分布式網絡互聯實現聯合模擬訓練

文/周超

空中交通管制系統，俗稱ATC系統，是一個高交互、高分布式和具備聯合認知特征的復雜離散系統。隨著國家大力發展民航，著重推進國產空管自動化系統的研制和使用。而伴隨著空管自動化系統逐年在普及和提升，人為因素的差錯成為在自動化系統和航空管制中的癥結所在，尤其是區調、進近和塔臺各級管制單位之間的交互和協調，是其中最為薄弱的環節。那么塔臺、進近、區調之間的聯合模擬訓練，則為管制員熟練掌握管制流程，最大程度規避人為風險因素提供了很好平臺。

1 塔臺和雷達訓練系統簡介

塔臺模擬訓練系統是為從事塔臺管制的工作人員提供學習掌握自動化系統、熟悉機場空域和地面環境和應急處理各類特請的模擬訓練系統。采用分布式搭建和還原塔臺自動化系統，由電子進程單系統、場面監視系統、五邊自動化終端系統、氣象信息系統、教員席位系統、模擬機長席位系統、三維視景仿真系統（由Unity 3D控制和DirectX建模，一比一比例還原真實管制區域環境），以及模擬通訊系統（包括低空通話、地地通話和直通電話）組成。

雷達模擬訓練系統是為從事進近管制和區調管制的工作人員掌握自動化ATC系統、熟悉空域環境、崗前培訓和在崗復訓的模擬訓練系統。系統包括教員席位系統、主任席位系統、管制席位系統、助理管制系統、模擬機長系統，采用提前設計飛行計劃和實時增加飛行計劃和異常，仿真和還原空中交通管制情景，提高進近、區域管制員的訓練效果。

2 聯合訓練的原理

聯合訓練是指在雷達模擬訓練系統和塔臺模擬訓練系統，同時運行同一個訓練計劃，區調、進近和塔臺各管制單位在各自區域進行管制，并和其他管制單位保持交互和協調，保持管制流程的完整。

聯合訓練采用塔臺模擬訓練系統服務器（TWRSERVER）和雷達模擬訓練系統服務器（RADSERVER）兩臺服務器互聯，將兩個局域網組網，把兩個SERVER之間的數據相互轉換，包括計劃信息、訓練信息、空域數據信息等。系統提供塔臺和雷達兩個系統之間互聯的軟、硬件接口。接口包括：雷達航跡信息數據發送和接收接口，飛行計劃數據信息發送和接收接口，航班權限移交接口等。

3 硬件方案設計

聯合訓練對應的雷達和塔臺兩個訓練系統的服務器都是雙網卡服務器，服務器一個網卡連在雷達和塔臺兩個系統各自獨立的交換機局域網內，一個網卡用來在兩個服務器之間互聯，實現局域網與局域網之間的組網，其他系統內的服務器和工作站終端都連接在各自的交換機局域網內。

示例圖如圖1。

4 軟件處理設計

圖1：硬件方案

圖2：軟件數據流程方案

4.1 雷達和塔臺模擬訓練系統數據庫連接

雷達和塔臺模擬訓練系統都采用PRΟC連接數據庫，定義一個函數ΟpenDB()連接數據庫，分別定義連接用戶名和密碼以及數據庫服務名，使用EXEC SQL CΟNNECT 用戶名 ΙDENTΙFΙED BY 密碼USΙNG 服務名；完成連接。如果連接失敗，會一直嘗試連接，直到連接成功為止。

4.2 雷達數據處理功能

通過UDP協議自定義收發消息函數recv_msg和send_msg。將雷達模擬訓練系統內部的消息，包括航跡信息、移交信息等數據，通過統一分發函數Send_MsgToTower，發送給轉換進程，分發給塔臺模擬訓練系統，通過小類號來區分消息類型。

0x014 d：統一接口發送給雷達段轉換進程的消息。

type：5小類為航跡位置更新消息。

type：6小類為航跡航路變更消息。

type：7小類為航跡移交消息。

4.3 塔臺數據處理功能

塔臺收發消息原理同雷達模擬訓練系統一致。將塔臺模擬系統內部的消息，通過統一分發函數SendMsgToUnion，發送給轉換進程，分發給雷達模擬訓練系統，同樣通過小類號來區分消息類型。聯合訓練開始練習，練習進度控制等，全部由塔臺模擬訓練系統發起，所以塔臺需要將練習數據、計劃數據、扇區等空域數據、進度數據等消息發送給雷達模擬訓練系統。

0x017 d：統一發送給塔臺段轉換進程的消息。

type：1小類為練習初始數據消息。

type：2小類為氣象消息。

type：3小類為初始計劃消息。

type：4小類為練習進度控制消息。

type：5小類為航跡位置更新消息。

type：7小類為航跡移交消息。

4.4 塔臺和雷達系統的消息轉換

塔臺和雷達模擬訓練系統不是直接接收和處理對方系統的消息的，而是分別將消息數據分發給各自的轉換程序，塔臺的轉換進程為CETC_TCPRS_TW，雷達的轉換程序為SΙM_TCPRS。

塔臺的轉換進程CETC_TCPRS_TW將0x017d消息發送給雷達的轉換進程SΙM_TCPRS后，SΙM_TCPRS將消息轉換成雷達服務進程SΙM_ATG可以理解的消息0x4040，雷達模擬訓練系統再進行解析。同理雷達的轉換進程SΙM_TCPRS將0x014d消息發送給塔臺轉換進程CETC_TCPRS_TW后，CETC_TCPRS_TW再講消息轉換成塔臺服務進程CETC_ATG_TW可以理解的消息0x4070，塔臺模擬訓練系統再進行解析和處理。

示例圖如圖2。

航跡消息和移交消息以及數據轉換是最重要的三個消息，貫穿整個管制流程和系統運行，其中航跡和移交移交消息主要是參與仿真運算，數據轉換是在兩個系統間承擔互聯的角色。

5 現有的問題

塔臺模擬訓練更加關注場面的數據，包括停機位、滑行道、跑道等，所以數據更復雜，同時精度更高。雷達模擬訓練更加關注空域數據，相對的，精度也會低一點。所以在塔臺和雷達兩套訓練系統之間進行數據轉換的時候，會損失一部分精度，會造成位置信息的一點點誤差。

其次聯合訓練目前只能由塔臺訓練系統開始發起，不能夠雙方都可以相互發起，缺乏一定的靈活性。造成進近和區調的教員在編輯聯合訓練練習數據的時候，需要在塔臺模擬訓練系統里編輯空中航班計劃，提前設置空域特請，由于兩套系統獨立運行的差異，會對雷達訓練系統的教員造成一定的操作困難。

6 結束語

雖然現階段的聯合訓練還有不少需要完善和優化之處，但是能夠完成區調、進近和塔臺各管制單位聯合模擬管制訓練，將各個管制單位整合在一個完整的訓練里面，很好的保證了航空管制流程的完整性。相信隨著計算機技術的更新，聯合訓練技術也將越來越完善，必將對民航管制運行和安全保障方面起到更加關鍵的作用。