集成塔臺系統及其應用分析

黃真

摘要：隨著民航業的快速發展，航班量逐年遞增，空中交通管制的運行壓力的逐步上升。現有獨立的空管生產系統已不能適應行業的發展。為滿足行業發展需求，現有生產設備需進行功能升級改造。本文從空管設備運行的特點出發，概述了集成塔臺系統，并對集成塔臺系統的相關應用進行了分析。

1 引言

近年來，順應國民經濟的發展態勢，我國民航業保持著強勁增長。2019年民航發展統計公報顯示，全國民航運輸機場完成旅客吞吐量13.52億人次，同比增長6.9%;全行業運輸航空公司完成運輸起飛架次496.62萬架次，同比增長5.8%。為滿足日益旺盛航空運行需求，全國各地新建機場、改擴建跑道及滑行道等。空管部門通過優化空域結構、增開管制扇區、建設管制運行系統提高信息化處理能力等措施來匹配快速增長航班量。為提高機場通行能力，近距跑道在各大機場逐步應用，但在一定程度上增加了跑道侵入發生的概率。航班量的增加還產生了航班延誤、起飛排隊等待時間長、碳排放過多等衍生問題。在日常工作中，管制人員需要同時關注空管自動化、電子進程單、場面監視、飛行計劃、CDM協同決策系統等多套生產系統，并在各個系統間進行來回切換操作。運行監控、跑道安全、運行效率、航班正常性以及節能環保等問題逐步成為民航運行中的突出問題。隨著科技的進步和系統集成能力的提高，集成塔臺系統的概念越來越為眾人所知。本文通過簡述集成塔臺系統，對集成塔臺系統的應用進行了分析。

2 集成塔臺系統

國內多數管制塔臺因業務需求安裝了各類系統，包括飛行計劃處理系統、空管自動化系統、電子進程單系統、DCL數字放行系統、場面監視系統、CDM協同決策系統、氣象AOWS 系統、停機位管理系統、燈光控制系統等。

集成塔臺系統的概念即是建立以飛行計劃處理和場面監視數據為主線的綜合數據處理平臺，將塔臺上安裝的各類生產系統進行集成整合，輔以各種運行告警信息等，并以態勢界面和電子進程單格式為展現形式。各類系統之間相互關聯、信息數據共享，形成了一個高度自動化的信息處理平臺。其架構圖如下圖1所示：

SSR、SMR、MLAT或ADS-B作為單獨信號源，在識別航跡時存在一定的識別錯誤率或假信號。場面監視子系統通過對這些信號源進行多源融合，可以對航跡更準確的識別。

集成塔臺系統借由數據處理平臺通過通信網絡將場面監視系統、飛行計劃處理等諸多系統進行集成，實現了系統間的互聯，并通過信息及數據處理層對數據信息進行交互處理而實現共享。同時，這又不是簡單的設備整合，通過底層信息交互，進而實現了系統界面全部整合，形成全新的一套系統。各系統通過集成以后，氣象AWOS信息、CDM協同時刻以及停機位信息等均可在電子進程單上顯示，管制席只需配備空中態勢顯示（地面席、放行席無需配備）、地面態勢顯示以及電子進程單等人機界面。

3集成塔臺系統應用分析

（一）提高管制運行效率

根據《民用航空空中交通管理規則》第二百五十九條，塔臺管制員應當目視持續觀察機場機動區內航空器、車輛、人員活動，以及起落航線和機場周邊航空器的活動。在各生產系統未集成時，管制員需要關注并操作多套生產系統，注意力被分散，從而直接影響對機動區域內的航班動態監控。集成塔臺系統通過數據互聯共享優化了信息處理流程，減少HMI以及鼠標鍵盤配置。一方面，可以優化管制桌面布局，減少管制員對設備的關注和在不同設備之間的切換操作，降低誤操作風險。另一方面，管制員將有更多的時間和精力對外保持目視，保證了對航班持續有效監控。

目前，離港航班FDR的狀態激活以及落地航班的移交接收，都需要塔臺管制員在空管自動化系統上進行相應操作。塔臺管制員需要同時操作空管自動化系統和電子進程單系統。系統集成后，相關航班的狀態接收和激活信息通過集成塔臺系統發送給空管自動化系統。空管自動化系統將跟著接到的航班狀態信息自動激活和接收航班，管制員只需操作電子進程單即可。這避免了管制員同時操作兩套系統，提高了管制運行效率。

