智慧空管“三神器”有多厲害

來源: 經濟日報2018-04-19 11:45:18
  

圖為華北空管局多部門正與北京大學探討可視化分析系統建設,用以分析航班運行情況。 本報記者 崔國強攝

圖為安裝在首都機場西跑道的激光雷達設備。 本報記者 崔國強攝

翱翔于蔚藍天際的飛機猶如一道風景,常常令人駐足觀望。事實上,與車輛在地面行駛一樣,飛機在空中同樣需要遵守“交通規則”,并要受到專門機構的指揮與調度——這就是空中交通管制(簡稱“空管”)。空管行業是一個高度依賴技術進步的行業,隨著我國民航事業快速發展,年均飛行流量持續以兩位數迅猛增長,空管安全保障能力要實現逐年提高,必須借助各種新技術與空管系統設施設備的高度融合和有效應用

日前,中國民用航空華北地區空中交通管理局(簡稱“華北空管局”)聯手美國波音公司,借助高校實驗室等技術力量,開展了基于激光雷達的機場風切變觀測研究;并運用精密仿真軟件提升機場跑道運行效率,打造空中交通管理性能可視化分析系統,亮出了智慧空管的“三神器”。這是其2017年在全國首次完成HUD(平視顯示器)能見度150米試飛后,圍繞智慧空管建設的又一重要舉措。這“三神器”究竟是啥,有多厲害?經濟日報記者帶您來首都機場和華北空管局看看。

激光雷達——

監測機場風切變

低空風切變對于飛機起飛和著陸的安全威脅最大,需要不斷加強針對機場風切變觀測的科技創新投入與研究

安全是民航空管的命脈,提升安全保障能力是民航空管行業永恒的主題。根據國際民航組織的統計數據顯示,2014年至2016年間,由于湍流等大氣波動引起的風切變事故共計51次,占事故總數的19%。

其中,低空風切變對于飛機起飛和著陸的安全威脅最大。它不僅能使飛機偏離航跡,也可能使飛機失去穩定。如果飛行員在這個過程中處置不當,有可能造成嚴重后果。風切變的成因很多,一方面受某些常見的天氣過程如雷暴、大雨、冷鋒、低空急流影響形成;另一方面,也可能受地理環境、地形條件及機場周邊的建筑物遮擋影響產生,如海陸風等。

據華北空管局氣象中心設備室副主任張建軍介紹,首都機場西跑道的風速數值與其他兩條跑道存在一定差異,特別是在大風天氣條件下,風速數值明顯偏小,出現風切變的可能也更高。尤其在刮風天數很多的北京春秋時節,安全隱患顯著。據華北空管局氣象中心數據顯示,僅2017年11月、12月間,就收到風切變報告11份。

為此,2018年1月,華北空管局在首都機場西跑道南北端安裝了兩套國產激光雷達設備,收集西跑道風場相關數據。“這套設備可以有效彌補天氣雷達在晴空條件下對風場探測的不足。”張建軍說。由于工作原理不同,現有天氣雷達在晴空條件下對低空風的監測能力不足,在晴空條件進行風切變預報時,無法為預報員提供有力數據支持。

為進一步增強地空風切變預警,為管制員在航空器著陸階段提供更好的氣象支持,華北空管局與中國海洋大學合作,正在進行基于激光雷達的機場風切變觀測研究。

“我們計劃歷時兩年時間,通過大量的數據分析,完成西跑道上空的實時風場探測,找出西跑道風切變的成因、發生高度和觸發條件,并形成切實可用的用戶產品,幫助管制員提前向機組通報風切變情況,關口前移加強預警,把對飛行的不安全因素降到最低。”張建軍對這項新技術充滿信心。

據介紹,在北京新機場,華北空管局同樣配置了一套激光雷達設備,與香港國際機場所用設備一樣,居于世界領先水平,能夠同時監測多條跑道的風場狀況。目前,這一設備即將進入驗收階段,華北空管局已為其在新機場投入運行做好準備,這將開啟該設備在內地民航系統業務化運行的先河。

