摘要：基于国际民航开放使用的AeroMACS通信技术可探索建立机场场面活动监视和自主式导航控制系统。充分利用机场场面活动区域机坪、航空器机型等基础数据数以及机场场面活动监视动态信息、飞行计划、飞行动态数据，在GIS基础平台上升级航空器移动地图显示器的地图数据开发机场站坪自主式导航地图系统，通过AeroMACS网络实现机场场面管制人员与场面活动参与者之间的控制信息共享，可实现航空器与车辆在机场站坪活动的监视和自主式导航引导，组建融合的机坪场面活动自动导航地图系统和控制引导系统，从而提高机场场面运行效率和机场放行率，提升机场安全保障能力。
关键词：航空移动机场通信系统、AeroMACS、场面监视、机场场面自主式导航、场面冲突告警
引言
近年来，中国民用机场运行规模不断扩大，2017年全行业完成旅客运输量5.52亿人次，年旅客吞吐量1000万人次以上的机场达到32个，随着机场场面运行规模的不断扩大，目前民航局推行大型机场航空器地面管制移交工作推进，在布局结构复杂、低能见度条件、机场道面标志不明显以及机组不熟悉的大型机场，机场场面活动日趋复杂，不仅降低地面运行效率和机场放行正常率，还增加了导致不安全事件发生的概率。在能见度不高、场面活动复杂的机场，如何有效杜绝航空器与航空器危险接近、航空器与活动车辆危险接近、航空器与固定障碍物、航空器和车辆跑道非法入侵等场面活动安全事件的问题已经成为机场场面面临的巨大挑战，面对日趋复杂的机场场面活动运行管理难题，机场场面自动化运行管理已成为各大型机场急需解决难题突破口。国际民航组织ICAO于上世纪90年代推出机场场面活动目标引导及控制A-SMGCS系统，通过对地面灯光的控制完成对航空器的无冲突自动滑行引导服务，可实现机场能见度运行标准内的目标引导和监视，随着国际民航组织ICAO近年的航空移动机场通信系统AeroMACS(AeronauticalMobile Airport CommunicationsSystem)通信技术标准的快速应用[1]，探索基于AeroMACS通信技术建立机场场面活动监视和自主式导航控制系统解决机场场面活动困难成为可能。
2016年2月国际民航组织ICAO第207届理事会第5次会议审议通过了《国际民用航空公约》附件10《航空电信》修订案[2]，修订内容一是航空移动机场通信系统AeroMACS可使用世界无线电通信大会为航空移动服务分配的5091 MHz至 5150MHz频谱，实现国际民航组织全球空中航行计划确定的在机场地面安装宽带通信系统以支持未来空中交通管理服务这一需求；二是AeroMACS需要支持未来为确保航班正点和安全而需采取的众多地面空对地数据链应用，即升级航空器移动地图显示器的地图数据。2017年7月AEEC正式发布ARINCDOC 766“AeroMACSTransceiver and Aircraft InstallationStandards”航电设备标准，国际电联（ITU）核准AeroMACS使用专用分配频率进行民航机场场面宽带无线电通信。
AeroMACS作为民航专用网络和机场无线通信网络服务网，可直接与航空器前舱机载设备进行ACD(AircraftControl Domain)和AISD(AircraftInformation ServiceDomain）类通信，5MHz带宽下传输速率能够达到5-8Mb/s，意味着可把AeroMACS通信网络应用于机场地面与飞行器驾驶舱进行的高速率数据传输的交互式通信中，结合ICAO修订的升级航空器移动地图显示器的地图数据，可应用GIS（GeograhpicInformationSystem）基础平台在实现机场站坪高精度实时三维重建基础上，探索开发航空器前舱机载和地面车载自主式定位导航地图系统，通过AeroMACS通信网络建立高精度并区别于依赖机场智能灯光控制系统的全新机场场面活动监视和实时自主式定位导航控制系统成为可能。
1、 机场场面运行需求实现
