機場場面航空器滑行沖突解脫方案優化研究

張震亞 席楊 馮巖

摘要 當傳統機場場面監視系統中發生滑行沖突場景時，管制員往往面臨人機指引缺乏、處置方案不明確等人機操作困擾情況。文章基于國內主流的不具備助航燈光引導能力的場面監視融匯系統，對于管制員面臨路由規劃—沖突告警—滑行引導的實際用戶應用場景進行重點分析和操作流程重新設計，探討如何合理化設計用戶管制流程中的沖突解脫操作步驟，實現適用于用戶實際操作場景的場面滑行沖突解脫完整方案。

關鍵詞 場面監視融匯系統；滑行沖突解脫；場面滑行沖突告警

中圖分類號 V355.2文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）03-0008-03

0 引言

機場場面航空器滑行沖突解脫方案設計旨在有效管理場面交通，減少航班滑行中的延誤，充分提高機場資源的利用率，使場面流量達到最大化，可用于航班是否偏離既定路線的實時檢測或多架航班之間的滑行沖突檢測，從而提升場面航空器的安全運行能力。

傳統機場場面航空器滑行沖突解脫方案通常涉及監視數據處理、航跡告警處理、路由規劃和滑行引導四個功能處理環節，各處理環節之間往往存在相互覆蓋、邏輯差異及細節沖突的情況。例如，路由規劃處理往往不考慮滑行沖突告警計算結果與滑行引導處理結果，監視數據處理和滑行引導處理通常各自按照不同的邏輯進行沖突風險識別，功能模塊之間往往未能形成完整的場景邏輯關聯[1]。

1 典型滑行沖突場景分析

場面上航空器之間的滑行沖突通常可以劃分為三種情況，即對撞沖突、交叉口沖突、追逐沖突[2]。滑行沖突告警解脫方案功能旨在探測航空器之間的滑行沖突問題，將可能存在的滑行風險及時反映給管制員，從而保障場面航空器安全、高效地有序運行。

1.1 對撞沖突

航空器對撞沖突的運動特征表現為在目標對的滑行路由之間存在一定重合，且重合路由的行進方向相反，即航空器之間具備對撞運行趨勢，如圖1所示。該運行場景存在以下潛在風險：航空器相向進入死胡同，發生死鎖；航空器相向運行時發生剮蹭、碰撞。

1.2 交叉沖突

航空器交叉沖突的運動特征表現為在目標對的滑行路由之間只有一個路由點發生重合或者目標對交叉匯入之后形成追逐，即航空器之間具備交叉運行趨勢，如圖2所示。該運行場景存在以下潛在風險：不同方向的航空器在交叉口或交叉匯入口易發生擁堵；航空器交叉運行時發生剮蹭、碰撞。

1.3 追逐沖突

航空器追逐沖突的運動特征表現為在目標對的滑行路由之間存在一定的重合，且重合路由的行進方向相同，即航空器之間具備追逐運行的趨勢，如圖3所示。目標對發生追逐的情形有兩類：一類是某架航空器的路由與另一架航空器的路由完全一致或者為包含關系；另一類是某架航空器的路由包含另一架航空器的起始路由，并在追逐之后去往不同方向。該運行場景存在以下潛在風險：航空器追逐階段，后機可能會受到前機的尾流干擾；航空器追逐階段因未保持足夠的安全間隔而出現碰撞。

2 滑行沖突解脫處理流程設計思路

當系統探測到現有場景下的滑行沖突風險后，需結合現場管制實際操作習慣，于管制操作人機界面給出便于操作的相應解脫方案選項，包括但不限于：針對目標下達等待/繼續滑行等數字化引導指令；針對目標重新規劃完整備選路由；針對目標重新規劃局部備選路由。完整系統方案面臨以下難點：

（1）需對現有滑行道沖突告警進行告警/預警風險度分級，不同風險分級需具備明確定義并能夠在管制操作人機界面清晰指引管制員進行相應操作。

（2）現有滑行道沖突告警需確保發出時機具備足夠提前量，若提前量不足（例如首次發出告警時目標前方已無可用脫離道口，或無可用備選路線可規劃）則將導致后續沖突解脫方案無法實現。

（3）提供目標完整/局部備選路由前，系統需能準確分析兩沖突目標現有路由是否為當前跑道運行模式下常規邏輯路由或因場面臨時限制/管制人工修改產生的孤立特殊路由，針對具備孤立特殊路由目標優先提供路由修改備選方案，防止兩目標之一修改備選路由以后與其他目標產生連鎖風險沖突的情況。

