趙浪濤

（民航中南空管設(shè)備工程<廣州>有限公司 廣東 廣州 510000）

0 引言

光纖矩陣在民航空中交通管制系統(tǒng)的應(yīng)用，是民航空中交通管制系統(tǒng)的升級(jí)，同時(shí)也是管制系統(tǒng)完善的重要手段。近年來，民航空中交通管理發(fā)展進(jìn)入高速階段，各種信息技術(shù)在空中交通管制系統(tǒng)中的應(yīng)用，進(jìn)一步完善了空管系統(tǒng)。當(dāng)然空管系統(tǒng)管理內(nèi)容多，管理信息多元化，加上管理規(guī)模比較大，因此在一定程度上增加了民航空中交通管制的難度。若依然采用原有的技術(shù)手段，已經(jīng)不能滿足民航空中交通管制系統(tǒng)安全運(yùn)行以及設(shè)備安裝等的需求。基于此，在民航空中交通管制系統(tǒng)中應(yīng)用光纖矩陣技術(shù)，完善空管安全運(yùn)行系統(tǒng)，強(qiáng)化空管系統(tǒng)的管理作用，為未來空管系統(tǒng)發(fā)展提供更多參考。

1 空中交通管制運(yùn)行介紹

飛機(jī)是一種在空中運(yùn)行的交通方式，逐漸成為人們遠(yuǎn)行的一種重要交通工具，飛機(jī)跟汽車一樣嚴(yán)格遵循著相關(guān)的交通規(guī)則在空中飛行，飛行在空中所遵守的空中交通規(guī)則也受到專門機(jī)構(gòu)的指揮和管控，這就是我們所說的空中交通管制?？罩薪煌ü苤剖侵革w機(jī)在空中飛行的時(shí)候通過先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)手段對(duì)飛機(jī)進(jìn)行管理和控制，以此方式保證飛機(jī)的飛行速度和飛行安全性?？罩薪煌ü苤频娜蝿?wù)主要為了防止飛機(jī)在空中飛行的時(shí)候出現(xiàn)碰撞，因?yàn)樽驳秸系K物而造成空中交通混亂，通過采取交通管制措施來保證空中交通順暢，飛機(jī)順暢飛行。

空中交通管制系統(tǒng)的運(yùn)行以及光纖矩陣技術(shù)的應(yīng)用，都必須對(duì)空中交通管制有詳細(xì)的了解，認(rèn)識(shí)到空中交通管制組成，為光纖矩陣技術(shù)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1.1 空中交通管制運(yùn)行

空中交通管制系統(tǒng)，需根據(jù)民航空中管制要求，明確管制范圍，隨后科學(xué)展開管制運(yùn)行工作。當(dāng)前空中交通管制運(yùn)行，主要管制單位包括3種：其一是塔臺(tái)管制；其二是區(qū)域管制；其三是進(jìn)近管制[1]?？罩薪煌ü苤频木唧w場(chǎng)所，主要分布于民航的機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)附近，除此之外，還會(huì)在終端管制中心區(qū)域進(jìn)行設(shè)置。管制單位根據(jù)交通管理運(yùn)行情況，及時(shí)進(jìn)行管制扇區(qū)劃分，針對(duì)性地進(jìn)行管制人員加以管理，同時(shí)完善監(jiān)督控制體系，保證交通管制系統(tǒng)的正常運(yùn)行[2]。

1.2 空中交通管制設(shè)施

空中交通管制系統(tǒng)中，基礎(chǔ)設(shè)施以無線通信設(shè)備為主，此外還涉及空中交通管制正常運(yùn)行的自動(dòng)化處理系統(tǒng)，其核心以雷達(dá)監(jiān)視為主。因?yàn)榭罩薪煌ü苤葡到y(tǒng)必須時(shí)刻與地面聯(lián)系，加上民航運(yùn)行線路復(fù)雜，因此還需要場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)融匯處理系統(tǒng)的支持，由氣象自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)輔助，隨時(shí)掌握氣象變化[3]，協(xié)同決策管理系統(tǒng)，協(xié)助空中交通管制系統(tǒng)運(yùn)行?？罩薪煌ü苤粕婕按罅繑?shù)據(jù)信息，均由空管綜合信息處理系統(tǒng)予以處理。塔臺(tái)航班排序電子進(jìn)程單處理系統(tǒng)以及飛行區(qū)視頻監(jiān)視系統(tǒng)，同樣是重要組成。還需設(shè)置機(jī)場(chǎng)情報(bào)自動(dòng)通播以及數(shù)字放行系統(tǒng)，幫助民航隨時(shí)完成信息播報(bào)[4]。針對(duì)不同的運(yùn)行系統(tǒng)，配備顯示器以及終端工作站等，保證空管系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1.3 空中交通管制方法

