圖為華北空管局多部門正與北京大學(xué)探討可視化分析系統(tǒng)建設(shè)，用以分析航班運(yùn)行情況。記者 崔國強(qiáng) 攝

圖為安裝在首都機(jī)場西跑道的激光雷達(dá)設(shè)備。記者 崔國強(qiáng) 攝

翱翔于蔚藍(lán)天際的飛機(jī)猶如一道風(fēng)景，常常令人駐足觀望。事實(shí)上，與車輛在地面行駛一樣，飛機(jī)在空中同樣需要遵守“交通規(guī)則”，并要受到專門機(jī)構(gòu)的指揮與調(diào)度——這就是空中交通管制（簡稱“空管”）?？展苄袠I(yè)是一個高度依賴技術(shù)進(jìn)步的行業(yè)，隨著我國民航事業(yè)快速發(fā)展，年均飛行流量持續(xù)以兩位數(shù)迅猛增長，空管安全保障能力要實(shí)現(xiàn)逐年提高，必須借助各種新技術(shù)與空管系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備的高度融合和有效應(yīng)用

日前，中國民用航空華北地區(qū)空中交通管理局（簡稱“華北空管局”）聯(lián)手美國波音公司，借助高校實(shí)驗室等技術(shù)力量，開展了基于激光雷達(dá)的機(jī)場風(fēng)切變觀測研究；并運(yùn)用精密仿真軟件提升機(jī)場跑道運(yùn)行效率，打造空中交通管理性能可視化分析系統(tǒng)，亮出了智慧空管的“三神器”。這是其2017年在全國首次完成HUD（平視顯示器）能見度150米試飛后，圍繞智慧空管建設(shè)的又一重要舉措。這“三神器”究竟是啥，有多厲害？經(jīng)濟(jì)日報記者帶您來首都機(jī)場和華北空管局看看。

激光雷達(dá)——

監(jiān)測機(jī)場風(fēng)切變

低空風(fēng)切變對于飛機(jī)起飛和著陸的安全威脅最大，需要不斷加強(qiáng)針對機(jī)場風(fēng)切變觀測的科技創(chuàng)新投入與研究

安全是民航空管的命脈，提升安全保障能力是民航空管行業(yè)永恒的主題。根據(jù)國際民航組織的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2014年至2016年間，由于湍流等大氣波動引起的風(fēng)切變事故共計51次，占事故總數(shù)的19%。

其中，低空風(fēng)切變對于飛機(jī)起飛和著陸的安全威脅最大。它不僅能使飛機(jī)偏離航跡，也可能使飛機(jī)失去穩(wěn)定。如果飛行員在這個過程中處置不當(dāng)，有可能造成嚴(yán)重后果。風(fēng)切變的成因很多，一方面受某些常見的天氣過程如雷暴、大雨、冷鋒、低空急流影響形成；另一方面，也可能受地理環(huán)境、地形條件及機(jī)場周邊的建筑物遮擋影響產(chǎn)生，如海陸風(fēng)等。

據(jù)華北空管局氣象中心設(shè)備室副主任張建軍介紹，首都機(jī)場西跑道的風(fēng)速數(shù)值與其他兩條跑道存在一定差異，特別是在大風(fēng)天氣條件下，風(fēng)速數(shù)值明顯偏小，出現(xiàn)風(fēng)切變的可能也更高。尤其在刮風(fēng)天數(shù)很多的北京春秋時節(jié)，安全隱患顯著。據(jù)華北空管局氣象中心數(shù)據(jù)顯示，僅2017年11月、12月間，就收到風(fēng)切變報告11份。

為此，2018年1月，華北空管局在首都機(jī)場西跑道南北端安裝了兩套國產(chǎn)激光雷達(dá)設(shè)備，收集西跑道風(fēng)場相關(guān)數(shù)據(jù)。“這套設(shè)備可以有效彌補(bǔ)天氣雷達(dá)在晴空條件下對風(fēng)場探測的不足。”張建軍說。由于工作原理不同，現(xiàn)有天氣雷達(dá)在晴空條件下對低空風(fēng)的監(jiān)測能力不足，在晴空條件進(jìn)行風(fēng)切變預(yù)報時，無法為預(yù)報員提供有力數(shù)據(jù)支持。

