中國民用航空華北地區(qū)空中交通管理局 田毅
基于地空數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)的數(shù)字化自動航站情報(bào)服務(wù)(D-ATIS)目前已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各機(jī)場。以大興機(jī)場空管現(xiàn)場為例,介紹了當(dāng)前D-ATIS系統(tǒng)的架構(gòu)及基本工作原理,更深入分析了D-ATIS系統(tǒng)篩選更新AFTN報(bào)文的邏輯判斷方式。為管制員操作使用和技術(shù)人員運(yùn)行維護(hù)該系統(tǒng)提供了參考。
數(shù)字化航站自動情報(bào)服務(wù)系統(tǒng)(D-ATIS)是利用話音合成技術(shù)與地空數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對飛行中的航空器進(jìn)行機(jī)場氣象及跑道信息的播報(bào),特別是在起飛降落階段的航空器,DATIS系統(tǒng)的自動化播放與數(shù)字化傳遞顯得尤為重要。
對于國內(nèi)一些航線眾多,起落量巨大的繁忙機(jī)場,譬如首都國際機(jī)場、大興國際機(jī)場,使用DATIS系統(tǒng)播報(bào)可以有效地減少管制工作人員使用純?nèi)斯ふZ音播報(bào)而帶來低效、誤聽的安全隱患,提升了空中交通管制員的業(yè)務(wù)服務(wù)水平和空管系統(tǒng)的信息化服務(wù)能力。同時(shí),也減輕了航空器中飛行員的工作負(fù)荷,降低了人為因素干擾能力,并且有助于提升空管服務(wù)效率,更加提高了民航安全運(yùn)行的指數(shù)。
目前,DATIS系統(tǒng)采用科大訊飛公司的TTS(Textto-Voice)語音合成技術(shù)以及地空數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)兩種方式向本場起降階段的機(jī)組提供所需要的本地機(jī)場的關(guān)鍵信息。如機(jī)場氣象信息、跑道使用情況、航路情況等。其中氣象信息是DATIS系統(tǒng)通過氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器,對AFTN氣象報(bào)文進(jìn)行解析、篩選,得到本場氣象信息數(shù)據(jù),并融合本場跑道信息實(shí)時(shí)生成ATIS信息,統(tǒng)一向航空器進(jìn)行報(bào)送。
TTS語音合成技術(shù)是將文本轉(zhuǎn)化為自然流暢的語音并通過甚高頻電臺在指定進(jìn)、離場頻率中循環(huán)播放本地機(jī)場信息。地空數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)(ACARS)是雙向機(jī)載數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),為地空大流量數(shù)據(jù)提供服務(wù)信息的交換,地面可向機(jī)組提供氣象情報(bào)、航路情況,提高飛行安全保障。
大興國際機(jī)場空管DATIS系統(tǒng)由雙塔臺操作終端、雙塔臺服務(wù)器、進(jìn)場和離場語音發(fā)布服務(wù)器、進(jìn)場和離場電臺接口控制器、AFTN氣象網(wǎng)關(guān)服務(wù)器以及甚高頻臺站、傳輸鏈路等設(shè)備組成,具體信號流程如下圖所示。上述服務(wù)器以及操作終端設(shè)備中除電臺接口控制器、AFTN氣象網(wǎng)關(guān)服務(wù)器、BGS網(wǎng)關(guān)服務(wù)器為冗余冷備份模式,其余設(shè)備皆是配置NEC集群管理器系統(tǒng)的冗余熱備份模式。使大興空管DATIS系統(tǒng)設(shè)備的可靠性和安全性得到了進(jìn)一步的提高與保障。D-ATIS信號流程,如圖1所示。
圖1 D-ATIS信號流程圖Fig.1 D-ATIS signal flow chart
(1)雙塔臺操作終端。為管制員提供便捷、友好的人機(jī)操作界面,主要功能是自動分解、顯示氣象報(bào)文,自動生成ATIS信息報(bào)文,同時(shí)提供信息修改功能,當(dāng)氣象報(bào)文的信息和機(jī)場的實(shí)地測量信息有較大出入時(shí),管制員可以根據(jù)機(jī)場情況,手動修改氣象信息和跑道信息,隨時(shí)添加、修改插播內(nèi)容,系統(tǒng)會刷新數(shù)據(jù)并向D-ATIS雙塔臺服務(wù)器發(fā)送新的ATIS信息報(bào)文。
(2)雙塔臺服務(wù)器。DATIS系統(tǒng)的核心交互設(shè)備,連接雙塔臺操作終端以及AFTN氣象網(wǎng)關(guān)服務(wù)器,進(jìn)行管制操作以及氣象報(bào)文接收應(yīng)答的交互操作。同時(shí),自動分解、存儲、應(yīng)答飛機(jī)的各種請求,提取最新的飛機(jī)請求的ATIS信息,自動組報(bào)應(yīng)答。
