空中交通管制模拟机设备的需求分析与实施获奖科研报告

空中交通管制模拟机设备的需求分析与实施获奖科研报告摘

要：随着我国民航事业的飞速的发展，民用航空安全也变得越来越受到各界的重视。为适应现代空中交通管制行业发展的需要，需要配备管制模拟机设备开展对管制人员进行雷达模拟机和程序管制模拟机的强化培训。本文通过对DRS08模拟机设备的分析，阐述了该类型设备在空管行业中起到的作用，设计原则以及安装实施过程中的注意事项，希望对有类似需求的单位有借鉴意义。

关键词：空中交通管制;模拟机设备;需求分析与实施

一、前言

传统的管制人员培养方法是“师傅带徒弟”，学员在接受了相关的理论知识培训后，跟随具有实际经验的管制人员到现场观摩学习。这种方式学习周期长，学习水平难以提高;更主要的很难进行大容量、大强度以及特殊情况下的训练。为适应现代空中交通管制行业发展的需要，发达国家已经普遍使用各类空中交通管制模拟机来开展管制员的训练。在我国，这项工作也已全面推广，训练的内容以程序管制和雷达管制模拟机为主。在模拟机系统中除了进行大量程式化的管理和培训之外，还可以方便的设置现场极难遇到的特殊、危急情况，如通信失效、劫机、雷达失效等情况。良好的模拟机培训为民航空管管制人员提供了安全高效的训练方式。目前一名合格的管制人员每年必须经过50小时以上的模拟机培训才能通过审核上岗指挥。

二、设计原则

系统整体采用B/S架构实现，系统的设计上主要遵循以下原则：

1.实用性：不简单防制国外产品，制定与我国民航实际情况相符合的实用性功能需求。

2.模块化设计：应尽量采用成熟、先进的硬件产品。同时开发功能清晰的软件功能模块，确保系统的健壮性和可靠性。

3.标准兼容与可扩展性：所有模块功能均需满足国际民航组织ICAO的标准定义，同时还应该充分考虑到我国的标准体系的相关规定，此外也应为今后可扩展需求预留接口。

三、系统组成与工作流程

1.系统组成

模拟机系统由一系列的软件和硬件组合而成，采用模块化功能实现。设计上首先要着眼于空中交通管制的实际工作需求，通过建模与仿真技术模拟各种特殊情况;通过软件编程实现管制员、模拟机长、培训教员等各个席位的功能实现后通过成熟、先进的网络设备和计算机技术，实现系统的稳定可靠。同时，该套系统还应该充分考虑不同管制岗位的场景需求，如针对塔台管制席的实时视镜生成器;用于数据回放和记录的数据库系统;用于播放实景音效的环绕立体声系统等配套设备。

1）网络服务器：网络服务器为整个系统运行的核心。存储各类训练计划和模板;在模拟训练时它向各个席位提供目标信息、完成信息交换、接受并传达机长席位传达的目标控制命令，完成目标运动状态的计算。

2）数据库系统：用于编辑和管理系统的各种基础数据（包括管制空域信息、机场场面信息、气象模型、三维视景模型等），可灵活的从每年下发的航班时刻表中自动生成近期的飞行计划，用于增强管制情景意识;对数据至少保存30天，便于检查和回放。

3）实时视景生成器：主要用于塔台管制岗位，可以通过投屏形式实时描绘塔台窗外所见的180-270°三维视景。可以模拟各种特殊情况用于演练（包括失火、劫机、紧急救援等情况）。同时还应该与环绕立体声系统契合，进一步增强情景意识。

4）管制员席位：主要用于模拟管制员显示的各种状态信息（需求基本与实际岗位一致，包括雷达屏幕、内话设备、气象设备等）。同时应该提供机场灯光、跑道引导系统的模拟功能。

5）模拟机长席位：主要负责按照管制员的口述指令，通过键盘输入相应命令，模拟在管制员指挥下航空器的各类运动及轨迹。控制命令将直接传送到网络服务器，在经过计算后反馈目标的运动状态、速度、高度、航向、ACARS等状态。同时该系为也应该提供气象条件转换、故障特情设定等功能。

6）模拟通信系统：模拟管制员与机长之间的无线地空通信设备。

2.系统工作流程

在实际使用过程中，根据系统不同功能可分为“设备接入状态”和“训练运行状态“。

设备接入状态：系统启动后的第一个状态，首先要从数据库中读取预先存储好的基础资料（包括训练计划、机场信息、空域信息、气象信息等），然后等待管制员席位、机长席位、实时视景生成器等设备的自检和接入。当完成初始化过程后，服务器将通过网络将已夹在好的数据传递给该席位，从而完成各席位的准备。

训练运行状态：在此状态下，受训的管制员根据自己所观察到的飞机状态情况（起飞、落地、地面滑行等不同阶段），以及从雷达席位显示的飞机高度、速度、航向、计划状态、受控情况、跑道容量等信息，通过模拟通信系统向机长发出管制指令;模拟机长将该指令输入系统，控制飞机、车辆运动状态，以模拟演练出实际情况。系统可以对整个指挥过程中有明确判定指标的地方进行评估，是否符合工作流程和标准。除此之外，管制教员还可以任意设置能见度、风向/风速等自然条件的改变，以及设置引擎起火故障、劫机状态下的处置等特情演练，加强对紧急情况下管制方法的训练，提高管制水平。

训练结束后，使用教员席位利用记录的场景、雷达及话音数据进行训练回放、训练讲评等。

四、实施过程

由于模拟机设备一般都是在老旧楼宇内改造后进行安装，不符合通信机房设计规范。在项目的需求分析阶段提前规划，需注意以下几点：

1）服务器、存储、交换设备是该套系统的核心设备，安装前要进行现场勘测，确保安装环境条件;预留必要的检测和安装空间，保证良好的散热条件;尽量避免机柜放置在中央空调管路底下，以免漏水。

2）硬件安装区域要确保供电和接地的稳定可靠。有条件的情况下，应该加装前端的稳压设备和不间断供电设备。接地电阻值应小于4欧姆。

3）根据不同席位的划分做好传输线缆预埋，并确保网线距离小于90m。同时注意弱电线缆与强电线缆平行方向距离不小于30cm，防止电磁干扰。