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空中交通世界有何不一样?揭秘大兴机场空管系统

空中交通世界有何不一样?揭秘大兴机场空管系统 

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图:北京大兴国际机场鸟瞰图

  按照计划,北京大兴国际机场将于9月30日前投入正式运营。近日,机场的空管系统正式开始了运营前最后的调试工作。

  大兴国际机场的空管系统是由完全由我国自主化设计建造,达到了世界先进水平。那么这些空管系统究竟有什么特别之处呢?

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  央视记者王世玉:这里就是北京大兴国际机场的塔台,这个位置距离地面大概在65米左右,从这个方向看过去能够看到完整的航站楼和机场跑道。

  我手边的这一套控制装置,就是能够指挥飞机从地面到滑行再到起降的全过程。

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  空管自动化系统就是管制员的眼睛,管制员就是通过它监测到的信息,例如飞机飞行的高度、速度、位置等,向飞机下发安全指令。

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  中国电科大兴机场空管系统工程师沈庆辉:拿这个目标来举例的话,目前我们可以看到它的飞行高度处于4470多米,速度是540(公里每小时)。如果说两个飞机飞行的距离过近的话,它会提示一个告警,如果飞机飞行的高度过低也会提出告警。飞机它不知道周围什么情况,完全通过我们管制员借助咱们自动化系统进行一个管控。

  为了能够确保飞行员严格执行管制员的指令,此次全新升级的空管系统引入了地空数据链技术。也就是说,飞行员的操作指令会通过地空数据通信传到自动化系统。

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  中国电科大兴机场空管系统工程师王韬:现在从管制员的界面上就可以看到,机组它实际在设备上面拨的高度和速度,并且如果说机组操作的情况和管制员的指令有不符的时候,在系统中还会给出告警。

  除了空管自动化系统的全面升级,大兴机场还引进了高级地面活动引导系统。过去,飞机在起降滑行时,都需要一辆引导车在前方带领飞机到指定位置。而大兴机场将首次使用灯光引导方式,也就是说由系统自动规划滑行路线,并控制场面的灯光来引导飞机在地面滑行。

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  中国电科大兴机场空管系统工程师沈庆辉:在咱们系统中可以看到大概分布着约4000个停止灯,道路中间的中线灯大概在2万个左右,会对整个机场里面飞机的滑行起到一个高效和安全的作用。

  空中交通世界有何不一样?

  “空中管制”是在搭乘飞机出行时经常听到的词,那么它究竟管些什么?又难在哪呢?

  尽管都是“交通管制”,空中管制要比地面管制难度大得多。地面上的驾驶员可以自己控制速度、方向和路线,交通管制人员更多负责监控的工作。而空中的飞行员则无法自主掌握位置信息,尤其是与其他飞机之间的安全间隔。因此,所有空中飞机的飞行指令全部需要管制员来判断和下达。

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  中国电科大兴机场空管系统高级工程师张明伟:每天中国的航班量大概在1万6(千架)到1万7(千架)左右。同时在天空的飞机估计最繁忙的时候可能在2000(架)到3000(架)左右。同一航路上,不同的高度也有不同的飞机。

  而空中管制就是要在保证所有飞机安全的前提下,尽可能地提高效率。

  如果将空中可供飞机飞行的空间看成一个盒子,由于盒子的空间有限,当里面的飞机数量超出限度时,就会出现我们常常听到的“流量控制”。

  为了能够更好的调配“盒子”内的飞机,我国正在建设全国级的流量管理系统,利用信息化和大数据分析替代人工调配,进而减少由于流量控制带来的出行影响。

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  中国电科大兴机场空管系统高级工程师张明伟:因为以往通过人脑子进行这种调配,他会有个问题,可能有段时间他的航班率会很高,有段时间他的航班流相对来说比较低,那么通过流量管理,把它流量高的这部分填到比较低的这部分,就始终让交通流保持在一个安全的高水平范围内。

  不仅如此,流量管理系统还将与气象、机场等各系统结合,提前模拟所有航班的运行情况,更早的发现问题,及时解决问题。

  中国电科大兴机场空管系统高级工程师张明伟:因为未来七天内大致气象条件我有一个预测,基于未来的空域的情况,比如说首都机场,比如说哪天晚上跑道要进行大修了,那么可能它流量会有降低,那么基于流量情况我们整个做一个航班的调配。

  全新空管系统将覆盖整个华北地区

  事实上,在北京大兴国际机场计划投入使用的这套空管系统,未来还将覆盖整个北京地区的终端管制和华北地区的高空管制。

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  央视记者王世玉:这里是中国民用航空北京终端管制中心,随着大兴机场的全面建成,这里也即将投入使用。我们可以看到它看上去像是一个放大了好几倍的机场塔台。的确,从功能上讲它也是机场塔台的上一级别的管制单位。未来,这里将同时管控北京首都、北京大兴、天津滨海、河北石家庄正定四个机场的起降飞机,成为世界上规模最大的终端管制中心。

  飞机在机场从滑行到起飞的阶段,是由机场塔台进行管控。当起飞高度达到600米之后,就将移交到相应机场的终端管制中心来进行指挥。相比较于塔台只需要指挥飞机安全起降,终端管制中心要承担更大范围、更复杂情况的空中管制工作,为此,空管系统也做了针对性的设计。

