自動決策技術、滑行中線燈以及跑道入口停止排燈協調控制技術進行研究。

在地面助航燈控制過程中，Petri網控制器對飛機實時滑行位置利用監視數據進行探測辨識，然后利用助航燈控制決策方法計算給出助航燈“開、關”控制指令，并由單燈控制器將相關指令傳遞給場面助航燈，驅動場面助航燈進行信號“開、關”切換，從而實現控制燈光段、單燈按照指令逐次打開，引導飛機不斷前進和停止（停止排燈開啟時）的目的。

采用燈光引導，改變以往使用引導車（follow me）引導飛機滑行的方式存在人工駕駛工作負荷高、易“錯忘漏”、指揮調度效率低、沖突風險預警僅靠目視安全性低等問題，實現降低管制員與飛行員語音通話錯誤，提高場面運行安全、效率，降低人員的工作負荷。

3 應用實例

集成式塔臺管制自動化系統已在北京大興機場、淮安機場、鄂州機場建設應用。

北京大興機場作為大型機場典型代表，具備完善的功能組件模塊，包括燈光引導能力，支撐北京大興機場成為全球首個實現全場、全天候燈光引導的樞紐機場^［5］，目前支持日900余架次航班場面監視、及時全面預警、燈光引導，系統運行穩定，狀態良好。

大興機場塔臺管制員可利用系統的場面運行態勢、電子進程單人機界面，進行聯動操作和關聯顯示跑道侵入告警信息及風險場景，實現基于管制員電子進程單操作管制意圖與態勢結合的預警，較少發生跑道侵入事件。大興機場在跑道入口和穿越道口部署安裝有停止排燈，集成式塔臺管制自動化系統可交互控制以上設備實現防跑道侵入功能。

北京大興機場集成式塔臺系統基于系統智能自動生成的路由，以及航空器、車輛的實時態勢，通過與燈光監控系統交互控制燈光狀態，對航空器和車輛進行引導和控制。系統統一控制大興機場飛行區內300多個停止排燈組和2 000多個滑行中線燈光段共18 000多個中線燈。該系統通過燈光段引導方式實現對航空器滑行引導，并且通過停止排燈進行控制飛機滑行沖突。采用飛機滑行燈光引導技術，降低通過VHF語音通話量，減少出錯率，提高機場運行流量、安全、效率。

淮安機場是典型的 “塔進一體”中小型機場，針對“管制薄弱、信息分散”問題，量身打造了一套貼合中小機場運行實際需要的塔臺自動化系統，目前已投入運行。該系統整合對空、對地管制運行信息，形成空地一體態勢感知及運行風險全面預警能力，滿足中小機場塔臺進近場面全流程的管制需求。該系統打通集成機場運控、流量等多個系統，實現以上所需信息融合處理，在2個屏上關聯集成顯示，使塔臺席位設備減少50%，信息集成度提高。系統與機場運控系統交互，打破了空管與機場運控間的“數據壁壘”，提高了機場、空管的協同運行能力。

4 結語

集成式塔臺管制自動化系統，解決了以往塔臺系統建設設備繁多、空間有限、功能冗余、信息關聯集成度低等問題。系統以塔臺管制業務為主線，從數據底層集中引接或交互與塔臺管制的相關信息，然后進行各類管制業務功能的深度融合處理，最終向塔臺管制用戶提供覆蓋塔臺管制運行的全流程服務。系統以A-SMGCS，EFS兩大核心組件功能為基礎，結合各類機場的不同業務需求，打造形成組件式、集成式、一體化的塔臺管制運行平臺，減少塔臺席位設備，減少管制操作，提高管制效率。該系統具備滑行燈光引導、管制意圖與監視相結合的防跑道侵入技術等創新技術，支撐北京大興機場成為全球首個實現全天候燈光引導的機場，使淮安機場成為國內首個中小型機場采用塔近一體集成式塔臺管制自動化系統的機場。該系統為管制用戶提供及時、準確的場面運行風險預警，提高場面運行安全、效率，系統在國內廣泛推廣使用，將產生更多的經濟、社會效益，助力我國“四型機場”“四強空管”建設。

參考文獻

［1］王振飛，黃琰，靳學梅.集成式預防跑道侵入技術及應用［J］.中國民用航空，2020（10）：53-55.

［2］ICAO.Advanced surface movement guidance and control systems（A-SMGCS）manual：Doc 9830 AN/452［S］.Montreal：International Civil Aviation Organization，2004.

［3］EUROCONTROL.Specification for advanced-surface movement guidance and control system（A-SMGCS）services：EUROCONTROL-SPEC-171［S］.Brussels：EUROCONTROL，2020.

［4］中國民航局.高級地面活動引導與控制系統技術要求（2019年修訂）：MH/T4042-2014［S］.北京：中國民航局，2019.

［5］新華社．跑道上的“紅綠燈”：國產先進引導系統為北京大興機場保駕護航［EB/OL］．（2019-08-27）［2023-03-15］．https：//www.gov.cn/xinwen/2019-08/27/content_5425030.htm.

（編輯 沈 強）

Construction of integrated tower control automation system

Yu Jingxin ¹， Song Jinwen²， Wang Zhenfei^3*

（1.Xinjiang Air Traffic Managemnet Bureau CAAC， Urumuqi 830000， China;

2.Hubei International Logistics Airport Co.，Ltd.， Ezhou 436000， China;

3.Nanjing LES Information Technology Co.，Ltd.， Nanjing 210000， China）

Abstract： In view of the problems existing in the construction and operation of the previous tower control systems， such as system dispersion and information isolated island， which caused the inconvenience of the operation and control of controllers， the integrated tower control automation system was studied and designed. Based on the two core components of A-SMGCS and electronic flight strip system （EFS）， the tower control service functions were integrated. This system is based on technologies such as control intention pre-warning and taxiing light guidance to provide tower control users with integrated air-ground situation surveillance， timely pre-warning， aircraft taxiing light guidance and electronic flight process management， so as to improve the safety and efficiency of airport surface operation.

Key words： integrated tower system; A-SMGCS; light guidance; control intention