光纤矩阵在民航空中交通管制系统的应用探讨

光纤矩阵在民航空中交通管制系统的应用探讨

根据目前空中交通管制的发展状况，结合多年建设塔台和管制中心中存在的问题，探讨光纤矩阵在民航空管塔台和管制中心建设中的应用前景，特别是在改扩建工程中，不仅可以解决设备的运行环境问题和简化管制员的席位操作界面，而且能够保证设备搬迁过渡期内的系统不中断运行。

空中交通管制；运行环境；光纤矩阵；应用探讨

【Keywords】ATC; operating environment; optical fiber matrix; application study

1　引言

空中交通管制（以下简称“空管”）系统是保障民航空中交通运输安全和有序运行不可或缺的重要管制设施。随着民航运输近30年的快速发展周期，空管系统呈现出更加多样、复杂且规模超大等技术特点和要求。现有传统的技术手段对设备安装、运行和维护带来极大的不便，光纤矩阵新技术的成熟发展恰逢其时，在这一领域的应用将对空管设施的建设和发展起到有力的支撑作用。

2　空中交通管制运行与设施现状

2.1管制运行

空中交通管制依据管制范围的不同主要包括塔台管制、进近管制和区域管制3种管制单位，管制场所分别设在机场塔台、终端或区域管制中心等地。每一管制单位内部划分多个管制扇区并由相应的专职管制员负责管理，管制主任负责全面的监控职责。

2.2管制设施

除地面和对空有/无线通信设施外，管制员的主要管制设施包括：空管空域雷达（监视）自动化处理系统、机场飞行区的场面监视雷达融汇处理系统、协同决策管理系统、塔台航班排序电子进程单处理系统、气象自动观测系统、空管综合信息处理系统、机场情报自动通播与数字放行系统、飞行区视频监视系统等。这些系统的终端工作站与显示器将根据需要安装在各类管制桌内为管制员提供必要的空情态势信息。

2.3存在问题

目前传统的塔台或管制中心管制员用的各系统终端工作站与显示器均安装在管制席位桌内，近几年新建塔台采用工作站安装在紧邻塔台指挥间下一层的环形机房内（通常称“检修环”），如：北京西塔、东塔、昆明新机场塔台和正在建设的武汉、重庆、石家庄塔台等，通过键盘显示器鼠标（KVM）电缆延长器与塔台桌上的显示器直接相连。其主要问题有：

1）塔台管制室设备运行环境难以保证

受塔台自身结构和指挥间无视线遮挡要求，无论终端工作站安装在管制桌或环廊内，现有塔台设计均未达到机房专用空调的环境要求。尤其是传统塔台，更是塔台桌内设备拥挤，散热不畅，面对目前航空业务快速增长，管制辅助系统不断增加，塔台增加新设备逐渐成了1个难题。

2）建设成本居高难下

管制中心通过在大空间的管制大厅地板下设计管道送风的方式，虽然可以满足设备机房的环境要求，但同时也对设备布局、建筑空间层高、空调方案和消防设施带来很高的要求，从而增加建设投资。

3）席位终端维护困难

管制员对空指挥需要安静的工作环境，席位工作站安装在管制员的工作场所，设施分散且位于管制桌内不便集中监控和设备维护。

图1　单台矩阵系统方案示意图

图2　双冗余矩阵系统方案示意图

3　光纤矩阵的应用技术方案

解决管制席位工作站的运行环境问题既好又简单的方法就是“人机分离”，即将工作站远离管制员席位及显示器与键盘鼠标，并将工作站安装在设备机房内，光纤链路无疑是最佳的选择方案。

3.1KVM光纤延长器方案

在终端工作站和显示器两端各增加1个具有光纤传输端口的KVM延长收发器，KVM发射器连接终端工作站，接收器连接显示器、键盘、鼠标和打印机等，两KVM收发器之间通过光缆实现点对点的连接，可在不改变原有系统的连接关系下实现管制员对远端工作站的互操作。KVM延长器具有双路输入或输出端口，通过双光纤链路可保证线路传输的安全可靠。