(3)進(jìn)場和離場語音發(fā)布服務(wù)器。根據(jù)雙塔臺終端設(shè)備操作端發(fā)來的播報(bào)指令,進(jìn)行語音合成,將ATIS信息報(bào)文從文本格式轉(zhuǎn)換成語音格式,快速實(shí)現(xiàn)語音內(nèi)容建設(shè),為飛行中的機(jī)組提供清晰、可靠的語音服務(wù),并保證語音內(nèi)容的準(zhǔn)確性及完整性。
(4)進(jìn)場和離場電臺接口控制器。接收到語音發(fā)布服務(wù)器傳遞的語音格式文件后,將文件的數(shù)字信號轉(zhuǎn)為話音模擬信號進(jìn)入甚高頻傳輸設(shè)備,通過指定進(jìn)、離場頻率持續(xù)不斷地發(fā)送給機(jī)組機(jī)載接收設(shè)備,大興國際機(jī)場的進(jìn)場頻率為127.225MHz,離場頻率為128.4MHz。大興空管DATIS系統(tǒng)使用了兩座甚高頻發(fā)射電臺和雙路PCM(脈沖編碼調(diào)制)傳輸模式,分別是北一西電臺以及二號除冰區(qū)電臺,恒光路由和迅風(fēng)路由。4路傳輸信號,使DATIS信息語音傳遞的穩(wěn)定性得到了保證。
(5)AFTN網(wǎng)關(guān)設(shè)備。接收AFTN氣象報(bào)文信息并進(jìn)行整合篩選出本場氣象信息,實(shí)時(shí)生成報(bào)文發(fā)送給雙塔臺服務(wù)器。目前AFTN氣象網(wǎng)關(guān)服務(wù)器連接了4路氣象報(bào)文數(shù)據(jù),分別是AFTN氣象網(wǎng)關(guān)服務(wù)器A機(jī)接收北京首都機(jī)場氣象數(shù)據(jù)中心傳遞的1路AFTN氣象數(shù)據(jù),并配有一路冷備份鏈路作為冗余,AFTN氣象網(wǎng)關(guān)服務(wù)器B機(jī)接收大興機(jī)場氣象綜合探測場傳遞的1路AFTN氣象數(shù)據(jù),并配有一路冷備份鏈路作為冗余,兩路報(bào)文內(nèi)容相同。
(6)傳輸鏈路設(shè)備。目前DATIS系統(tǒng)的地空數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)是通過民航大網(wǎng)進(jìn)行傳輸?shù)?,大興空管使用一條傳輸線路,為大興空管東塔航管樓-大興空管中心核心區(qū)-華北空管局生產(chǎn)運(yùn)行中心-北京數(shù)據(jù)公司網(wǎng)控中心。地空數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)為DATIS系統(tǒng)數(shù)字化功能提供可靠、有效的服務(wù),將ATIS信息實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的發(fā)送到航空器機(jī)載設(shè)備中。
航空氣象觀測報(bào)文主要包括兩種不同的形式,分別是例行觀測報(bào)告和特殊觀測報(bào)告,前者采用METAR電碼格式發(fā)布,后者也被稱為特選報(bào),使用SPECI電碼格式向機(jī)場外發(fā)布。在觀測報(bào)告中包含了大量的氣象要素信息,以及準(zhǔn)確的本地機(jī)場氣象實(shí)時(shí)變化狀態(tài),為航空器起降在內(nèi)的各項(xiàng)機(jī)場工作提供重要的氣象信息服務(wù)。
METAR報(bào)為例行發(fā)布,即按固定時(shí)間間隔在指定地點(diǎn)觀測到的氣象情況的報(bào)告,其間隔時(shí)間通常為30分鐘,例行觀測中整點(diǎn)觀測自50分開始,00分采集數(shù)據(jù),03分前發(fā)出報(bào)文,半點(diǎn)觀測自20分開始,30分采集數(shù)據(jù),33分前發(fā)出報(bào)文;SPECI報(bào)則根據(jù)本地出現(xiàn)的特殊氣象變化而臨時(shí)發(fā)布,特殊觀測應(yīng)當(dāng)在觀測完畢后立即發(fā)布特殊報(bào)告,最遲發(fā)布時(shí)間為特殊觀測后的第5分鐘。當(dāng)DATIS系統(tǒng)每30分鐘接收到METAR例行報(bào)或臨時(shí)收到SPECI特殊報(bào)時(shí),都會更新ATIS信息報(bào)文,并更新通播信息版本,在語音信息及地空數(shù)據(jù)鏈傳遞中進(jìn)行實(shí)時(shí)更新,如果超過35分鐘未收到METAR例行報(bào)則會發(fā)生告警,提示工作人員檢查系統(tǒng)狀態(tài)。
DATIS系統(tǒng)的AFTN氣象網(wǎng)關(guān)服務(wù)器根據(jù)機(jī)場收報(bào)地址ZBAD以及其他關(guān)鍵信息要素對來自首都機(jī)場氣象中心以及大興氣象綜合探測場的AFTN氣象報(bào)文進(jìn)行解析、篩選、存儲等操作,將報(bào)文收集發(fā)送給雙塔臺服務(wù)器。
