北京新機(jī)場(chǎng)高級(jí)地面引導(dǎo)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

◆趙愛(ài)卿

（中國(guó)民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)集團(tuán)公司 北京 100101）

北京新機(jī)場(chǎng)高級(jí)地面引導(dǎo)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

◆趙愛(ài)卿

（中國(guó)民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)集團(tuán)公司 北京 100101）

高級(jí)地面活動(dòng)引導(dǎo)及控制系統(tǒng)（即A-SMGCS）是將空管與機(jī)場(chǎng)的相關(guān)信息進(jìn)行集成和處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)場(chǎng)地面滑行航空器的自動(dòng)化監(jiān)視、控制、路徑規(guī)劃及燈光引導(dǎo)服務(wù)，以提高北京新機(jī)場(chǎng)地面管制的運(yùn)行效率和安全水平。

A-SMGCS；信息集成；地面管制

0 引言

北京新機(jī)場(chǎng)是超大型綜合樞紐機(jī)場(chǎng)，終期設(shè)計(jì)能力將大幅度超過(guò)首都機(jī)場(chǎng)。本期建設(shè)四條民用跑道，地面運(yùn)行結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，常規(guī)地面管制方式難以保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)和避免所有的運(yùn)行沖突。建立高級(jí)地面活動(dòng)引導(dǎo)控制系統(tǒng)（即A-SMGCS）是實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面自動(dòng)化管理的有效方法，可提供有效的監(jiān)視和控制手段，避免飛機(jī)侵入運(yùn)行中的跑道以及避免滑行道上出現(xiàn)各類(lèi)沖突。

1 北京新機(jī)場(chǎng)A-SMGCS建設(shè)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的確定

根據(jù)國(guó)際民航組織ICAO出版的《高級(jí)地面活動(dòng)引導(dǎo)及控制系統(tǒng)（A-SMGCS）手冊(cè)》，A-SMGCS系統(tǒng)的建設(shè)分為I～V共5個(gè)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。其中：I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)面活動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)視；II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)面活動(dòng)目標(biāo)的危險(xiǎn)碰撞有告警功能；III級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是在II級(jí)的基礎(chǔ)上，對(duì)場(chǎng)面活動(dòng)目標(biāo)有自動(dòng)路由規(guī)劃的功能；IV級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是在III級(jí)的基礎(chǔ)上，增加自動(dòng)的燈光引導(dǎo)功能；V級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是在IV級(jí)的基礎(chǔ)上，增加飛行員和車(chē)輛駕駛員的場(chǎng)面態(tài)勢(shì)感知能力。

根據(jù)北京新機(jī)場(chǎng)的運(yùn)輸總量、建設(shè)規(guī)模、總平面布局、地面運(yùn)行方案等因素綜合考慮，A-SMGCS的建設(shè)應(yīng)可達(dá)到ICAO要求的IV級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。具體分析如下：

1.1 飛行區(qū)建設(shè)規(guī)模與平面布局

新機(jī)場(chǎng)本期建設(shè)有“三縱一橫”4條跑道，遠(yuǎn)期共建設(shè)有“五縱兩橫”共7條跑道，同時(shí)建設(shè)7條平行滑行道及與多條聯(lián)絡(luò)道，2025年可保障年起降量62萬(wàn)架次和運(yùn)輸7200萬(wàn)旅客量的需求。飛行區(qū)的機(jī)坪共建有328個(gè)停機(jī)位，其中：近機(jī)位76個(gè)、遠(yuǎn)機(jī)位103個(gè)、貨機(jī)位24個(gè)、公務(wù)機(jī)位96個(gè)、維修機(jī)位14個(gè)、除冰機(jī)位12個(gè)、試車(chē)坪機(jī)位2個(gè)、隔離機(jī)位1個(gè)。航站樓建筑形式為主樓加五指廊呈放射狀集中式布局的70萬(wàn)平米單體建筑。

由飛行區(qū)的總體布局不難看出：跑道構(gòu)型的多樣性有助于增加空中交通流量，但同時(shí)增加了地面滑行時(shí)間和聯(lián)絡(luò)道的交通壓力。集中式航站樓有利于縮短旅客的步行距離，但由五個(gè)指廊圍合出的四個(gè)U型站坪增加了地面運(yùn)行的復(fù)雜性且高大的建筑有礙管制視線(xiàn)。這對(duì)如此繁忙機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行效率和安全帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)。

1.2 地面管制運(yùn)行

北京新機(jī)場(chǎng)空管方面雖然建設(shè)有東、西兩座塔臺(tái)用于管制，但由于飛行區(qū)范圍寬廣且航站樓建筑單體高大，受可視區(qū)域、視線(xiàn)角、橫向分辨角、目標(biāo)識(shí)別性能等條件的限制，西塔臺(tái)僅負(fù)責(zé)西1和西2跑道的運(yùn)行指揮，東塔臺(tái)僅負(fù)責(zé)東1和北1跑道的運(yùn)行指揮。同時(shí)受可視范圍的限制，有建議機(jī)場(chǎng)采用站坪分離運(yùn)行的指揮模式。

