基于TOMS和場面燈光控制的防止離港航空器侵入跑道功能的開發(fā)

文/廖惠婷

1 引言

防跑道侵入是全球民航都高度重視的一項(xiàng)安全工作，其中國際民航組織ICAO對跑道侵入的定義：跑道侵入是指機(jī)場發(fā)生的任何航空器、車輛或者人員錯誤的出現(xiàn)或存在制定用戶航空器著陸和起飛的地面保護(hù)區(qū)的情況。

隨著航班量的日益增多、多跑道投入運(yùn)行、不停航施工任務(wù)繁重，跑道侵入風(fēng)險(xiǎn)有增無減。國際民航歷史上傷亡人數(shù)最多的西班牙“特內(nèi)里費(fèi)空難”，就是一起典型的跑道侵入。而國內(nèi)近6年來發(fā)生的11起跑道侵入事件看，系統(tǒng)防控能力還比較薄弱，特別是2014年“8.26事件”和2016年“10.11事件”，嚴(yán)重威脅飛行安全，同時給空管系統(tǒng)安全工作造成了嚴(yán)重不利影響。為深入貫徹習(xí)近平總書記“堅(jiān)持民航安全底線”和“安全隱患零容忍”的重要指示精神，落實(shí)馮正霖局長以“眼睛里容不得沙子”的態(tài)度排查和治理安全隱患的要求，民航中南空管局深入研究預(yù)防跑道侵入新技術(shù)的應(yīng)用，通過管制需求與科學(xué)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合提升安全管理水平。

本文闡述的功能是在中南空管局自主研發(fā)的塔臺運(yùn)行管理系統(tǒng)（簡稱：TOMS）基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)場場面燈光控制，實(shí)現(xiàn)防止離港航空器侵入跑道功能的開發(fā)與應(yīng)用。從新技術(shù)運(yùn)行特點(diǎn)出發(fā)，防范人為因素導(dǎo)致跑道侵入事件的發(fā)生，全面做好跑道安全工作。

2 功能設(shè)計(jì)與開發(fā)

2.1 塔臺運(yùn)行管理系統(tǒng)和停止排燈概念

塔臺運(yùn)行管理系統(tǒng)以電子進(jìn)程單為基礎(chǔ)，集成及融合了塔臺現(xiàn)場多種管制運(yùn)行數(shù)據(jù)源，通過集成化、規(guī)范化、智能化手段，為塔臺管制提供一個安全、高效、智能的管制運(yùn)行支撐平臺。塔臺運(yùn)行管理系統(tǒng)在中南各地空管塔臺安裝運(yùn)行以來，提高了塔臺管制的運(yùn)行效率，最大限度地減少了塔臺管制員人為原因?qū)е碌摹板e、忘、漏”情況發(fā)生。

圖1：數(shù)據(jù)交互圖

停止排燈是防止飛機(jī)或車輛在沒有得到管制許可情況下侵入跑道的有效手段，該設(shè)備已在世界范圍諸多機(jī)場得到廣泛使用，成為國際民航組織要求締約國機(jī)場在低能見度條件運(yùn)行時應(yīng)安裝的防止跑道侵入設(shè)備。停止排燈亮起，標(biāo)志車輛與飛機(jī)禁止通行；停止排燈熄滅，表示允許通行。停止排燈與滑行道中線燈相聯(lián)，當(dāng)停止排燈熄滅，中線燈亮起，反之亦然。國際民航組織ICAO在對飛行員建議措施、駕駛艙最佳措施、空中交通管制最佳措施給出了如何有效停止排燈的建議，其中，強(qiáng)調(diào)“禁止指揮航空器或車輛穿越亮著的紅色停止排燈進(jìn)入或穿越跑道”。因此，在提升跑道侵入告警能力方面，停止排燈的應(yīng)用為管制員、飛行員、車輛駕駛員提供了直接的安全警示。本文將詳細(xì)闡述基于TOMS系統(tǒng)自動控制場面停止排燈的功能開發(fā)與設(shè)計(jì)。

2.2 功能技術(shù)難點(diǎn)

主要設(shè)計(jì)難點(diǎn)有以下三個方面：

（1）塔臺運(yùn)行管理系統(tǒng)屬于空管設(shè)備，而停止排燈大多數(shù)情況屬于機(jī)場設(shè)備，目前國內(nèi)尚缺乏兩者之間聯(lián)動的相關(guān)技術(shù)規(guī)范。需對停止排燈控制技術(shù)的深入研究，結(jié)合防止跑道侵入安全規(guī)則，攻克塔臺運(yùn)行管理系統(tǒng)與機(jī)場燈光綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時控制與交互難點(diǎn)。