AFTN氣象網(wǎng)關(guān)服務(wù)器接收AFTN報(bào)文類型分為四種,分別是METAR報(bào)即例行報(bào)、SPECI報(bào)即特殊報(bào),以及METARCOR報(bào)、SPECICOR報(bào)即更正報(bào),另外還有延遲報(bào)(此報(bào)只有METAR報(bào)才有)。
一份正確的AFTN報(bào)文內(nèi)容格式共分為五行。第一行分為兩部分內(nèi)容,流水號(QDM)及發(fā)報(bào)時(shí)間(DDHHMM)。流水號QDM從編號001開始,每日8點(diǎn)重置,在當(dāng)日8點(diǎn)至次日8點(diǎn)之前,流水號是依次排序增加的,時(shí)間超過8點(diǎn)后,流水號重置,重新以編號001開始排序,顯示為QDM001;發(fā)報(bào)時(shí)間使用DDHHMM時(shí)段格式,如10月25日8點(diǎn)55分,則顯示為250855。
第二行為報(bào)文等級和報(bào)文格式處理地址。內(nèi)容為報(bào)文等級GG急報(bào),格式處理地址ZBBBYPYX(北京飛行氣象情報(bào)收集中心)和華北氣象中心數(shù)據(jù)庫(ZBAAYZYX)。
第三行為發(fā)報(bào)時(shí)間和本地地址,發(fā)報(bào)時(shí)間時(shí)段格式為DDHHMM。本地地址為ZBADYMYX(大興機(jī)場氣象綜合探測場)。
第四行為報(bào)文類型、本地機(jī)場四字代碼以及編報(bào)時(shí)間。報(bào)文類型包括SP即SPCI特殊報(bào)和SA即METAR例行報(bào);本地機(jī)場四字碼如ZBAD;編報(bào)時(shí)間(發(fā)報(bào)時(shí)間一般都會晚于編報(bào)時(shí)間,METAR例行報(bào)晚于3分鐘內(nèi),SPECI特殊報(bào)晚于5分鐘內(nèi),例行報(bào)和特選報(bào)的COR更正報(bào)的晚的時(shí)間為30分鐘內(nèi),使用DDHHMM時(shí)段格式);若報(bào)文類型為更正報(bào)則有CCA、CCB、CCC……CCZ的代碼在內(nèi)容結(jié)尾,第三位字母順序越靠后,更正報(bào)越新,若為延遲報(bào)則有RRA的代碼在結(jié)尾。
第五行為報(bào)文內(nèi)容,以METAR、SPECI、METARCOR、SPECICOR作為內(nèi)容開頭。
具體報(bào)文格式如圖2、圖3和圖4所示。
圖2 METAR例行報(bào)Fig.2 METAR routine report
圖3 SPECI特選報(bào)Fig.3 SPECI special selection report
圖4 METARCOR例行變更報(bào)Fig.4 METARCOR routine change report
當(dāng)雙塔臺服務(wù)器接收到AFTN氣象網(wǎng)關(guān)發(fā)送的報(bào)文后,會與當(dāng)前使用報(bào)文對比,進(jìn)行多輪邏輯判斷。第一步,先判斷報(bào)文內(nèi)容是否相同,若不相同進(jìn)行下一步判斷,反之則不更新通播版本號;第二步,判斷報(bào)文發(fā)報(bào)時(shí)間是否相同,若新報(bào)時(shí)間大于當(dāng)前報(bào)文,則更新版本,若小于當(dāng)前報(bào)文時(shí)間,則不更新版本,若時(shí)間相同,進(jìn)行下一步判斷;第三步,根據(jù)報(bào)文類型優(yōu)先級來判斷是否更新版本號,正常情況下,SPECICOR>SPECI>METAR COR>METAR。另外,當(dāng)新舊兩份報(bào)文均是同類型的更正報(bào)(COR)時(shí),需要判斷新報(bào)更正標(biāo)識是否大于舊報(bào),如CCA、CCB、CCC……CCZ。具體邏輯判斷方式,流程圖如圖5所示。
圖5 D-ATIS通播版本更新邏輯判斷流程圖Fig.5 D-ATIS communication version update logic judgment flow chart
本文分析了北京大興國際機(jī)場DATIS系統(tǒng)運(yùn)行情況以及通播版本號更新的邏輯判斷方式。可見,隨著機(jī)場穩(wěn)定運(yùn)行及管制員對系統(tǒng)功能提出需求的情況下,D-ATIS系統(tǒng)在不斷優(yōu)化,愈加完善。利用語音合成技術(shù)及地空數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)有效減輕了管制員工作負(fù)荷,提升地空兩端信息交互效率。另外,合理縝密的報(bào)文邏輯篩選及更新方式,使得大興機(jī)場本場情報(bào)通播信息的可靠性與實(shí)時(shí)性得到了強(qiáng)力保障,減少安全事故及隱患的發(fā)生。