淺述場面監視處理系統中跑道沖突告警設置機理及面臨的問題

王顥

摘 ? 要：隨著我國航空運輸業的不斷發展，航班流量迅猛增長。2017年北京首都機場起降架次達到597，000多架次，2018年北京首都機場起降架次達到612，000多架次，且首都機場的日航班量已達到近1700架次，不僅空中飛行流量逐年增長，機場地面航空器運行更顯十分繁忙，同時首都機場三條跑道運行，滑行道、穿越道以及機坪結構復雜，這些都為空管場面指揮工作帶來了一定挑戰和難度。場面監視處理系統能夠在高密度地面航空器流量及復雜跑滑結構的機場運行條件下，實現對場面活動的航空器和車輛實時監控、提供探測及告警等功能，確保機場場面活動在處于機場能見度運行標準內的任何天氣條件下的運行效率和安全運行。

關鍵詞：場面監視處理系統 ?監視 ?告警 ?跑道沖突 ?沖突探測

中圖分類號：V351 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（a）-0247-02

場面監視處理系統能夠通過接收場面監視雷達（SMR）、進近雷達（MSSR）、多點相關監視（MDS）、和廣播式自動相關監視（ADS-B）等監視設備輸出的目標監視數據，與氣象數據（包括QNH、RVR等）、飛行計劃信息等多元數據進行融合處理，形成目標綜合航跡，對在機場場面覆蓋范圍內運動的航空器和車輛進行連續的定位與標識，在管制員席位監視界面上顯示機場場面運動目標的運行態勢和運行環境，為管制員提供場面監視、視覺和聽覺告警、路由規劃及引導功能。

1 ?跑道侵入和跑道沖突的定義

跑道侵入是指航空器或車輛或人員未經許可出現在指定用于航空器降落和起飛的保護區域內的情況[1]。

跑道沖突是指進入或將要進入跑道的活動目標與跑道內活動目標之間的沖突[1]。

因此，跑道侵入告警是針對航空器或其它運動的物體在未經許可時即將進入跑道產生的告警，或者是有運動物體即將進入預先定義好的禁區（如儀表著陸系統敏感區）時產生的告警;而跑道沖突告警是指場面監視處理系統通過接收、處理多傳感器跟蹤系統的目標位置報告，評估機場場面及附近空域內的目標活動情況，識別、探測在其監測區域內可能產生的沖突，包括航空器與航空器、航空器與其他物體之間的潛在沖突并產生相應告警。

2 ?跑道沖突告警設置闡述

跑道沖突告警分為降落沖突告警和起飛沖突告警，當機場場面潛在的沖突情況被探測出來，場面監視處理系統會發送告警信息至管制席位界面，給出涉及目標的身份和情況的嚴重程度的信息，并提供視覺和聽覺告警，同時告警根據預先配置的特殊沖突情況的嚴重等級，以兩種階段顯示，一階段告警和二階段告警，配以兩種不同的顏色顯示[2]：

（1）一階段告警（琥珀色） 用于提醒用戶，有需要特殊關注的情況發生。

（2）二階段告警（紅色）用于警告用戶，有需要馬上關注的嚴重情況發生。

2.1 降落沖突告警

在場面監視處理系統中，對于一架正在降落的航空器，系統會依據進近雷達送來的2D/3D目標位置信息，判定其降落沖突告警的監視區域：即從航空器距離跑道著陸點前一定時間（TTT Limit Stage 1）的位置，一直延伸至整體跑道并且包含相應跑道的敏感區。一旦這一區域內存在其他航空器或運動物體干擾航空器降落，場面監視處理系統會根據正在降落的航空器與跑道上干擾物體的當前速度，計算當前時刻至兩者之間相距一定距離（CPA Limit）的時間差TCPA，當TCPA小于TCPA Limit Stage 1時，立即產生降落沖突的一階段告警，標牌上方出現閃爍的琥珀色“ALERT”，如圖1所示。

當在低能見度天氣條件下，假如一架航空器已經進入降落一階段，即距離著陸點TTT Limit Stage 1后，系統將不再進行TCPA時間差的檢查，即一旦監視區域內存在其他航空器或物體干擾航空器降落，場面監視處理系統會立刻產生一階段告警。

當航空器繼續飛至距離跑道著陸點前一定時間（TTT Limit Stage 2）的位置時，系統會根據正在降落的航空器與跑道上干擾物體的當前速度，再次計算當前時刻至兩者之間相距一定距離（CPA Limit）的時間TCPA，當TCPA小于TCPA Limit Stage 2時，立即產生降落沖突的二階段告警，標牌上方出現閃爍的紅色“ALERT”。

