成都双流机场停止排灯系统与空管集成塔台系统融合控制的设计与实施

成都双流机场停止排灯系统与空管集成塔台系统融合控制的设计与实施

刘爱水、杨雄

（成都双流国际机场股份有限公司，成都 610213）

摘要

随着民航机场旅客及货运吞吐量日益增长，航班密度的增加，跑道侵入等事故成为影响飞行安全及机场运行效率的不可忽悠的因素。本文结合成都双流国际机场现有飞行区助航灯光及目视设施，空管塔台的自动化系统（集成塔台）的现状，提出切实可行的实施方案和计划，升级后的系统可解决空管与机场助航灯光设施无法融合联动的痛点，提供了更安全的防跑道侵入的手段。

关键词：飞行区助航灯光及目视设施  空管塔台的自动化系统  防跑道侵入

With the increasing passenger and cargo throughput of civil airports and the increase of flight density, runway intrusion and other accidents have become the undeceiving factors affecting flight safety and airport operation efficiency. Based on the current situation of the air traffic control tower automation system (integrated tower) in Chengdu Shuangliu International Airport, this paper puts forward a feasible implementation plan and plan. The upgraded system can solve the pain point that air traffic control and airport navigation aid lighting facilities cannot integrate and link, and provide a safer means to prevent runway intrusion.

Key words: flight area navigation aid lighting and visual facilities, automatic system of air traffic control tower to prevent runway intrusion.

1 引言

众所周知，目前民用机场的不安全事件影响越来越大，尤其是随着机场区域的扩大及机场使用密度的增加，跑道侵入事件频繁发生。经过研究统计表明，如果机场的交通量增加20%，跑道侵入事件将增加140%，跑道侵入是典型的安全问题，严重影响飞行安全。

作为塔台的空中管制人员，在跑道侵入的预防方面，起着主导作用。当前多数机场的空中管制人员，应用先进的机场地面监测设备如场监雷达、多点定位等高度自动化计算机系统，结合自身经验通过语音指令指挥航空器及飞行区内车辆、人员。当跑道侵入发生时，人们一般会认为飞行员或车辆驾驶员缺乏位置和行驶意识，导致跑道侵入。其实不然，其原因主要由于通讯不成功或有偏差造成，例如由于通讯差，飞行员接收到噪音命令时，误以为是许可指令，才会进入跑道。当前多数机场缺乏一种手段，通过规范化的地面标识及信号灯(停止排灯、禁止进入排灯)使得语音指令得到目视的二次确认过程。

成都双流机场是中国八大区域性枢纽机场之一，中国内陆地区的航空枢纽和客货集散地。依据《西南局发明电【2017】124号》，结合成都双流机场当前设施及系统的实际情况，对停止排灯监控系统进行全面的升级改造。升级后停止排灯监控系统，是融合了停止排灯系统、集成塔台系统而设计的高度自动化防控系统。应用此系统，塔台管制人员可以将平时工作的经验参数预设至系统，系统通过多通道数据的分析，最终提示塔台人员是否可以安全放行，在确认放行后，飞行员可以通过地面信号灯（停止排灯）的提示进行二次确认。任何跑道侵入的情况发生都会在系统监视屏上发出明确的声光报警，并终止放行灯光信号提示。塔台管制人员可以结合系统提示及实际情况，决定取消离场航空器的起飞许可或指挥降落的航空器复飞或者中断进场着陆。

2 功能设计与实现

2.1设置分布

成都双流机场目前有两条平行跑道，共7条垂直联络道与跑道相连，承担着离港航空器的出港放行任务，如图1所示。

图1：成都双流机场平面图

功能实现的第一步就是将机场飞行区停止排灯设施进行改造升级，在E1、E2、E8、E9、A1、A2和A8联络道口的A型等待位置标志线处设置I类运行停止排灯，并配套安装微波探测器，在A1、E1和E2滑行道B型等待位置标志线处设置II类运行停止排灯，并配套安装微波探测器。

02L/20R跑道停止排灯分布，如图2所示：

图2：02L/20R跑道停止排灯分布图

02R/20L跑道停止排分布，如图3所示：

图3：02R/20L跑道停止排分布图

2.2系统架构

（1）原单灯控制系统采用RS485通讯方式上层监控系统连接，通讯效率较低。为适应新停止排灯监控系统，升级接口方法，采用交换效率更高的TCP/IP方式连接。

（2）空管集成塔台系统、机场助航灯光监控系统根据接口协议要求，开发相应接收单元，并利用光缆将两大系统进行连接。

（3）配套开发停止排灯监控系统，实现对停止排灯状态的实时监控及控制操作功能，如图4所示。

图4：系统架构图

2.3系统网络

首先，将2套空管集成塔台系统的交换机通过网线接入2台网络防火墙，接着利用光缆及光纤跳线接入新增光纤收发器，再利用网线接入助航灯光监控系统交换机，各灯光站点及塔台交换机数据通过光缆，汇总至1#灯光站的2台接口服务器中，在停止排灯监控系统软件中进行数据处理及最终呈现，如图5所示。

