空中交通管制模擬機(jī)設(shè)備的需求分析與實(shí)施獲獎科研報告

空中交通管制模擬機(jī)設(shè)備的需求分析與實(shí)施獲獎科研報告摘

要：隨著我國民航事業(yè)的飛速的發(fā)展，民用航空安全也變得越來越受到各界的重視。為適應(yīng)現(xiàn)代空中交通管制行業(yè)發(fā)展的需要，需要配備管制模擬機(jī)設(shè)備開展對管制人員進(jìn)行雷達(dá)模擬機(jī)和程序管制模擬機(jī)的強(qiáng)化培訓(xùn)。本文通過對DRS08模擬機(jī)設(shè)備的分析，闡述了該類型設(shè)備在空管行業(yè)中起到的作用，設(shè)計原則以及安裝實(shí)施過程中的注意事項(xiàng)，希望對有類似需求的單位有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：空中交通管制;模擬機(jī)設(shè)備;需求分析與實(shí)施

一、前言

傳統(tǒng)的管制人員培養(yǎng)方法是“師傅帶徒弟”，學(xué)員在接受了相關(guān)的理論知識培訓(xùn)后，跟隨具有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的管制人員到現(xiàn)場觀摩學(xué)習(xí)。這種方式學(xué)習(xí)周期長，學(xué)習(xí)水平難以提高;更主要的很難進(jìn)行大容量、大強(qiáng)度以及特殊情況下的訓(xùn)練。為適應(yīng)現(xiàn)代空中交通管制行業(yè)發(fā)展的需要，發(fā)達(dá)國家已經(jīng)普遍使用各類空中交通管制模擬機(jī)來開展管制員的訓(xùn)練。在我國，這項(xiàng)工作也已全面推廣，訓(xùn)練的內(nèi)容以程序管制和雷達(dá)管制模擬機(jī)為主。在模擬機(jī)系統(tǒng)中除了進(jìn)行大量程式化的管理和培訓(xùn)之外，還可以方便的設(shè)置現(xiàn)場極難遇到的特殊、危急情況，如通信失效、劫機(jī)、雷達(dá)失效等情況。良好的模擬機(jī)培訓(xùn)為民航空管管制人員提供了安全高效的訓(xùn)練方式。目前一名合格的管制人員每年必須經(jīng)過50小時以上的模擬機(jī)培訓(xùn)才能通過審核上崗指揮。

二、設(shè)計原則

系統(tǒng)整體采用B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的設(shè)計上主要遵循以下原則：

1.實(shí)用性：不簡單防制國外產(chǎn)品，制定與我國民航實(shí)際情況相符合的實(shí)用性功能需求。

2.模塊化設(shè)計：應(yīng)盡量采用成熟、先進(jìn)的硬件產(chǎn)品。同時開發(fā)功能清晰的軟件功能模塊，確保系統(tǒng)的健壯性和可靠性。

3.標(biāo)準(zhǔn)兼容與可擴(kuò)展性：所有模塊功能均需滿足國際民航組織ICAO的標(biāo)準(zhǔn)定義，同時還應(yīng)該充分考慮到我國的標(biāo)準(zhǔn)體系的相關(guān)規(guī)定，此外也應(yīng)為今后可擴(kuò)展需求預(yù)留接口。

三、系統(tǒng)組成與工作流程

1.系統(tǒng)組成

模擬機(jī)系統(tǒng)由一系列的軟件和硬件組合而成，采用模塊化功能實(shí)現(xiàn)。設(shè)計上首先要著眼于空中交通管制的實(shí)際工作需求，通過建模與仿真技術(shù)模擬各種特殊情況;通過軟件編程實(shí)現(xiàn)管制員、模擬機(jī)長、培訓(xùn)教員等各個席位的功能實(shí)現(xiàn)后通過成熟、先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和計算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。同時，該套系統(tǒng)還應(yīng)該充分考慮不同管制崗位的場景需求，如針對塔臺管制席的實(shí)時視鏡生成器;用于數(shù)據(jù)回放和記錄的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng);用于播放實(shí)景音效的環(huán)繞立體聲系統(tǒng)等配套設(shè)備。

1）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器為整個系統(tǒng)運(yùn)行的核心。存儲各類訓(xùn)練計劃和模板;在模擬訓(xùn)練時它向各個席位提供目標(biāo)信息、完成信息交換、接受并傳達(dá)機(jī)長席位傳達(dá)的目標(biāo)控制命令，完成目標(biāo)運(yùn)動狀態(tài)的計算。

2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：用于編輯和管理系統(tǒng)的各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（包括管制空域信息、機(jī)場場面信息、氣象模型、三維視景模型等），可靈活的從每年下發(fā)的航班時刻表中自動生成近期的飛行計劃，用于增強(qiáng)管制情景意識;對數(shù)據(jù)至少保存30天，便于檢查和回放。

