基于設(shè)備共享遠(yuǎn)程塔臺(tái)過渡方案設(shè)計(jì)研究

韓澤宇

(重慶江北國(guó)際機(jī)場(chǎng)有限公司 航務(wù)管理部，重慶 401120)

0 引言

遠(yuǎn)程塔臺(tái)技術(shù)是一種主要為小型偏遠(yuǎn)機(jī)場(chǎng)提供遠(yuǎn)程空中交通管制服務(wù)的新興空管技術(shù)。遠(yuǎn)程塔臺(tái)是以遠(yuǎn)程監(jiān)視信息替代現(xiàn)場(chǎng)目視觀察，為機(jī)場(chǎng)提供空中交通服務(wù)的設(shè)施設(shè)備集合。遠(yuǎn)程塔臺(tái)能夠集中優(yōu)勢(shì)資源，有效應(yīng)對(duì)中小機(jī)場(chǎng)面臨的人員短缺、資質(zhì)能力較低、設(shè)施設(shè)備分散、建設(shè)維護(hù)成本較高、空管運(yùn)行規(guī)模小、管理能力較弱等結(jié)構(gòu)性矛盾，提升空管各類資源要素的配置和使用效率。

歐洲在遠(yuǎn)程空中交通管制運(yùn)行研究及應(yīng)用方面走在世界前列，歐洲單一天空空中交通管理研究(SESAR)就已提出遠(yuǎn)程塔臺(tái)運(yùn)行概念及技術(shù)要求，目前投用的幾個(gè)大規(guī)模遠(yuǎn)程管制中心，如瑞典松茲瓦爾遠(yuǎn)程管制中心、萊比錫遠(yuǎn)程管制中心、挪威博德遠(yuǎn)程管制中心等都在歐洲。在世界多國(guó)推動(dòng)下，國(guó)際民航組織已在航空系統(tǒng)組塊升級(jí)(ASBU)中明確將遠(yuǎn)程空中交通服務(wù)列為發(fā)展方向之一。近年來，民航局積極推動(dòng)遠(yuǎn)程塔臺(tái)技術(shù)應(yīng)用，在多地啟動(dòng)了不同模式的試點(diǎn)，廣州白云機(jī)場(chǎng)機(jī)坪塔臺(tái)、新疆富蘊(yùn)機(jī)場(chǎng)和那拉提機(jī)場(chǎng)、內(nèi)蒙古錫林浩特機(jī)場(chǎng)和二連浩特機(jī)場(chǎng)、云南寧蒗瀘沽湖機(jī)場(chǎng)等是最早一批試點(diǎn)單位。

根據(jù)民航局《遠(yuǎn)程塔臺(tái)技術(shù)需求(征求意見稿)》，遠(yuǎn)程塔臺(tái)分為三類運(yùn)行模式，分別是：Ⅰ類遠(yuǎn)程塔臺(tái)，通過遠(yuǎn)程塔臺(tái)為機(jī)場(chǎng)提供機(jī)場(chǎng)管制服務(wù)(部分含進(jìn)近管制服務(wù))；Ⅱ類遠(yuǎn)程塔臺(tái)，在某一遠(yuǎn)程塔臺(tái)單元為一個(gè)民用機(jī)場(chǎng)提供機(jī)坪管制服務(wù)；Ⅲ類遠(yuǎn)程塔臺(tái)，用作實(shí)體塔臺(tái)應(yīng)急的遠(yuǎn)程塔臺(tái)。為確保新技術(shù)實(shí)施過程安全可控，民航局同時(shí)發(fā)布《遠(yuǎn)程塔臺(tái)運(yùn)行評(píng)估規(guī)范(征求意見稿)》，對(duì)傳統(tǒng)塔臺(tái)向遠(yuǎn)程塔臺(tái)過渡提出分階段推進(jìn)的要求。具體包括：準(zhǔn)備階段、模擬驗(yàn)證階段、試運(yùn)行階段、過渡階段、切換保護(hù)階段，全過程通常持續(xù)1到2年。在此期間傳統(tǒng)塔臺(tái)和遠(yuǎn)程塔臺(tái)都必須具備機(jī)場(chǎng)(或機(jī)坪)管制指揮和權(quán)限移交能力。區(qū)別于傳統(tǒng)塔臺(tái)的設(shè)備支持是遠(yuǎn)程塔臺(tái)發(fā)揮作用的硬件基礎(chǔ)。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 關(guān)鍵技術(shù)

