空管專業協同能力虛擬仿真平臺的建設與應用探討

楊群亭, 楊新湦, 張 健

(中國民航大學 空中交通管理學院, 天津 300300)

空管專業協同能力虛擬仿真平臺的建設與應用探討

楊群亭, 楊新湦, 張 健

(中國民航大學 空中交通管理學院, 天津 300300)

針對我國航空運輸業的快速增長態勢,管制協同運行是緩解空中交通擁堵的有效手段。該文首先介紹了管制協同能力的基本概念,然后通過探討虛擬仿真訓練平臺和相應協同能力虛擬仿真平臺的建設,并結合虛擬仿真平臺提出了提高管制協同能力培養的方案。探索協同能力培養方案,可以豐富CDIO工程模式應用內涵,是確?！白吭焦こ處熍囵B計劃”培養質量、培養滿足民航運輸業長遠需要的工程人才的重要手段。

虛擬仿真； 交通運輸； 協同能力

近年來我國航空運輸業處于快速增長態勢,2012年我國民航運輸總周轉量已達608.2億噸公里[1],民航旅客運輸量為3.2億人次,預計2015年為4.5億人次[2]?？罩薪煌髁康纳仙o我國民航事業帶來了前所未有的發展機遇,但引起的航班延誤也讓這個行業飽受責難。據Flight Status統計顯示,2013年8月首都國際機場和上海浦東機場延誤現象排在世界35個主要機場的倒數第1、2位[3]。為了緩解大流量復雜交通導致的擁堵態勢,我國提出了以安全、順暢、高效、綠色為特征的“新一代國家空管系統”理念,亟需培養具備扎實的空管運行指揮與協同能力的人才[4-5]。本文主要對協同運行訓練的系統平臺建設進行探討。

1 管制協同能力

管制協同工作存在于航空器的整個飛行階段，通過空管一線培訓主管部門的調研以及對管制協同能力的梳理,可以從縱向和橫向對管制協同進行歸納,從而從2個維度對空管協同能力提出培養要求?？v向的協同指塔臺、進近、區域之間的協同；橫向的協同的狹義概念是同一管制部門之間不同扇區、不同席位之間的協同,廣義概念是空管同現場、航空公司甚至軍航部門之間的協同。協同運行相關的能力要求包括部門間協調能力、人際溝通能力、席位間協作能力、團隊領導能力、實時決策能力等。另外,管制員通常會面對諸多限制條件,需要在多種約束條件下做出決策[6]。

2 加強虛擬仿真訓練基礎平臺建設

2.1 建立新一代的虛擬仿真訓練系統

新一代的的虛擬仿真訓練系統不僅要具有甚高頻通話模擬設備、內話面板設備、無線電對講機和管制工作臺等配套設施,還應該對飛機的具體飛行過程進行高保真的模擬[7-8]。目前空管學院使用的虛擬仿真訓練系統同空管一線工作還有許多不一致的情況,一些舊系統(如程序管制模擬機系統)的問題比較明顯。應當要改進虛擬仿真系統內置算法,重點考慮不同航空公司飛行習慣、不同機型、不同高度以及不同天氣情況對飛機的影響,并能在訓練中切實感受軍方的某些要求。同時新一代虛擬仿真訓練系統還應該踐行各種管制規章制度,如“飛機距接地點4 km之前必須發出著陸許可”等,否則有損學員正確管制意識的培養。

2.2 研發基于一致化數據交換標準的空管全過程聯合虛擬仿真訓練系統

通過空管全過程聯合仿真訓練系統實現機場、塔臺、進近、區域全過程管制模擬的聯合運行,彌補以往空管協同運行能力訓練手段平臺的缺失。中國民航大學不僅已經開發了現場指揮模擬訓練系統,也初步建設了全過程聯合虛似仿真訓練系統,實現多功能、多工種協同演練的訓練方式[9]。未來需要對該系統進行進一步優化,結合空域結構、不同機場、機場細則、管制協議和機場服務保障協議,形成面向多任務、多約束、多信息的協同運行的訓練平臺。

