基于功能導向的空管監視服務運行模式研究

□ 民航湖南空管分局 黃肖超/文

作為雷達管制的核心，空管自動化系統具有舉足輕重的作用。順暢的空管監視服務運行模式能夠提高管制效率，更好的為空中交通提供服務。目前，關于空中交通管制本身的研究很多，而結合現場實際情況，從技術保障視角，采用功能導向的方法對監視系統運行模式進行分析的研究文獻較少?；诖耍疚慕Y合湖南空管的實際運行情況，提出了基于功能導向的空管監視服務運行模式研究。以管制服務流程中應答機代碼（SSR）自動分配、SID/STAR進離港程序與跑道分配、起飛落地報自動拍發、席位扇區分配等關鍵功能為導向，將監視服務運行模式分為主用模式與備用模式，本文就不同運行模式下的關鍵數據信息交互進行探討。

空管監視服務的定義及作用

（一）監視技術與空管監視服務定義

監視（Surveillance）技術是國際民航組織新航行系統（CNS/ATM）的重要組成部分，是星基定位與導航、航空器機載設備與地面設備等多種先進技術的結合，為管制員和飛行員提供所需的航空運行態勢感知信息，是現代空中交通管理的基礎。

空中交通管理（ATM）包括空中交通服務（ATS）、空中交通流量管理、空域管理。而空中交通管制服務（ATC）又是空中交通服務的一部分，空中交通服務還包括飛行情報服務和告警服務?？罩薪煌ü苤品盏闹饕蝿帐牵悍乐购娇掌髋c航空器相撞、防止在機動區內航空器與障礙物相撞、維護和加快空中交通的有序流動?？展鼙O視服務通常是指空管設備部門利用多種監視技術對航空器進行綜合監視并實現多源監視數據的融合，對管制員提供目標可靠的無間斷監視服務，從而達到提高空域容量、提升空中交通管理運行效率的目的。

（二）空管監視服務的作用

空管監視服務為空管運行單位提供航空器目標的實時動態信息，并支持空—空安全預警、飛行高度監視等相關應用，是進行空中交通管理的基礎。及時、連續、準確的監視信息服務，對整體提高空中交通安全保障，提升空中交通運行效率，提高航空飛行安全水平以及運行效率等方面都有著極為重要的作用。

空管監視服務運行模式的關鍵影響因素

空管監視服務運行模式的設計是一個系統工程，在明確現有空管監視服務發展一般特點的基礎上，了解空管設備運行模式的基本類型及發展趨勢，重點分析對監視服務運行模式產生影響的因素，考慮各種因素的綜合影響才能設計出合適的運行模式。

（一）我國空管監視服務發展現狀

隨著經濟的快速發展和航空運輸量的高速增長，我國空管監視服務發展取得了長足的進步，主要呈現以下特點：

1.傳統監視基礎設施建設初具規模。截至目前，我國境內共部署一次監視雷達24套，二次監視雷達123套，場面監視雷達28套。

2.新監視技術應用推進迅速。截至目前，中國民航已完成308個ADS-B地面站建設，已開展8個機場場面多點定位應用。

3.自動化系統建設穩步推進。截至2017年底，全國共完成8個區域管制中心、44套空管主用自動化系統和43套備用系統、18套高級場面活動引導與控制系統的建設。

4.監視技術國產化能力逐步提升。

5.監視新目標與新技術不斷涌現。

（二）空管監視設備運行模式基本類型及發展趨勢

為確保管制轄區內的飛行安全，空中交通管制監視信息的探測、傳輸、處理、顯示一般均采用多重冗余設計，具有在線自檢和監控功能。當互為冗余的處理機中任意一臺因為軟、硬件故障或者因為人工干預而停止工作時，不影響該功能的正常工作及全系統的正常使用，對管制界面顯示的內容沒有任何形式的影響，并且不會引起系統其他功能工作異?；蛳到y的重新配置。這種工作狀態，一般稱為正常模式。

