基于TOMS和场面灯光控制的防止离港航空器侵入跑道功能的开发

文/廖惠婷

1 引言

防跑道侵入是全球民航都高度重视的一项安全工作，其中国际民航组织ICAO对跑道侵入的定义：跑道侵入是指机场发生的任何航空器、车辆或者人员错误的出现或存在制定用户航空器着陆和起飞的地面保护区的情况。

随着航班量的日益增多、多跑道投入运行、不停航施工任务繁重，跑道侵入风险有增无减。国际民航历史上伤亡人数最多的西班牙“特内里费空难”，就是一起典型的跑道侵入。而国内近6年来发生的11起跑道侵入事件看，系统防控能力还比较薄弱，特别是2014年“8.26事件”和2016年“10.11事件”，严重威胁飞行安全，同时给空管系统安全工作造成了严重不利影响。为深入贯彻习近平总书记“坚持民航安全底线”和“安全隐患零容忍”的重要指示精神，落实冯正霖局长以“眼睛里容不得沙子”的态度排查和治理安全隐患的要求，民航中南空管局深入研究预防跑道侵入新技术的应用，通过管制需求与科学技术的有机结合提升安全管理水平。

本文阐述的功能是在中南空管局自主研发的塔台运行管理系统（简称：TOMS）基础上，结合机场场面灯光控制，实现防止离港航空器侵入跑道功能的开发与应用。从新技术运行特点出发，防范人为因素导致跑道侵入事件的发生，全面做好跑道安全工作。

2 功能设计与开发

2.1 塔台运行管理系统和停止排灯概念

塔台运行管理系统以电子进程单为基础，集成及融合了塔台现场多种管制运行数据源，通过集成化、规范化、智能化手段，为塔台管制提供一个安全、高效、智能的管制运行支撑平台。塔台运行管理系统在中南各地空管塔台安装运行以来，提高了塔台管制的运行效率，最大限度地减少了塔台管制员人为原因导致的“错、忘、漏”情况发生。

图1：数据交互图

停止排灯是防止飞机或车辆在没有得到管制许可情况下侵入跑道的有效手段，该设备已在世界范围诸多机场得到广泛使用，成为国际民航组织要求缔约国机场在低能见度条件运行时应安装的防止跑道侵入设备。停止排灯亮起，标志车辆与飞机禁止通行；停止排灯熄灭，表示允许通行。停止排灯与滑行道中线灯相联，当停止排灯熄灭，中线灯亮起，反之亦然。国际民航组织ICAO在对飞行员建议措施、驾驶舱最佳措施、空中交通管制最佳措施给出了如何有效停止排灯的建议，其中，强调“禁止指挥航空器或车辆穿越亮着的红色停止排灯进入或穿越跑道”。因此，在提升跑道侵入告警能力方面，停止排灯的应用为管制员、飞行员、车辆驾驶员提供了直接的安全警示。本文将详细阐述基于TOMS系统自动控制场面停止排灯的功能开发与设计。

2.2 功能技术难点

主要设计难点有以下三个方面：

（1）塔台运行管理系统属于空管设备，而停止排灯大多数情况属于机场设备，目前国内尚缺乏两者之间联动的相关技术规范。需对停止排灯控制技术的深入研究，结合防止跑道侵入安全规则，攻克塔台运行管理系统与机场灯光综合监控系统实时控制与交互难点。

（2）空管系统对网络安全要求十分严格，与外部系统对接需要充分考虑安全策略问题。因此必须支持数据保密性、安全性，只提供与灯光控制及状态获取等相关状态的交互，并确保数据一致性，建立记录监控机制，满足故障排查要求。

（3）在保证管制正常指挥的前提下，实现自动控制停止排灯功能。从空管角度考虑，不能因为加入停止排灯控制功能改变管制原有指令发布流程。因此必须与管制需求紧密结合，采取最优方案将管制需求与技术完美融合。

2.3 功能设计原则

为降低跑道运行安全风险，同时减轻管制员工作负荷，实现了基于TOMS系统和机场助航灯光系统之间灯光状态信息交互及控制的功能，该功能综合考虑地空飞行态势及管制安全业务逻辑，并通过一系列技术手段在满足空管系统网络安全策略的条件下，确保系统间数据一致性。实现以下几点目标：

（1）实现塔台运行管理系统系统控制停止排灯功能。

（2）实现系统辅助管制员进行安全决策。

（3）建立飞行员与管制员安全共同情景意识。

（4）达到预防航空器侵入跑道的事件发生。

2.4 功能实现

2.4.1 数据交互

如图1所示，塔台运行管理系统与郑州新郑国际机场助航灯光监控系统的交互基于TCP/IP通信协议，其中TOMS系统作为客户端，新郑机场助航灯光监控系统作为服务端，通过WCF服务接口进行通信。