1.3.1 程序管制

這種管制方法對(duì)設(shè)備沒有太高的要求，進(jìn)行管制的時(shí)候不需要采用專門的設(shè)備來完成管制工作，其工作方法主要是通過地空通話設(shè)備來完成管制任務(wù)的。管制人員在進(jìn)行交通管制的時(shí)候，通過飛行員發(fā)送的位置報(bào)告來對(duì)各個(gè)飛機(jī)之間的飛行距離和飛行位置進(jìn)行分析和了解，并掌握相關(guān)的飛行狀況，通過這些信息對(duì)空中交通存在的變化做出推斷，并向飛機(jī)發(fā)出飛行指令，指揮飛機(jī)在空中有序飛行。在飛機(jī)起飛之前，機(jī)長(zhǎng)必須要向報(bào)告室提交飛行計(jì)劃，在經(jīng)過批準(zhǔn)之后才可以正式起飛。飛行計(jì)劃涉及的內(nèi)容有飛機(jī)需要攜帶的油量、預(yù)計(jì)飛行時(shí)間、經(jīng)過各個(gè)場(chǎng)點(diǎn)的時(shí)間、使用的導(dǎo)航臺(tái)、飛行航線、備降機(jī)場(chǎng)、降落時(shí)間等。當(dāng)飛行計(jì)劃確定之后，空中交通管制員要根據(jù)飛行計(jì)劃內(nèi)容對(duì)飛行進(jìn)行監(jiān)管。空中交通管制員會(huì)根據(jù)收到的飛行計(jì)劃和機(jī)長(zhǎng)報(bào)告的位置，對(duì)飛機(jī)的實(shí)際飛行進(jìn)程單進(jìn)行糾正，如果發(fā)現(xiàn)航空器之間的間隔小于規(guī)定的范圍內(nèi)，就要馬上采取相應(yīng)的處理措施，對(duì)其進(jìn)行調(diào)配，保證航空器之間的間隔可以在規(guī)定的范圍內(nèi)。程序管制法具有精準(zhǔn)度差、速度慢的特點(diǎn)，為了使飛機(jī)在空中飛行的時(shí)候能夠保證其安全性，一般會(huì)設(shè)置很多的限制條件，例如，同一航線上的同一型號(hào)的飛行在空中的高度必須要相互間隔10 min，因?yàn)樵诠潭ǖ目臻g內(nèi)能夠容納的航空器數(shù)量并不多。在中國(guó)民航管制工作中程序管制是當(dāng)前應(yīng)用時(shí)間最長(zhǎng)的一種管制方法。

1.3.2 雷達(dá)管制

相對(duì)于程序管制而言，雷達(dá)管制的安全性能更好，雷達(dá)管制員在對(duì)空中交通進(jìn)行管制的過程中，只要通過雷達(dá)顯示就可以了解在相關(guān)的管轄范圍內(nèi)雷達(dá)波所探測(cè)到的航空器所處的精準(zhǔn)位置，這樣就可以在很大程度上降低航空器之間的間隔，防止出現(xiàn)空中相撞的問題，同時(shí)也能使管制工作從之前的被動(dòng)變得更加主動(dòng)，而此時(shí)管制人員的工作也可以從被動(dòng)指揮逐漸過渡到主動(dòng)指揮中，這種方式對(duì)于空中交通管制來說，更加高效、有序和安全。當(dāng)前我國(guó)民航管制中規(guī)定能夠采用的雷達(dá)種類分為兩種類型，一種是一次監(jiān)視雷達(dá)，這種雷達(dá)發(fā)射的無線點(diǎn)脈沖，有一小部分會(huì)被目標(biāo)反射回來，同時(shí)反射回來的無線電脈沖會(huì)被雷達(dá)收回然后經(jīng)過處理之后再次顯示，一般會(huì)在顯示器上只出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)，不會(huì)出現(xiàn)其他的數(shù)據(jù)信息。另一種是二次監(jiān)視雷達(dá)，這種雷達(dá)是一種能夠?qū)⒁詰?yīng)答機(jī)形式存在的設(shè)備，與已經(jīng)測(cè)到的目標(biāo)有效協(xié)調(diào)起來的一種雷達(dá)系統(tǒng)，在這種雷達(dá)的作用下，顯示器上會(huì)顯示出飛機(jī)的運(yùn)行軌跡、特殊編號(hào)，以及航班號(hào)、符號(hào)和標(biāo)牌等數(shù)據(jù)信息。