當系統檢測到互為熱備份的雙處理器都不能正常工作，或者系統公共節點失效，但同時旁路處理服務器能正常工作時，系統將自動進入降級模式。降級模式下，系統只提供管制服務的必要功能。

隨著監視技術的不斷發展，主備自動化系統間及自動化系統與其他系統間的數據交互日益頻繁，推進自動化系統飛行動態數據接口的擴展應用，與管制綜合信息顯示系統、協同決策機制（CDM）、高級場面活動引導與控制系統等的信息共享和數據交互，形成一體化的空中交通管理系統是監視服務未來的發展趨勢。

（三）監視服務運行模式的影響因素

綜上所述，不難發現，隨著空管監視設施設備總量的擴張、種類的增多、新技術的不斷涌現、數據交互日益頻繁，空管運行中設備風險對飛行安全及運行效率的影響越來越大。主用系統設備工作的穩定性和可靠性對管制現場安全起著至關重要的作用。同時，為了保障管制服務的連續性，各系統動態數據要求能夠雙向實時交互，基礎數據能夠自動定期同步、保持一致，管制界面、關鍵運行參數科學規范設置使用，規范和加強自動化備份系統的常態化使用，充分發揮備份系統的安全效能。

基于功能導向的監視服務運行模式探討

對于空管監視服務而言，保證其持續發展最重要的因素就是管制指揮功能的發揮。管制指揮功能的不足或缺失，必然導致現場運行陷入困境，阻礙其進一步發展。因此，空管監視服務的一切活動都是以管制指揮功能的正常發揮為基礎的，在對空管監視服務進行運行模式設計時就必須基于功能導向。

要設計出一個適合空管監視服務的運行模式，關鍵是要明確監視服務為實現其最終目標所必須的功能，按照功能的需要采用相應的組織結構形式。首先要清楚空管監視服務的基本功能，在此基礎上明確核心功能，最后將功能與系統進行匹配，最終形成完整的運行模式。具體設計框架見圖1。

圖1：基于功能導向的空管監視服務運行模式設計框架

為管制現場提供完整的監視服務所涉及的系統包括主備自動化系統、飛行計劃集中處理系統、塔臺電子進程單系統和高級場面活動引導與控制系統等。上述系統互相協作，貫穿一個航班完整的管制生命周期（塔臺管制、進近管制、區域管制），其為管制用戶提供的主要功能如表1所示。

表1：空管監視服務相關系統主要功能

通過對監視服務相關系統提供的管制服務功能進行梳理，發現管制流程是一組相關的、結構化的活動集合，或者說是一系列事件的鏈條。這些活動集合或鏈條為管制員提供特定的服務或產品，這個流程有起點、有終點、有目的。為管制員提供及時、連續、準確的監視信息服務，并具備高可用性，正是空管監視服務運行模式設計的核心思想。

空管監視服務功能通常重點集中在以下幾個關鍵的活動中：應答機代碼自動分配及高效同步至自動化系統；出港航班的標準離港程序（SID）、起飛跑道、離港時隙（SLT）、場面狀態的流轉；進港航班的標準進港程序（STAR）、落地跑道的自動分配；席位控制扇區的信息流轉、電子進程單投遞、紙質進程單自動打印。

以湖南空管分局監視服務運行模式為例，主用自動化系統為萊斯NUMAN系統，備份自動化系統為Air Net系統，塔臺電子進程單系統為TOMS(塔臺運行管理系統)，航班信息處理系統為FIPS（Flight Information Process System）。根據管制現場實際運行情況將本地監視服務運行模式分為主用模式和備用模式。主用模式即以上所有相關系統均處于正?？商峁┓諣顟B的使用模式，備用模式即以上任一套系統出現系統級故障無法提供服務時的使用模式。各服務模式下系統使用情況如圖2所示，其中ACC表示區域管制室，APP表示進近管制室，TWR表示塔臺。

