基于功能导向的空管监视服务运行模式研究

□ 民航湖南空管分局 黄肖超/文

作为雷达管制的核心，空管自动化系统具有举足轻重的作用。顺畅的空管监视服务运行模式能够提高管制效率，更好的为空中交通提供服务。目前，关于空中交通管制本身的研究很多，而结合现场实际情况，从技术保障视角，采用功能导向的方法对监视系统运行模式进行分析的研究文献较少。基于此，本文结合湖南空管的实际运行情况，提出了基于功能导向的空管监视服务运行模式研究。以管制服务流程中应答机代码（SSR）自动分配、SID/STAR进离港程序与跑道分配、起飞落地报自动拍发、席位扇区分配等关键功能为导向，将监视服务运行模式分为主用模式与备用模式，本文就不同运行模式下的关键数据信息交互进行探讨。

空管监视服务的定义及作用

（一）监视技术与空管监视服务定义

监视（Surveillance）技术是国际民航组织新航行系统（CNS/ATM）的重要组成部分，是星基定位与导航、航空器机载设备与地面设备等多种先进技术的结合，为管制员和飞行员提供所需的航空运行态势感知信息，是现代空中交通管理的基础。

空中交通管理（ATM）包括空中交通服务（ATS）、空中交通流量管理、空域管理。而空中交通管制服务（ATC）又是空中交通服务的一部分，空中交通服务还包括飞行情报服务和告警服务。空中交通管制服务的主要任务是：防止航空器与航空器相撞、防止在机动区内航空器与障碍物相撞、维护和加快空中交通的有序流动。空管监视服务通常是指空管设备部门利用多种监视技术对航空器进行综合监视并实现多源监视数据的融合，对管制员提供目标可靠的无间断监视服务，从而达到提高空域容量、提升空中交通管理运行效率的目的。

（二）空管监视服务的作用

空管监视服务为空管运行单位提供航空器目标的实时动态信息，并支持空—空安全预警、飞行高度监视等相关应用，是进行空中交通管理的基础。及时、连续、准确的监视信息服务，对整体提高空中交通安全保障，提升空中交通运行效率，提高航空飞行安全水平以及运行效率等方面都有着极为重要的作用。

空管监视服务运行模式的关键影响因素

空管监视服务运行模式的设计是一个系统工程，在明确现有空管监视服务发展一般特点的基础上，了解空管设备运行模式的基本类型及发展趋势，重点分析对监视服务运行模式产生影响的因素，考虑各种因素的综合影响才能设计出合适的运行模式。

（一）我国空管监视服务发展现状

随着经济的快速发展和航空运输量的高速增长，我国空管监视服务发展取得了长足的进步，主要呈现以下特点：

1.传统监视基础设施建设初具规模。截至目前，我国境内共部署一次监视雷达24套，二次监视雷达123套，场面监视雷达28套。

2.新监视技术应用推进迅速。截至目前，中国民航已完成308个ADS-B地面站建设，已开展8个机场场面多点定位应用。

3.自动化系统建设稳步推进。截至2017年底，全国共完成8个区域管制中心、44套空管主用自动化系统和43套备用系统、18套高级场面活动引导与控制系统的建设。

4.监视技术国产化能力逐步提升。

5.监视新目标与新技术不断涌现。

（二）空管监视设备运行模式基本类型及发展趋势

为确保管制辖区内的飞行安全，空中交通管制监视信息的探测、传输、处理、显示一般均采用多重冗余设计，具有在线自检和监控功能。当互为冗余的处理机中任意一台因为软、硬件故障或者因为人工干预而停止工作时，不影响该功能的正常工作及全系统的正常使用，对管制界面显示的内容没有任何形式的影响，并且不会引起系统其他功能工作异常或系统的重新配置。这种工作状态，一般称为正常模式。

当系统检测到互为热备份的双处理器都不能正常工作，或者系统公共节点失效，但同时旁路处理服务器能正常工作时，系统将自动进入降级模式。降级模式下，系统只提供管制服务的必要功能。

随着监视技术的不断发展，主备自动化系统间及自动化系统与其他系统间的数据交互日益频繁，推进自动化系统飞行动态数据接口的扩展应用，与管制综合信息显示系统、协同决策机制（CDM）、高级场面活动引导与控制系统等的信息共享和数据交互，形成一体化的空中交通管理系统是监视服务未来的发展趋势。

（三）监视服务运行模式的影响因素

综上所述，不难发现，随着空管监视设施设备总量的扩张、种类的增多、新技术的不断涌现、数据交互日益频繁，空管运行中设备风险对飞行安全及运行效率的影响越来越大。主用系统设备工作的稳定性和可靠性对管制现场安全起着至关重要的作用。同时，为了保障管制服务的连续性，各系统动态数据要求能够双向实时交互，基础数据能够自动定期同步、保持一致，管制界面、关键运行参数科学规范设置使用，规范和加强自动化备份系统的常态化使用，充分发挥备份系统的安全效能。

基于功能导向的监视服务运行模式探讨

对于空管监视服务而言，保证其持续发展最重要的因素就是管制指挥功能的发挥。管制指挥功能的不足或缺失，必然导致现场运行陷入困境，阻碍其进一步发展。因此，空管监视服务的一切活动都是以管制指挥功能的正常发挥为基础的，在对空管监视服务进行运行模式设计时就必须基于功能导向。

要设计出一个适合空管监视服务的运行模式，关键是要明确监视服务为实现其最终目标所必须的功能，按照功能的需要采用相应的组织结构形式。首先要清楚空管监视服务的基本功能，在此基础上明确核心功能，最后将功能与系统进行匹配，最终形成完整的运行模式。具体设计框架见图1。

