低能見度時進近管制區(qū)運行安全風險分析

李 璇工程師

(1.首都經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué) 管理工程學(xué)院，北京 100070；2.民航甘肅空管分局，甘肅 蘭州 730087)

0 引言

民航業(yè)有“黑色13分鐘”的說法，即飛機在起飛6min和降落7min的過程中風險最大。從空域劃設(shè)角度看，“黑色13分鐘”發(fā)生在進近空域和塔臺。塔臺位于機場，負責航空器起飛降落；進近管制區(qū)是塔臺和區(qū)域管制空域的中間過渡空域，主要負責一個或者多個機場航空器的進、離場飛行，涉及進離場沖突調(diào)配和飛越的航空器沖突調(diào)配。進近管制員管轄的范圍，上接航路區(qū)，下接機場管制區(qū)。進近管制區(qū)并非每個機場附近都有，只有在全年起降架次超過36 000架次或者空域環(huán)境復(fù)雜的機場才會劃設(shè)進近管制空域。截止2019年初，我國有運輸機場235個，僅有41個進近管制區(qū)，1個終端管制區(qū)。

進近管制區(qū)面積小，飛行沖突多，是民航安全管理中十分關(guān)注的區(qū)域。這個空域內(nèi)出現(xiàn)的天氣類型多樣，氣象條件復(fù)雜，天氣對于進近管制區(qū)運行安全的影響大。在民用航空中，復(fù)雜氣象條件是指雷雨、結(jié)冰、顛簸、風切變、低能見度等影響飛行安全的惡劣天氣。據(jù)統(tǒng)計，自1960年以來，在復(fù)雜氣象條件下中國民航發(fā)生超40起事故。尤其是低能見度，對航空器安全運行影響重大，是民航安全運行關(guān)注的重點。

目前關(guān)于進近管制區(qū)的安全管理研究比較多，但是，國內(nèi)關(guān)于復(fù)雜天氣的進近管制區(qū)運行安全分析多數(shù)是在討論風切變、雷暴等短時、小尺寸、極端的天氣，對低能見度這種時間較長、范圍大的氣象條件研究較少。進近管制區(qū)的研究側(cè)重于分析單一空難的成因、飛行設(shè)備優(yōu)化、強調(diào)管制經(jīng)驗分享等，對于進近管制區(qū)在低能見度氣象條件運行的危險源少有分析。因此，本文以某地進近管制區(qū)為例，參考1996-2016年當?shù)貧庀蟛块T的低能見度氣象條件統(tǒng)計數(shù)據(jù)，從安全系統(tǒng)工程學(xué)中的“5M”模型出發(fā)，組織專家使用專家評估法和頭腦風暴法，全方位分析進近管制區(qū)在低能見度氣象條件下的危險源，再利用風險矩陣法找出關(guān)鍵危險源，對其進行安全風險分析并提出安全建議。

1 低能見度時某地的進近管制區(qū)運行安全分析

1.1 低能見度天氣的風險分析

很多天氣都會影響能見度，雨、雪、低云、霧、煙、火山灰、浮塵、沙、霾等液體或固體雜質(zhì)都可能造成能見度降低，并且發(fā)生的地域遍布我國南北方。對于起飛的飛機，進近管制員會引導(dǎo)飛機加入航路航線。當飛機準備從航路航線上下降時，進近管制員應(yīng)把飛機引導(dǎo)到儀表著陸系統(tǒng)的作用范圍內(nèi)，一般在機場上空500m左右。在此空域內(nèi)，低能見度天氣會影響飛行員辨識地標，所以能見度是航空器起飛落地標準中決定性因素。民航使用的能見度數(shù)值由民航氣象服務(wù)人員發(fā)布，主要數(shù)值有主導(dǎo)能見度和跑道視程(Runway Visual Range，RVR)2種。在Ⅰ類精密進近程序中規(guī)定，在沒有RVR可參考情況下，當能見度低于800m時，航空器不能著陸；在RVR可參考的機場，RVR數(shù)值低于550m時，航空器不能著陸。低能見度天氣可能會導(dǎo)致飛機復(fù)飛。此時，飛機需要在空中盤旋，等待天氣變好，這樣會造成空域超容量運行，增大管制員負荷。如果低能見度天氣持續(xù)時間較長，會使多架飛機返航備降，使得航路航線飽和、附近機場停機位飽和。當?shù)湍芤姸忍鞖飧采w多個機場時，航班備降困難，附近機場氣象條件也無法滿足落地標準，而機組的剩余油量又無法支持航班飛到更遠的備降機場時，可能會發(fā)生非常嚴重的事故。