根據(jù)總平面規(guī)劃方案，飛機(jī)從不同停機(jī)坪機(jī)位到不同跑道有著更多的可選滑行路由，且各滑行路線(xiàn)存在大量交叉和重疊，需要利用時(shí)間差滿(mǎn)足安全的距離間隔以避免沖突。另外，在同一滑行路徑上的不同段可能會(huì)出現(xiàn)需要多個(gè)地面管制單位進(jìn)行管制和移交，這對(duì)管制單位間的路徑協(xié)調(diào)和對(duì)接造成極大的困難，因此滑行路線(xiàn)自動(dòng)選擇是解決地面交通復(fù)雜且運(yùn)行繁忙機(jī)場(chǎng)的可行手段。同時(shí)輔之滑行路徑上的燈光引導(dǎo)能夠自動(dòng)解決滑行沖突，自動(dòng)引導(dǎo)航空器沿規(guī)劃的路由滑行、停止和穿越交叉口，以減少管制員的工作量，特別是低能見(jiàn)度下，降低管制員與飛行員之間的通信差錯(cuò)，縮短地面滑行和等待的時(shí)間。

基于以上兩方面的考慮，北京新機(jī)場(chǎng)A-SMGCS系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)達(dá)到IV級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，管制人員可實(shí)現(xiàn)對(duì)航空器的場(chǎng)面監(jiān)視、控制、自動(dòng)路由規(guī)劃和燈光引導(dǎo)功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

北京新機(jī)場(chǎng)將建成包括：場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)（SMR）、多點(diǎn)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)（MLAT）、一/二次雷達(dá)、ADS-B、航管自動(dòng)化系統(tǒng)、氣象自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)（AWOS）、航班信息顯示系統(tǒng)（FIPS）、助航燈光系統(tǒng)、停機(jī)位分配系統(tǒng)和泊位引導(dǎo)系統(tǒng)等設(shè)施，這些設(shè)施是A-SMGCS系統(tǒng)的主要信息源。A-SMGCS系統(tǒng)將對(duì)這些離散外部信息源系統(tǒng)進(jìn)行引接、處理、集成，并對(duì)融合的目標(biāo)進(jìn)行路徑規(guī)劃和滑行引導(dǎo)，在目標(biāo)滑行過(guò)程中，實(shí)時(shí)反映各目標(biāo)的動(dòng)態(tài)信息，包括其控制信息，并對(duì)其進(jìn)行沖突探測(cè)和解脫處理。構(gòu)建IV級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的A-SMGCS系統(tǒng)，為管制員提供友好、方便的人機(jī)操作界面，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面活動(dòng)監(jiān)視、控制、路由規(guī)劃、燈光引導(dǎo)的自動(dòng)化管理。

2.1 系統(tǒng)的安全可靠與適應(yīng)性設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)硬件平臺(tái)選用國(guó)際知名品牌的貨架產(chǎn)品，同時(shí)采用得到充分驗(yàn)證的、長(zhǎng)期應(yīng)用于多種軍、民用系統(tǒng)中的硬件設(shè)備和技術(shù)。

采用冗余技術(shù)和各種可靠性、可維修性措施，確保系統(tǒng)24小時(shí)不間斷運(yùn)行。

北京新機(jī)場(chǎng)A-SMGCS系統(tǒng)本期期建設(shè)預(yù)留擴(kuò)展接口，滿(mǎn)足機(jī)場(chǎng)未來(lái)建設(shè)站坪指揮的需要，系統(tǒng)同時(shí)具備可升級(jí)達(dá)到Ⅴ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的能力。

北京新機(jī)場(chǎng)同時(shí)建設(shè)各種不同功能的管制監(jiān)視與運(yùn)行的空管系統(tǒng)，分別擔(dān)負(fù)著各自的管理功能，A-SMGCS系統(tǒng)在引接有關(guān)信息和集成處理時(shí)，盡量減少對(duì)相關(guān)系統(tǒng)的改動(dòng)，不得影響各子系統(tǒng)的運(yùn)行。

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)全局故障時(shí)，可切換至空管相應(yīng)的各子系統(tǒng)，如：終端區(qū)的塔臺(tái)自動(dòng)化系統(tǒng)、電子進(jìn)程單系統(tǒng)等，確保塔臺(tái)管制工作的連續(xù)性。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

