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空地协同预警新技术 为空管运行留足“安全间隔”
来源:中国民航网2020-08-03 10:42:00

“指令预警!指令预警!”宽敞明亮的广州区域管制大厅传来了清脆的告警声!

这是中南空管局技术保障中心自主研发的S模式空地协同预警系统发出的,预警两个航班在未来203秒有潜在冲突。“航向转向120!”“下6600保持!”管制员迅速做出反应,两个航班的潜在冲突解脱。

“S模式预警系统使用起来非常方便,平时它静默运行、实时监测,能较以往短期告警系统更早发出预警,大大降低了小于飞行间隔的冲突风险,管制员保障压力也小多了。”广州区域管制中心管制员胡宏炜说。

这款平时运行“低调”的预警系统,成就却并不“低调”。S模式空地协同预警系统自2019年1月底正式在广州区域管制中心全席位部署应用。据统计,部署应用后的七个月时间内,偏离指令高度事件发生次数较去年同期下降73%,从月均2.14次下降至0.57次,对空管运行安全的优化立竿见影。

2019年,中南空管局自主研发的S模式空地协同预警系统通过航协科技成果鉴定,被评为中国航空运输协会民航科学技术奖二等奖。2020年7月,该系统已在中南空管辖区全面推广应用,在广州、海南、湖北、湖南、湛江等9个管制现场完成部署。系统上线试运行标志着中南空管局率先完成了从人工“预防”到科学“预测”的转变,迈进智能新时代。

为管制员“私人订制”的安全工具

对于无法完全“刹停”的民航航班来说,保持安全间隔是重中之重。以往单靠管制员的经验判断需要花费精力,能够为管制员自动、高效、较准确预测航班冲突告警的辅助工具显得尤为重要。

S模式空地协同预警系统正是为此而生。S模式空地协同预警系统是中南空管局为提高管制工作安全运行效率而自主研发的安全辅助工具。预警系统根据S模式雷达获取到机载下传数据,和管制员指挥使用的自动化系统记录的上述数据进行实时对比,把航空器的S模式雷达要素(包括位置、高度、速度、航向等)与航班计划要素结合起来考虑,同时设立多重模型和解决算法来提高预测准确性,从而帮助管制员提前4至8分钟发现潜在的飞行冲突,进而增强管制员的空地情景意识,减轻管制员的监控负荷,降低由于小于安全间隔产生不安全事件的概率,大幅提高空中交通的安全性。

该系统不仅是技术工具的升级,更是空管安全管理质量的提升,填补当前中南空管自动化系统无中期冲突告警功能的空白。原有的短期冲突告警(STCA,Short Term Conflict Alert)功能,留给管制员用作冲突解脱时间非常有限,对管制员造成巨大的心理压力,同时有可能触发航空器的空中防撞系统TCAS(Traffic Collision Avoidance System),给飞行带来更多不确定因素,短期冲突告警已逐渐无法满足当前大流量高负荷的空中交通管制工作。而以S模式空地协同预警系统为代表的中期冲突告警功能(MTCD,Medium-Term Conflict Detection)能探测更长时间内两航班是否冲突,正顺应潮流登上空中交通自动化舞台。

值得一提的是,系统运行过程中的各种告警提示、目标态势、S模式下行信息以及席位操作等数据具有宝贵的应用价值,可用于改善管制工作习惯、揭示空域结构短板、发现管制运行风险等领域,为相关部门提供有用的业务参考。利用局大数据平台的优势,开展运行数据的统计、分析和数据挖掘工作,进而取得较好的安全效益和社会效益。

通过前期的分析评估,中南空管局党委高度重视,认为S模式空地协同预警系统具有较高的推广价值和应用前景,成立了专题研究领导小组,指导战略发展部、通信导航监视部、安全管理部、空中交通管制部及管制中心协助技术保障中心推进该系统的研发及应用。经过一系列的稳定性测试、技术评估和安全评估,鉴于该系统在管制工作中已发挥的切实作用和未来的应用前景,局党委决定在中南地区范围内推广应用,为管制现场工作优化设备资源,满足管制运行中的实际业务需求。

瞄准世界科技前沿下好的“先手棋”

中期冲突预警是空管安全预警技术领域公认的难题。经过20多年的研究,该课题仍是世界各国空管专家研究的热点。根据飞机航行的特点,预测时间越长,可变因素越多,中期预测比短期预测难;飞行高度越低,飞机的速度、航向变化越频繁,中低空轨迹预测比高空难。“至今为止,只有极少数型号的空管自动化系统中具备中期冲突预警功能,并且适用空域仅限于高空空域,未能覆盖终端区等飞行态势更复杂的空域。”项目研发人员唐伟盛这样分析着。随着航班量的持续增长,安全压力增大,中期冲突预警功能的必要性日益增加。

