集成式塔台管制自动化系统建设

余晶鑫 宋进文 王振飞

摘要： 文章针对以往塔台管制系统建设和运行存在系统分散、信息孤岛从而造成管制员运行指挥不便等问题，研究设计了一体化、集成式塔台管制自动化系统。系统以A-SMGCS、电子进程单（EFS）两大核心组件为基础，一体化集成塔台管制业务功能，具备基于管制意图预警、滑行灯光引导等技术，向塔台管制用户提供空地一体化态势监视、及时预警、航空器滑行灯光引导、电子化航班进程管理，提高了机场场面运行安全和效率。

关键词：集成塔台；A-SMGCS；灯光引导；管制意图

中图分类号：TP39

文献标志码：A

0 引言

以往塔台管制系统的建设，因缺少技术和前瞻性规划，存在系统分散、堆叠式等建设问题。由于不同时期、不同厂家进行建设，造成了塔台上设备繁多、空间局促杂乱，而且不同系统之间信息交互不畅，出现了信息孤岛、信息关联度低，造成管制员运行指挥不便，影响了管制运行安全效率^［1］。目前，各空管局、机场等单位急需解决以上塔台系统建设及运行中存在问题的解决方案，打破信息孤岛，实现管制业务一体化整合，提高塔台管制运行安全和效率，降低管制员工作负荷。

1 建设思路及设计框架

为解决以往塔台系统建设设备繁多、空间有限、功能冗余、信息关联集成度低等问题，着眼于塔台管制业务和塔台系统整体规划，基于塔台管制业务流程，创新模式和格局，从物理、信息、功能3个层面，构建覆盖塔台管制全业务流程系统框架，以高级场面活动引导与控制（A-SMGCS）、电子进程单（EFS）两大核心组件为基础^［2-4］，设计打造一套一体化、集成式塔台管制自动化系统。

系统以塔台管制业务为主线，从数据底层集中引接或交互与塔台管制相关的信息，进行各类管制业务功能的深度融合处理，最终向塔台管制用户提供覆盖塔台管制运行的全流程服务。系统在A-SMGCS，EFS两大核心组件功能基础上，采用组件方式扩展进近管制、AFTN电报处理、数字空管放行、数字通播信息处理以及流量管理、停机位、气象、情报信息处理显示等功能，实现信息、功能、设备、席位4大集成，实现塔台管制业务一体化整合，向塔台用户提供：（1）进近、空中一体化航空器、车辆监视；（2）及时、全面场面运行风险告警；（3）航空器滑行路由规划；（4）航空器滑行灯光引导功能，达到ICAO A-SMGCS Ⅳ级；（5）覆盖塔台管制全流程的电子化航班进程管理；（6）数字化放行（DCL）功能；（7）灵活显示的综合运行环境信息（气象、情报、流量等）；（8）一體化灵活配置席位功能服务。

目前，全国有200多个民用运输机场，其机场塔台管制方式按照中国民航管制规则基本一致。但是，由于机场规模、管制范围不同，具体管制业务内容有所不同，配置的系统业务功能模块不同，系统采用组件式设计。

大型机场基本实现塔台进近分离，塔台管制专注于机场场面及跑道延长线范围，但由于机场复杂度高，需要进行航空器滑行路径规划及引导。由于大型机场空管方配备空管自动化系统，具备AFTN、飞行计划处理，系统可以接收空管自动化系统输出的飞行计划作为系统源头数据。

中小机场塔台管制一般除场面管制外，还负责部分进近空域管制（如鄂州机场高度1 800 m以下，淮安机场3 000 m以下），需配置空管自动化系统的进近管制功能。机场场面运行相对简单，可选择配置航空器滑行路径规划及引导功能。

2 关键技术实现及优势

2.1 多维数据融合计算防跑道侵入技术

针对以往单纯依靠目标位置进行场面风险告警计算方法不能及时发现跑道侵入等危险事件的问题，创新性地设计了基于管制意图与监视数据相结合的多维数据融合处理预警处理技术，实现多维信息关联预警，提高场面运行预警的及时性、全面性。