圖1 北京新機(jī)場(chǎng)A-SMGCS系統(tǒng)圖

系統(tǒng)采用分布式、客戶(hù)／服務(wù)器（C/S）、開(kāi)放式架構(gòu)。系統(tǒng)采用局域網(wǎng)作為A-SMGCS系統(tǒng)內(nèi)部信息傳輸與交互的基本通道，局域網(wǎng)的拓樸結(jié)構(gòu)為三張星形以太網(wǎng)，其中雙局域網(wǎng)（A、B網(wǎng)）互為備份工作網(wǎng)，S網(wǎng)為軟件安裝、數(shù)據(jù)維護(hù)和重演網(wǎng)。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理采用雙機(jī)主/從熱備份的方式，當(dāng)雙機(jī)系統(tǒng)中的某個(gè)單元發(fā)生故障時(shí)，將自動(dòng)進(jìn)行無(wú)縫隙切換，保證系統(tǒng)的連續(xù)工作。當(dāng)故障被排除后，仍然可以迅速構(gòu)成雙機(jī)系統(tǒng)，繼續(xù)保持可用性指標(biāo)。

2.3 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由三部分組成：信息輸入/輸出部分、信息處理部分、管制席位部分。

（1）信息輸入/輸出部分

用于系統(tǒng)與外部功能子系統(tǒng)的物理連接，對(duì)這些信息進(jìn)行必要的預(yù)處理后分發(fā)到網(wǎng)上作為處理服務(wù)器的數(shù)據(jù)輸入。系統(tǒng)信息輸出主要是向助航燈光系統(tǒng)輸出燈光控制信息，向終端區(qū)自動(dòng)化系統(tǒng)信息交互模塊（電子進(jìn)程單）輸出同步信息，同時(shí)能夠向機(jī)場(chǎng)其它用戶(hù)輸出系統(tǒng)綜合航跡，航班進(jìn)離港信息等。

系統(tǒng)由線(xiàn)路分配切換器，N-PORT，路由器，數(shù)據(jù)通信處理機(jī)（DCP）等設(shè)備和軟件組成。

（2）信息處理部分

系統(tǒng)設(shè)置多臺(tái)信息處理機(jī)，分別對(duì)所接收的各種輸入信息進(jìn)行有針對(duì)性的處理，形成機(jī)場(chǎng)航空器和機(jī)動(dòng)車(chē)輛的實(shí)時(shí)場(chǎng)面運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)地面管制的監(jiān)視和控制，并提供各種告警處理。同時(shí)對(duì)進(jìn)離港航空器的滑行運(yùn)行提供路徑規(guī)劃和助航燈光引導(dǎo)，提供可供管制員選擇的實(shí)際運(yùn)行咨詢(xún)，幫助管制員進(jìn)行決策。

系統(tǒng)配置有2臺(tái)監(jiān)視數(shù)據(jù)前置服務(wù)器（RFP）、2臺(tái)監(jiān)視數(shù)據(jù)處理服務(wù)器（SDP）、2臺(tái)飛行數(shù)據(jù)處理服務(wù)器（FDP）、2臺(tái)路徑規(guī)劃處理服務(wù)器（ROUTE）、1臺(tái)日志記錄服務(wù)器（LOG）、1臺(tái)安裝服務(wù)器、2臺(tái)記錄重演服務(wù)器（DRF）。

系統(tǒng)通過(guò)技術(shù)維護(hù)席位對(duì)系統(tǒng)設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸接口、軟件狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)狀況等實(shí)現(xiàn)監(jiān)視與控制。系統(tǒng)監(jiān)控負(fù)責(zé)采集各種系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)時(shí)信息、軟/硬件狀態(tài)、接口狀態(tài)、系統(tǒng)工作狀態(tài)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)流等，將它們整理、分析，顯示在技術(shù)維護(hù)席上，并實(shí)時(shí)打印和存儲(chǔ)以供以后查閱。對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)監(jiān)控的系統(tǒng)實(shí)施控制作用，使系統(tǒng)能夠安全、高效、穩(wěn)定和可靠地運(yùn)行。

（3）管制席位部分

管制人員可利用各種管制席位上的A-SMGCS顯示終端提供的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)動(dòng)的航空器的監(jiān)視、控制、路徑規(guī)劃和引導(dǎo)。A-SMGCS系統(tǒng)包括放行席、地面席、塔臺(tái)席、助理席、主任席、技術(shù)維護(hù)席等不同的功能顯示終端，除塔臺(tái)各管制席位配備外，為進(jìn)近、區(qū)域管制及時(shí)了解機(jī)場(chǎng)飛行動(dòng)態(tài)，在主任席、總主任席、流量席配備，同時(shí)作為生產(chǎn)運(yùn)行中心、飛行服務(wù)席的參考。