遠(yuǎn)程塔臺(tái)首批試點(diǎn)單位主要是航班量較少的小機(jī)場(chǎng)，以及目視遮擋停機(jī)位較多的大型機(jī)場(chǎng)機(jī)坪塔臺(tái)，二者分別對(duì)應(yīng)Ⅰ類遠(yuǎn)程塔臺(tái)和Ⅱ類遠(yuǎn)程塔臺(tái)。Ⅲ類遠(yuǎn)程塔臺(tái)和傳統(tǒng)塔臺(tái)同在所指揮的機(jī)場(chǎng)，設(shè)備需求情況類似Ⅱ類遠(yuǎn)程塔臺(tái)，不單獨(dú)論述。

根據(jù)文獻(xiàn)[4-5]，遠(yuǎn)程塔臺(tái)功能模塊包括遠(yuǎn)程監(jiān)視模塊、語音通信模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、管制人機(jī)交互管理模塊、綜合信息模塊、遠(yuǎn)程控制模塊、輔助功能模塊、技術(shù)監(jiān)控模塊。將上述8種功能模塊根據(jù)硬件類別分為5類系統(tǒng)：傳輸系統(tǒng)(網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，以基于光纖的高速大容量傳輸設(shè)備為主)、光學(xué)系統(tǒng)(遠(yuǎn)程監(jiān)視模塊，以攝像頭類視頻采集設(shè)備為主)、語音系統(tǒng)(語音通信模塊，以甚高頻電臺(tái)和語音通信交換系統(tǒng)為主)、交互系統(tǒng)(管制人機(jī)交互管理模塊，以鍵盤-鼠標(biāo)-顯示切換器為主)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)(數(shù)據(jù)信息處理模塊，以計(jì)算機(jī)類設(shè)備為主)。

以遠(yuǎn)程塔臺(tái)單元遠(yuǎn)離所指揮機(jī)場(chǎng)的Ⅰ類遠(yuǎn)程塔臺(tái)為例，遠(yuǎn)程塔臺(tái)過渡技術(shù)方案如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)程塔臺(tái)過渡技術(shù)方案

1.2 傳輸系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程塔臺(tái)一般遠(yuǎn)離被指揮的機(jī)場(chǎng)，管制服務(wù)使用的大量信號(hào)必須依賴傳輸系統(tǒng)完成遠(yuǎn)距離傳輸。光纖網(wǎng)絡(luò)具有延時(shí)小、業(yè)務(wù)全、性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)，是信號(hào)傳輸?shù)氖走x方案。為確保安全、提高效率，租用2路不同電信運(yùn)營(yíng)商的獨(dú)立路由光纜干線，配合2套密集波分復(fù)用設(shè)備(DWDM)完成信號(hào)冗余傳輸。

如果當(dāng)?shù)?G網(wǎng)絡(luò)覆蓋良好，可以利用5G超大帶寬、超低時(shí)延、超高可靠的特性，接入關(guān)鍵設(shè)備信號(hào)，作為有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膽?yīng)急備份路由，日常冷備份。除應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)保證信息安全外，甚至可將一部分視頻處理業(yè)務(wù)也部署在5G邊緣計(jì)算云，充分利用5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施具有的超強(qiáng)算力。

以華為、中興等為代表的國(guó)內(nèi)電信設(shè)備制造商，近年已有大量產(chǎn)品運(yùn)用在包括民航通信網(wǎng)在內(nèi)的各行各業(yè)，產(chǎn)品線十分豐富且更新?lián)Q代迅速。民航業(yè)中DWDM、5G系統(tǒng)的應(yīng)用和電信業(yè)中的應(yīng)用沒有本質(zhì)區(qū)別，此類設(shè)備也不在通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備使用許可管理范圍內(nèi)，建議按照不同的遠(yuǎn)程塔臺(tái)規(guī)模及業(yè)務(wù)量需求合理選擇。Ⅱ類、Ⅲ類遠(yuǎn)程塔臺(tái)，位于傳統(tǒng)塔臺(tái)所在機(jī)場(chǎng)，傳輸光纖資源一般較豐富。只需將圖1方案的DWDM和運(yùn)營(yíng)商光纜干線取消，替換為場(chǎng)內(nèi)多路光纖直連即可。無線應(yīng)急備份繼續(xù)使用電信運(yùn)營(yíng)商5G網(wǎng)絡(luò)，或者有條件的機(jī)場(chǎng)使用自建的5G體制民用航空機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面移動(dòng)通信系統(tǒng)(AeroMACS)?？紤]視頻信號(hào)的大數(shù)據(jù)量，不建議使用4G體制AeroMACS系統(tǒng)(或1.8 GHz機(jī)場(chǎng)無線通信系統(tǒng))。