1.3.3 程序管制和雷達(dá)管制的區(qū)別

這兩種管制方式對(duì)于空中交通管制來說都取得了一定的進(jìn)步和發(fā)展。二者相比存在的最大的區(qū)別就在于程序管制允許航空器之間的最小間距與雷達(dá)管制允許航空器之間存在的最小間距存在區(qū)別。在規(guī)定的管制范圍內(nèi)，程序管制因?yàn)榫哂芯珳?zhǔn)度差、速度慢的特點(diǎn)，為了使飛機(jī)在空中飛行的時(shí)候能夠保證其安全性會(huì)要求在同一個(gè)航線內(nèi)，同一機(jī)型在同一高度之間存在的水平間距必須要間隔10 min。在雷達(dá)監(jiān)控基礎(chǔ)上，程序管制的間隔保持在75 km，而雷達(dá)管制規(guī)定的間隔控制在20 km。隨著飛機(jī)數(shù)量的不斷增加，空中交通流量不斷提升，在技術(shù)快速發(fā)展的前提下，雷達(dá)管制間隔也在隨之縮小，從目前的使用情況來看，已經(jīng)低于20 km。間隔要求越小，就說明空中的利用率越來越大，能夠容納的飛機(jī)數(shù)量也越來越多，這樣不僅有助于空中航空指揮的順利實(shí)施，同時(shí)也有助于提升飛行的飛行效率和飛行安全。

2 空中交通管制系統(tǒng)存在的問題

空中交通管制系統(tǒng)運(yùn)行，依然出現(xiàn)問題必然會(huì)威脅到民航正常運(yùn)行。傳統(tǒng)空中交通管制系統(tǒng)以塔臺(tái)終端工作站為主，管制設(shè)備等均設(shè)置與安裝于民航空管的管制席位桌。受到系統(tǒng)升級(jí)與基礎(chǔ)設(shè)施等改善的影響，新建塔臺(tái)安裝位置不斷調(diào)整，同時(shí)增設(shè)環(huán)形機(jī)房，空中交通管制系統(tǒng)中稱其為“檢修環(huán)”，其設(shè)置位置與塔臺(tái)指揮間緊密相連。這種設(shè)計(jì)模式在多個(gè)機(jī)場(chǎng)均開始實(shí)踐，參考北京東塔與西塔，還有昆明地區(qū)新建的塔臺(tái)等。當(dāng)然重慶、武漢等地區(qū)在建中的塔臺(tái)也采用這種形式。采取有效手段實(shí)現(xiàn)鍵盤顯示器、塔臺(tái)顯示器能夠打破距離限制直連。當(dāng)然在實(shí)際操作中，受到多方面因素的影響，其中存在一些設(shè)計(jì)與實(shí)施問題有待改進(jìn)。

2.1 運(yùn)行環(huán)境不確定因素多

塔臺(tái)的搭建，受到運(yùn)行條件限制，必須保證其自身結(jié)構(gòu)沒有視線遮擋，同時(shí)也要滿足指揮間的設(shè)計(jì)要求[5]。不管終端工作站最終選擇安裝于哪個(gè)區(qū)域，都必須注意塔臺(tái)環(huán)境要求。根據(jù)實(shí)踐情況發(fā)現(xiàn)，無論是管制桌還是檢修環(huán)，都不能滿足機(jī)房專用空調(diào)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)。近些年塔臺(tái)安裝的調(diào)整，從一定程度上改善了傳統(tǒng)塔臺(tái)在運(yùn)行環(huán)境方面的局限，如散熱不到位、空間規(guī)劃不合理等[6]。但是塔臺(tái)運(yùn)行環(huán)境調(diào)整的同時(shí)，民航的運(yùn)行業(yè)務(wù)也在不斷增加，再者大眾對(duì)民航運(yùn)行要求越來越嚴(yán)格，這種情況下塔臺(tái)設(shè)備運(yùn)行壓力加大，運(yùn)行環(huán)境方面的問題解決迫在眉睫。