通信内容包含了三类主要XML报文：心跳报文、请求报文、控制报文。

（1）心跳报文，每秒都在打开的TCP通道下传输，确保对端服务器处于工作状态。

（2）请求报文，客户端向服务端发送灯光状态请求，确保系统间状态数据一致性。

（3）控制报文，客户端将控制报文发送至助航灯光系统服务端实现停止排灯控制功能。

TOMS主用服务器中的接口程序实现同时与助航灯光监控系统主备服务器保持连接，从空管网络安全要求出发，确保客户端与服务端连接不中断，保证数据交互顺畅、稳定、可靠。

2.4.2 TOMS系统自动控制停止排灯功能

管制员使用TOMS系统对离港航班发布进入跑道（LIN）状态指令后，系统根据该航班的滑行路线：E,D1，分析出即将经过的跑道入口D1，并将对应D1道口的停止排灯关闭控制信息通过接口实时发送到机场灯光综合监控系统中。如图2所示。

图2：TOMS系统塔台席位跑道区域图

图3：TOMS系统塔台席位跑道区域图

机场灯光综合监控系统接收到TOMS发送的控制信号后，实现关闭机场场面D1道口停止排灯。后续，TOMS及时获取停止排灯熄灭状态并反馈到界面。如图3所示。

3 功能应用效果

3.1 系统辅助管制员进行安全决策

基于TOMS系统基础上，通过对跟踪航空器动态，结合电子进程单状态，以预先设置好的管制指令业务逻辑为判断条件，结合跑道停止排灯自动控制功能，达到预防航空器侵入跑道的效果。解决了机场灯光综合监控系统不具备管制安全业务控制逻辑问题，以及空管塔台需要安排专门人员负责停止排灯的关闭问题，为减轻管制员工作负担，降低安全风险。

3.2 建立飞行员与管制员共同情景意识

通过停止排灯灯光信息的交换和共享，产生“红灯停，灭灯行”的公共认知。管制员通过操作TOMS系统自动控制对应道口停止排灯关闭，飞行员收到管制语音指令及灯光关闭的指引驾驶航空器进入跑道。当航空器通过跑道入口后，停止排灯自动亮起，TOMS获取灯光状态并反馈到系统界面，提示管制员可进行后续指挥。建立了管制员、飞行员共同通情景意识，最大程度地满足安全运行需求。

3.3 预防航空器侵入跑道事件发生

3.3.1 预防飞行员误听管制指令导致的航空器侵入跑道的事件发生

当管制员发布跑道外等待指令，若飞行员误听成进入跑道时，由于管制员并还没有在TOMS操作进入跑道状态指令，因此停止排灯不会被关闭，飞行员受到红灯警示，不得进入跑道。有效预防了飞行员误听管制指令的情况发生。

3.3.2 预防管制员误发指令导致的航空器侵入跑道的事件发生

当管制员要在TOMS系统中发布进入跑道指令时，系统会根据综合雷达航迹，判断进近短五边范围内是否有即将进港的航班，若有，则系统会将对应跑道锁定，提示管制员不能在系统中发布进入跑道的指令。因此，如果管制员口头误发指令，但由于系统禁止发布进入跑道指令操作，所以停止排灯不会被关闭，飞行员受到亮灯的禁示，在跑道外等待并与管制员再次确认指令。有效预防管制员误发指令导致的跑道侵入事件发生。

3.3.3 预防低能见度情况下航空器侵入跑道的事件发生

随着郑州新郑国际机场即将实施标准Ⅱ类盲降进近及低能见度起飞运行程序，当遇到能见度低的天气情况，将开启停止排灯控制，通过停止排灯控制，灯光对飞行员起到警示作用，同时减轻管制员繁忙工作状态下的工作负担。

4 结语

基于TOMS系统与场面灯光控制的防止航空器侵入跑道的功能，针对塔台管制的特殊性，如航空器状态变化多，跑道运行风险高等特点，具有很强的防止跑道侵入的应用效果。本文设计的功能模块已经于2018年9月在河南空管分局正式启用，保证了Ⅱ低能见度起飞运行的顺利推进，为后续推广应用积累了宝贵的经验。

如果有可能，从安全的角度考虑，可逐步实现TOMS系统与具备条件的地区机场的所有跑道入口及穿越道口处的停止排灯进行对接，并实现常态化运行。通过这项技术应用，预防各类跑道侵入事件的发生，提高管制安全运行水平。