浅谈面向协同的空管运行仿真关键技术研究.doc

浅谈面向协同的空管运行仿真关键技术研究.doc浅谈面向协同的空管运行仿真关键技术研究 1 引言 20 世纪 70 年代末开始, 欧美等发达国家将系统仿真方法引入到空域和机场管理中来, 一开始主要用于评估机场容量和航班延误的研究,后来逐渐扩展到对整个机场地面和空域管理的研究和评估。随着我国军民航以及通用航空的迅速发展,空中飞行流量迅速增长, 空域日益繁忙和拥挤。航空活动的多元化发展趋势, 导致空域飞行的复杂性增强, 对提高空中交通运行效率提出了更高要求, 空管系统建设和运行中越来越重视对仿真方法的运用。本文构建了一个面向空地协同的空管运行环境仿真平台,探究复杂条件下空地协同决策中的人为因素以及协同工具的效能, 为空管运行保障机制研究, 空管运行新模式、新概念的评估验证, 空管系统效能分析, 空管装备体系建设的需求分析和关键技术验证, 以及新技术在空管系统中的适用性与可用性等***运行环境和评估手段,为我国空管系统运行及未来的设计规划提供技术支持。 2 需求分析 空管运行中的协同 ICAO 和欧美等航空强国已经提出了面向未来的下一代空管运行新概念。 ICAO 全球 2020 年空管运行目标是在全球范围建立一种全新的一体化、互操作和无缝隙的空管运行模式; 欧洲单一天空计划(SESAR) 中提出了“空管的运行从基于空域的环境向基于航迹的环境转变”、“加强人的核心地位”等空管新理念, 安全管理和管制运行责任从地面到空中进行部分转移, 支持航空器的自主飞行服务能力和空地协同运行能力; 美国联邦航空局(FAA) 提出的下一代航空运输系统计划( NextGen , Next Generation Air TransportationSystem) 包括三方面内容: 一体化协同运行、空管综合信息整合(SWIM) 和基础设施支撑。围绕飞机、空间和地面设施, 提高各类空管系统之间信息共享和自动化处理程度, 支持各种业务领域之间实施协同决策(CDM) , 利用先进的辅助管理工具和地空信息共享,提高飞行的安全性和效率, 降低能源消耗, 为旅客提供更多的选择, 减少飞行时间和运行成本,提供更多的服务内容。 协同的人为因素在现代航空活动中,人- 飞机- 环境是构成航空系统的三个最主要的因素。无论航空器多么先进, 自动化程度有多高,“人”始终都是航空活动的主体。随着有限空域资源的不断消耗和竞争加剧,单纯依靠扩大空域范围和渐进式调整基础设施已无法从根本上解决空中交通拥挤问题。协同决策(Collaborative Decision Making , CDM) 就是一种通过相互协调来挑战资源限制、提高空域使用率、满足空域多方用户需求的有效方法。空中交通管理协同决策建立在机场运营人、管制服务机构、飞行计划和机组等飞行运营人、空域用户、军队等参与各方之间的信息共享和公共态势感知基础之上, 需参与各方的合作。协同决策中参与各方的目标、资源和能力是信息交换和协商的基础, 信息交换又是操作人员之间公共态势感知和协调的基础。飞行员与管制员通过信息交换共同确定航空器飞行期间的所有活动及所需的合作行为。空地协同决策中的人为因素是确保空中交通安全、顺畅的重要因素。 意图信息处理现代航空活动是以人为中心的自动化操作,人的意图信息直接影响到对航空器未来位置的推算。通常空管意图信息包括飞行计划、管制员的指令或许可( 即管制意图信息) 、飞行员的操作( 即飞行意图信息) 。缺少空管意图信息而建立的航空器运动仿真将无法反映航空器的实际飞行性能和状态。空管运行的协同中,飞行员在驾驶航空器时的意图、意向通过通信设备与其他航空器和地面自动化系统进行交换; 地面管制员保证空中航空器安全、有序运行, 防止航空器之间相撞的安全管制意图, 以及加快并保持空中交通合理、有次序流动的流量控制意图, 通过塔台席位和管制指挥席位进行交换, 并通过网络将管制意图信息进行共享。 仿真技术系统仿真是通过建立仿真模型,在计算机上再现真实系统, 并模拟真实系统的运行过程而得到系统解的研究方法。作为分析评价现有系统运行状态或优化设计未来系统性能与功能的一种技术手段, 已广泛应用于航空、航天、军事、电子、通讯等众多领域, 成为许多复杂系统工程分析、设计、试验、评估等不可缺少的重要手段。系统仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础, 以计算机和各种物理效应设备为工具, 利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性新技术。仿真按所用模型的不同,分为数学仿真、半实物仿真和物理仿真三种类型。在计算机上进行的数学仿真,又称计算机仿真,若有实物接入模型,称为半实物仿真。空管运行仿真用计算机实现任务规划、仿真管理和空管运行综合评估的数学仿真, 用塔台模拟器、飞行模拟器和管制指挥模拟席进行半实物仿真。空管运行仿