无锡硕放机场雷达管制安全评估方法研究

王勇

摘 要：本文分析了当前学者研究碰撞风险的主要方向，确定了本项研究的主要意图，计算进近或复飞的碰撞可能性，也就是碰撞风险。本次研究先介绍了与文章相关的前提条件和运行状态，随后介绍了碰撞风险模型的算法，最后用该算法分析了无锡机场雷达运行的进近、复飞阶段碰撞风险。

关键词：雷达管制;航空器;障碍物;碰撞风险

随着航班量的持续增长，我国民航运行存在着空域使用率不高，管制人员工作压力大，不利于民航安全运行的困难，空管保障能力不足与快速发展的市场需求矛盾日益加大。仅通过机场管制已不能满足管制运行所需要具备的条件，为了使航空器在空中的飞行过程能够更加安全有保障、且可提高运行效率，设置进近管制就迫在眉睫，同时进一步实施雷达管制。为了评估实施雷达管制时简化飞行程序，缩小飞行间隔的安全性，开展了本项研究。

近年来，关于碰撞风险的研究比较丰富。左谛[1]等人在考虑了航空器保持性能的情况下，研究航空器的风险碰撞模型;张兆宁[2]利用雷达数据研究航空器侧向跑道进场的保护区大小;陈华群[3]对仪表专场飞行训练作了风险评估;李琦[4]等人研究了军用无人机和民航客机的碰撞风险;陈亚青[5]主要通过构建有关防撞系统的碰撞风险模型，李娜[6]主要的研究内容是航空器执行精密进近程序的情况下，当航迹发生偏差时，航班与地面障碍物发生碰撞的可能性;张智巍[7]的主要研究内容是考虑双流机场平行进近状态下的碰撞风险。

本文主要通过碰撞风险模型研究进近、复飞阶段航空器于地面障碍物的碰撞风险，并通过这一方法评估无锡硕放机场的运行风险。

1 理论基础

雷达运行风险评估主要包括雷达管制下的飞行程序运行风险评估和进近雷达管制系统危险辨识与风险评估。本项研究主要从飞行程序运行风险评估这一角度进行论述，首先叙述飞行程序运行过程中的相关安全风险，其次深入分析近地风险，再次研究起飞离场和进近过程中穿透超障高度的风险概率，最后分析航空器进近过程中与障碍物的碰撞概率和复飞航空器接地概率。

建立飞行程序的目的是为了指引航空器在终端区内，遵循飞行程序安全、有序地飛行，避免航空器在起飞离场或进近着陆中与障碍物或其他航空器之间失去间隔，按照飞行程序执行飞行任务的航空器，它们的运行安全风险包含航班与已知固定的地面障碍物之间的风险，即近地风险。根据不同的飞行阶段，可将近地风险分为接近风险和碰撞风险。在本文讨论的起飞离场和进场两个飞行过程主要研究航空器和已知固定的地面障碍物之间的发生碰撞的可能性。

在公布机场的飞行程序之前，设计人员按照8168文件《航空器运行》和《民用机场飞行区技术标准》，考虑航空器与地面障碍物之间的间隔去设计程序。

安全余度是航空器沿飞行程序飞行时，能够确保航空器安全运行的最保守的保护区范围。由于气候、导航和人为操作等因素的影响，以上因素会使得航空器触发近地警告，出现近地风险。航空器按照ILS导航进近的过程中，由于航向台和下滑台的精度更高，使得航空器高度更低，航空器与地面障碍物间的距离更小，近地风险模型不再适用于这一类型的碰撞风险计算。于是，本次研究主要针对航空器在ILS设备导航的前提下，在进近和复飞两个航段与地面障碍物之间的安全风险。

研究将近地风险评估分为两个部分：

（1）对于离场阶段和进场的起始进近、中间进近两个飞行阶段，主要研究了民航客货机与已知的地面障碍物的近地风险，用穿透超障高度/高（Obstacle Clearance Altitude/Height，OCA/H）来表示;