（2）空管系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)安全要求十分嚴(yán)格，與外部系統(tǒng)對接需要充分考慮安全策略問題。因此必須支持?jǐn)?shù)據(jù)保密性、安全性，只提供與燈光控制及狀態(tài)獲取等相關(guān)狀態(tài)的交互，并確保數(shù)據(jù)一致性，建立記錄監(jiān)控機(jī)制，滿足故障排查要求。

（3）在保證管制正常指揮的前提下，實(shí)現(xiàn)自動控制停止排燈功能。從空管角度考慮，不能因?yàn)榧尤胪Ｖ古艧艨刂乒δ芨淖児苤圃兄噶畎l(fā)布流程。因此必須與管制需求緊密結(jié)合，采取最優(yōu)方案將管制需求與技術(shù)完美融合。

2.3 功能設(shè)計(jì)原則

為降低跑道運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)，同時減輕管制員工作負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)了基于TOMS系統(tǒng)和機(jī)場助航燈光系統(tǒng)之間燈光狀態(tài)信息交互及控制的功能，該功能綜合考慮地空飛行態(tài)勢及管制安全業(yè)務(wù)邏輯，并通過一系列技術(shù)手段在滿足空管系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全策略的條件下，確保系統(tǒng)間數(shù)據(jù)一致性。實(shí)現(xiàn)以下幾點(diǎn)目標(biāo)：

（1）實(shí)現(xiàn)塔臺運(yùn)行管理系統(tǒng)系統(tǒng)控制停止排燈功能。

（2）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輔助管制員進(jìn)行安全決策。

（3）建立飛行員與管制員安全共同情景意識。

（4）達(dá)到預(yù)防航空器侵入跑道的事件發(fā)生。

2.4 功能實(shí)現(xiàn)

2.4.1 數(shù)據(jù)交互

如圖1所示，塔臺運(yùn)行管理系統(tǒng)與鄭州新鄭國際機(jī)場助航燈光監(jiān)控系統(tǒng)的交互基于TCP/IP通信協(xié)議，其中TOMS系統(tǒng)作為客戶端，新鄭機(jī)場助航燈光監(jiān)控系統(tǒng)作為服務(wù)端，通過WCF服務(wù)接口進(jìn)行通信。

通信內(nèi)容包含了三類主要XML報(bào)文：心跳報(bào)文、請求報(bào)文、控制報(bào)文。

（1）心跳報(bào)文，每秒都在打開的TCP通道下傳輸，確保對端服務(wù)器處于工作狀態(tài)。

（2）請求報(bào)文，客戶端向服務(wù)端發(fā)送燈光狀態(tài)請求，確保系統(tǒng)間狀態(tài)數(shù)據(jù)一致性。

（3）控制報(bào)文，客戶端將控制報(bào)文發(fā)送至助航燈光系統(tǒng)服務(wù)端實(shí)現(xiàn)停止排燈控制功能。

TOMS主用服務(wù)器中的接口程序?qū)崿F(xiàn)同時與助航燈光監(jiān)控系統(tǒng)主備服務(wù)器保持連接，從空管網(wǎng)絡(luò)安全要求出發(fā)，確?？蛻舳伺c服務(wù)端連接不中斷，保證數(shù)據(jù)交互順暢、穩(wěn)定、可靠。

2.4.2 TOMS系統(tǒng)自動控制停止排燈功能

管制員使用TOMS系統(tǒng)對離港航班發(fā)布進(jìn)入跑道（LIN）狀態(tài)指令后，系統(tǒng)根據(jù)該航班的滑行路線：E,D1，分析出即將經(jīng)過的跑道入口D1，并將對應(yīng)D1道口的停止排燈關(guān)閉控制信息通過接口實(shí)時發(fā)送到機(jī)場燈光綜合監(jiān)控系統(tǒng)中。如圖2所示。

圖2：TOMS系統(tǒng)塔臺席位跑道區(qū)域圖

圖3：TOMS系統(tǒng)塔臺席位跑道區(qū)域圖

機(jī)場燈光綜合監(jiān)控系統(tǒng)接收到TOMS發(fā)送的控制信號后，實(shí)現(xiàn)關(guān)閉機(jī)場場面D1道口停止排燈。后續(xù)，TOMS及時獲取停止排燈熄滅狀態(tài)并反饋到界面。如圖3所示。