图5：系统网络图

2.3停止排灯监控系统功能

成都双流机场停止排监控系统共包含5个功能模块，分别为停止排状态、段状态、历史查询、权限管理及测试功能。

2.3.1停止排灯状态监视

停止排状态实时显示，如图6所示：

图6：停止排灯监视

（1）实时查看停止排的运行状态。运行状态可分以下5种：

关闭：即该道口停止排灯熄灭，相关引导段（滑中灯）亮起。

准备：即该道口停止排灯亮起，相关引导段（滑中灯）熄灭。

（由于相关引导段滑中灯为双向双控灯，此处特指进入跑道方向灯光熄灭，脱离跑道方向灯光维持常亮。）

放行：停止排灯系统接收到放行指令（该指令可由空管集成塔台系统发出，也可通过系统的测试功能本地发出），该道口停止排灯熄灭，相关引导段（滑中灯）亮起。

正在滑行：飞行通过该道口等待位置，停止排灯执行控制逻辑（可参看控制逻辑文档），该道口停止排灯和相关引导段根据控制逻辑变化，控制逻辑执行完毕后，运行状态自动恢复准备状态。

入侵：当停止排运行状态处于准备状态时，如果此时有飞行器或车辆闯过等待位置被该位置微波探测器检测到，则显示入侵状态。

原状态：当停止排灯系统未初始化或系统启动后未执行任何控制命令时，运行状态显示为原状态，执行命令后状态改变为对应上述几种状态。

（2）实时查看订阅状态。此状态由空管集成塔台系统设置，若空管集成塔台系统需要本系统推送数据，订阅状态为“订阅”；不需要则为“未订阅”。

（3）实时查看权限状态。若空管获取了权限，权限状态为“权限在塔台”；若灯光站获取权限，权限状态为“权限在灯光站”。灯光站具有最高权限，具体操作详见“权限管理”模块。

（4）实时查看停止排维护状态。默认为正常模式。

（5）实时查看与空管集成塔台系统的网络状态。如果网络连接状态正常，网络状态显示“集成塔台系统通讯正常”，并且字体颜色为绿色；若网络连接异常，网络状态显示“集成塔台系统通讯断开”，字体颜色为红色。

（6）列表内各个列均可通过点击表头进行正序或倒叙排列。

2.3.2段状态监视

停止排灯的段状态实时显示，如图7所示：

图6：停止排灯段状态显示

（1）实时查看每个停止排的段状态。每套停止排灯根据现场实际情况分为若干个段，此模块可以查看每个段的运行状态。如果段所包含的灯光开启，运行状态显示“开启”；若灯光熄灭，则显示“关闭”。段状态不推送给电子行程单系统，只供灯光站人员查看。

（2）查看段所在区域、停止排及在单灯系统中的索引。

（3）点击下来菜单，根据道口编号选择段显示数量。

2.3.3历史数据查询

历史查询模块，如图7所示：

图7：停止排灯段历史查询

此模块可以根据时间、事件类型查询过往的系统数据。事件类型分为：数据更新、命令、权限。

2.3.4权限管理

权限管理模块，如图8所示:

图8：停止排灯权限管理

（1）点击“取回西跑道权限”或“取回东跑道权限”按钮。灯光站可以在任何时间取回停止排的控制权限，同时系统会执行复位命令，即将停止排灯初始化为关闭状态。

（2）点击“释放西跑道权限”或“释放东跑道权限”按钮。灯光站可以将停止排灯系统的控制权限交由塔台，当点击按钮的同时系统会执行初始化命令，即将停止排灯初始化为准备状态。

（3）西跑道：A1-I、A2-I、A8-I为准备状态，A1-II状态不改变。

（4）西跑道：E1-I、E2-I、E8-I、E9为准备状态，E1-II、E2-II状态不改变。

2.3.5功能测试

功能测试模块，如图9所示：

图9：停止排灯功能测试

（1）此模块为灯光站使用，可以测试停止排的开启、关闭及逻辑功能。

（2）点击下拉菜单，可以根据道口编号选择需要测试的停止排。

（3）测试功能分为：开启、关闭、放行。具体的三种控制模式根据单灯系统配置执行。具体停止排灯控制逻辑，参考《成都双流机场停止排控制逻辑》。

（4）停止排灯若开启，对应的段的运行状态显示“开启”，对应行的背景色为“红色”；停止排灯若熄灭，对应段的运行状态显示“关闭”，对应行的背景色为默认颜色。

（5）引导段灯若开启，对应的段的运行状态显示“开启”，对应行的背景色为“绿色”；引导段灯若熄灭，对应段的运行状态显示“关闭”，对应行的背景色为默认颜色。

（6）微波传感器状态会根据实际情况变化，若未检测到物体，运行状态显示为“未探测到目标”，背景色为默认颜色；若检测到物体，运行状态显示为“探测到目标”，背景色为“黄色”。