1.2 某進近管制區(qū)運行情況介紹

某進近管制區(qū)范圍(如圖1)內(nèi)涉及3個機場的進離港航空器調(diào)配和附近的軍民航飛行沖突調(diào)配，其中有A機場的全部進離港航班，B機場的東側(cè)進離港航班，C機場的西側(cè)進離港航班。民航飛行沖突以及軍民航飛行沖突熱點均在A機場周圍，所以A機場的天氣情況對該進近區(qū)安全運行影響極大。A機場為高原機場，使用Ⅰ類精密進近程序，累年致使能見度小于1 000m的天氣現(xiàn)象有霧、雪、沙塵暴、雨、煙等，其中霧、雪、沙塵暴是主要影響因素，如圖2、3。

圖1 某進近區(qū)運行情況示意圖

從圖2可知，A機場各月均有能見度低于1 000m的低能見度天氣。從季節(jié)上來看，冬春季雪天影響較大，春季沙塵暴影響較大，秋季霧影響較大。秋季霧主要是輻射霧，短時間內(nèi)能見度會低于50m，容易發(fā)生在前幾日有降水，后轉(zhuǎn)為晴天的早晨，日出后能見度轉(zhuǎn)好。

圖2 A機場累年氣象條件影響能見度低于1 000m的平均小時數(shù)(1996-2016年)

從圖3可知，近21年間(1996-2016年)能見度低于1 000m的在各月都有出現(xiàn)，但是能見度低于1 000m持續(xù)10h以上很少，低能見度持續(xù)時間超過10h多見于冬季1月、春季4和5月。根據(jù)《A機場氣候志》，A機場冬春季的雪天發(fā)生之前多有霧，如在夜晚降雪會伴隨出現(xiàn)凍霧。1月份大多正逢每年春運，進近管制區(qū)域航班量激增，航班準點率要求高，雪霧天氣不但造成航班大量延誤，還造成空域超容量運行，管制員負荷增大，增大航班運行風險。春季沙塵暴發(fā)生在白天，由于太陽輻射，地面湍流活動強，多數(shù)情況伴隨風切變而產(chǎn)生復(fù)雜的低能見度天氣，且持續(xù)時間長。4月份是航班換季時間，管制員工作模式切換，換季后A、B機場航班量激增，此時出現(xiàn)低能見度天氣會給該進近管制區(qū)運行帶來較大壓力，增大管制員負荷，使人為差錯和過失的數(shù)量增多。

圖3 A機場能見度低于1 000m的持續(xù)時間年平均統(tǒng)計圖(1996-2016年)

1.3 低能見度進近管制區(qū)安全風險分析

從5M模型出發(fā)，利用風險矩陣對危險源評級，對低能見度時該進近管制區(qū)運行安全風險分析。本文默認機組可以在低能見度天氣下正確處理問題，安全分析重點是進近管制單位。

1.3.1 任務(wù)(Mission)

某地的進近管制區(qū)內(nèi)天氣全年復(fù)雜多變，民航氣象預(yù)報員每日09：30進行天氣預(yù)報講解。在能見度低于5 000m時，氣象觀測員會立即使用錄音電話通知進近管制區(qū)管制員，并更改通播(Automatic Terminal Information Service, ATIS)數(shù)值；當能見度低于1 500m時，氣象觀測員會使用錄音電話通報RVR數(shù)值。低能見度天氣是進近管制區(qū)常見的復(fù)雜天氣，在實際運行時會加大管制人員、設(shè)備、管理措施、空域環(huán)境等方面風險。

1.3.2 人員(Man)

該進近管制單位人員主要負責進近管制區(qū)內(nèi)的進離場航空器的飛行活動、飛越航空器、通用航空作業(yè)等管制指揮。現(xiàn)設(shè)有一個帶班主任席、4個進近管制席、4個協(xié)調(diào)席席位。該進近管制區(qū)有管制員47人，其中持照放單管制員40人，見習管制員7人；其中持有進近程序和進近雷達雙照人員35人；持有進近程序執(zhí)照5人。管制人員從見習到持照放單平均經(jīng)歷2年時間，持照放單管制員每年進行復(fù)訓(xùn)，應(yīng)對復(fù)雜天氣的運行訓(xùn)練時間不低于20h。

綜合考慮技術(shù)能力、業(yè)務(wù)量及人員數(shù)量，該進近區(qū)管制人員數(shù)量的配備和日常排班滿足低能見度天氣進近管制區(qū)安全運行以及分扇區(qū)運行保障要求，但是管制員的技術(shù)水平不同，經(jīng)驗較少的管制員對低能見度天氣對空指揮風險增大。

1.3.3 設(shè)備(Machine)

(1)管制現(xiàn)場。該進近管制室現(xiàn)有6個管制扇區(qū)席位(含一個備份席位)，2個主任帶班席位。每套扇區(qū)席位均有自動化系統(tǒng)、多普勒氣象雷達終端(機場周圍氣象雷達拼圖，實時信息，2～10min更新)、氣象實況終端(Automated Weather Observing System，AWOS)、航空信息系統(tǒng)(Aeronautical Information Manual System，AMIS)、內(nèi)話系統(tǒng)。供電系統(tǒng)有主用、備用和應(yīng)急3套電源系統(tǒng)。管制現(xiàn)場設(shè)備完全符合安全運行相關(guān)要求。