（2）对于最后进近和复飞阶段，主要分析ILS进近中航空器与地面的碰撞风险，利用碰撞风险模型（Collision Risk Model，CRM）来计算风险。

2 航空器与障碍物的碰撞风险评估模型

2.1 CRM模型

CRM主要用于评估飞机在进近和复飞的过程中，而飞机与障碍物的近地碰撞风险是国际民航组织相关专家组的研究成果，它也是ILS运行标准的重要内容。CRM模型不考虑最后进近前、超过复飞转弯高度之后和低于OCA/H目视下降及着陆的运行风险。模型包含两个方面的内容：

（1）计算跑道和净空环境的碰撞风险，这一范围内的OCA/H值可以保证航空器在极端情况下安全运行;

（2）提供机场选址规划，分析障碍物影响。航空器若无法在决断高之上获得目视参考，或航空器没有做好着陆准备，按照规定必须复飞，如图1所示：

在进近和复飞阶段中，航空器的航迹可以由下滑道角度、复飞过程中的爬升梯度、航空器自身性能、跑道中线反向延长线来确定。

在外部条件的影响下，航空器航迹会出现偏差，此时航空器就会受到地面障碍物的影响，因此，利用CRM模型可计算飞机沿精密进近下滑道或复飞程序飞行时的真实航迹与标准航迹的偏差，再根据已知的地面障碍物去评估飞机运行过程中和他们发生碰撞的风险，然后再将航空器飞行过程中沿途所飞越的障碍物风险累加即为航空器总碰撞风险。总碰撞风险与预先规定的安全目标比较，判断当前的碰撞风险是否为人们所接受。

2.2 航空器与单一障碍物碰撞风险

CRM采用机场笛卡尔坐标，如图2（a）所示：坐标原点位于跑道入口，X轴方向为跑道中心线的反向延长线，Y轴垂直于跑道中心线，Z轴满足右手法则与X轴、Y轴垂直;用坐标表示障碍物位置，如图2（b）所示：

进近阶段中，在调整了障碍物尺寸和横向分布后，计算横向碰撞风险。

2.3 航空器与多障碍物碰撞风险

计算碰撞风险之前要判断障碍物是否相互独立，若相互独立则总碰撞风险就是多个碰撞风险的累加;若障碍物之间并非相互独立，则要考虑航空器沿飞行程序运行沿途所飞越障碍之间相互的遮蔽关系。在进近阶段时，当有障碍物被其他障碍物遮蔽时，其碰撞风险的计算方法如下：

假设进近航段中存在两个障碍物，如图3所示：

（5）上述结果作差为障碍物2的风险值。

3 无锡硕放机场安全评估

3.1 碰撞风险

对03号跑道进近着陆过程中，航空器与障碍物的碰撞风险进行评估，各个障碍物对于航空器的碰撞风险均小于10E-07。

03号跑道的风险评估结果为小于1.0E-25。

对21跑道进近着陆运行下的飞行程序碰撞风险进行评估，结果如下表所示。对21跑道进近着陆运行安全影响较大的障碍物为09号信号塔障碍物。

3.2 复飞点的接地风险

根据建立的航空器复飞点接地风险评估模型，对03号跑道和21号跑道复飞程序优化调整后的复飞接地风险进行评估，结果如表2、表3所示。

参考文献：

[1]左谛，许有臣，金开研.基于航空器高度保持性能的风险碰撞模型优化[J].中国安全生产科学技术，2020，16（08）：31-36.

[2]张兆宁，徐超，卢婷婷，李欣.基于雷达数据的侧向跑道进场保护区研究[J].安全与环境学报，2020，20（04）：1391-1396.

[3]陈华群，刘俊杰.仪表转场飞行训练风险评估[J].中国安全科学学报，2020，30（06）：64-70.

[4]李琦，甘旭升，孙静娟，王明华.军用无人机与民航航班侧向碰撞风险评估研究[J/OL].北京航空航天大学，1-11[2020-10-02].

[5]陈亚青，侯宇杰，胡登峰，李哲.飞行碰撞风险安全评估研究[J].航空计算技术，2020，50（03）：129-134.

[6]李娜，葛飞.基于精密进近航段航迹偏差的航空器近地碰撞风险评估[J].安全与环境学报，2019，19（06）：1903-1908.

[7]张智巍.双流机场平行进近碰撞风险研究[D].中国民用航空飞行学院，2020.