1.3 光學(xué)系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)

光學(xué)系統(tǒng)是遠(yuǎn)程塔臺(tái)“可視”的基礎(chǔ)，也是最重要的“遠(yuǎn)程替代”設(shè)備，既要滿足跑道、起落航線等塔臺(tái)管制需求，也要兼顧滑行道、停機(jī)坪、甚至機(jī)場(chǎng)控制區(qū)圍界的瞭望觀察。需要根據(jù)機(jī)場(chǎng)建筑物和跑道情況提前規(guī)劃，合理布置云臺(tái)、槍機(jī)、球機(jī)等視頻采集攝像頭的安裝位置。光學(xué)系統(tǒng)在遠(yuǎn)程塔臺(tái)概念興起后已被納入民航局通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備使用許可目錄的監(jiān)視類別中，包括光學(xué)傳感器、云臺(tái)、時(shí)間同步單元等硬件及視頻融合模式等軟件部分。國(guó)內(nèi)?？低?、大華等在安防監(jiān)控領(lǐng)域市場(chǎng)份額較大的廠家都積極參與行業(yè)研究機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)程塔臺(tái)試點(diǎn)項(xiàng)目，但截至2021年10月發(fā)布的許可證目錄仍未有光學(xué)系統(tǒng)設(shè)備獲得臨時(shí)使用許可證。

攝像頭采集的原始視頻數(shù)量極大，經(jīng)過專門的服務(wù)器融合拼接與視頻增強(qiáng)處理后，再提供給塔臺(tái)管制員使用。處理原始視頻的服務(wù)器歸入數(shù)據(jù)系統(tǒng)。原始視頻數(shù)據(jù)量大，全部傳輸?shù)竭h(yuǎn)程塔臺(tái)則傳輸帶寬消耗極大，故只存儲(chǔ)在傳統(tǒng)塔臺(tái)。經(jīng)過本地服務(wù)器融合處理后的視頻剔除了無效或冗余信息，數(shù)據(jù)量大為減小，應(yīng)保存一份副本在遠(yuǎn)程塔臺(tái)。

1.4 語音系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)

語音系統(tǒng)中的甚高頻系統(tǒng)用于機(jī)場(chǎng)管制范圍內(nèi)的雙向地空通信，這一點(diǎn)遠(yuǎn)程塔臺(tái)和傳統(tǒng)塔臺(tái)指揮需求一致，限于甚高頻地空通信覆蓋范圍，電臺(tái)必須安裝在傳統(tǒng)塔臺(tái)區(qū)域。為實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)塔臺(tái)和遠(yuǎn)程塔臺(tái)皆可操控甚高頻電臺(tái)，圖1方案要求電臺(tái)能同時(shí)支持模擬音頻和VoIP音頻兩種工作模式。為此電臺(tái)音頻信號(hào)傳輸既需要PCM復(fù)用設(shè)備，也需要網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備。傳統(tǒng)塔臺(tái)距離近，通過PCM復(fù)用設(shè)備使用電臺(tái)E&M音頻接口。遠(yuǎn)程塔臺(tái)距離遠(yuǎn)，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備使用電臺(tái)VoIP音頻接口。對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)塔臺(tái)的語音通信交換系統(tǒng)具備E&M無線通信接口，遠(yuǎn)程塔臺(tái)的語音通信交換系統(tǒng)具備VoIP無線通信接口。民航空管部門很早就開始關(guān)注地空通信由模擬音頻向VoIP音頻過渡的趨勢(shì)，新修訂的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《甚高頻地空通信地面系統(tǒng)第1部分：話音通信系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(MH/T 4001.1-2016)和《民用航空空中交通管制語音通信交換系統(tǒng)技術(shù)要求》(MH/T 4027-2019)都對(duì)VoIP通信提出明確要求，進(jìn)入使用許可證目錄的產(chǎn)品也都具備該功能。目前安裝使用的語音系統(tǒng)仍以國(guó)外產(chǎn)品為主，如德國(guó)Rohde&Schwarz電臺(tái)、奧地利FREQUENTIS 語音通信交換系統(tǒng)。語音系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化替代發(fā)展很快，近年也持續(xù)推出有一定競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，如海格電臺(tái)、沈陽空管技術(shù)開發(fā)公司的語音通信交換系統(tǒng)等。