该技术基于电子进程单上管制员操作管制指令管制意图信息、飞机位置速度、场面环境状况和运行规则，进行多维数据融合关联计算，快速针对可能出现的跑道侵入事件进行判断，给出告警信息，在系统界面上关联、形象地显示相关告警航班、区域等。例如，一架飞机在跑道外等待线处等待上跑道，另一架飞机进近着陆，此时，当管制员对飞机下达上跑道指令时，系统获得上跑道管制员意图信息，立刻产生告警，在系统界面上联动显示告警提示信息，提醒管制及时处置。相比于只依靠飞机的位置和运行趋势的告警处理，该技术提高了预警及时性。

基于管制意图与态势情景相结合的多维数据融合计算防跑道侵入技术，突破了管制意图与场面运行态势情景运行过程中的信息关联、综合智能分析、联动防御等关键问题，使得跑道侵入风险防控更加全面、准确、及时、智能。

2.2 航空器滑行灯光引导技术

针对目前系统不具备引导功能，航空器场面滑行依靠管制员与飞行员通过VHF通话、follow me引导车引导效率等问题，设计基于灯光引导航空器滑行功能。基于系统生成的优化航空器滑行路径、场面运动航迹、跑道视程等数据，自动产生滑行路径上助航灯光的点亮、熄灭、灯光强度等控制数据，发送给助航灯光控制系统，实现对滑行道中线灯和停止排灯的控制，自动引导航空器沿规划的路径滑行、停止和穿越交叉口。该系统通过灯光段或者单灯引导方式实现对航空器滑行引导，并逐次控制打开航空器前方若干滑行道中线的灯光段，关闭已滑过灯光段，飞行员只需跟随灯光（绿灯）指引即可操纵航空器到达对应停机位或跑道起飞位置。同时，系统具备引导过程中的冲突解脱处理能力，能够根据航空器滑行路线、场面运动航迹等数据，自动预测各滑行道交叉口处的航空器滑行冲突情况，通过自动控制停止排灯的开关，基于先到先服务的原则，实现自动解脱滑行冲突的目的。采用该种灯光引导方式可以提高场面运行效率，降低塔台管制员工作负荷，尤其是在低能见度下极大提高机场运行容量、效率、安全，保证航班正点率，降低航班延误率。

系统能够输出灯光控制命令，对助航灯光进行控制，在分析国内外助航灯光控制方法的基础上，采用离散事件监视控制方法应用到场面助航灯光控制决策研究中，并重点对场面滑行道交叉口停止排灯自动决策技术、滑行中线灯以及跑道入口停止排灯协调控制技术进行研究。

在地面助航灯控制过程中，Petri网控制器对飞机实时滑行位置利用监视数据进行探测辨识，然后利用助航灯控制决策方法计算给出助航灯“开、关”控制指令，并由单灯控制器将相关指令传递给场面助航灯，驅动场面助航灯进行信号“开、关”切换，从而实现控制灯光段、单灯按照指令逐次打开，引导飞机不断前进和停止（停止排灯开启时）的目的。

采用灯光引导，改变以往使用引导车（follow me）引导飞机滑行的方式存在人工驾驶工作负荷高、易“错忘漏”、指挥调度效率低、冲突风险预警仅靠目视安全性低等问题，实现降低管制员与飞行员语音通话错误，提高场面运行安全、效率，降低人员的工作负荷。

3 应用实例

集成式塔台管制自动化系统已在北京大兴机场、淮安机场、鄂州机场建设应用。

北京大兴机场作为大型机场典型代表，具备完善的功能组件模块，包括灯光引导能力，支撑北京大兴机场成为全球首个实现全场、全天候灯光引导的枢纽机场^［5］，目前支持日900余架次航班场面监视、及时全面预警、灯光引导，系统运行稳定，状态良好。

大兴机场塔台管制员可利用系统的场面运行态势、电子进程单人机界面，进行联动操作和关联显示跑道侵入告警信息及风险场景，实现基于管制员电子进程单操作管制意图与态势结合的预警，较少发生跑道侵入事件。大兴机场在跑道入口和穿越道口部署安装有停止排灯，集成式塔台管制自动化系统可交互控制以上设备实现防跑道侵入功能。