2.2 空中交通管制成本高

空管系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要專業(yè)技術(shù)與設(shè)施的支持，不管是技術(shù)還是設(shè)施，都會(huì)消耗大量管制成本?？罩薪煌ü苤葡到y(tǒng)的運(yùn)行，以管制大廳為載體，采取地下管道送風(fēng)形式，及時(shí)對(duì)空中交通管制環(huán)境進(jìn)行控制[7]。但是空中交通管制環(huán)境的設(shè)置，均具有空間層高的特點(diǎn)，如此一來，不管是設(shè)備的布局還是消防方案制定等，都要受到空間規(guī)劃的挾制，并且提出運(yùn)行高標(biāo)準(zhǔn)要求。在這種情況下，不僅空中交通管制成本不會(huì)降低，還會(huì)出現(xiàn)各種成本增加的情況，這方面為空中交通管制系統(tǒng)運(yùn)行造成很大困擾。

2.3 空管中的席位終端維護(hù)難度大

空中交通管制系統(tǒng)中，所有空中指揮都要求處于安靜環(huán)境。為方便管制員的管制，將席位工作站設(shè)置規(guī)劃到相關(guān)工作人員工作場(chǎng)所[8]。但是因?yàn)榭罩薪煌ü苤圃O(shè)施設(shè)置比較分散，并且均設(shè)置在檢修環(huán)或者管制桌下方，所以增加了席位終端維護(hù)的難度。

3 光纖矩陣在民航空中交通管制系統(tǒng)的應(yīng)用方案

為了科學(xué)解決民航空中交通管制系統(tǒng)存在的問題，積極在空中交通管制系統(tǒng)中加入光纖矩陣技術(shù)，幫助民航空中交通管制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“人機(jī)分離”，有效改善環(huán)境方面對(duì)其的影響。利用光纖矩陣的方式，將工作站順利從顯示器上剝離，及時(shí)轉(zhuǎn)移到設(shè)備機(jī)房。光纖矩陣的具體應(yīng)用，具體按照如下方案展開。

3.1 增設(shè)KVM光纖延長(zhǎng)器

通過對(duì)空中交通管制系統(tǒng)的研究，結(jié)合其多功能要求，積極應(yīng)用光纖矩陣技術(shù)。在原有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式不改變的情況下，為滿足各設(shè)施之間的連接順利，分別從終端工作過站、顯示器做出調(diào)整，增設(shè)光纖傳輸端口，以此達(dá)到收發(fā)器延長(zhǎng)的目的。將打印機(jī)、顯示器等有效連接，同時(shí)在KVM光纖延長(zhǎng)器安裝期間，通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式對(duì)光纜有效連接，保證系統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，順利實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端工作站控制操作，方便管制員的管控。除此之外，KVM延長(zhǎng)器根據(jù)雙光纖鏈路情況，增加雙路輸入以及輸出端口，為光纖鏈路的運(yùn)行增加雙重保險(xiǎn)，提高空中交通管制系統(tǒng)的安全性。

3.2 光纖矩陣切換設(shè)計(jì)

光纖矩陣切換器采用的主要運(yùn)行方式是通過把各個(gè)電腦系統(tǒng)中的RS232串口、音頻、視頻等信號(hào)都輸入到光纖矩陣服務(wù)器中，然后形成資源池，最后在輸出端的作用下，使資源點(diǎn)通過這個(gè)資源池進(jìn)行訪問?？罩薪煌ü苤葡到y(tǒng)應(yīng)用光纖矩陣，必須做好光纖矩陣切換設(shè)計(jì)。以切換器為載體，從不同端口分別接入視頻VGA以及音頻等，積極打造資源池，利用光纖矩陣切換器的輸出端，明確資源點(diǎn)后完成切換器資源訪問。輸出端則能夠?qū)Y源進(jìn)行訪問，但是因?yàn)檩敵龆藬?shù)量多，所以通過資源點(diǎn)的設(shè)置，將輸出端資源訪問進(jìn)行分流，由此達(dá)到輸出端有序管理的目的。通過對(duì)光纖矩陣切換器的安裝，協(xié)調(diào)終端工作站的運(yùn)行，并且?guī)椭罩薪煌ü苤葡到y(tǒng)對(duì)資源信息實(shí)時(shí)共享，既可以做到系統(tǒng)運(yùn)行的集中監(jiān)控，又能夠增設(shè)多屏操控以及資源隨時(shí)處理附加功能，增設(shè)空中交通管制的功能性，提高空中交通管制系統(tǒng)運(yùn)行效率。除此之外，如果在進(jìn)行光釬矩陣切換設(shè)計(jì)的時(shí)候，采用了單臺(tái)光纖矩陣方案，就要利用KVM光纖收發(fā)器的雙路輸出或輸入的另一路端口來增加直連光纖，通過這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的光纖從而構(gòu)成光纖矩陣系統(tǒng)的應(yīng)急備份。