3）實(shí)時視景生成器：主要用于塔臺管制崗位，可以通過投屏形式實(shí)時描繪塔臺窗外所見的180-270°三維視景?？梢阅M各種特殊情況用于演練（包括失火、劫機(jī)、緊急救援等情況）。同時還應(yīng)該與環(huán)繞立體聲系統(tǒng)契合，進(jìn)一步增強(qiáng)情景意識。

4）管制員席位：主要用于模擬管制員顯示的各種狀態(tài)信息（需求基本與實(shí)際崗位一致，包括雷達(dá)屏幕、內(nèi)話設(shè)備、氣象設(shè)備等）。同時應(yīng)該提供機(jī)場燈光、跑道引導(dǎo)系統(tǒng)的模擬功能。

5）模擬機(jī)長席位：主要負(fù)責(zé)按照管制員的口述指令，通過鍵盤輸入相應(yīng)命令，模擬在管制員指揮下航空器的各類運(yùn)動及軌跡?？刂泼顚⒅苯觽魉偷骄W(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，在經(jīng)過計算后反饋目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)、速度、高度、航向、ACARS等狀態(tài)。同時該系為也應(yīng)該提供氣象條件轉(zhuǎn)換、故障特情設(shè)定等功能。

6）模擬通信系統(tǒng)：模擬管制員與機(jī)長之間的無線地空通信設(shè)備。

2.系統(tǒng)工作流程

在實(shí)際使用過程中，根據(jù)系統(tǒng)不同功能可分為“設(shè)備接入狀態(tài)”和“訓(xùn)練運(yùn)行狀態(tài)“。

設(shè)備接入狀態(tài)：系統(tǒng)啟動后的第一個狀態(tài)，首先要從數(shù)據(jù)庫中讀取預(yù)先存儲好的基礎(chǔ)資料（包括訓(xùn)練計劃、機(jī)場信息、空域信息、氣象信息等），然后等待管制員席位、機(jī)長席位、實(shí)時視景生成器等設(shè)備的自檢和接入。當(dāng)完成初始化過程后，服務(wù)器將通過網(wǎng)絡(luò)將已夾在好的數(shù)據(jù)傳遞給該席位，從而完成各席位的準(zhǔn)備。

訓(xùn)練運(yùn)行狀態(tài)：在此狀態(tài)下，受訓(xùn)的管制員根據(jù)自己所觀察到的飛機(jī)狀態(tài)情況（起飛、落地、地面滑行等不同階段），以及從雷達(dá)席位顯示的飛機(jī)高度、速度、航向、計劃狀態(tài)、受控情況、跑道容量等信息，通過模擬通信系統(tǒng)向機(jī)長發(fā)出管制指令;模擬機(jī)長將該指令輸入系統(tǒng)，控制飛機(jī)、車輛運(yùn)動狀態(tài)，以模擬演練出實(shí)際情況。系統(tǒng)可以對整個指揮過程中有明確判定指標(biāo)的地方進(jìn)行評估，是否符合工作流程和標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，管制教員還可以任意設(shè)置能見度、風(fēng)向/風(fēng)速等自然條件的改變，以及設(shè)置引擎起火故障、劫機(jī)狀態(tài)下的處置等特情演練，加強(qiáng)對緊急情況下管制方法的訓(xùn)練，提高管制水平。

訓(xùn)練結(jié)束后，使用教員席位利用記錄的場景、雷達(dá)及話音數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練回放、訓(xùn)練講評等。

四、實(shí)施過程

由于模擬機(jī)設(shè)備一般都是在老舊樓宇內(nèi)改造后進(jìn)行安裝，不符合通信機(jī)房設(shè)計規(guī)范。在項(xiàng)目的需求分析階段提前規(guī)劃，需注意以下幾點(diǎn)：

1）服務(wù)器、存儲、交換設(shè)備是該套系統(tǒng)的核心設(shè)備，安裝前要進(jìn)行現(xiàn)場勘測，確保安裝環(huán)境條件;預(yù)留必要的檢測和安裝空間，保證良好的散熱條件;盡量避免機(jī)柜放置在中央空調(diào)管路底下，以免漏水。

2）硬件安裝區(qū)域要確保供電和接地的穩(wěn)定可靠。有條件的情況下，應(yīng)該加裝前端的穩(wěn)壓設(shè)備和不間斷供電設(shè)備。接地電阻值應(yīng)小于4歐姆。

3）根據(jù)不同席位的劃分做好傳輸線纜預(yù)埋，并確保網(wǎng)線距離小于90m。同時注意弱電線纜與強(qiáng)電線纜平行方向距離不小于30cm，防止電磁干擾。