民航ATC系统的设计与应用 |
| 2012-09-02 15:21 作者：张燕飞 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网9月2日消息 《硅谷》杂志2012年第14期刊文称，民航空管建设不断发展的首要保障是民航的安全问题，空中交通流量的与日俱增，促使空管自动化系统以保障飞行安全为基础进行不断的更新与改善，而以先进技术来保证空管运行能力是民航业迅猛发展的必然要求。于是，民航空管自动化（ATC）系统应运而生，为民航空管的安全运行提供有力保障，并以其大规模应用得到广泛认可。介绍民航ATC系统的设计与组成结构，并后续阐述其在空中交通管制中的应用。
随着全球一体化进程的加快和全球经济贸易、文化交流等的日益频繁，且国内之间的联系越加紧密，都在不同程度上促进着民航业的发展状况，同时扩充了空中交通流量，为民航业的发展带来了与机遇并存的挑战。如何在保障空行安全和确认空中交通畅通无阻的前提下合理调整空运流量，是民航业发展的一大瓶颈，并且，近年来全球气候不断变化和航线空域内的气象转变等各方自然因素，都或大或小为民航正常安全运行带来了难题。所以，结合实际多方考虑以解决民航问题，是民航发展的研究方向。
为了顺应空中交通量渐长的需求，并保证空中飞行的安全，民航业运用先进技术对此做了相当充分的研究，所以民航ATC空管自动化系统由此问世。运用先进技术和设备所集成的空管自动化（ATC）系统，不仅从根本上降低了空管人员的工作负荷，而且为空运安全提供了有力保障，大大促进了民航业的发展。
1ATC系统设计与组成结构及其主要功能
1.1ATC系统设计与组成结构
空中管制自动化（ATC）系统通常采用分布式处理的客户/服务器（C/S）体系结构，接受管制员将输入信息经过服务器处理的结果显示给管制员操作席位的客户端，而飞行计划数据库均接收在服务器上。服务器主要分为两种：一种是雷达数据服务器，另外一种是飞行数据处理服务器。
通常情况下，ATC系统结构设计主要包括内部冗余网络、雷达数据服务器和飞行数据处理服务器等，但会采用双冗余设计结构，还有一些系统也会配置三网冗余来进行空管自动化系统的降级模式处理，以防止系统出现紧急状况时也能正常运行。而通常，对系统各机制、各单元的设置，都是以尽可能满足系统可靠性为前提的。
一般ATC系统会将软件体系结构分为系统核心、服务及应用各个层面，用以保证系统的安全可用性。操作系统软件为系统核心层，服务层囊括了通信管理、冗余和节点管理服务、安全控制访问服务、数据库管理服务及系统监控等，而应用层则为详尽的系统应用程序。在设计应用软件系统时，为促进软件系统的成熟，并提高成熟软件模块的复用度，应遵照软件系统设计原则来采用被充分验证过的软件模块和构件。
基于软件系统进程组的主备方式节点管理，为了增加系统可用性而增加软件冗余，其原理是：若进程运行服务器不能正常运行，系统可以通过硬件冗余方式来提供不间断服务；而关键进程服务器彻底瘫痪，完全不能运行的时候，系统会处于降级运行模式。另外，客户/服务器模式是面向过程调用机制为基础的系统体系结构，客户与服务器直接联系，客户方程序会受到任何修改或升级服务器的影响。
ATC系统设计构件主要有以下几个模块：1）雷达信号前端处理（RFP）；2）雷达数据处理（RDP）；3）飞行数据处理（FDP）；4）管制席位（SDD）；5）飞行计划编辑/协调席（FDO）；6）系统监控席；7）网络数据记录和重放。
ATC系统的主要子系统数据流程如下图：
1.2系统组成结构的主要功能
1）雷达信号前端处理（RFP）。雷达前端处理机接收来自雷达信号源的数据并进行匹配、隔离和数据的分配，再对其实施保护性预处理，然后经由系统的双冗余网路传送给雷达数据处理系统。