3集成塔台系统实现的功能及应用

3.1手动控制

1、在SDD/EFS界面上，查看停止排灯图标状态，与灯光系统停止排灯开关状态一致；

2、在SDD和EFS上直接选择指定停止排灯，更改其状态；

3、灯光系统停止排灯开关状态显示一致，其它SDD和EFS也正确同步显示状态。

3.2通过LIN/CRI指令控制停止排灯

1、在EFS上给处于停止线位置的飞行器下发LIN指令，指令下发后，灯光系统停止排灯关闭，飞行器通过后自动重新点亮；

2、在EFS上给处于停止线位置的航班下发CRI指令,指令下发后，灯光系统停止排灯关闭，飞行器通过后自动重新点亮。

3.3阻止LIN指令控制停止排灯

1、当跑道有一进近的飞行器，并且距跑道头时间小于DBM配置的“最小[LIN指令VS进近航班]距跑道头时间范围”时；

2、在EFS或者SDD下发LIN指令，SDD上出现LIN_CLR_VS_ARR红色警告灯光系统停止排灯保持开启。

3、当场上出现两架出港航班（一架在停止线位置，一架在在其后面）灯光系统停止排灯处于开启状态；

4、给不在排灯处等待的目标，也就是后面的目标下发进跑道LIN指令；

5、指令下发后，灯光系统停止排灯保持开启。

3.4 LND/TKF指令自动打开错误关闭的停止排灯

一、TKF指令自动打开错误关闭的停止排灯

1、在EFS上下发LIN指令，灯光系统停止排灯关闭，航空器进入跑道，通过停止排后又自动重新点亮；

2、在SDD或者EFS手动错误关闭一些了停止排灯；

3、下发TKF指令，错误手动关闭的停止排灯自动重新点亮。

二、LND指令自动打开错误关闭的停止排灯

1、当跑道有一进近航班时，在SDD或者EFS手动错误关了闭一些停止排灯，灯光系统对应停止排灯关闭。

2、下发LND指令，错误手动关闭的停止排灯自动重新点亮。

3.5切换盲降等级，切换停止排灯控制

1、在停止排系统和SDD上把跑道盲降级别切换为二类，场面停止排灯切换为二类的显示模式；

2、给停止线位置航班下发LIN或者CRI指令，灯光系统上二类的停止排灯关闭，一段时间后又自动重新点亮（航班通过停止排自动点亮），一类的不会有变化。

3.6停止排灯入侵告警

1、航空器以较慢速度穿越该停止排灯，SDD上出现SBX穿越停止排灯告警。

2、航空器离开停止排灯区域，SDD上SBX穿越停止排灯告警消失，停止排灯系统入侵告警信号保持，02R跑道在下一次改变停止排灯运行状态时清除,02L跑道在给停止排灯发送指令时清除。

4.应急预案

停止排灯系统如出现以下故障会造成停止排灯控制功能失效

a)与空管集成塔台系统通讯故障。

b)停止排灯系统软件出错或计算机系统崩溃。

c)单灯监控软件出错或单灯计算机系统崩溃（单灯监控柜内）。

d)停止排灯回路调光柜故障，无法正常开启光级。

e)微波探测器出现故障，如长时间显示探测到，状态不变化。

出现以上故障或类似故障，需采用应急处置流程，退出停止排灯系统运行。流程如下：

通知塔台，停止排系统因故障无法使用，系统退出运行，灯光采用无停止排灯模式运行。步骤如下

→收回塔台停止排灯控制权限。

→向塔台申请重启停止排灯回路，关闭停止排灯回路调光柜5秒后重新开启光级。此时外场停止排灯恢复默认状态即停止排灯熄灭滑行道引导段亮起。

→查找故障，或联系厂家协助处理。

→维修处理相关故障。

→故障恢复后重新交权。

5.结语

成都双流国际机场是西南地区率先提出集成塔台电子进程单系统智能控制跑道停止排灯这一理念的机场。本次成果将集成塔台电子进程单系统、助航灯光监控系统两大系统结合起来，塔台管制员全程不需单独对停止排灯监控系统进行操作，按原流程操作集成塔台系统电子进程系统，停止排灯将根据电子进程单信息智能控制灯光的亮灭，同时利用安装在停止排灯两侧的微波探测传感器对进入跑道的航空器和车辆进行探测，从而进一步减少了航空器或场内车辆驾驶员误听管制指令情况的出现，加大了现场监视管控力度。

经实践考验，升级后的整套系统，包括飞行区内的助航设备设施、专用的停止排灯控制系统、集成塔台系统的灯光模块，实现了设计方案之初预想的全部功能。通过实际运行航班的飞行员验证，该系统提供了准确可靠的目视手段，跑道侵入等事故症候的概率大大减少。

本系统设计的探索与实践，为民航机场在提升安全运行，空管塔台与机场目视助航灯光设施联动运行等方面，提供了先进的技术手段，在众多民航机场都具备推广的实践意义。

参考文献

[l]ICAO DOC 9870 AN/463Manual on the Prevention of Runway Incursions防止跑道侵入手册

[2]《西南局发明电【2017】124号》

[3」ICAO 附件14 机场

[4」ICAO 机场设计手册第四部分