精密仿真軟件——

提升機場跑道運行效率

提升平行跑道運行效率是空管面臨的挑戰之一,智慧空管對此從未停止探索

黨的十九大報告指出,我國社會主要矛盾已經轉化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發展之間的矛盾。落實到空管安全層面,就是人民群眾對于安全、正點的出行需求與空管保障能力的不平衡不充分之間的矛盾。中國民用航空局局長馮正霖表示,要全面加大強安全、強效率、強智慧、強協同的“四強空管”建設力度,實現空管高質量發展。對此,華北空管局不斷著力打造良好的安全與發展、安全與效益、安全與正常、安全與服務的關系。

首都機場是世界上最繁忙的三跑道機場,3條跑道為平行跑道。其中,36L和01跑道之間相距3.485千米,在使用平行儀表進近模式時,雷達最小安全間隔標準為4千米(進近是指飛機下降時對準跑道飛行的過程。在進近階段,要使飛機調整高度,對準跑道,從而避開地面障礙物)。如何在保證安全的前提下進一步挖掘首都機場運行潛力,提升運行效率,滿足更多旅客的出行需求,華北空管局對此從未停止探索。

華北空管局總工程師謝玉蘭認為,提升平行跑道運行效率是空管面臨的挑戰之一。在這方面,華北空管局與中國民航大學開展合作,通過精密的仿真軟件模擬測試得出結論:在首都機場,如果兩條跑道相關進近保持3.485千米的雷達間隔,到達容量可增加16.7%,一小時最多可增加9架飛機。

為驗證這一測試結果的安全可行性,項目組在前期做了大量實驗:首先建立了基于位置誤差概率的碰撞風險模型,然后設計了管制員特情反應時間測試方案,并進行了為期10天的測試。為保證實驗的有效性,項目組還收集處理了6個月的實際運行數據,獲得了位置誤差概率模型的相關參數,并通過仿真計算得出結論,最后把實驗結果與國際民航組織和美國聯邦航空管理局的相關研究進行了對比。結果顯示,首都機場36L和01跑道相關平行儀表進近所需的雷達間隔縮短到3.485千米后,沒有顯著的運行風險提升,仍符合國際民航組織公布的安全目標水平。

可視化分析系統——

用活大數據

航空器的飛行過程本身就是一個行走的大數據庫,發掘數據背后的價值將對運行監測起到很好效果

工作人員告訴記者,在華北空管局的管制屏幕上,一個小亮點便代表一架航空器。而航空器的整個飛行過程本身就是一個行走的大數據庫,如果能把這些運行信息提煉出來,挖掘出數據背后的價值,總結出規律,再指導實際工作,將對運行監測起到很好效果。

基于這個目標,華北空管局與北京大學可視化與可視分析實驗室聯合開展空中交通管理性能可視化分析,通過數據處理加工讓數據“活起來”:把航班號、目的地機場、實時位置、實際起降時間等不同屬性的航空數據集成,構成了多維的信息空間。其中,每個數據都代表著單個圖元元素,計算機通過算法、建模、表達等一系列處理方式,生成數據圖像;再把數據及其內在關系反映到圖形圖像中,用戶就能從中輕松直觀讀懂數據代表的含義。

華北空管局空管部馬曉陽表示,如果想了解首都機場內某一特定航班在雷雨或低能見度等天氣條件下的離港運行情況,只需選定航班號,選取相應時間段,就能迅速獲取該航班在推出開車、地面滑行、跑道外等待等階段產生的所有相關數據,最終形成可視化信息。

“這個系統最大的用途在于能夠準確、可視化地掌握每個航班在任意時刻的飛行動態,為上層決策提供了一個非常直觀的輔助手段。”謝玉蘭介紹說。

據悉,華北空管局下一步將在開放實驗室內搭建一套系統,與北京大學共同對數據采集、軌跡信息分析、延誤信息分析、地面滑跑信息分析等模塊內容呈現進行研發,并將通過重現航班滑行的詳細過程以及交互式篩選,進行機場滑行擁堵分析。

“我們將繼續加強科研核心能力建設,在建設‘強智慧’空管方面下功夫,加大對5個開放實驗室的支持力度,激發空管科技工作者的活力與創造力;并推進產學研用深度融合,強化科技成果應用示范與推廣,為推進中國民航空管高質量的發展提供智慧支撐。”談及未來,華北空管局局長文學正表示。

責任編輯:sdnew003
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