2.3 積極探索模擬CDM系統建設

CDM系統的大力推廣已成為一種必然趨勢,民航院校應當積極探索CDM系統的理論和系統應用研究,為新形勢需求下的管制人才培養工作打下基礎?？梢砸袁F有現場指揮系統、流量管理系統、航行情報系統和模擬機系統等為基礎,結合CDM算法,探索CDM模擬平臺建設。首先以終端為單位構建CDM的模擬環境,然后可以根據系統管制協同的應用經驗和新的研究成果對其進行修正和功能擴展。模擬CDM系統的體系架構如圖1所示。空管單位、機場、航空公司以及其他一些外聯單位共享CDM系統,流量管理中心通過CDM流量監控中心發現問題并根據需要調用協同決策算法對航班進行動態分配[10-11]。

圖1 模擬CDM系統體系架構示意圖

3 構建虛擬協同訓練輔助平臺

3.1 設計具有較高逼真度的管制協同虛擬仿真實驗系統

管制協同能力是對管制能力的進一步要求,管制能力和管制協同能力的培養不能模式化,要提高管制協同能力,需要保證學員對各種非常規情況管制能力和協同能力的培養。需要在訓練中設置不同特殊情境,以直觀逼真的方式訓練管制協調席與管制席位、軍方管制單位、通信、導航、氣象部門、情報以及管制單位內部人員的溝通協調能力。由于空管是復雜動態、大尺度的控制系統,其高風險的特點決定了在真實系統運行環境下進行人才培養的局限性和不可實現性,可以依據行業標準建設和應用虛擬仿真系統對跑道入侵、跑道異物、惡劣天氣、飛機問題和軍方活動限制等一些影響正常管制指揮的特殊情況進行環境再造,依據這些虛擬平臺提高學員管制工程應用能力。

3.2 初步建成全國主要空域結構和機場布局的虛擬環境

鑒于目前空管培訓的發展現狀,我院已經針對有條件的單位進行了學員的定向培養,如“華北班”和正在培訓過程中的“新疆班”。然而,在定向培養過程中,用人單位特定的空域結構、機場布局、進離場程序等虛擬仿真環境的搭建是個相當復雜和耗時的過程。這些模擬環境的缺乏,一定程度上限制了定向培養的進程,不利于空管領域校企合作的進一步深入。所以,逐步建成全國主要機場的空域結構、機場布局、進離場程序的模擬環境,并實現虛擬仿真運行環境的動態裝載是需要盡快解決的問題。可由空管單位直接選派一線管制教員,民航院校提供場地和配套設施,實現民航院校教學與空管崗位實踐的平滑對接,可以有效打通管制學員快速成長通道,提高學員培養效率和節約成本,也有利于拓展校企合作途徑。

3.3 建設CBT教學資源庫

通過CBT可以使空中交通運輸專業實踐課教學由“教師-模擬機”轉換為“教師-CBT-模擬機”的形式,可以促使學生主動學習,節約教師資源。同時,基于CBT教學資源,學員可以節約大量熟悉模擬機的過程,提高模擬機有效利用率。結合空管專業理論課程在知識內涵、課程結構、教學組織等諸多方面的相通之處,挖掘不同課程共性教學資源,并結合各管制課程特點,建設集學科理論知識、空管模型展示、案例動畫演示及自學軟件為一體的CBT教學資源庫是十分必要的。

4 利用平臺加強協同運行工程能力培養

4.1 持續重視同一管制席位管制席和協調席的協同

在管制學員模擬機練習中,要加強管制席位與管制協調席位溝通能力的培養。協調管制席位不但要通過模擬平臺掌握、處理并及時準確地傳遞重要交通管制信息,還要對管制席位的管制方案了如指掌。通過長期的模擬機配合訓練和總結,作為不同個體的管制員和管制協調席位管制員應該形成一種默契,通過對方的一個眼神或一個手勢,即能了解對方的意圖,從而實現管制目的的一致性,達到良好的管制協同效果。

4.2 加強培養多模塊聯合培訓中不同部門之間的協同能力

管制工作是一個覆蓋飛行全過程的工作,是多部門、多崗位協同配合的過程。當前民航院校廣泛采用的單模塊訓練方式的重心往往集中在沖突的預見和調配能力上,管制協調工作的訓練往往不夠重視。為了有效解決工程能力訓練中的協同能力培養,可以充分利用全過程聯合運行系統,在訓練過程中可以對不同練習合理設計塔臺進近協議、進近區域協議、特殊移交、扇區移交和移交航空器進離港排序因素等規則,通過多崗位角色輪換進行管制協同意識的培養[12]。