一旦航空器已經落地，系統所監視的區域僅包含航班的前方區域，進入航空器后方跑道位置的目標將不會再觸發降落出臺告警（除非后機又開始加速起飛，則會觸發航空器起飛沖突告警）。

2.2 起飛沖突告警

對于起飛航空器，場面監視處理系統會監控跑道的預定義起飛區域，以確保其它航空器、車輛以及跟蹤目標不在此區域內。通常情況下，當探測到兩個及以上的目標位于已激活跑道的預定義起飛沖突告警區域內時，且其中起飛航空器的速度大于預定義值（Stage 1/2 Speed Sel）時，會產生起飛沖突一階段的告警，標牌上方出現閃爍的琥珀色“ALERT”，告警會一直持續到其中某一個沖突目標離開起飛區域，不再存在沖突為止。

當然，如果有2架起飛的航航空器都處于起飛沖突告警區域內，但是位置靠前的起飛航空器的速度大于某一預定義門限（Stage 1 Speed Limit），就不會產生此沖突告警。

還有一種情況：當判斷兩架航班均處于起飛沖突告警區域內，但是正在平行穿越同一跑道時，也不會產生一階段告警。

當場面監視處理系統檢測到起飛航空器DHL123沿著跑道加速，且速度大于預定義值（Stage 1/2 Speed Sel）時，系統開始探測位于該起飛航空器DHL123之前的起飛區域。RIMCAS會根據DHL123、BAW1234的當前速度矢量，計算當前時刻至兩者之間相距一定距離（CPA Limit）的時間差TCPA，直到TCPA小于TCPA Limit Stage 2時，產生起飛沖突的二階段告警，標牌上方出現閃爍的紅色“ALERT”。然而，如果另一起飛航空器正在遠離該航空器的方向移動（即相反方向，計算的TCPA值為負值），則不進行起飛告警區域內目標的探測。

同降落沖突告警，如果是在低能見度情況下，則系統不再做上述的TCPA檢測，即在每一個管制席位界面上，在探測區域發現任何目標，都會以二階段告警顏色為背景，并在標牌顯示“ALERT”字樣。

2.3 合理設置告警參數的重要性

例如在實際運行中，某地塔臺管制部門反映某跑道所有起飛航空器未與當時該跑道上的一個不明一次信號產生起飛沖突告警，經技術部門調查、分析發現：該不明一次信號與該跑道降落航班正常產生降落沖突告警，卻與起飛航班不能正常產生起飛沖突告警;通過這一現象立即將問題關鍵點轉向到起飛沖突區域是如何設置的以及該區域是否實際生效方面。通過實際測試和分析，終于發現該問題是由以下兩個告警參數設置問題導致：

（1）起飛沖突告警區域的runway圖層名稱設置，該名稱與系統數據庫中的runway名稱定義不一致，導致該跑道起飛沖突告警區域實際并未生效;

（2）起飛跑道沖突告警的跑道運行方向，當前系統對該跑道起飛沖突告警區域方向take-off direction設為173度，即機場向南運行時才會有起飛沖突告警，而當天機場運行模式為向北運行，故該跑道起飛沖突告警區域未生效。

通過正確修改上述兩項告警參數設置后，成功解決了管制部門反映的問題，實現了該跑道雙向起飛沖突告警的功能。

3 ?結語

3.1 多監視信號源融合處理

如果系統可以平滑的處理空中監視信號與地面監視信號在跑道入口處的信號銜接、實現目標的信號連續性跟蹤、提高目標位置信息的準確性，就會更好地避免目標信號丟失或者漂移產生的虛假告警，從而為管制部門提供更優質的地面監視信號。因此，合理、優質的多監視信號源融合算法是今后需要深入研究、實現的重要方向。

3.2 精確目標定位

復雜地面運行環境下精確的目標定位也是目前場面監視存在的一個難點之一，比如停止等待線、停機坪和廊橋等位置下多會受物理位置遮擋、反射和電磁環境干擾等環境因素影響，很難實現精確、穩定的目標定位，需要引入路由規劃、顯示及燈光引導等功能進行實際驗證。

3.3 系統功能參數驗證

場面監視處理系統為塔臺及機場管制部門進行地面運行決策提供輔助性服務，其功能參數，尤其是跑道沖突、跑道侵入等告警參數設置的可靠性和安全性應得到充分的測試、論證。如何驗證符合我國機場跑滑結構、機場運行環境等的各項告警功能參數標準，以確定其具有安全性，是今后場面監視處理系統發展和研究工作中最急切需要解決的重要課題。

參考文獻

[1] 高級場面活動引導和控制自動化系統技術要求 MH/T 4042-2014[Z].

[2] NOVA9000場面監視處理系統系統技術手冊[Z].