北京新機(jī)場(chǎng)A-SMGCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)有39個(gè)席位終端，其中：東塔臺(tái)10個(gè)，西塔臺(tái)10個(gè)，終端管制中心8個(gè)，區(qū)域管制中心4個(gè)，運(yùn)管中心2個(gè)，飛行服務(wù)大廳3個(gè)，設(shè)備系統(tǒng)維護(hù)席和監(jiān)控席各1個(gè)。

2.4 系統(tǒng)功能

北京新機(jī)場(chǎng)A-SMGCS IV級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可為管制人員實(shí)現(xiàn)場(chǎng)面監(jiān)視、控制、自動(dòng)路由規(guī)劃和燈光引導(dǎo)等功能。

（1）監(jiān)視功能

系統(tǒng)對(duì)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面覆蓋范圍內(nèi)運(yùn)行的航空器或車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、連續(xù)的定位，對(duì)已安排活動(dòng)計(jì)劃的目標(biāo)進(jìn)行相關(guān)和標(biāo)識(shí)，提供每秒一次的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新，能夠在管制席監(jiān)視界面上顯示機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)（航空器）的運(yùn)行態(tài)勢(shì)和運(yùn)行環(huán)境。

（2）控制功能

系統(tǒng)能夠?qū)娇掌骰蜍?chē)輛地面運(yùn)行出現(xiàn)的各類(lèi)不安全事件提供實(shí)時(shí)告警服務(wù)，對(duì)出現(xiàn)的告警提供直觀的畫(huà)面或聲音告警提示，為地面管制人員合理引導(dǎo)航空器避讓沖突提供輔助決策依據(jù)。告警信息包括沖突預(yù)警/告警、跑道和限制區(qū)的預(yù)警/告警、路由交叉提示告警、路由沖突預(yù)警/告警等。

（3）路由規(guī)劃

基于停機(jī)位、滑行道、跑道及場(chǎng)面等資源信息，按照地面運(yùn)行規(guī)則，為起飛或降落的飛機(jī)提供最優(yōu)的滑行路由。規(guī)劃路由不僅要提供滑行路徑，還要提供路徑上經(jīng)過(guò)關(guān)鍵點(diǎn)（類(lèi)似飛行計(jì)劃的報(bào)告點(diǎn)）的預(yù)計(jì)時(shí)間。系統(tǒng)提供可視化路由選擇界面，可自動(dòng)生成路由亦可提供滑行路由的人工選擇。

（4）引導(dǎo)功能

引導(dǎo)分為自動(dòng)引導(dǎo)和人工引導(dǎo)，人工引導(dǎo)的優(yōu)先級(jí)高于自動(dòng)引導(dǎo)。

系統(tǒng)能夠根據(jù)航空器滑行路線(xiàn)、場(chǎng)面運(yùn)動(dòng)航跡、跑道視程等數(shù)據(jù)，自動(dòng)產(chǎn)生滑行路徑上助航燈光的點(diǎn)亮、熄滅、燈光強(qiáng)度等控制數(shù)據(jù)，發(fā)送給助航燈光監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)而改變滑行道中線(xiàn)燈的推進(jìn)狀態(tài)，引導(dǎo)航空器在非沖突區(qū)域行駛，或改變交叉口停止排燈的狀態(tài)以引導(dǎo)航空器通過(guò)交叉口。同時(shí)系統(tǒng)能夠自動(dòng)預(yù)測(cè)引導(dǎo)過(guò)程中各滑行道交叉口處的航空器滑行沖突情況，具有自動(dòng)解脫沖突的處理能力，依據(jù)引導(dǎo)規(guī)則開(kāi)閉相應(yīng)的停止排燈。

3 結(jié)論

北京新機(jī)場(chǎng)A-SMGCS項(xiàng)目的建設(shè)，將通過(guò)對(duì)空管與機(jī)場(chǎng)相關(guān)信息系統(tǒng)的集成和處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)場(chǎng)地面航空器和機(jī)動(dòng)車(chē)輛等運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的自動(dòng)化監(jiān)視、控制、路徑規(guī)劃及滑行燈光引導(dǎo)服務(wù)，對(duì)于機(jī)場(chǎng)地面管制運(yùn)行，特別是夜間和低能見(jiàn)度天氣運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)條件下的安全運(yùn)行，不僅可以提高空管的安全保障能力，而且能夠大幅提高機(jī)場(chǎng)的地面運(yùn)行效率。

[1]ICAO，Advanced Surface Movement Guidance and Control Systems（A-SMGCS）Manual，Doc9830 AN/452，2004.

[2]ICAO，Procedures for Air Navigations Services.Air Traffic Management，Doc4444 ATM/501，2001.

[3]MH/T 4018.1/2/3-2004，民用航空空中交通管理管理信息系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，第1部分：系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口；第2部分：系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)安全；第3部分：系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與接入。