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飛行沖突事故模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)探析論文
1 概述
在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動(dòng)下，我國(guó)的民航運(yùn)輸業(yè)得到了迅猛發(fā)展，而伴隨著空域開放等相關(guān)政策的落實(shí)，航空業(yè)的自由化發(fā)展已經(jīng)成為民航業(yè)發(fā)展的主流方向。最近幾年，隨著空中交通流量的加大，飛行沖突也在不斷增加，在很大程度上加大了空管難度，影響了空管安全，傳統(tǒng)的控制管制方法已經(jīng)逐漸無法適應(yīng)航空事業(yè)的發(fā)展需求，當(dāng)務(wù)之急，是設(shè)計(jì)開發(fā)出基于空管飛行沖突事故的模擬系統(tǒng)，對(duì)沖突事故進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的分析和模擬，準(zhǔn)確判斷事故責(zé)任，解決管制人員的實(shí)訓(xùn)問題，以更好的保障航空器飛行安全。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
從目前來看，我國(guó)對(duì)于空管飛行沖突事故的分析，仍然是以人工測(cè)量和推斷位置，不僅工作效率低下，而且無法有效保證分析結(jié)果的精確度和準(zhǔn)確性，不能真正對(duì)問題進(jìn)行及時(shí)有效的解決，影響了航空運(yùn)輸?shù)姆�(wěn)定和安全。同時(shí)，沖突事件的雷達(dá)錄像資料無法脫離雷達(dá)系統(tǒng)，無法存儲(chǔ)為其他格式，使得飛行沖突事故的分析在時(shí)間和空間上受到了很大的限制。因此，研究和設(shè)計(jì)一種基于普通計(jì)算機(jī)的事故模擬系統(tǒng)，是非常必要的。
該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括數(shù)據(jù)采集和沖突分析評(píng)估兩個(gè)子系統(tǒng)，在便攜式終端上，運(yùn)行數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，結(jié)合PCMCIA 同步數(shù)據(jù)采集卡，就可以非常方便的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，以及對(duì)飛行沖突事故的評(píng)估和分析。
3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
3.1 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)
數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)主要是利用PCMCIA 同步數(shù)據(jù)采集卡，從雷達(dá)記錄儀和錄音機(jī)中，采集相應(yīng)的雷達(dá)信號(hào)以及語音信息，同時(shí)對(duì)信息進(jìn)行篩選和處理，生成相應(yīng)的雷達(dá)數(shù)據(jù)文件和語音文件，方便后續(xù)的事故分析。從目前來看，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)能夠?qū)lenia 及Raytheon 雷達(dá)的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行有效處理，包括了幾個(gè)主要的功能模塊：(1)數(shù)據(jù)采集模塊：數(shù)據(jù)采集模塊可以從系統(tǒng)通信控制卡的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域，讀取雷達(dá)記錄儀記錄的原始信號(hào)，同時(shí)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入特定的緩沖區(qū)內(nèi)。(2)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模塊：可以將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行初步處理，轉(zhuǎn)化為與雷達(dá)類型相對(duì)應(yīng)的航跡信息格式。(3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊：主要是針對(duì)轉(zhuǎn)換后的雷達(dá)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，按照每4s 一幀的頻率，保存為相應(yīng)的文件。
3.2 沖突分析評(píng)估子系統(tǒng)
沖突分析評(píng)估系統(tǒng)的功能，主要是對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了雷達(dá)數(shù)據(jù)文件和語音文件進(jìn)行同步處理回放，輸入相應(yīng)的模擬指令，對(duì)沖突事故進(jìn)行分析和評(píng)估，并將分析結(jié)果以報(bào)告的形式打印出來。
沖突分析評(píng)估子系統(tǒng)的主要功能模塊包括：
(1)飛行沖突分析與評(píng)估模塊：