北京大兴机场集成式塔台系统基于系统智能自动生成的路由，以及航空器、车辆的实时态势，通过与灯光监控系统交互控制灯光状态，对航空器和车辆进行引导和控制。系统统一控制大兴机场飞行区内300多个停止排灯组和2 000多个滑行中线灯光段共18 000多个中线灯。该系统通过灯光段引导方式实现对航空器滑行引导，并且通过停止排灯进行控制飞机滑行冲突。采用飞机滑行灯光引导技术，降低通过VHF语音通话量，减少出错率，提高机场运行流量、安全、效率。

淮安机场是典型的 “塔进一体”中小型机场，针对“管制薄弱、信息分散”问题，量身打造了一套贴合中小机场运行实际需要的塔台自动化系统，目前已投入运行。该系统整合对空、对地管制运行信息，形成空地一体态势感知及运行风险全面预警能力，满足中小机场塔台进近场面全流程的管制需求。该系统打通集成机场运控、流量等多个系统，实现以上所需信息融合处理，在2个屏上关联集成显示，使塔台席位设备减少50%，信息集成度提高。系统与机场运控系统交互，打破了空管与机场运控间的“数据壁垒”，提高了机场、空管的协同运行能力。

4 结语

集成式塔台管制自动化系统，解决了以往塔台系统建设设备繁多、空间有限、功能冗余、信息关联集成度低等问题。系统以塔台管制业务为主线，从数据底层集中引接或交互与塔台管制的相关信息，然后进行各类管制业务功能的深度融合处理，最终向塔台管制用户提供覆盖塔台管制运行的全流程服务。系统以A-SMGCS，EFS两大核心组件功能为基础，结合各类机场的不同业务需求，打造形成组件式、集成式、一体化的塔台管制运行平台，减少塔台席位设备，减少管制操作，提高管制效率。该系统具备滑行灯光引导、管制意图与监视相结合的防跑道侵入技术等创新技术，支撑北京大兴机场成为全球首个实现全天候灯光引导的机场，使淮安机场成为国内首个中小型机场采用塔近一体集成式塔台管制自动化系统的机场。该系统为管制用户提供及时、准确的场面运行风险预警，提高场面运行安全、效率，系统在国内广泛推广使用，将产生更多的经济、社会效益，助力我国“四型机场”“四强空管”建设。

参考文献

［1］王振飞，黄琰，靳学梅.集成式预防跑道侵入技术及应用［J］.中国民用航空，2020（10）：53-55.

［2］ICAO.Advanced surface movement guidance and control systems（A-SMGCS）manual：Doc 9830 AN/452［S］.Montreal：International Civil Aviation Organization，2004.

［3］EUROCONTROL.Specification for advanced-surface movement guidance and control system（A-SMGCS）services：EUROCONTROL-SPEC-171［S］.Brussels：EUROCONTROL，2020.

［4］中国民航局.高级地面活动引导与控制系统技术要求（2019年修订）：MH/T4042-2014［S］.北京：中国民航局，2019.

［5］新华社．跑道上的“红绿灯”：国产先进引导系统为北京大兴机场保驾护航［EB/OL］．（2019-08-27）［2023-03-15］．https：//www.gov.cn/xinwen/2019-08/27/content_5425030.htm.

（编辑 沈 强）

Construction of integrated tower control automation system

Yu Jingxin ¹， Song Jinwen²， Wang Zhenfei^3*

（1.Xinjiang Air Traffic Managemnet Bureau CAAC， Urumuqi 830000， China;

2.Hubei International Logistics Airport Co.，Ltd.， Ezhou 436000， China;

3.Nanjing LES Information Technology Co.，Ltd.， Nanjing 210000， China）

Abstract： In view of the problems existing in the construction and operation of the previous tower control systems， such as system dispersion and information isolated island， which caused the inconvenience of the operation and control of controllers， the integrated tower control automation system was studied and designed. Based on the two core components of A-SMGCS and electronic flight strip system （EFS）， the tower control service functions were integrated. This system is based on technologies such as control intention pre-warning and taxiing light guidance to provide tower control users with integrated air-ground situation surveillance， timely pre-warning， aircraft taxiing light guidance and electronic flight process management， so as to improve the safety and efficiency of airport surface operation.

Key words： integrated tower system; A-SMGCS; light guidance; control intention