2）雷达数据处理系统（RDP）。雷达数据处理包括单雷达航迹跟踪、多雷达数据融合、雷达气象数据处理、自动相关监视（ADS）数据处理和告警处理等。雷达数据处理系统从内部冗余网络接收由雷达信号前端处理系统预处理后的数据，将系统综合航迹跟踪、数据融合、告警探测等处理数据分布到系统各席位。
3）飞行数据处理（FDP）。飞行数据处理服务器对飞行电报和飞行计划进行处理，能自动接收、发送、验证或推算飞行过程和飞行状态的相关数据，并将其提供给管制员以实时了解到一切飞行计划和动态。并且，经由AFTN电报网络将报文发送给ATC系统进行处理。
4）管制席位（SDD）。通过管制席位可监视管制空域的飞行动态和飞行数据，对人-机之间交互图和飞行数据进行操作处理，同时提供空中交通管制服务给管制空域内的相关航空器。
5）飞行计划编辑/协调席（FDO）。FDO飞行计划编辑/协调席是管制席位（SDD）作用于飞行计划和飞行电报的介质，SDD可通过FDO对飞行计划和电报进行新建、修改和查询。
6）系统监控席（SMPC）。系统监控席用可视图形界面形象描述系统网络结构，直接显示了系统中各可控网络设备的运行状态，可以让管制员实时掌握系统运行状况，并以此做出适当处理，提高系统运行的整体效率。
7）网络数据记录和重放。网络数据记录单元将所有席位的雷达数据进行记录，而所记录数据可通过网络数据记录单元进行重演和回放。
2ATC系统的应用
改革开放至今，我国民航客运量日益递增，空中交通管制的任务不断加重。空管自动化（ATC）系统的出现减轻了空中交通管制的压力、减少了空管员的工作负荷并保障了空中交通的安全运行，让民航业的发展跨了历史性的一大步。
到目前为止，民航空中交通管理部门已经大规模启用ATC空管自动化系统，并由实际证明了ATC系统的价值，它可以对空指挥空中交通管制部门调配各类飞行任务，以避免空中交通不畅或故障险情，保障飞行空域的安全畅通。
现在，我国民航所用的ATC空管系统设备主要有两个来源：一个是国内自产，另外一个是国外进口。大型机场主要从Alenia、LockheedMartin、Ratheon和Telephonies等生产厂家进口设备，而中型机场配用了如民航二所ATC系统、川大ATC系统等国产设备，随之民航自动化管制系统的各告警功能不断改善，还淘汰了许多从上世纪九十年代的Alenia公司和Toshiba公司引进的功能单一、自动化程度过低、技术老化、易出故障且维修成本过高的老旧设备，都大大提升了我国民航空管的管制能力、保障性能和服务机制。雷达管制先后被应用于北京区域、北京终端区、广州区域、珠海终端区和京广航线，还在西部建成了世界上第一条对乌鲁木齐、兰州、成都和昆明实行自动相关监视的内陆航路，而且，成都-拉萨的自动相关监视（ADS）航路和沪广航路的雷达管制都已全部建成，并确定投入运行。
3结语
空管自动化（ATC）系统是民航空中交通管制提高管制效率的有力保证，它通过雷达、自动相关监视等途径，实时探察空中管制状况，包括航线信息、航路气象、飞行导航及飞行情报服务等，方便管制员由雷达数据传输的实时航行资料来梳理航行情况，并及时进行指挥调控。而且，由ATC系统导出的数据资料十分精准，使管制员对空中飞行区域有了更为精细的规划，增加了管制席位，适时提高了飞行容量，并可以进行不间断的实时处理，将时序严格化，舒缓了由空中流量大造成的空中交通紧张的状况，可靠、高效、运行严谨，合理有序地解决了民航业发展的问题，促进了现代化发展进度，为现代社会建设作出了很大贡献。（原文载于《硅谷》杂志2012年第14期，硅谷网及《硅谷》杂志版权所有，未经允许禁止转载） |
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