(2)監(jiān)視情況。該進近區(qū)二次雷達雙重覆蓋(每4s更新一次)、ADS-B覆蓋，可以提供機場周邊的監(jiān)視覆蓋。

(3)陸空通信情況。該進近區(qū)有甚高頻頻率7個信道，有可供調(diào)整的“主用、備用、應(yīng)急使用”通信設(shè)備，但是單一甚高頻通信頻率不能覆蓋整個進近區(qū)域，在遇到雨雪沙塵暴等低能見度氣象條件時，頻率會有干擾，通信質(zhì)量會變差。

1.3.4 管理(Management)

為確保該進近管制區(qū)在低能見度時的安全運行，該進近單位制定相關(guān)保障措施、簽訂協(xié)議、完善運行手冊等規(guī)章。

(1)該進近單位每月梳理、修訂《運行手冊》《應(yīng)急工作手冊》。

(2)該進近單位與氣象部門簽署協(xié)調(diào)通報協(xié)議，規(guī)定氣象部門定期提供氣象服務(wù)的內(nèi)容、頻率，以及低能見度時天氣通報流程。

(3)該進近單位制定低能見度氣象條件的安全措施：當能見度、RVR接近著陸、起飛最低標準等條件，管制席管制員優(yōu)先使用跑道36，適當增大著陸間隔；機組要求時，管制員向機組通報摩擦效應(yīng)；能見度/RVR低于最低著陸標準時，管制員及時通知進場航空器，了解其續(xù)航能力，提供航空器返航或備降建議。協(xié)調(diào)席管制員嚴密監(jiān)控管制席管制員的管制工作；協(xié)調(diào)席管制員應(yīng)及時向氣象部門了解低能見度天氣的性質(zhì)、范圍、發(fā)展趨勢、移動的方向和速度，掌握氣象雷達終端顯示資料，通報管制席位管制員；協(xié)調(diào)席管制員應(yīng)根據(jù)低能見度天氣的性質(zhì)、范圍、發(fā)展趨勢、特殊天氣實況及機長意圖及時向區(qū)域管制室申請航空器的繞飛空域。

(4)制作工作流程提示牌。為減少人為因素導(dǎo)致的“錯忘漏”，管制單位制作工作流程提示牌作為管制員在復(fù)雜天氣時的工作輔助。

1.3.5 環(huán)境(Media)

進近管制區(qū)垂直范圍：2 700(不含)～6 000m(含)，空域面積約4萬平方千米。

目前該進近管制區(qū)內(nèi)有民航A機場，周圍有民航B機場、C機場，A、B為省會機場，暑運航班量合計超過600架次。A機場為高原機場，B為高高原機場，2個機場距離約為150km，因為地理原因低能見度天氣幾乎同時發(fā)生，且A機場位于B機場下風向，導(dǎo)致低能見度的雨雪天氣經(jīng)常從B機場移動到A機場，所以當引用A機場的氣象資料時，實際上低能見度天氣在該進近區(qū)影響時間，遠遠超過A機場低能見度天氣單獨出現(xiàn)時間。

該進近管制區(qū)內(nèi)有空軍D機場，附近有空軍E機場、空軍F機場、空軍G機場、空軍H機場。該進近管制單位已與D機場、E機場建立協(xié)調(diào)通報關(guān)系，與G機場、H機場、D機場通過上級單位建立通報關(guān)系。在空軍活動限制時，進近空域可使用范圍會縮小30%，同時進近空域會有高度限制，例如此時出現(xiàn)低能見度天氣，根據(jù)該進近管制區(qū)容量評估報告，進近管制區(qū)運行容量會下降50%，低能見度天氣的出現(xiàn)，會使正常航班次序改變，航班流量增加，管制員工作流程變化。針對低能見度天氣，管制員的管制協(xié)調(diào)移交、管制指揮方法、管制員的情景意識和空間概念需要進行適應(yīng)改變，管制員需要有一定經(jīng)驗才能應(yīng)對；關(guān)于能見度變化帶來航班穿越矛盾、沖突點激增的情況，管制員需要在極短的時間做好決策。