在大型机场场面活动中，机场场面活动各方参与者针对场面活动自动管理需求不同，机场场面运行管制人员需求是能实时掌握机场场面活动的航空器和车辆运行动态，航空器和车辆活动申请，机场跑道、停机位、滑行道占用情况等信息；航空器操控者需要掌握从当前位置滑行至落地目的停机位、推出后至目的跑道等待位置的最优滑行路径，能通过通过航空器地图显示器实施观察周围活动车辆和航空器动态以及实时接收地面管制指令；机场场面活动车辆驾驶员仅需获取当前位置到目的位置最优行驶路径、周围影响行驶的场面活动动态、场面运行相关指令即可。
基于AeroMACS技术建立的机场场面活动监视和自主式导航控制系统可满足机场场面运行管制和场面活动参与者的需求，实现机场场面管制人员与场面活动的航空器驾驶舱和车辆进行高速率通信互联连接，实现场面活动航空器驾驶舱和车辆驾驶室通过AeroMACS与场面管制人员进行活动态势共享，为场面航空器和车辆操控者提供目的位置的实时可视化自主式语音引导导航功能，具备动态监控目标航空器和车辆的实时位置捕获能力，具备优化发布和管控目标的滑行路由，具备路由冲突告警、跑道入侵告警、机位告警等各类告警服务功能，能有效提高航空器和车辆驾驶者在机场场面的实时态势感知能力，提升航空器和车辆自主式引导的可靠性和效率，从而降低运行风险。
2、 机场场面活动监视和自主式导航控制系统功能探索
2.1动态监视功能
动态监视功能主要面向机场场面活动管制人员，系统基于场监雷达、ADSB等场面监视系统，航班计划、跑道、滑行道、停机位、滑行道中心线、滑行道标识牌、候机楼等基础数据，在基于北斗精准定位基础上利用现在计算机处理技术融合处理显示航空器和车辆监视信息动态地图显示，场面管制人员可监控场面活动航空器的航班号、机型、滑行速度、目的停机位、目的跑道等待位置、滑行路径偏离、目标危险接近信息,监控场面活动车辆行驶速度、方向、接近停止航空器距离、行驶路径偏离等动态位置监控。
2.2自主式导航功能
自主式导航功能面向场面活动的航空器和车辆操控者，为其提供精确定位导航功能。场面活动的航空器和车辆操控者在进行场面活动前向系统申请目的停机位、途经滑行道标号、跑道等待点位置、行驶目的位置的活动路径，得到地面管制人员同意的活动最佳路径通过AeroMACS将该规划路由信息推送至指定申请端，航空器和车辆操控者通过系统确认后场面滑行路径指令后，自主式与目标位置相关路径建立地图引导和语音引导，并实现机场场面管制人员与场内引导航空器和车辆共同情景意识，提高场面运行效率和减轻地面管制人员工作负荷。
2.3告警服务
告警服务面向机场场面活动的各方参与者，为机场场面管制人员、航空器和车辆操控者提供危险区域、活动路径、危险接近、机位限制等告警冲突。跑道、滑行道、停机位需要进行临时作业时，机场场面管制人员可通过系统将该区域设置为危险区域，接近危险区域的航空器和车辆将出现危险区域告警；系统通过场面活动的航空器和车辆的自身位置、规划路由、滑行速度以及航空器限制保护区等信息在行驶过程中可能存在的路径冲突提供语音冲突提示告警和行驶路径偏离告警；航空器和车辆接近固定障碍物超过保护距离或行驶速度大于规定行驶速度时，系统提供危险接近告警；航空器向其他停机位或受限制机位滑行时，提供停机位与当前机型不符告警等告警信息。危险区域、活动路径、危险接近、停机位告警信息通过AeroMACS同步推送至所有地面管制人员、航空器、车辆显示终端触发图像、语音等多方式告警信息，需进行告警确认并重新进行场面活动指令申请，从而防止机场跑道入侵、滑行冲突、停机位引导错误等情况，提升安全运行保障能力。
3、 机场场面活动监视和自主式导航控制系统构建
3.1数据信息层结构
机场场面活动监视和自主式导航控制系统为实现场面活动的航空器和车辆的共享式实时状态监视、活动路由导航控制、告警功能的自动化管理，系统构建如图1机场场面活动监视和导航控制系统结构，需要完成必要的AeroMACS构建和相应的数据信息支持。
图1 机场场面活动监视和导航控制系统结构
3.1.1通信网络构建
ICAO组织规定的AeroMACS通信频率为5091-5150MHz，由于通信频率高，一个AeroMACS基站信号有效覆盖不足3公里，机场可根据跑道、滑行道、停机位、候机楼布局实际情况建立多个采用国际电机电子学会（IEEE）802.16e标准的通信基站，构造覆盖机场所有站坪和跑道区域的高速航空移动机场通信系统网络。