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     中国电科大兴机场空管系统工程师王韬:跟塔台相比有一个很大的不同,就是我们在这里引入了一个进港管理的概念。它会对系统中所有进港的航班进行一个内部的计算,算出一个它预计延误的时间。管制员发现这个航班要延误了,想要吸收这个延误,可能就会让这个飞机提速,或者是换一个更近的路线。

  同时,由于空中飞行会受到沿途天气变化的影响,空管系统还特别加强了和气象、流量管理等系统的交互功能。

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  中国电科大兴机场空管系统工程师王韬:现在界面上可以看到实时的气象雷达的云图信息,直接显示在屏幕上,还有包括像进港出港的排序信息。很多以前必须要通过打电话来进行的一些协调工作,现在可以直接通过系统中的功能来实现,减轻管制员的工作负荷是一方面,另外也是整体上提高了空域指挥的效率。

  除了机场塔台、北京终端管制中心外,飞机在飞行到6000米高空后还会移交到更大范围的华北区域管制中心进行指挥,在那里也将应用这套全新的空管系统。

  军工技术护佑新一代气象雷达

  还有一件对于新机场的运行安全至关重要的事,那就是天气。新机场为了更好地掌握周边天气状况,提升应对恶劣天气的能力,装备了我国自主研制的新一代气象雷达,而这台新颖的雷达也标志着我国在气象雷达研制领域走在了世界前列。近日我们的记者来到了这型雷达的研制地,也就是中国雷达事业的发源地,中国电科第14研究所,一起去近距离看一下。

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  在南京郊区,眼前这座巨大的球形天线罩显得很特别,这台全新研制的气象雷达就藏在里面。

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  中国电科14所气象雷达专家官林海:我们这一款是平面裂缝波导天线,整个采用数字相控阵里技术,不是以前的那种老的锅式的那种天线。

  相控阵雷达,是一种特殊的新型雷达,它不需要天线转动,而是利用计算机和复杂的微波电路控制雷达波的方向转动。在这台气象雷达上,天线不用上下转动,就能扫描从地面到高空的大气层。

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  中国电科14所气象雷达专家官林海:把整个空域全部探测完,传统的雷达需要六分钟甚至更长时间,而我们一分钟就可以把0到90度的整个空域探测一遍。

  这种具有快速扫描能力的雷达,本来在军事领域,用于跟踪快速飞行的飞机和导弹,而中国的雷达研制人员创新性地把它应用到气象观测中,让机场可以更快地获取精细的气象数据,并且连续观测,能发现更加极端的天气现象。

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  中国电科14所气象雷达专家官林海:主要是龙卷风跟短时雷暴。龙卷风一般从生成到发生,然后到最后结束,有些可能十分钟就结束,如果说传统的雷达有六、七分钟或者甚至十分钟以上才能扫一个,等你扫完了,龙卷风已经可能没了,消失了。

  中国电科14所气象雷达专家刘新安:它就可以知道整个降雨的过程。管制员他看到强的回波的话,飞机它可以选择绕飞,或者选择一个新的路线。

  从“空管一号”到世界领先

  如今,随着大兴机场的建成,我国拥有了世界先进水平的空管系统。而在三十多年前,我国甚至还不具备独立研制空管系统的能力。从打破国外垄断到如今成为世界领先,一代一代科研工作者的努力,让我国空管系统有了跨越式的发展。

  李显达老人今年已经80岁了,他是我国第一代空管系统——“空管一号”的总体设计师。上世纪八十年代,随着民航需求的日益增长和对空中信息安全的要求,我国下决心研制属于自己的空管系统。而在此之前,这项技术一直被国外垄断,我们只能花高价引进。

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  “空管一号”总体设计师李显达 80岁:当时我们国家就没有空管,都是进口的。因为它这个系统比较复杂,包括雷达、通信、计算机数据处理,显示终端,它是一个复杂的电子系统。这么大的系统去买国外的,你要多少钱?做当然有点差距,但是只要起步了,这个差距就缩小了。

  就这样,李显达和当时少数有过军用空管系统研制经验的专家一起,开始了民航空管系统的研制设计。

  对于空管系统来说,安全和可靠是最重要的。一旦投入应用,就要保证24小时不间断的平稳工作,不能出现一分一秒的差池。然而由于当时计算机、元器件等工业配套水平的巨大差距,即便解决了技术上的难题,系统仍然存在可靠性的问题。

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  “空管一号”设计人员郭云泉 80岁:我们的电子设备比国外落后一个时期,稳定性不好,这是很大缺点。空中飞行涉及到人命关天的事情,绝对不能有一点马虎。

  就这样,“提高可靠性”成了我国空管系统此后二十年的发展目标。随着工业水平的提升,和人才队伍的不断壮大,终于在2006年,我国自主设计研发的空管系统通过了中国民航局许可测试,正式走向国国内和国际市场。

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  中国电科中电莱斯信息系统副总工程师丁一波:和大飞机一样,它需要经过民航局权威部门的一个取证的过程。它要求是五个九,99.999的可靠性。确认以后会给我们颁发正式证,就有了后面进入市场的条件。

  突破了安全性和可靠性的关键技术,我国在空管系统的研制逐渐走向世界先进水平。如今在“空中交通管理系统与技术国家重点实验室”里,年轻的科研工作者开始了下一代空管系统的全新探索。未来,人工智能、语音识别、大数据等先进技术都将融入进来,打造更先进、更智能的空中交通世界。

 来源:央视新闻客户端

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