作為系統(tǒng)的核心部分，飛行沖突分析與評(píng)估模塊可以將其他各個(gè)功能模塊連接在一起，為其提供相應(yīng)的交互接口，同時(shí)根據(jù)事件觸發(fā)，調(diào)度其他子模塊。在實(shí)際運(yùn)作中，該模塊可以從采集到的雷達(dá)數(shù)據(jù)文件中，確定相應(yīng)的沖突分析目標(biāo)，對(duì)雷達(dá)記錄的航跡信息進(jìn)行整理分析，計(jì)算出沖突目標(biāo)之間的各種間隔數(shù)據(jù)。若在評(píng)估過程中，發(fā)現(xiàn)沖突目標(biāo)之間的間隔數(shù)據(jù)小于規(guī)定的數(shù)值，則模塊會(huì)自動(dòng)對(duì)發(fā)生危險(xiǎn)接近、沖突脫離等關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，并做好飛行數(shù)據(jù)的記錄工作。在實(shí)際沖突分析時(shí)，系統(tǒng)會(huì)調(diào)動(dòng)圖形顯示模塊，將轉(zhuǎn)化后的飛行航跡信息呈現(xiàn)在顯示器上，結(jié)合沖突檢測(cè)模塊，分析目標(biāo)的垂直、水平以及側(cè)向間隔，之后調(diào)用飛行模擬分析模塊，將模擬的管制指令輸入到選定目標(biāo)，評(píng)估其飛行狀態(tài)。
(2)圖形顯示模塊：
圖形顯示模塊的功能主要為顯示靜態(tài)信息如地圖、航線及坐標(biāo)等，同時(shí)以此為基礎(chǔ)對(duì)航跡的動(dòng)態(tài)信息予以顯示。這些信息在顯示前，都必須結(jié)合雷達(dá)數(shù)據(jù)中存在的坐標(biāo)系進(jìn)行相應(yīng)的格式轉(zhuǎn)換，然后以此為基礎(chǔ)，繪制相應(yīng)的圖像，還可以對(duì)圖像進(jìn)行移動(dòng)和縮放。結(jié)合航跡信息內(nèi)坐標(biāo)值，以偏移與縮放方式可對(duì)屏幕上航跡坐標(biāo)予以計(jì)算，于內(nèi)存設(shè)備表之中繪制航跡并向屏幕上粘貼，與定時(shí)器相結(jié)合以實(shí)時(shí)顯示航跡信息，并做到信息的動(dòng)態(tài)更新，航跡信息圖形的顯示工具為VC++。
(3)沖突檢測(cè)模塊：
沖突檢測(cè)模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有符合條件航跡的跟蹤計(jì)算，如果檢測(cè)到的航跡三圍距離小于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，或者在規(guī)定時(shí)間內(nèi)可能會(huì)小于標(biāo)準(zhǔn)值，則系統(tǒng)會(huì)向值班人員發(fā)送沖突告警信息。沖突檢測(cè)的對(duì)象主要是雷達(dá)目標(biāo)間的垂直和水平間隔，其相關(guān)算法的實(shí)現(xiàn)包括兩種模式，一是當(dāng)前模式，在每一次雷達(dá)掃描的周期內(nèi)，對(duì)于所有符合相應(yīng)條件的航跡，進(jìn)行跟蹤計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，若目標(biāo)對(duì)之間的三圍距離小于區(qū)域設(shè)定距離，同時(shí)不斷的縮小，則表明兩者處于沖突狀態(tài);二是推測(cè)模式，同樣是對(duì)符合特定條件的目標(biāo)航跡對(duì)進(jìn)行跟蹤計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，如果不滿足告警條件，則應(yīng)該利用目標(biāo)對(duì)航跡速度的垂直量和水平量，對(duì)一段時(shí)間后目標(biāo)對(duì)的相對(duì)位置進(jìn)行推測(cè)和模擬，若其在設(shè)定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)，垂直與水平間隔都小于標(biāo)準(zhǔn)距離，且間隔不斷縮小，則表明航跡對(duì)處于沖突狀態(tài)。
(4)模擬分析模塊：
根據(jù)所選航空器代碼將相應(yīng)模擬指令輸出，促使屏幕中顯示目標(biāo)可以按照模擬指令，顯示出飛行航跡，對(duì)沖突發(fā)生時(shí)機(jī)組避讓動(dòng)作、管制人員指揮的方法展開模擬，便于分析沖突調(diào)配方案并進(jìn)行評(píng)估。構(gòu)建模擬飛行的教學(xué)模型，從而完成下面的指令。a.航跡外推：飛行期間雷達(dá)目標(biāo)保持現(xiàn)有速度及高度;b.指定地速：根據(jù)設(shè)定速度確保目標(biāo)漸漸減速或加速到指定的速度;c.指定高度：以指定速率為依據(jù)下降或爬升至指定高度并加以保持;d.指定航向：以指定方向?yàn)橐罁?jù)，向右或向左轉(zhuǎn)或就近向指定航向轉(zhuǎn)向;e.飛向定點(diǎn)：向指定導(dǎo)航臺(tái)或地理坐標(biāo)就近飛向。
在模塊中，可以將上述指令依次輸入同一個(gè)航空器，也可以輸入不同的航空器，無論何種指令在輸入后，都存在有15s 的系統(tǒng)延遲，并非系統(tǒng)反應(yīng)之后，而是模擬飛行員的反應(yīng)和動(dòng)作時(shí)間。
4 結(jié)束語
總而言之，空管飛行沖突事故模擬系統(tǒng)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的對(duì)飛行沖突事故進(jìn)行分析和評(píng)估，明確事故發(fā)生的原因、性質(zhì)以及潛在危害，不僅能夠?qū)撛陲w行安全隱患和已經(jīng)發(fā)生的飛行沖突事故進(jìn)行評(píng)估和處理，還可以有效解決管制人員的培訓(xùn)問題，對(duì)于提升空管工作的質(zhì)量和效率有著較高的應(yīng)用價(jià)值。
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