3.1.2场面基础数据收集
基于GIS基础平台升级航空器移动地图显示器的地图数据实现机场站坪高精度实时三维重建静态布局显示[3]，按照机场使用手册向机场场面活动监视和自主式导航控制系统数据服务器提供停机位、滑行道、跑道、联络道、机坪滑行线、固定障碍物、停机坪活动路由等机场场面基础数据，依据航空器机型参数、停机位使用细则向数据服务器提供停机位翼展限制、机长限制、停机位性质、加油方式、使用限制等信息。
3.1.3机位分配及飞行计划数据
数据服务器引接报文自动转报处理系统、机位分配系统、航站情报通播系统（DATIS）、数字放行系统（DCL）、电子进程单、机场协调决策系统（ACDM）等系统，收集处理显示航空器脱离跑道滑行道口至目标机位、机位推出滑行至等待点、实时滑行变更指令的最优路径以及航空器预定使用滑行道信息。
3.1.4 目标活动状态数据收集
数据服务器引接空管一/二次雷达（SSR/PSR）、场面监视雷达（SMR）、ADS-B、多点定位监视（MLAT）、空管自动化处理系统等系统的地面目标活动预计活动信息和状态监视信息，收集处理机场场面活动航空器落地后滑出道口、机位滑出机坪、航班号、机尾号、机型、位置坐标、机头方向、速度；收集场面活动车辆标号、位置坐标、车头方向、行驶速度等状态数据。
3.2应用终端
3.2.1航空器和车辆操控者终端
利用GIS引擎功能，融合机场场面候机楼、机坪、停机位、滑行线路、登机桥等固定目标基础参数升级航空器移动地图显示器的地图数据，基于北斗精确定位系统，面向飞行员开发高精度的滑行自主导航显示终端；面向车辆驾驶员开发场面车辆活动导航显示终端部署于场面引导车中，利用覆盖机场跑道、滑行道、停机位的AeroMACS通信网络，实时获取场面活动车辆、航空器运行态势信息，接收由场面管制或位于运控部门监视控制终端发布的航空器滑行路由指令、目标航空器关联信息指令，指令变更时与场面管制人员进行活动路径指令确认，并结合自身位置进行实时自主式导航、告警服务。让航空器和车辆操控者能在自主式导航系统界面上实时掌握所处位置、限制使用区域显示、目的路径规划、预期冲突、语音路径引导、与其他活动目标和障碍物之间距离等信息，实现航空器和车辆驾驶者的自主式导航，降低场面运行安全风险以及航空器和车辆操控者的工作负荷。
3.2.2场面管制工作人员监视控制终端
引接机场空管相关场面状态监视、飞行动态、飞行计划、机场站坪限制等数据信息，面向场面活动管制工作人员开发机场场面自动监视和导航控制信息融合的监视控制系统。场面管制人员可使用系统监视场面航空器、车辆运行态势信息，实时同时发布优化的滑行引导指令，收集场面限制活动区、关键道路监控、限制区入侵趋势信息，通过AeroMACS通信网络向场内航空器和车辆驾驶员使用终端实时推送滑行引导、告警、控制指令信息，实现滑行路径自动引导图形化，并提供路径冲突告警、跑道入侵告警、最小间隔告警等各类告警功能，对机场场面活动进行安全高效地管理。
4、 结束语
本文结合大型机场场面管制运行中的场面活动冲突、运行效率不高等难题，基于目前先进的GIS技术、北斗定位技术、数据融合处理技术、计算机技术应用，结合国际民航最新的AeroMACS通信网络技术应用以及机场运行实际，思考分析实现机场场面活动监视和自主式导航控制系统，但机场场面监视和自主式导航系统将是一个结构和算法复杂的综合信息处理控制系统，目前国内民航机场无成熟的融合监视和自主式导航控制系统应用先例，本文提出机场场面监视和自主式导航控制系统仅基于AeroMACS技术应用解决我国机场场面活动中遇到困难的研究思路和满足机场场面运行发展需求思考。
参考文献
1、刘枫，康潇，叶永.AeroMACS—种新型航空空港移动通信系统[J].河南科技,2015(1):37-39
2、ICAO附件10[S]
3、李跃导航与定位:信息化战争的北斗星(第2版)[M] 北京：国防工业出版社出版，2008:126-148
论文作者：王代波-云南机场集团有限责任公司丽江机场
来源：四型机场
