ADS—B廣播式自動相關監視系統在機場地面管制中的應用與意義

摘要：廣播式自動相關監視系統（ADS-B）是一種全新科技，它將當今空中交通管制中的三大要素通信、導航、監視進行了重新定義，本文對ADS-B系統進行了簡要概述，并闡述了其在機場地面運行管制中的應用與意義。

關鍵詞：ADS-B；地面監視；管制應用；

隨著我國工業水平的不斷提高，民航業也得到了迅猛發展，我國正由民航大國向民航強國邁進。在多種交通方式中，無論是旅客運輸量還是旅客周轉量，民航增長速度都是最高的。據數據顯示，2017年我國民航完成旅客運輸總量5.49億人次，年均增長率達到12.6%。民用航空器的通信方式也逐漸在由語音通信向數據通信轉變。

傳統機場地面監視依靠塔臺管制員目視指揮，但由于視覺差及人的因素會導致運行安全性降低，且保障效率也已出現運行瓶頸。針對機坪視覺盲區問題，部分機場仍在使用早期的一次雷達監視系統，其受極端氣象或其它障礙物的干擾，會導致雷達信號嚴重衰減，制約了其監視的準確性。

隨著我國客運航班量的大幅增加，機場地面航空器運行密度和地面運行保障車輛也在迅猛增長，使得機場地面運行環境變得更加復雜，安全問題日益突出。在日常運行中，機場地面航空器與航空器、航空器與車輛之間，會時有發生沖突或刮擦情況，跑道入侵更是危害航空安全的潛在因素。機場在特殊天氣、夜間低能見度等條件下運行，將會給機坪管制及地面運行帶來巨大考驗，會直接導致機場地面運行資源緊張，降低機場整體服務質量及航空器地面運行安全。

廣播式自動相關監視技術對未來空中交通管理領域的發展影響及其深遠，ADS-B是國際民航組織確定的未來主要監視技術之一，其將衛星導航、通信、機載設備及地面設備等先進技術相結合，進一步強化管制員和飛行員對運行態勢的感知，對提升運行安全水平、空域容量與地面運行效率以及航空公司運控能力具有重要作用。ADS-B設備依賴于GPS導航，且回傳信息量更大、精度更加精良、不受地理地形限制，且覆蓋范圍較廣，建設與運行成本相對低廉。該技術不僅可用于空對空的協同作用，也可以擴展到地面場監雷達，使航空器地面活動更加靈活。

一、ADS-B概述

ADS-B全稱是Automatic Dependent Surveillance - Broadcast，中文是廣播式自動相關監視系統。顧名思義，即無需人工操作或詢問，可自動從相關機載設備獲取參數并向其它航空器或地面站廣播航空器的準確位置、高度、速度、航向等識別信息。它衍生于ADS（自動相關監視），最初是為越洋飛行的航空器，在無法進行雷達監視的情況下，希望利用衛星實施監視所提出的解決方案。

ADS-B系統以網狀、多點對多點的方式完成數據雙向通信，它主要以空對空、地對空的狀態進行系統監視。通常情況下，只需搭機載電子設備（GPS接收機、數據鏈收發機及其天線、駕駛艙沖突信息顯示器CDTI），即無需任何地面輔助設備即可完成相關監視廣播功能。裝備了ADS-B的航空器可通過數據鏈廣播其自身的精確位置及其它相關數據，并且形成清晰、直觀的背景地圖和航跡、交通態勢分布、參數窗口以及報文窗口等，最后以雷達畫面形式實時提供給相關用戶。

ADS-B報文信息通過空—空、空—地數據鏈廣播進行傳播，數據鏈路是其重要的組成部分，目前ADS-B可選的數據分為三種：模式4VDL（甚高頻數據鏈）；UAT（通用訪問收發機數據鏈）；1090ES（擴展電文數據鏈，是基于S模式應答機的一種技術）。1090ES國際民航組織較推薦采用，也是目前我國采用的數據模式，實現選擇性詢問、雙向數據模式進行通信，從而接入自動化空中交通管理系統，供相關部門和人員參考使用。

二、ADS-B在地面監視中的應用

ADS-B在機場地面運行中的應用，主要包括終端區監視和機場飛行區地面監視。終端區監視是實現機場終端區域內空中航班的飛行狀態，ADS-B可為終端區進、離港航班的空中排序提供數據支持；機場場面監視實現了對機場停機坪航空器，甚至地面運行保障車輛、人員的動態進行實時監控。亦可為A-SMGCS系統和跑道入侵系統提供相關數據支持，防治人員、航空器、車輛入侵機場跑道。

在大型繁忙機場，即便安裝了一次場面雷達等相關輔助監視設備，也經常會因特殊天氣或其它假移動目標對監視信號造成干擾，甚至出現部分探測盲區，難以做到完全覆蓋地面所有航空器及地面運行車輛的監視需求。

通過接收和處理ADS-B廣播信息，可監視活動中的航空器從空中一直延伸到機場登機橋，配合機場多點定位及全景視頻監控功能，在場區的不同點位架設ADS-B接收基站，從而實現從登機門到跑道，甚至空中運行階段的交通管制全覆蓋。不在依賴價格昂貴的場面監視雷達設備，實現機場地面及終端區全部移動目標監控與指揮，最大限度確保機坪運行安全。