中南空管局瞄准世界科技前沿,敢为人先,早在2013年就布局S模式新技术和基于航迹运行的研究应用,作出战略性安排,集合精锐力量成立项目组,在关键点、卡脖子的地方下大功夫,力求尽早突破。2016年,中南空管局承担的“中国民航S模式应用与实施规划”项目通过验收,在为中国民航规划做出贡献的同时也培养了技术力量,打下了坚实的理论和技术基础。随后,项目组在三年时间内相继攻克了S模式全链条能力测试、四维航迹预测、冲突预警模型、中低空机动飞行动力学模型及实时意图识别等技术难题,并且在半年时间内,利用中南空域近百万个航班数据,进行了十几轮的测试、验证和优化工作,最终成功研制了适用于全空域的中期冲突预警功能。该功能目前集成于S模式空地协同预警系统中,拥有完全的自主知识产权,这意味着中南空管局在空管安全预警技术领域成为了领跑者,在民航科技创新领域成为了开拓者,在国际民航业为中国创造了更多的竞争优势。

2019年12月,中期冲突预警功能模块在中南空管局管制中心上线试运行,至2020年7月,完成了中南地区主要管制现场的推广应用,根据管制用户的反馈,系统运行稳定、参数适应性强、告警实时有效、能较好地提升管制现场运行安全水平。中南空管局抓住空管行业大趋势,下好“先手棋”,打好基础、储备长远,勇于做栽树人、挖井人,实现了前瞻性基础研究、引领性原创成果的重大突破,夯实了民航强国建设的根基。

敢挑重担的科技创新“排头兵”

S模式空地协同预警系统是我局创新性拓展的典型应用之一,系统从设想到成型到成熟经历了反复研究、修改、调试和优化的过程。在探索过程中,努力构建一流智慧人才队伍,真情服务于项目开展实施,是保证该项目顺利从启动到部署应用的源动力。

根深本固,源远流长。项目组扎根空管一线,以空管设备应用技术实验室为平台,以全球视野谋划和推动研发,打造了一支有战斗力的科研团队。项目组研发人员均为80、90后的硕士研究生,朝气蓬勃、技术精湛,有参与过技术援疆的首届空管榜样,有编写过被民航局空管局乃至ICAO采纳的技术规范的民航空管系统科技创新先进个人,也有代表中国民航在ICAO 监视会议上宣读论文的空管安全先进个人。就是这样一支高素质队伍克服了时间紧、技术难、任务重等难题,在短短的三年间,完成两个S模式相关项目的前期研究、需求分析、数据测试、系统开发、科研验收、技术评估、推广应用等工作,蹄疾步稳、高质高效推动了项目在中南各现场的应用实施,确保该项目在实际运行中发挥重要作用。

“时间紧、任务重,实施过程中,系统肯定会暴露很多问题,管制现场一旦出现紧急任务,我们立即就要赶赴现场,披星戴月不稀奇,加班加点更是家常便饭。”90后研发人员钟晓伟在回忆系统推广过程时感慨道,“但是我不觉得辛苦,因为我们的团队很有凝聚力,也很温暖,比如超哥,他会以身作则,主动承担最难的任务,不论在工作还是生活中都作出了表率,身处这样的团队,我既提高了能力也收获了友谊。”钟晓伟提及的“超哥”就是项目核心研发人员陈强超,他参与了S模式空地协同预警系统从无到有的整个过程,深知创新从来都是九死一生,“但我们必须要有信心和决心,直面问题、迎难而上。”陈强超坚定地说道。

科技创新大潮澎湃,千帆竞发勇进者胜。项目组成员们满怀科学报国的热情,秉承着追求真理、勇攀高峰的精神,坚持勇于创新、严谨求实的作风,把个人理想自觉融入空管发展事业,勇担重任,在民航科学前沿孜孜求索,不断取得突破,争做新时代科技创新的“排头兵”。

安全为首、效率引领、智慧构建、协同发展。中南空管局以安全运行为根本,以科技创新为手段,以人才队伍为基础,持续打造科技创新孵化器,奋力为建设空管行业现代化、高质量发展贡献“中南智慧”。(中国民航网 通讯员黄思怡、毛韵、钟晓伟、唐伟盛)

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