（二）提高跑道侵入的預警告警能力

獨立場面監視系統的告警功能基于航空器的位置、速度以及相對位置關系，僅當目標間的距離低于設定的閥值后才會觸發告警。其無法將航跡運行趨勢和空中交通運行規則聯系起來，進行相應的邏輯判斷。當航空器偏離管制指令，違反運行規則，甚至發生跑道侵入時，因系統集成度低、航班運行狀態及信息缺失，導致獨立場面監視系統無法通過邏輯分析做出準確判斷、及時預警和告警，甚至還出現一些不符合跑道侵入定義的虛假告警，干擾管制運行。例如，當管制員給離場航空器發布了起飛指令，之后在存在沖突的情況下給跑道外等待的航空器發布穿越指令，這是一起典型的管制員違反空中交通運行規則造成跑道侵入的情形。場面監視系統因缺乏航跡狀態信息，無法認定航跡的下一步運行趨勢，即使在違法空中交通運行規則情形下也不會給出預警提示。

因系統集成而信息共享互聯，電子進程單系統中的航班狀態（包括跑道外等待、進跑道、起飛、落地、穿越等狀態）將在第一時間發送給場面監視系統。當場面監視系統獲取了航班狀態信息后，系統的邏輯判斷能力大大增強了。例如，2019年2月在華東某機場發生的跑道侵入事件。FDX聯邦快遞航空在跑的35R和跑道35L之間的D滑行道滑行，管制員向其發布進跑道35R的指令。飛行員在復誦正確的情況下錯誤的將跑道35L當成了跑道35R，進入了35L跑道造成跑道侵入。此時落地航空器距離接地點比較遠，高于告警距離閥值，獨立的場面監視系統沒有觸發告警。若是集成塔臺系統，則判斷此情形屬于違反運行規則，則會發出告警。這一告警時機將先于距離閥值觸發告警。

（三）增強了管制員的態勢感知

根據FAA官方統計數據，2014至2018年，美國本土發生的跑道侵入事件中因管制員偏差造成的占比為20%左右。管制員差錯的一個主要因素是管制員缺乏對現場運行的態勢感知，造成了情景意識喪失或錯誤判斷。集成塔臺系統的基礎之一是多源航跡融合，即通過ADS-B、多點定位系統以及二次監視雷達等信源進行航跡融合后，航跡的識別和計劃相關性將得到解決。管制員將通過相關航跡準確的掌握航空器的位置動態，尤其是在低能見度條件下。再則，場面監視系統和電子進程單系統之間因系統集成而交互，電子進程單系統的航班狀態可以快速直接地發送給場面監視系統。場面監視系統獲取的航跡狀態信息后，可以在其顯示界面上以不同的標牌形式或顏色來區別顯示各種航跡狀態。當各類沖突告警發生時，告警信息將同時在場面監視系統和電子進程單系統界面上產生相應視覺提醒。因此，集成塔臺通過多源航跡融合以及狀態區分顯示可以增強管制員的態勢感知，提醒管制員以降低工作時的出錯概率。

（四）減少航班積壓

近些年，航班量的增長導致了航班起飛排隊時間越來越長。2018年浦東機場出港滑行時間平均為19.85分鐘。排隊等待起飛時，一方面航空器會消耗大量的能源，排放出大量的二氧化碳等污染物，另一方面滑行道擁堵加劇了地面運行沖突和管制運行壓力。泰雷茲（Thales）的Top-Sky Tower產品還集成了進離港管理系統（AMAN/DMAN）系統。DMAN系統獲取了航班CDM協調時刻，根據離港跑道起飛效率（起飛間隔）、AMAN系統中的航班進港隊列信息以及跑道頭航班的積壓情況，自動推算出航班的離港時刻以及推出開車時間。塔臺地面席或機坪管制席可以根據這一時刻來控制航班的推出開始時機以及跑道頭排隊航班的合理數量。這不僅可以降低航空公司的運營成本，減少碳排放，還可以減少地面滑行航空器的數量，緩解管制運行壓力。

4 總結與展望

集成塔臺系統國外相應研究起步較早，如歐控集成塔臺工作席位項目小組開發的ITWP、瑞典薩博（SAAB）公司的ITWR產品、泰雷茲（Thales）的Top-Sky Tower產品等。國內的南京萊斯信息技術、中國民航局第二研究所以及華東空管局維修中心等單位提出了集成塔臺系統的設計及開發方案。但集成塔臺系統的相關技術還有待進一步驗證和完善。

目前，國內多數塔臺各類運行系統因設計開發、接口標準以及廠家等因素，多數在功能、顯示和操作方面互相獨立，未經整合。民航局空管局正在推進集成塔臺系統等接口標準的制定。上海空管中心也正在推進相關系統的建設。隨著未來技術的不斷發展，還可以考慮集成語音識別和人工智能技術，對管制指令進行識別，糾正機組偏離管制指令的行為;通過引進5G通信技術等，將機場周圍運行態勢以及跑道侵入告警等信息直接發送給機組人員，提高機組人員的態勢感知能力。

隨著航班量的進一步增加，管制運行壓力和跑道安全問題將進一步突出，鑒于集成塔臺系統的諸多優勢，在今后的管制系統建設中，希望能夠進一步推動集成塔臺系統的建設步伐。