2 低能見度某地進近管制區(qū)安全評估

進近管制區(qū)運行的風險沒有定量的標準，一般使用基于經(jīng)驗的專家評估法和頭腦風暴法進行分析。

首先組織專家評估小組。專家為5年以上進近持照放單管制員30人，其中一級管制員1人，二級2人，三級15人，四級11人，五級1人。30人中有帶班主任15人，管制崗位教員9人。根據(jù)民航培訓(xùn)規(guī)章要求，進近管制員首次執(zhí)照申請要經(jīng)歷1 000h的崗位見習，然后進行進近程序管制考核，如果需要申請雷達執(zhí)照，需要再經(jīng)過800h的雷達管制崗位見習，才能進行雷達管制考核。在取得2個執(zhí)照后，再進行管制員放單考核，擁有雷達管制上崗資質(zhì)。在進近管制單位，工作5年以上的進近持照放單管制員的管制工作時間超過7 000h，在該領(lǐng)域有很強的專業(yè)性。

為保證討論問題的獨立性，將專家隨機分為A、B 2組。A組為20人，用頭腦風暴法深度挖掘可能存在的風險，討論進近管制區(qū)運行安全的風險點，列出危險源清單，見表1。

表1 危險源清單

B組為10人，對危險源進行風險評估。B組在利用風險矩陣進行風險評估時，為防止個人主觀因素對風險評估結(jié)果的影響，使用10個人打分的平均數(shù)，并將平均數(shù)進行四舍五入取至整數(shù)后填入風險矩陣，見表2。

表2 風險矩陣

針對以上危險源，結(jié)合近5年不安全事件統(tǒng)計數(shù)據(jù)，專家利用風險矩陣進行定性和定量分析，根據(jù)運行結(jié)果的可能性、嚴重程度進行風險評估。在得出“可能性”和“嚴重程度”量值后，根據(jù)表2確定的風險等級，再根據(jù)表3相應(yīng)的風險可接受程度，得出每個危險源發(fā)生的可能性、后果的嚴重性、風險等級及風險可接受程度，見表4。

表3 風險指數(shù)分級表

表4 危險源清單

根據(jù)表2，風險等級≥10分為不可接受的危險源，其存在高風險，必須采取控制措施。因此，根據(jù)對運行結(jié)果的可能性、嚴重程度方面進行風險評估分析后得到3個在低能見度時進近管制區(qū)的關(guān)鍵危險源：進近管制員低能見度天氣運行經(jīng)驗少；航班流量增大(低能見度天氣持續(xù))；陸空通訊干擾。

前2個危險源與管制單位認知一致，在運行中被關(guān)注。首先針對進近管制員低能見度天氣運行經(jīng)驗少的危險源，進近管制單位在復(fù)雜天氣時都會安排經(jīng)驗豐富的管制員上崗，工作經(jīng)驗少的管制員會按照“新老搭配”的原則，組合上崗。建議管制單位應(yīng)當增加低能見度天氣時大流量模擬機培訓(xùn)，增強管制員對低能見度天氣的認識，提升管制技能。尤其在不同季節(jié)，低能見度天氣的不同類型，管制單位可以針對季節(jié)特點專項培訓(xùn)，并在航班換季時，管制單位要針對季節(jié)轉(zhuǎn)變，做好低能見度天氣類型的提醒。

其次針對航班流量增大(低能見度天氣持續(xù))的危險源，民航程序設(shè)計中一般落地標準高于起飛標準，低能見度天氣時，經(jīng)常發(fā)生航班不能落地但可以正常起飛的情況，加上空中飛機盤旋，等待落地，會造成進近區(qū)航班流量增大，增大了運行風險。建議管制單位在低能見度天氣時，要根據(jù)其特點進行航班流量控制，合理安排人員排班，防止疲勞上崗。

最后針對陸空通訊干擾，此危險源最容易被忽視。天氣變化帶來的大氣條件變化會影響陸空通訊設(shè)備工作，使得陸空通信質(zhì)量變差。當?shù)湍芤姸忍鞖獬掷m(xù)時航班流量增大，進近區(qū)內(nèi)“搶話、話筒卡阻”等現(xiàn)象會加重陸空通訊干擾程度，增大運行風險。建議管制員要對陸空通訊干擾有一定的敏感性，出現(xiàn)問題及時和設(shè)備保障部門溝通。

3 結(jié)論

本文分析發(fā)現(xiàn)，低能見度時進近管制區(qū)運行安全有3個不容忽視的危險源：進近管制員低能見度天氣運行經(jīng)驗少；航班流量持續(xù)增大(低能見度天氣持續(xù))；陸空通訊干擾。

低能見度是常見的復(fù)雜天氣，因此這3個危險源需要管制單位長時間動態(tài)監(jiān)控。需要注意的是，管制員的成長需要一定時間，管制經(jīng)驗少是剛放單管制員的常態(tài)，所以第一個危險源是民航安全管理的重中之重，管制單位應(yīng)該加強管制員的培訓(xùn)。第二個危險源涉及航空器流量控制，管制單位應(yīng)當做好航班實時的流量控制，并且合理排班，防止管制員疲勞上崗。第三個危險源是普遍存在的，需要進近管制部門和設(shè)備保障部門共同制定管控措施。