4.3 突出軍民航空管聯合運行能力的培養

軍民航協同是運行單位管制人員不可避免的工作之一,也是管制協同工作中的難點和重點。然而,由于軍隊的特殊原因,民航初始養成學員管制協同能力比較薄弱?？梢越Y合協同運行平臺,通過建立軍地院校交流機制,強化軍地師資互學共建環節,開展適應軍民航聯合運行的管制課程,在模擬機訓練中加入空中限制區等真實受限條件,培養具備軍民航聯合運行的協同意識和能力的專業融合型人才。

5 結語

航空運輸業的高速發展對管制員的空管協同能力提出了新的要求。從基礎平臺建設和配套管制協同訓練系統建設兩大方面提出了提高管制協同運行平臺建設的途徑。隨著系統平臺建設的進行與有條件使用,制學員管制協同能力已經明顯得到了提高。突出協同運行能力的培養,豐富了民航運輸業CDIO工程模式的應用內涵,是確保“卓越工程師培養計劃”實施效果、培養滿足民航運輸業長遠需要的工程人才的重要手段。

References)

[1] 陳嘉佳.軍民航合力緩解空中交通擁堵困局透析[EB/OL]. (2013-12-06). http://www.caacnews.com.cn/newsshow.aspx?idnews=237199.

[2] 梁鵬, 孫捷, 杜蘊慧, 等.機場建設項目環評要點分析[J],環境保護,2013,41(10):57-59.

[3] 阿部哲也.中國空中交通擁堵已對經濟構成影響[EB/OL]. (2013-09-22). http://cn.nikkei.com/china/ceconomy/6583-20130922.html.

[4] 李海鵬. 從NextGen組織機構看中國民航的體系建設[J],航空運輸,2008(4):29-33.

[5] 楊新湦,鐘涵, 董健康, 等.面向“新一代國家空管系統”人才需求的綜合實踐教學平臺研究與實踐[EB/OL].(2014-10-20). http://www.cauc.edu.cn/jxcg_kgxy.

[6] 張健,楊新湦.“大工程觀”理念下的民航院校雷達管制教學模式改革研究[J],中國民航飛行學院學報,2012,23(5):41-43.

[7] 戴元. 桌面虛擬化技術在空管信息化中的應用[J],硅谷, 2012,(12):133-134.

[8] 張晨虓,王曉璐,劉虎,等.2010年航空器適航與空中交通管理學術年會論文集[C].北京:中國民航科學技術研究院,2010.

[9]張健,楊新湦,鐘涵,等. 基于協同運行的空管實踐仿真體系構建與實施,實驗技術與管理,2013,30(8):141-144.

[10] 何林,張晶.從空管角度談協同決策系統運行:華北空管局CDM系統建設介紹[J],中國民用航空,2013,10:40-41.

[11] 錢博文. 民航協同決策系統 (CDM) 華東空管運行管理問題簡述[J]. 管理觀察, 2013, 27: 166-168.

[12] 宋祥波, 黃貽剛, 杜實, 等. 基于管制聯合運行的雷達管制課程改革與實踐[J]. 實驗技術與管理, 2015, 32(12): 212-216.

Exploration on construction and application of virtual simulation platform with ATC collaborative capacity

Yang Qunting, Yang Xinsheng, Zhang Jian

(College of Air Traffic Management, Civil Aviation University of China, 300300, China)

The coordinated operation in air traffic controlling is an effective means to alleviate air traffic congestion, aiming at the rapid growth of the air transport industry. The conception of coordinated operation is analyzed firstly. Then, the scheme of enhancing coordination capacity is proposed through the construction of a series of basic training platforms and corresponding coordinated operation training systems. The exploration on coordination capacity training enriches the connotation of CDIO application and is essential to ensure the quality of “Excellent Engineer Training Program,” which can be used as a weighty means for catering civil aviation industry in engineering needs of long term interests.

virtual simulation; traffic and transportation; collaborative capacity

10.16791/j.cnki.sjg.2017.02.004

2016-10-14

楊群亭(1983—)，男，河南南陽，在職博士研究生，講師，主要研究方向為空中交通運輸.

E-mail：quntingyang@foxmail.com

TP391.9；V355

A

1002-4956(2017)2-0016-03