（4）管制操作人機界面操作應做到簡潔明了，引導性強，減少用戶在相應風險場景的工作量和系統操作時間。

3 滑行沖突解脫處理完整流程

當系統探測到現有場景下的滑行沖突風險后，需結合現場管制實際操作習慣，于管制操作人機界面給出便于操作的相應解脫方案選項。

對于發生滑行沖突預警/告警的目標，系統均可嘗試提供路由重新規劃或引導指令變更兩種處置方案，在不同沖突場景下兩種處置方案推薦優先級將自動進行調整：

（1）對撞沖突：沖突預警階段優先提供路由重新規劃處置方案，沖突告警階段優先對離沖突點較遠的航空器提供引導指令變更處置方案。

（2）交叉沖突：優先對離沖突點較遠的航空器提供引導指令變更處置方案。

（3）追逐沖突：優先對后方航空器提供引導指令變更處置方案。

發生滑行沖突預警/告警時，管制操作人機界面將在兩航空器標牌菜單同時提供兩種方案的人工操作按鈕，并在系統推薦的優先處置航空器標牌及其推薦方案按鈕上進行高亮變色提示。管制員可根據提示選擇系統優先推薦的處置方案，也可根據實際情況自行選擇合適的處置方案。

基于上述設計思路，該文設計考慮監視數據告警處理—路由規劃—引導處理的滑行沖突解脫完整處理流程如圖4所示。

3.1 路由重新規劃處置方案

當航空器產生沖突告警時，管制員可在管制操作人機界面兩航空器之一的標牌菜單中點擊“推薦路由”按鈕，系統將自動根據航空器攜帶信息為管制提供一條用于解脫沖突的完整/局部路由滑行路線，并以特殊顏色顯示在管制操作人機界面上，經管制員人工再次確認后即生效。

解脫路由包含“完整路由推薦”與“局部路由推薦”兩種沖突解脫方案：

（1）完整路由推薦：基于航空器攜帶的停機位/跑道等信息，為某個構成對撞沖突的航空器規劃完整路由。

（2）局部路由推薦：往某個構成沖突的航空器前方首個聯絡道口處規劃局部路由。

當管制員點擊“推薦路由”按鈕時，如果系統無法提供任何完整/局部解脫路由方案，系統在管制操作人機界面上將給出相應彈窗，提示管制員繼續選擇諸如引導指令變更等其他處理方案。

3.2 引導指令變更處置方案

當管制員需選擇引導指令變更處置方案時，可在管制操作人機界面航空器標牌菜單中對某一航空器下達“等待”指令操作或“放行”指令操作。

當管制員對該航空器下達“等待”指令時，若航空器在系統設置的門限時間內速度小于系統設置的滑行門限速度值時，視該航空器已經準確執行管制員下達的等待指令，系統將該等待目標與原沖突目標之間發出的告警/預警狀態暫時解除。此時管制員可選擇等待另一航空器因繼續滑行與等待目標自然解脫沖突或重新規劃航空器滑行路由（如圖5所示）。當管制員對該航空器下達“放行”指令時，系統繼續進行該目標與所有目標之間的沖突檢測。

4 總結

結合以上分析，該文設計的機場場面航空器滑行沖突優化方案總結歸納如下：

（1）基于對撞沖突、交叉沖突、追逐沖突三種典型沖突場景，提供支持告警/預警風險度分級的滑行沖突告警提示功能。

（2）在不同風險分級場景中于管制界面指引管制員繼續進行下一步操作，包括路由重新規劃和引導指令變更兩種方案，管制員可根據界面高亮指引操作快速選擇系統推薦的處理方案，也可根據實際情況自行選擇沖突目標之一進行處置方案調整。

（3）當管制員正常操作處置方案后滑行引導沖突提示將及時自動確認，減少對管制員其他操作流程的干擾，當處置方案未能正常執行時，人機界面上將再次發出提示。

該航空器沖突解脫設計方案以盡量簡化、優化沖突解脫人機界面操作邏輯為前提，通過合理化設計用戶管制流程中的沖突解脫操作步驟，可防止風險沖突場景下管制員人工操作過于繁瑣導致解脫方案實用性降低，提升用戶常規管制運行場景的人工操作效率。

參考文獻

[1]王歡. 大型機場航空器動態滑行調度研究[D]. 南京：南京航空航天大學， 2020.

[2]張璐瑤. 面向機場滑行引導的安全告警模型研究與系統設計[D]. 桂林：桂林電子科技大學， 2023.