不同的運行模式下，系統的關鍵數據流向不同。其中主用模式下，數據交換模型如圖3所示。

（1）二次代碼（SSR）分配數據流向為：FIPS自動預分配SSR后，結合航空器場面狀態推出時機，分別以消息隊列（MQ）和預計飛越報（EST）的方式向TOMS及萊斯、Air Net自動化系統同步預分配SSR。TOMS和自動化系統收到消息后，分別更新航班計劃中的SSR項內容。

（2）離港航班SID/起飛跑道/停機位/計算起飛時刻（CTOT）/SLT/場面狀態/計算撤輪檔時刻（COBT）等信息的數據流向為：TOMS系統通過MQ更新FIPS系統中對應飛行計劃中的上述信息，FIPS系統再通過MH/T 4029.3行業標準中的基礎飛行數據交換報文發送給萊斯、Air Net系統。

（3）起飛報（DEP）/落地報（ARR）的自動拍發：萊斯、Air Net系統將各自的綜合航跡數據輸出以監視數據處理系統航跡報文（ASTERIXCAT 062）的方式發送給FIPS系統，由用戶在FIPS系統接口程序上手動選擇接收源。最終由FIPS系統對外進行發報。

（4）進港航班STAR/落地跑道數據流向：處于主用模式的自動化系統自動分配上述信息后，通過MH/T 4029.3行業標準基礎飛行數據交換報文發送給FIPS 系統，FIPS系統接口程序收到報文后負責更新相應飛行計劃的航班動態信息。

（5）目標的席位扇區數據流向：處于主用模式的自動化系統通過MH/T 4029.3行業標準基礎飛行數據交換報文發送給FIPS系統。

（6）基礎數據同步數據流向：FIPS系統以TXT文本方式定期將收發報地址/機場資料/城市對/批復航路/機型資料等基礎數據用文件傳輸協議（FTP）發送給萊斯、Air Ne t系統。

（7）次日計劃推送數據流向：FIPS系統以TXT文本文件（北京時間次日零點48小時內的飛行計劃數據）的方式通過FTP協議發送給萊斯、Air Ne t系統。

備用模式分兩種情況，即FIPS系統與TOMS系統正常，僅任意一套自動化系統故障的情況下，數據流向與主用模式一致；當FIPS系統故障的情況下，備用模式下的信息流向如下：

（1）SSR、SID/STAR數據流向：處于主用狀態的自動化系統自動分配SSR，通過MH/T 4029.3行業標準主備空管自動化系統數據交換報文，將SSR同步至備用自動化系統。

（2）DEP/ARR拍發：由處于主用狀態的自動化系統拍發。

該模式下管制現場獨立使用空管自動化系統，主備自動化系統間通過主備空管自動化系統數據交換報文和基礎飛行數據交換報文進行數據交互，由主用系統將數據發送給備用系統，其中包括航班計劃狀態，航班動態信息，系統基礎數據信息等。

“變則通，通則達”，改進無止境。隨著時間的推移，面臨問題的變化，新的技術仍將不斷地涌現，管制流程也有可能發生變化，管制運行對監視設備的依賴程度越來越高，對設備保障現場運行的要求也更為嚴格，需要不斷改進、完善本監視服務運行模式。

結束語：

本文詳細分析了管制服務流程與監視設備提供的各項功能的內在結構關系，結合湖南空中交通管制的實際運行情況，提出了基于功能導向的監視服務運行模式研究，介紹了不同運行模式下監視設備關鍵數據的信息流向，闡述了各個系統在為管制部門提供監視服務時扮演的角色，為民航空管設備運行模式提供了簡單有效的方案。在現場實現運行中發現，該方案具備很強的安全性與可執行性，極大提高了空中交通管制的設備保障力度，提升了管制部門的應急效率，為其他空管單位建設及運行模式設計提供了借鑒。