图1：基于功能导向的空管监视服务运行模式设计框架

为管制现场提供完整的监视服务所涉及的系统包括主备自动化系统、飞行计划集中处理系统、塔台电子进程单系统和高级场面活动引导与控制系统等。上述系统互相协作，贯穿一个航班完整的管制生命周期（塔台管制、进近管制、区域管制），其为管制用户提供的主要功能如表1所示。

表1：空管监视服务相关系统主要功能

通过对监视服务相关系统提供的管制服务功能进行梳理，发现管制流程是一组相关的、结构化的活动集合，或者说是一系列事件的链条。这些活动集合或链条为管制员提供特定的服务或产品，这个流程有起点、有终点、有目的。为管制员提供及时、连续、准确的监视信息服务，并具备高可用性，正是空管监视服务运行模式设计的核心思想。

空管监视服务功能通常重点集中在以下几个关键的活动中：应答机代码自动分配及高效同步至自动化系统；出港航班的标准离港程序（SID）、起飞跑道、离港时隙（SLT）、场面状态的流转；进港航班的标准进港程序（STAR）、落地跑道的自动分配；席位控制扇区的信息流转、电子进程单投递、纸质进程单自动打印。

以湖南空管分局监视服务运行模式为例，主用自动化系统为莱斯NUMAN系统，备份自动化系统为Air Net系统，塔台电子进程单系统为TOMS(塔台运行管理系统)，航班信息处理系统为FIPS（Flight Information Process System）。根据管制现场实际运行情况将本地监视服务运行模式分为主用模式和备用模式。主用模式即以上所有相关系统均处于正常可提供服务状态的使用模式，备用模式即以上任一套系统出现系统级故障无法提供服务时的使用模式。各服务模式下系统使用情况如图2所示，其中ACC表示区域管制室，APP表示进近管制室，TWR表示塔台。

不同的运行模式下，系统的关键数据流向不同。其中主用模式下，数据交换模型如图3所示。

（1）二次代码（SSR）分配数据流向为：FIPS自动预分配SSR后，结合航空器场面状态推出时机，分别以消息队列（MQ）和预计飞越报（EST）的方式向TOMS及莱斯、Air Net自动化系统同步预分配SSR。TOMS和自动化系统收到消息后，分别更新航班计划中的SSR项内容。

（2）离港航班SID/起飞跑道/停机位/计算起飞时刻（CTOT）/SLT/场面状态/计算撤轮档时刻（COBT）等信息的数据流向为：TOMS系统通过MQ更新FIPS系统中对应飞行计划中的上述信息，FIPS系统再通过MH/T 4029.3行业标准中的基础飞行数据交换报文发送给莱斯、Air Net系统。

（3）起飞报（DEP）/落地报（ARR）的自动拍发：莱斯、Air Net系统将各自的综合航迹数据输出以监视数据处理系统航迹报文（ASTERIXCAT 062）的方式发送给FIPS系统，由用户在FIPS系统接口程序上手动选择接收源。最终由FIPS系统对外进行发报。

（4）进港航班STAR/落地跑道数据流向：处于主用模式的自动化系统自动分配上述信息后，通过MH/T 4029.3行业标准基础飞行数据交换报文发送给FIPS 系统，FIPS系统接口程序收到报文后负责更新相应飞行计划的航班动态信息。

（5）目标的席位扇区数据流向：处于主用模式的自动化系统通过MH/T 4029.3行业标准基础飞行数据交换报文发送给FIPS系统。

（6）基础数据同步数据流向：FIPS系统以TXT文本方式定期将收发报地址/机场资料/城市对/批复航路/机型资料等基础数据用文件传输协议（FTP）发送给莱斯、Air Ne t系统。

（7）次日计划推送数据流向：FIPS系统以TXT文本文件（北京时间次日零点48小时内的飞行计划数据）的方式通过FTP协议发送给莱斯、Air Ne t系统。

备用模式分两种情况，即FIPS系统与TOMS系统正常，仅任意一套自动化系统故障的情况下，数据流向与主用模式一致；当FIPS系统故障的情况下，备用模式下的信息流向如下：

（1）SSR、SID/STAR数据流向：处于主用状态的自动化系统自动分配SSR，通过MH/T 4029.3行业标准主备空管自动化系统数据交换报文，将SSR同步至备用自动化系统。

（2）DEP/ARR拍发：由处于主用状态的自动化系统拍发。

该模式下管制现场独立使用空管自动化系统，主备自动化系统间通过主备空管自动化系统数据交换报文和基础飞行数据交换报文进行数据交互，由主用系统将数据发送给备用系统，其中包括航班计划状态，航班动态信息，系统基础数据信息等。

“变则通，通则达”，改进无止境。随着时间的推移，面临问题的变化，新的技术仍将不断地涌现，管制流程也有可能发生变化，管制运行对监视设备的依赖程度越来越高，对设备保障现场运行的要求也更为严格，需要不断改进、完善本监视服务运行模式。

结束语：

本文详细分析了管制服务流程与监视设备提供的各项功能的内在结构关系，结合湖南空中交通管制的实际运行情况，提出了基于功能导向的监视服务运行模式研究，介绍了不同运行模式下监视设备关键数据的信息流向，阐述了各个系统在为管制部门提供监视服务时扮演的角色，为民航空管设备运行模式提供了简单有效的方案。在现场实现运行中发现，该方案具备很强的安全性与可执行性，极大提高了空中交通管制的设备保障力度，提升了管制部门的应急效率，为其他空管单位建设及运行模式设计提供了借鉴。