其它話音類設(shè)備如席位應(yīng)急電話，遠(yuǎn)程塔臺(tái)和傳統(tǒng)塔臺(tái)可以各自使用所在地的電信運(yùn)營(yíng)商公共電話服務(wù)，并在對(duì)外協(xié)議中明確號(hào)碼。各種地空通信和地地通信的語音錄音，就近接入所在地記錄重放設(shè)備，可不必提供遠(yuǎn)端查詢。

1.5 交互系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)

圖1方案的交互系統(tǒng)主要是鍵盤-鼠標(biāo)-顯示切換器KVM。KVM可同時(shí)操作多臺(tái)計(jì)算機(jī)，既可以實(shí)際控制終端也可以僅觀看終端當(dāng)前操作，實(shí)現(xiàn)快速的跨屏切換和實(shí)時(shí)信號(hào)推送抓取，支持人機(jī)分離、改善工作環(huán)境。交互系統(tǒng)雖然不屬于傳統(tǒng)意義上的通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備，但其是否易用可靠，直接影響遠(yuǎn)程塔臺(tái)管制員操作設(shè)備的感受。適用于長(zhǎng)距離應(yīng)用的有IP-網(wǎng)絡(luò)KVM和光纖KVM兩種。相較以以太網(wǎng)交換機(jī)為傳輸核心的IP-網(wǎng)絡(luò)KVM，光纖KVM運(yùn)行在全光架構(gòu)，有利于數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)并發(fā)處理。主流光纖KVM產(chǎn)品的處理延時(shí)在20 ms以內(nèi)，操作者幾乎無不適感，能更好地滿足遠(yuǎn)程塔臺(tái)空管指揮低延時(shí)要求。光纖KVM也是一類在廣電轉(zhuǎn)播、公安調(diào)度等各領(lǐng)域廣泛使用的設(shè)備，國(guó)產(chǎn)廠家多但核心處理芯片通常依靠進(jìn)口，如美凱、魅視。

安裝在傳統(tǒng)塔臺(tái)和遠(yuǎn)程塔臺(tái)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)通過光纖KVM輸入端納入同一個(gè)資源池統(tǒng)一調(diào)度。傳統(tǒng)塔臺(tái)和遠(yuǎn)程塔臺(tái)兩端的管制員或設(shè)備維護(hù)人員，利用光纖KVM輸出端，根據(jù)事先設(shè)置的控制權(quán)限在不同系統(tǒng)之間靈活切換操作的終端。在充分溝通基礎(chǔ)上，可以確保遠(yuǎn)程塔臺(tái)和傳統(tǒng)塔臺(tái)間管制許可移交和設(shè)備運(yùn)維管理兩類關(guān)鍵業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)協(xié)作。

1.6 數(shù)據(jù)系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)系統(tǒng)硬件就是通用的計(jì)算機(jī)服務(wù)器或工作站貨架產(chǎn)品，對(duì)各自功能起決定性作用的是特定的程序軟件。根據(jù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)功能和所處理數(shù)據(jù)來源，分三種情況選址建設(shè)：

(1)主要數(shù)據(jù)來源于所指揮機(jī)場(chǎng)的系統(tǒng)，如氣象自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)，全部就近安裝在傳統(tǒng)塔臺(tái)端，遠(yuǎn)程塔臺(tái)通過光纖KVM操作。

(2)主要數(shù)據(jù)來源于第三地的系統(tǒng)，如協(xié)同放行系統(tǒng)，終端工作站各自安裝在傳統(tǒng)塔臺(tái)和遠(yuǎn)程塔臺(tái)所在地，分別借助專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)訪問第三地服務(wù)器。

(3)主要數(shù)據(jù)來自于空中目標(biāo)的系統(tǒng)，如空管自動(dòng)化系統(tǒng)或ADS-B小顯系統(tǒng)，處理服務(wù)器安裝在遠(yuǎn)程塔臺(tái)，終端工作站各自安裝在傳統(tǒng)塔臺(tái)和遠(yuǎn)程塔臺(tái)所在地。即使將來傳統(tǒng)塔臺(tái)不再保留，設(shè)備也容易搬遷到遠(yuǎn)程塔臺(tái)作為備件利舊使用。

數(shù)據(jù)系統(tǒng)接入光纖KVM主機(jī)冗余配置，傳統(tǒng)塔臺(tái)和遠(yuǎn)程塔臺(tái)席位安裝KVM輸出端，最多可以同時(shí)引接本地和遠(yuǎn)端共4套光纖KVM主機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全部設(shè)備的操作與監(jiān)控。