3.3 空中交通管制系統(tǒng)光纖矩陣具體應(yīng)用

結(jié)合空中交通管制系統(tǒng)情況，應(yīng)用光纖矩陣過程中，若選擇單臺(tái)類型，則需要將KVM光纖收發(fā)器做出調(diào)整，依然采用雙路輸出與輸入，增加點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖連接處理，在此基礎(chǔ)上還要設(shè)計(jì)備用光纖矩陣系統(tǒng)，保證交通管制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。切換光纖矩陣模式，通過冗余配置的方式，以不同端口對(duì)光纖收發(fā)器進(jìn)行連接，這樣就可以保證空中交通管制系統(tǒng)準(zhǔn)備矩陣的運(yùn)行，還能夠自動(dòng)切換到傳輸線路系統(tǒng)。在光纖矩陣切換器的作用下，隨時(shí)掌握空中交通管制系統(tǒng)情況，尤其是信號(hào)狀態(tài)以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化，與此同時(shí)，還能夠任意指定光纖矩陣端口的輸出與輸入。終端給出系統(tǒng)信號(hào)后，結(jié)合操作權(quán)限要求，將系統(tǒng)信號(hào)傳輸至共享顯示器端口，隨后完成跨屏操作。

4 民航空中交通管制系統(tǒng)中光纖矩陣應(yīng)用的價(jià)值

結(jié)合當(dāng)下民航空中交通管制系統(tǒng)運(yùn)行情況與提出的創(chuàng)新升級(jí)需求，科學(xué)融入光纖矩陣技術(shù)，打破傳統(tǒng)空中交通管制系統(tǒng)的限制，在此基礎(chǔ)上，從時(shí)間上與空間上實(shí)現(xiàn)跨屏、遠(yuǎn)端操作。尤其是光纖矩陣切換器的加入，不僅完成了席位終端的有效剝離，同時(shí)對(duì)設(shè)備機(jī)房空間規(guī)劃做出調(diào)整，對(duì)空中交通管制設(shè)施有效集中，方便設(shè)施維護(hù)與系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)督，緩解管制人員的設(shè)備維護(hù)等壓力，保證設(shè)備機(jī)房系統(tǒng)穩(wěn)固性，時(shí)刻處于正常運(yùn)行狀態(tài)基礎(chǔ)上，將設(shè)備使用壽命有效延長(zhǎng)，及時(shí)排除設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，將設(shè)備運(yùn)行隱藏的風(fēng)險(xiǎn)與故障率降到最低。通過實(shí)時(shí)信息傳輸與操作畫面的切換，主人管制席、技術(shù)監(jiān)控席等靈活調(diào)整，隨時(shí)掌握空中交通管制系統(tǒng)運(yùn)行情況，很大程度上將運(yùn)行監(jiān)控效率提高?！叭藱C(jī)分離”的實(shí)現(xiàn)，異地顯示器的安裝，打破空間限制實(shí)現(xiàn)運(yùn)行視頻的實(shí)時(shí)共享，特別是席位搬遷過渡期，不會(huì)再出現(xiàn)同步運(yùn)行中斷的現(xiàn)象。有光纖矩陣的支持，鍵盤、鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)跨屏操作，同時(shí)完成多系統(tǒng)終端控制，對(duì)席位桌面布局進(jìn)行了有效簡(jiǎn)化，為人機(jī)操作的順利完成創(chuàng)造有利條件。以視頻矩陣的方式，幫助空中交通管制系統(tǒng)及時(shí)完成故障席位信號(hào)切換處理，節(jié)省更多移動(dòng)位置環(huán)節(jié)，提高了工作站操作效率。

5 結(jié)語

綜上所述，對(duì)于民航空中交通管制系統(tǒng)來講，為打破傳統(tǒng)管制模式，改善空中交通管制系統(tǒng)短板，積極提出應(yīng)用光纖矩陣的策略。雖然光纖矩陣的應(yīng)用很多方面還處于探索與實(shí)驗(yàn)階段，但是通過目前的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，光纖矩陣對(duì)空中交通管制系統(tǒng)運(yùn)行有重要價(jià)值，從多方面改善了傳統(tǒng)空中交通管制的問題。特別是光纖矩陣切換器的應(yīng)用，提高了空中交通管制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性，為高速發(fā)展的空中交通管制系統(tǒng)錦上添花。