葛伟嘉 / 民航海南空管分局
广播式自动相关监视系统(ADS-B)在三亚情报区的应用研究
葛伟嘉 / 民航海南空管分局
加快推广应用ADS-B(广播式自动相关监视)是我国由民航大国向民航强国迈进、建设新一代航空运输系统的重要任务之一。到2020年,我国民航空中交通流量将达到2010年的3倍以上,年起降架次将超过1500万。雷达等传统监视技术及其布局、数量将难以满足日益增长的航空运输需要。我国南中国海地区空中交通流量大、飞行密度大、空域结构复杂,迫切需要ADS-B提供监视助力。
ADS-B;应用;交通管制
近几年,随着航空航天事业的发展,空中交通管制表现出了很大的变革,其中ADS-B技术,得到了广泛的应用。ADS-B在空中交通管制中,能有效处理拥堵、冲突的问题,提供广播式的自动监视方法,此项技术的根本是ADS,也就是自动相关监视,在此基础上,演变成了ADS-B技术,监督空中交通的运营,落实高效的监督和监视工作。
ADS-B技术,按照功能可以解释为自动(Automatic)、相关(Dependent)、监视(Surveillance)、广播(Broadcast)四项定义,在空中交通管制中,航空器的机载设备,会根据ADS-B的数据格式,实时不间断的广播飞机在空中交通系统中的状态,构成了端到端寻址式的数据链,促使航空器、地面站,能够按照约定构成对应的关系,既可以实现空中到地面的通信,又可以实现飞行员到管制员的通信[1]。ADS-B技术最大的优势是全面监督空中交通运行,参与到空中交通管制内,ADS-B把地面、空中设备以及管制监控系统连接起来,向空中和地面实时发送信息。
空中交通管制中的ADS-B,在对空监视的过程中,涉及到了机载电子设备、外加TCAS信息显示器以及自动相关监视设备等,发送了三维空间中飞机的基本数据[2]。ADS-B的构成,也可以划分成监视源、传输介质、处理设备和显示终端四个部分,还可根据空中交通管制的实际情况,配置专用的模块构成,构建专属报文形式的ADS-B通道,完成空对空、空对地的数据链广播。
图1 ADS-B工作原理示意图
空中交通运行中,雷达覆盖范围有限,而ADS-B技术,不论在雷达区域以内还是以外,均能发挥有效的作用。
(1)空中交通管制在雷达覆盖范围以内,ADS-B的应用,可以在根本上提高空中交通管制的精准性和工作效率。ADS-B可以代替雷达,直接负责空中交通管制的工作,促使空中交通达到规范的管制标志。例如:空中交通运行中,雷达出现了突发性的故障,或者天气恶劣降低了雷达的信号质量,此时ADS-B的自动相关监视系统,就可以取代雷达,获取空中飞机的基本信息,实行空中的交通管制。
(2)空中交通管制在雷达覆盖的范围外,我国有的地区属于非雷达区域,传统的交通管制中,飞机通过短波报告,把自身的位置传送给总控制塔,短波报告提供的信息中,没有飞机的高度、速度等信息,需要总控制塔中的工作人员,自行估计相关数据并实行空中的交通管制,增大了空中交通的风险。ADS-B的应用,引入到了无雷达覆盖的区域中,采用ADS-B技术,ADS-B会向地面的总控制塔,实时发送空中飞机的飞行数据,提供了实时的空中管制信息,维护了空中飞行在无雷达区域中的安全性。
近年来,中国民航大力推进监视系统技术变革,努力构建空地一体化的ADS-B运行体系,不断完善地面设施和网络建设布局,从整体上提高民航安全水平、运行效率和服务能力,增大空域容量。
按照国际民航组织东南亚地区ADS-B运行总体规划和民航局空管局的统一部署,三亚飞行情报区于2008年在西沙永兴岛安装ERA公司的ADS-B设备,同年在西沙雷达站建设地面站作试验,并于2009年升级海口管制中心Telephonics自动化系统和引入该ADS-B信号进行融合显示。2013年12月31日零时,三亚飞行情报区L642、M771航路正式实施ADS-B运行,有效弥补了南中国海地区雷达监视能力不足的问题,提高了该区域空管运行安全水平。为满足ADS-B航路管制需求,2014年,中南空管局在该地区建设了4个ADS-B地面站,并在三亚区管建设了全国首个ADS-B数据站,为管制指挥提供优质的信息服务。2016年,中南空管局完成了南中国海ADS-B正式运行前的设备优化工作,主要解决了地面站、数据站和自动化系统处理等方面的技术难题。至此,中南空管局完成了ADS-B在南中国海由点及面的覆盖,扩大了航空监视范围,提高了洋区的保障能力和服务水平。
ADS-B技术在南中国海地区的应用,不仅有效优化了该区域的航路设置,增大了空域容量,而且也为空管人员提供了更精确的地空信息,让他们能够更好地进行空中和地面交通监控,提高空管人员对紧急事件的处理能力和工作效率。
按照上级统一部署,三亚区管中心还将设立ADS-B二级数据中心,将来承担对香港、越南等国家(地区)的ADS-B数据服务工作,并为在三亚区管建设南中国海地区流量管理中心提供数据服务。这样一来,三亚区管乃至中国民航在南中国海地区的影响力也将得到极大增强,从而为中国民航在南中国海地区的战略发展提供强有力的支撑。
ADS-B是一项优质的空中交通管制技术,其在安全、效率和效益上,表现出了运行优势。ADS-B在空中交通管制中的未来发展,要注重硬件设施的运用,根据实际情况修改ADS-B的工作程序,而且在发展期间,还要落实通信系统、空管设备的建设,逐步普及机载设备,引进先进的软件,积极提高ADS-B在空中交通管制中的发展水平,进而为空中交通管制,提供便捷、安全的应用技术。
首先在成本上ADS-B建设投资只有二次雷达的十分之一左右,并且维护成本低,使用寿命长。其次ADS-B可提供比二次监视雷达更多的目标信息,可实现空-地监视、空-空监视和地-地监视,定位精度更高,更新率更快,地面站建设简便灵活且不受地形限制,各地面站可独立运行。
澳大利亚的空管范围占目前全球空域的1/11,而其雷达数量却仅仅相当于我国上海飞行情报区的雷达数量,正是由于澳大利亚对ADS-B技术的超前规划和大胆应用。相比之下,我国在ADS-B的实用技术研究、机载设备配备、地面系统建设、飞行和管制人员的操作技能培训等方面,还缺乏现实可行的规划安排。
ADS-B技术是未来航空监视技术发展的趋势已是不争的事实,如何完成从二次雷达到ADS-B的过渡,以及在什么情况下使用ADS-B管制和如何制定ADS-B管制下的标准是中国航空事业将要面临的重要课题。
伴随着中国航空事业的不断发展壮大,空域、流量等问题也不断突出,航班延误、流量控制弄得乘客怨声载道。ADS-B这种新技术的出现,由于其先进的技术优势(比如定位精度高,对缩小航空器最小间隔有着积极的作用,因而可以增加单位空域内的流量,从而提高航班正点率),未来必然会成为民航管制监视的重要手段。因此,建设新一代空管系统,通过应用ADS-B技术,提升对空监视能力,进而提高安全水平、增大空域容量、提高运行效率,对中国航空事业的发展有着深远的意义!
[1]付强.ADS-B原理及在空中交通管制中的应用[D].吉林大学,2011.
[2]陈惠峰.ADS-B技术在民航空管中的应用及前景展望[J].软件导刊,2012.