2 指揮過渡

從傳統(tǒng)塔臺(tái)向遠(yuǎn)程塔臺(tái)過渡的準(zhǔn)備階段和模擬驗(yàn)證階段主要完成硬件準(zhǔn)備、人員培訓(xùn)和仿真測(cè)試，以檢查流程、程序和設(shè)施是否完備有效。從試運(yùn)行階段開始實(shí)際指揮。

結(jié)合圖1設(shè)備方案，試運(yùn)行階段前期安排遠(yuǎn)程塔臺(tái)管制員在席位上監(jiān)聽傳統(tǒng)塔臺(tái)的地空通信指揮語音。使用光纖KVM的“控制模式”操作光學(xué)系統(tǒng)和氣象自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)等不直接涉及航空器指揮調(diào)度的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。使用光纖KVM的“視頻模式”觀看傳統(tǒng)塔臺(tái)管制員的實(shí)時(shí)指揮操作。此階段“只監(jiān)控不指揮”，幫助遠(yuǎn)程塔臺(tái)盡快熟悉工作流程并建立情景意識(shí)。

待遠(yuǎn)程塔臺(tái)管制員完成必要培訓(xùn)后，進(jìn)入試運(yùn)行階段后期。在雙方協(xié)商的合適時(shí)間段，傳統(tǒng)塔臺(tái)將管制指揮許可移交給遠(yuǎn)程塔臺(tái)，遠(yuǎn)程塔臺(tái)實(shí)施地空通信指揮并直接操作指揮調(diào)度設(shè)備。傳統(tǒng)塔臺(tái)改為監(jiān)聽通話，利用光纖KVM查看遠(yuǎn)程塔臺(tái)設(shè)備操作。可在必要時(shí)立即接管指揮，確保安全。遠(yuǎn)程塔臺(tái)指揮結(jié)束后再次協(xié)商移交管制許可，此階段遠(yuǎn)程塔臺(tái)“逐步嘗試指揮”。

傳統(tǒng)塔臺(tái)向遠(yuǎn)程塔臺(tái)過渡全流程如表1所示。試運(yùn)行階段傳統(tǒng)塔臺(tái)光纖KVM操作權(quán)限高于遠(yuǎn)程塔臺(tái)。從試運(yùn)行階段開始，傳統(tǒng)塔臺(tái)和遠(yuǎn)程塔臺(tái)的設(shè)備維護(hù)人員就應(yīng)做好溝通，密切監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)。一般從“就近便利”的角度，以“屬地原則”劃定雙方的設(shè)備運(yùn)維責(zé)任。試運(yùn)行階段之后的過渡階段、切換保護(hù)階段同樣遵循上述模式，但由傳統(tǒng)塔臺(tái)指揮為主漸進(jìn)式過渡切換為遠(yuǎn)程塔臺(tái)指揮為主，做到“分時(shí)段輪流指揮”，此時(shí)遠(yuǎn)程塔臺(tái)光纖KVM操作權(quán)限高于傳統(tǒng)塔臺(tái)。整個(gè)過程隨時(shí)可以依據(jù)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的人員、設(shè)備、天氣等綜合情況控制移交進(jìn)度,實(shí)現(xiàn)平滑過渡，直到傳統(tǒng)塔臺(tái)僅作為遠(yuǎn)程塔臺(tái)的應(yīng)急回退備份，并最終經(jīng)安全評(píng)估后獲批完全取消傳統(tǒng)塔臺(tái)。

表1 傳統(tǒng)塔臺(tái)向遠(yuǎn)程塔臺(tái)過渡全流程

3 結(jié)論

本文結(jié)合民航局遠(yuǎn)程塔臺(tái)試點(diǎn)工作要求，提出一種傳統(tǒng)塔臺(tái)向遠(yuǎn)程塔臺(tái)平滑過渡的技術(shù)方案。通過硬件共享減少資源浪費(fèi)，避免在傳統(tǒng)塔臺(tái)和遠(yuǎn)程塔臺(tái)兩端重復(fù)建設(shè)保障設(shè)備。通過合理設(shè)置操作權(quán)限，可以在短時(shí)間內(nèi)靈活高效地完成管制許可移交和應(yīng)急接管，致力于解決傳統(tǒng)塔臺(tái)向遠(yuǎn)程塔臺(tái)過渡的安全保障難點(diǎn)。利用遠(yuǎn)程塔臺(tái)提升中小機(jī)場(chǎng)空管運(yùn)行效能、提高大型機(jī)場(chǎng)機(jī)坪管制水平，是智慧民航在空管領(lǐng)域的落地應(yīng)用，是行業(yè)治理體系和治理能力提升的重要體現(xiàn)。