3 功能應(yīng)用效果

3.1 系統(tǒng)輔助管制員進(jìn)行安全決策

基于TOMS系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過對跟蹤航空器動態(tài)，結(jié)合電子進(jìn)程單狀態(tài)，以預(yù)先設(shè)置好的管制指令業(yè)務(wù)邏輯為判斷條件，結(jié)合跑道停止排燈自動控制功能，達(dá)到預(yù)防航空器侵入跑道的效果。解決了機(jī)場燈光綜合監(jiān)控系統(tǒng)不具備管制安全業(yè)務(wù)控制邏輯問題，以及空管塔臺需要安排專門人員負(fù)責(zé)停止排燈的關(guān)閉問題，為減輕管制員工作負(fù)擔(dān)，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 建立飛行員與管制員共同情景意識

通過停止排燈燈光信息的交換和共享，產(chǎn)生“紅燈停，滅燈行”的公共認(rèn)知。管制員通過操作TOMS系統(tǒng)自動控制對應(yīng)道口停止排燈關(guān)閉，飛行員收到管制語音指令及燈光關(guān)閉的指引駕駛航空器進(jìn)入跑道。當(dāng)航空器通過跑道入口后，停止排燈自動亮起，TOMS獲取燈光狀態(tài)并反饋到系統(tǒng)界面，提示管制員可進(jìn)行后續(xù)指揮。建立了管制員、飛行員共同通情景意識，最大程度地滿足安全運(yùn)行需求。

3.3 預(yù)防航空器侵入跑道事件發(fā)生

3.3.1 預(yù)防飛行員誤聽管制指令導(dǎo)致的航空器侵入跑道的事件發(fā)生

當(dāng)管制員發(fā)布跑道外等待指令，若飛行員誤聽成進(jìn)入跑道時，由于管制員并還沒有在TOMS操作進(jìn)入跑道狀態(tài)指令，因此停止排燈不會被關(guān)閉，飛行員受到紅燈警示，不得進(jìn)入跑道。有效預(yù)防了飛行員誤聽管制指令的情況發(fā)生。

3.3.2 預(yù)防管制員誤發(fā)指令導(dǎo)致的航空器侵入跑道的事件發(fā)生

當(dāng)管制員要在TOMS系統(tǒng)中發(fā)布進(jìn)入跑道指令時，系統(tǒng)會根據(jù)綜合雷達(dá)航跡，判斷進(jìn)近短五邊范圍內(nèi)是否有即將進(jìn)港的航班，若有，則系統(tǒng)會將對應(yīng)跑道鎖定，提示管制員不能在系統(tǒng)中發(fā)布進(jìn)入跑道的指令。因此，如果管制員口頭誤發(fā)指令，但由于系統(tǒng)禁止發(fā)布進(jìn)入跑道指令操作，所以停止排燈不會被關(guān)閉，飛行員受到亮燈的禁示，在跑道外等待并與管制員再次確認(rèn)指令。有效預(yù)防管制員誤發(fā)指令導(dǎo)致的跑道侵入事件發(fā)生。

3.3.3 預(yù)防低能見度情況下航空器侵入跑道的事件發(fā)生

隨著鄭州新鄭國際機(jī)場即將實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ類盲降進(jìn)近及低能見度起飛運(yùn)行程序，當(dāng)遇到能見度低的天氣情況，將開啟停止排燈控制，通過停止排燈控制，燈光對飛行員起到警示作用，同時減輕管制員繁忙工作狀態(tài)下的工作負(fù)擔(dān)。

4 結(jié)語

基于TOMS系統(tǒng)與場面燈光控制的防止航空器侵入跑道的功能，針對塔臺管制的特殊性，如航空器狀態(tài)變化多，跑道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的防止跑道侵入的應(yīng)用效果。本文設(shè)計(jì)的功能模塊已經(jīng)于2018年9月在河南空管分局正式啟用，保證了Ⅱ低能見度起飛運(yùn)行的順利推進(jìn)，為后續(xù)推廣應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

如果有可能，從安全的角度考慮，可逐步實(shí)現(xiàn)TOMS系統(tǒng)與具備條件的地區(qū)機(jī)場的所有跑道入口及穿越道口處的停止排燈進(jìn)行對接，并實(shí)現(xiàn)常態(tài)化運(yùn)行。通過這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用，預(yù)防各類跑道侵入事件的發(fā)生，提高管制安全運(yùn)行水平。