為進(jìn)一步增強(qiáng)地空風(fēng)切變預(yù)警，為管制員在航空器著陸階段提供更好的氣象支持，華北空管局與中國海洋大學(xué)合作，正在進(jìn)行基于激光雷達(dá)的機(jī)場風(fēng)切變觀測研究。

“我們計劃歷時兩年時間，通過大量的數(shù)據(jù)分析，完成西跑道上空的實(shí)時風(fēng)場探測，找出西跑道風(fēng)切變的成因、發(fā)生高度和觸發(fā)條件，并形成切實(shí)可用的用戶產(chǎn)品，幫助管制員提前向機(jī)組通報風(fēng)切變情況，關(guān)口前移加強(qiáng)預(yù)警，把對飛行的不安全因素降到最低。”張建軍對這項新技術(shù)充滿信心。

據(jù)介紹，在北京新機(jī)場，華北空管局同樣配置了一套激光雷達(dá)設(shè)備，與香港國際機(jī)場所用設(shè)備一樣，居于世界領(lǐng)先水平，能夠同時監(jiān)測多條跑道的風(fēng)場狀況。目前，這一設(shè)備即將進(jìn)入驗收階段，華北空管局已為其在新機(jī)場投入運(yùn)行做好準(zhǔn)備，這將開啟該設(shè)備在內(nèi)地民航系統(tǒng)業(yè)務(wù)化運(yùn)行的先河。

精密仿真軟件——

提升機(jī)場跑道運(yùn)行效率

提升平行跑道運(yùn)行效率是空管面臨的挑戰(zhàn)之一，智慧空管對此從未停止探索

黨的十九大報告指出，我國社會主要矛盾已經(jīng)轉(zhuǎn)化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾。落實(shí)到空管安全層面，就是人民群眾對于安全、正點(diǎn)的出行需求與空管保障能力的不平衡不充分之間的矛盾。中國民用航空局局長馮正霖表示，要全面加大強(qiáng)安全、強(qiáng)效率、強(qiáng)智慧、強(qiáng)協(xié)同的“四強(qiáng)空管”建設(shè)力度，實(shí)現(xiàn)空管高質(zhì)量發(fā)展。對此，華北空管局不斷著力打造良好的安全與發(fā)展、安全與效益、安全與正常、安全與服務(wù)的關(guān)系。

首都機(jī)場是世界上最繁忙的三跑道機(jī)場，3條跑道為平行跑道。其中，36L和01跑道之間相距3.485千米，在使用平行儀表進(jìn)近模式時，雷達(dá)最小安全間隔標(biāo)準(zhǔn)為4千米（進(jìn)近是指飛機(jī)下降時對準(zhǔn)跑道飛行的過程。在進(jìn)近階段，要使飛機(jī)調(diào)整高度，對準(zhǔn)跑道，從而避開地面障礙物）。如何在保證安全的前提下進(jìn)一步挖掘首都機(jī)場運(yùn)行潛力，提升運(yùn)行效率，滿足更多旅客的出行需求，華北空管局對此從未停止探索。

華北空管局總工程師謝玉蘭認(rèn)為，提升平行跑道運(yùn)行效率是空管面臨的挑戰(zhàn)之一。在這方面，華北空管局與中國民航大學(xué)開展合作，通過精密的仿真軟件模擬測試得出結(jié)論：在首都機(jī)場，如果兩條跑道相關(guān)進(jìn)近保持3.485千米的雷達(dá)間隔，到達(dá)容量可增加16.7%，一小時最多可增加9架飛機(jī)。