2016年2月，為解決機坪通視問題，加強機場航班信息準確性及機位資源使用的管控能力，沈陽機場生產運行指揮中心率先建議在沈陽機場機坪安裝了ADS-B接收系統設備。主要用于實時掌握機坪及終端區域內的航空器機型、機號、時刻、位置、地面實時運行狀態等重要信息。提升了機場在特殊天氣、夜間運行及高峰小時等繁忙階段的地面運行保障能力。并通過ADS-B地圖投影功能，直觀顯示航空器實時地理位置，解決了機坪物理視覺盲區，減少地面運行沖突，最大限度提升了機坪運行效率，縮短航空器地面滑行時間，保證航班運行正點，也為機場應急救援保障工作起到決定性作用。

地圖投影是利用一定數學法則把地球表面的經、緯線轉換到平面上的理論和方法。由于地球是一個赤道略寬兩極略扁的不規則的球體，故其表面是一個不可展平的曲面，所以運用任何數學方法進行這種轉換都會產生誤差和變形，為按照不同的需求縮小誤差，就產生了地圖投影法。

ADS-B將信息回傳后形成清晰、直觀的雷達標牌、航跡及相關重要信息，通過地圖投影，機場飛行區、航站樓、跑道，滑行道、聯絡道及停機位等整體平面輪廓將被清晰顯示，并通過接收裝置將飛機的實時位置投影至指定地圖內。管制員可根據比例對地圖進行放大及縮小，直觀判斷航空器的準確位置。合理、有序指揮地面航空器推出、滑入、滑行、起降，極大程度避免了航空器在地面運行階段發生的不安全事件，也可通過ADS-B系統兼顧空中終端區航空器的飛行動態，避免航空器產生運行沖突，降低航空器運行風險。

三、ADS-B與傳統監視雷達功能的區別

因機場航站樓及指廊建筑物的遮擋，場監雷達在停機坪區域將會產生部分探測盲區，即不能有效監視所轄區域內的目標；還會因存在地物雜波、氣象雜波等外界因素干擾而產生虛假目標。ADS-B系統可有效解決并提升機坪運行效率，亦可融合機載應答機進行全方位的數據捕捉。支持A/C模式、S模式和ADS-B等多種應答信號，更加準確的獲取目標位置、高度、身份、航班號等信息，實現進、離港航班的自動識別分類，為運行指揮人員提供更完善的服務。特別是當天氣狀況較差、能見度較低或機場夜間運行時，該系統不僅能清晰了解到航空器在跑道、滑行道以及聯絡道上的準確位置，還可以使管制員準確快速的對航空器運行變化作出快速反應，為機場運行指揮提供有力保障。

ADS-B系統精度較高，可實現機場地面活動目標全方位、無盲區的實時監視，為機坪運行指揮提供位置監視和沖突告警服務，亦可通過ADS-B系統監視地面運行車輛、人員、航空器等動態位置信息，實現場面目標的全方位監視，促進機場資源的合理利用，有效提升機場飛行區的運行安全。

綜上所述，并結合機場運行指揮工作實際，ADS-B系統發揮了巨大優勢并實現了如下功能技術，區別于傳統監視雷達系統，為機場運行提供了有力保障：

1、ADS-B系統能夠覆蓋全場無盲區，地面及空中進近區域航空器的識別率達到100%。

2、將所捕捉目標投影到本場場區平面圖，使用人員可直觀的通過圖形分辨出航空器、人員、車輛的精確位置。

3、可將系統中所捕捉到的航班掛出雷達標牌，現實航班號、機型、機號、高度、速度、經緯度、垂直上升下降率、應答機編碼、修正后的進、離港時間、運動方向、航跡等相關數據。

4、根據不同顏色標志區別進、出港航班，重要航班、國內、國際（混合）航班等任務性質，以便管制人員關注區分。

5、將飛行航路數據、航空器性能、CDM放行時間、停機位、登機口、機場跑道燈光及航空氣象等接口引入終端，并與機場運行指揮集成系統相互融合，整合各類運行信息，不斷提升機場運行保障能力。

6、提供航空器在停機坪、滑行道、聯絡道及跑道上的實時運行狀態，監控跑道運行偏差，避免發生各類跑道入侵事件，為各類沖突及危險接近等情況提供有效、及時的告警服務。

四、結束語

預計到2020年，我國運行航班總量將達到3700余架次，旅客吞吐量將達到7億人次，2024年將有望超越美國成為全球最大的航空運輸體。ADS-B地面站建設成本是傳統二次雷達的九分之一，運行監控精度可以提高至10米量級，對于機場地面管制來說，監視數據更新速度快，減小航空器地面滑行間隔，優化并縮短航空器地面滑行時間，深度挖掘及不斷優化航空器地面運行方案，著眼于廣播式自動相關監視系統（ADS-B）新技術的推廣與應用，從戰略高度謀劃民航發展未來，進一步拓展機場自身發展空間，提升服務品質，提高行業運行效率，以實實在在的效果為民航安全發展、科學發展保駕護航。

參考文獻：

[1]成都電子科技大學碩士學位論文《ADS-B監視功能的性能研究和仿真》（作者：姚姣）.

[2]中國民航大學本科學位論文《ADS-B（1090ES）數據報文生成技術研究》（作者：張一瀚）.

[3]中國電子科學研究院學報《S模式ADS-B系統性能分析》（作者：曾一江）.

[4]空中交通管理《ADS-B技術介紹》（作者：呂小平）.

作者簡介：王爍，出生年月：1985.08，性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：遼寧省沈陽市，當前職務：沈陽桃仙國際機場股份有限公司 生產運行指揮中心 運行指揮室 副主任，當前職稱：中國民用航空局；東北管理局；機場工程；助理工程師，學歷：本科