3.2光纤矩阵切换器方案

光纤矩阵切换器的主要工作方式为：将各个电脑（各系统的席位工组站）的视频VGA、DVI高清、音频、RS232串口等信号接入光纤矩阵服务器，形成资源池，通过输出端，向这个资源池里面要求给予资源点进行访问。理论上每个输出端都可以访问资源池里的任何资源，为了规范便于管理，对每个输出端进行分区，使每个输出端只能访问指定的1个或多个资源点。此方案设计是在KVM光纤延长器的方案基础之上，通过在终端工作站和管制席位两端的KVM光纤收发器之间增加光纤矩阵切换器，实现视频共享、集中监控、多屏操控等附加功能。

当系统采用单台光纤矩阵方案时，可利用KVM光纤收发器双路输入/出的另一路端口增加点对点的直连光纤，构成光纤矩阵系统的应急备份。

图3 塔台连接系统图

图1是单台矩阵系统方案示意图，图2是双冗余矩阵系统方案示意图。

系统也可采用双光纤矩阵切换器进行冗余配置，两矩阵切换器分别与同一KVM光纤收发器的不同端口连接，可以实现主备矩阵和传输线路间的系统自动切换。

光纤矩阵切换器可通过监控终端及相应软件实时监测路由及信号状态，同时能够实现对输入输出的任意指定。各个显示终端可以设置1个或多个系统信号，并可根据需要设定操作权限，通过快捷键在不同系统之间切换共享显示器。另外1套鼠标键盘可以同时控制数个显示终端并通过鼠标进行跨屏操作。

在乌鲁木齐塔台的应用实例：

乌鲁木齐塔台建于1995年。塔台管制多个系统工作站设在管制桌内，目前已经使用20年，随着机场航班量加大和设备保障程度的提高，先后增加备份自动化终端、场监自动化终端、CDM终端、电子进程单终端、数字放行及数字通播终端等，塔台管制室只有42.5m2，塔台桌内设备拥挤、内部环境差。2015年，乌鲁木齐空管局为改善塔台的管制环境对塔台进行改造，但装修期间不能停航，是一个难题。乌鲁木齐空管在民航空管首例采用了冗余矩阵切换器系统，将航站楼T1塔台搭建塔台管制室作为过渡，航管楼机房设置系统终端，同时传送到塔台和T1临时塔台，使该问题迎刃而解，而且可以做到无缝切换，同时，改善了塔台桌设备环境和今后扩容问题。目前已通过测试并投入使用。图3是塔台连接系统图。

4　光纤矩阵切换器对系统运行的益处

采用光纤矩阵切换器后可将各系统的席位终端工作站集中布置在设备机房，有利于对席位终端工作站设备集中监控和维护，不干扰管制人员工作，良好的设备机房运行环境可延长系统使用寿命并降低设备故障率。通过引入光纤矩阵切换器还能够对系统带来如下好处：

可保证授权管制席（主任管制席和技术监控席等）能够实时调看任意管制席位的操作画面，提高管制运行和系统监控的能力。

可仅通过增加异地显示器共享视频来满足席位搬迁过渡期内的不中断同步运行。

通过键盘鼠标的多系统终端的无延时跨屏操作功能，可简化席位桌面布局和方便管制员的人机操作。

通过视频矩阵对故障席位终端工作站的信号切换，可实现管制员无需移动位置对备份工作站进行操作。

5　结语

目前光纤矩阵切换器在空管系统尚处在有限应用的初期，结合实际合理设计可充分发挥光纤矩阵切换器的功能与优势，可以让民航空管系统的运行锦上添花，通过不断实践，在空管系统新建或改扩建工程中发挥独有的作用。

Application of Optical Fiber Matrix in Civil Aviation Air Traffic Control System

赵爱卿
ZHAO Ai-qing
（中国民航机场建设集团公司）
(China Airport Construction Group Corporation of CAAC)

【Abstract】According to the current situation of ATC development, combined with existing problems in ATC tower and TMAACC building, studies the application prospect of fiber matrix in civil ATC tower and TMAACC construction, especially in the renovation and expansion project, which can not only solve equipment operating environment problems and simplify the controller's operation screen, but also can ensure equipment without interruption of service during transition period.