為驗證這一測試結(jié)果的安全可行性，項目組在前期做了大量實(shí)驗：首先建立了基于位置誤差概率的碰撞風(fēng)險模型，然后設(shè)計了管制員特情反應(yīng)時間測試方案，并進(jìn)行了為期10天的測試。為保證實(shí)驗的有效性，項目組還收集處理了6個月的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，獲得了位置誤差概率模型的相關(guān)參數(shù)，并通過仿真計算得出結(jié)論，最后把實(shí)驗結(jié)果與國際民航組織和美國聯(lián)邦航空管理局的相關(guān)研究進(jìn)行了對比。結(jié)果顯示，首都機(jī)場36L和01跑道相關(guān)平行儀表進(jìn)近所需的雷達(dá)間隔縮短到3.485千米后，沒有顯著的運(yùn)行風(fēng)險提升，仍符合國際民航組織公布的安全目標(biāo)水平。

可視化分析系統(tǒng)——

用活大數(shù)據(jù)

航空器的飛行過程本身就是一個行走的大數(shù)據(jù)庫，發(fā)掘數(shù)據(jù)背后的價值將對運(yùn)行監(jiān)測起到很好效果

工作人員告訴記者，在華北空管局的管制屏幕上，一個小亮點(diǎn)便代表一架航空器。而航空器的整個飛行過程本身就是一個行走的大數(shù)據(jù)庫，如果能把這些運(yùn)行信息提煉出來，挖掘出數(shù)據(jù)背后的價值，總結(jié)出規(guī)律，再指導(dǎo)實(shí)際工作，將對運(yùn)行監(jiān)測起到很好效果。

基于這個目標(biāo)，華北空管局與北京大學(xué)可視化與可視分析實(shí)驗室聯(lián)合開展空中交通管理性能可視化分析，通過數(shù)據(jù)處理加工讓數(shù)據(jù)“活起來”：把航班號、目的地機(jī)場、實(shí)時位置、實(shí)際起降時間等不同屬性的航空數(shù)據(jù)集成，構(gòu)成了多維的信息空間。其中，每個數(shù)據(jù)都代表著單個圖元元素，計算機(jī)通過算法、建模、表達(dá)等一系列處理方式，生成數(shù)據(jù)圖像；再把數(shù)據(jù)及其內(nèi)在關(guān)系反映到圖形圖像中，用戶就能從中輕松直觀讀懂?dāng)?shù)據(jù)代表的含義。

華北空管局空管部馬曉陽表示，如果想了解首都機(jī)場內(nèi)某一特定航班在雷雨或低能見度等天氣條件下的離港運(yùn)行情況，只需選定航班號，選取相應(yīng)時間段，就能迅速獲取該航班在推出開車、地面滑行、跑道外等待等階段產(chǎn)生的所有相關(guān)數(shù)據(jù)，最終形成可視化信息。

“這個系統(tǒng)最大的用途在于能夠準(zhǔn)確、可視化地掌握每個航班在任意時刻的飛行動態(tài)，為上層決策提供了一個非常直觀的輔助手段?！敝x玉蘭介紹說。

據(jù)悉，華北空管局下一步將在開放實(shí)驗室內(nèi)搭建一套系統(tǒng)，與北京大學(xué)共同對數(shù)據(jù)采集、軌跡信息分析、延誤信息分析、地面滑跑信息分析等模塊內(nèi)容呈現(xiàn)進(jìn)行研發(fā)，并將通過重現(xiàn)航班滑行的詳細(xì)過程以及交互式篩選，進(jìn)行機(jī)場滑行擁堵分析。

“我們將繼續(xù)加強(qiáng)科研核心能力建設(shè)，在建設(shè)‘強(qiáng)智慧’空管方面下功夫，加大對5個開放實(shí)驗室的支持力度，激發(fā)空管科技工作者的活力與創(chuàng)造力；并推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用深度融合，強(qiáng)化科技成果應(yīng)用示范與推廣，為推進(jìn)中國民航空管高質(zhì)量的發(fā)展提供智慧支撐?！闭劶拔磥?，華北空管局局長文學(xué)正表示。（記者 崔國強(qiáng)）