場面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)在浦東國際機場的應(yīng)用

上海市是我國目前唯一因民用航空運輸繁忙而在一個城市建設(shè)兩個機場的城市。同時上海又處于遠(yuǎn)東地區(qū)的中心，其優(yōu)越的地理位置和快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)必將進(jìn)一步促進(jìn)航空事業(yè)的發(fā)展，為浦東國際機場成為國內(nèi)直至遠(yuǎn)東樞紐機場奠定了良好的基礎(chǔ)。事實上，目前浦東機場已經(jīng)成為我國規(guī)劃機場中規(guī)模最大、場地條件及凈空條件最好的機場。

一方面繁忙的空中交通由空管局統(tǒng)一調(diào)度管制，另一方面機場的跑道、滑行道及停機坪上的飛機和車輛的交通在可以預(yù)見的將來，也會是十分繁忙的，而站坪這部分的交通管制在中國現(xiàn)有的機場都是簡單地依靠目視指揮，輔以一些內(nèi)通設(shè)備來完成，基于浦東機場定位高度的考慮，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須建立一個與整個機場相配套的站坪指揮中心，決不能僅僅局限于滿足現(xiàn)在的基本需求，甚至只是照搬已有的站坪指揮中心的建設(shè)模式來規(guī)劃方案，而應(yīng)立足于樞紐機場的需要和地位作出相應(yīng)的考慮。

浦東機場是一個各方面條件均不錯的機場，但其位于東海之濱，就氣象條件而言稍嫌不足，特別是影響飛行正常的大霧有可能造成整個機場陷于癱瘓。據(jù)陳家鎮(zhèn)氣象資料顯示， 當(dāng)?shù)厝觎F日接近40天，平均持續(xù)時間為2.6小時，而且影響大霧消除的風(fēng)力逐年減弱，因此如何克服霧日對安全飛行的影響，滿足能見度條件不良情況下的指揮需求是非常重要的。

浦東機場本期站坪指揮中心的指揮范圍東西約500m，北向約1700m。指揮視點離最近的指揮機位達(dá)280m，顯然采用目視指揮，在復(fù)雜天氣情況下是無法完全達(dá)到Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)（能見度800m）和Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)（能見度400m），Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)更是無法滿足。而浦東機場最終的建設(shè)目標(biāo)是建成有四條4E級跑道的滿足Ⅲ類盲降的一流機場，若是因為站坪指揮中心功能的局限而妨礙了Ⅲ類盲降系統(tǒng)的實際，出現(xiàn)的問題將是飛行員和飛機、機場上的ILS系統(tǒng)、助航燈光系統(tǒng)均滿足Ⅲ類盲降的要求，而飛機進(jìn)入站坪后的指揮無法在Ⅲ類天氣情況下進(jìn)行，勢必造成整個機場的利用率的降低。

所以站坪指揮中心急需建立適應(yīng)惡劣天氣情況下的管制體制，而這個體制的實現(xiàn)必須依賴場面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)。

二、場面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用背景

最近20年全球的航空運輸業(yè)發(fā)展得非常快，航空公司的規(guī)模日益壯大，導(dǎo)致機場內(nèi)飛機起降次數(shù)猛增，如何在有限的空間、多變的天氣條件下管理好越來越多的飛機及相應(yīng)增加的地服車輛，成為各國機場當(dāng)局必須考慮的問題。

一方面在一些龐大且復(fù)雜的機場，例如法國巴黎的戴高樂機場、英國倫敦的希斯羅機場等，在各種天氣情況下同時有二、三條甚至四條跑道起降著來自不同航空公司的客機，在運營的實際操作中不可避免地存在飛機穿越跑道、滑行道的情況，按照我們的設(shè)想很有可能出現(xiàn)場面的擁擠甚至整個系統(tǒng)運作的延誤，而這些機場又是如何保持高利用率、高可靠性的呢?

另一方面在一些氣象條件差的機場如挪威奧斯陸機場由于地理、氣候條件的原因大雪天氣多，荷蘭阿姆斯特丹機場由于靠近海港雨霧天氣多，浦東國際機場也同樣存在霧天較多的天氣情況。這些情況下目視指揮管制工作將十分困難，甚至無從下手，這樣站坪上飛機、車輛的流量受到限制，對于國際性的航空港的營運來講，站坪指揮工作無疑是一個潛在的瓶頸。

場面監(jiān)視雷達(dá)就是為了解決這兩方面的問題而首先在國外的一些大型機場得到了廣泛的應(yīng)用。

事實上整個航管雷達(dá)工程包括一、二次雷達(dá)工程和場面監(jiān)視雷達(dá)工程。一、二次航管雷達(dá)是浦東國際機場首期航管工程的重要配套項目，探測距離一次雷達(dá)為100公里，二次雷達(dá)360公里，對實現(xiàn)浦東機場塔臺、進(jìn)近的雷達(dá)管制、提高調(diào)度指揮的自動化，保證飛行安全起著重要的作用，而場面監(jiān)視雷達(dá)是作為一、二次雷達(dá)的有力的補充，是實現(xiàn)Ⅱ/Ⅲ精密進(jìn)近和現(xiàn)場指揮的重要配套設(shè)施之一。

場面監(jiān)視雷達(dá)是一種用于監(jiān)視場面上飛機及車輛的雷達(dá)，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，顯示器上顯示的不再是一個個目標(biāo)點，它通過與外來數(shù)據(jù)的相關(guān)處理，不僅僅可以使管制員從熒光屏上區(qū)分飛機和車輛，而且可以辨別運行航班號、飛機機型、速度、將停靠的登機橋，可謂一目了然。它也是機場實施低能見度運行的基本條件。場面監(jiān)視雷達(dá)在航空界的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，在法國戴高樂機場、英國希斯羅機場、馬來西亞吉隆坡機場、韓國釜山機場，包括新建的香港Chek Lap Kok機場都有應(yīng)用。根據(jù)以上情況的綜合考慮，浦東機場成為國內(nèi)第一個采用場面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)來確保站坪指揮安全、高效進(jìn)行的機場。

三、系統(tǒng)方案論證

1.系統(tǒng)的功能有描述

經(jīng)過一系列的調(diào)研工作，結(jié)合浦東機場的特點，將場面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能總結(jié)如下：
（1）監(jiān)視功能（對跑道、滑行道及停機坪上活動的飛機和車輛定位并掛牌）；
（2）控制功能（檢測控制區(qū)域內(nèi)潛在的沖突并報警）；
（3）引導(dǎo)功能（通過管制員控制滑行道中心線、停止線燈光等引導(dǎo)飛機和車輛）；
（4）路線控制功能有（手工或自動調(diào)整滑行道的分配，從而提高滑行道的利用率，增加機場容量）。

以上功能的實現(xiàn)僅僅依靠場面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)本身是不可能的，因為場面監(jiān)視雷達(dá)是一次雷達(dá)，它獲得的只是目標(biāo)點的信號，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，它應(yīng)該完成的是各種數(shù)據(jù)的綜合處理， 最終在管制席位的顯示終端上顯示機場的電子地圖、站坪內(nèi)的飛機和車輛的掛牌信息等，供管制員處理各種情況。因此場面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)必須有信息來源，信息一定是外部系統(tǒng)提供的， 于是就出現(xiàn)了與外部系統(tǒng)的接口問題。

2.外部接口

為了分析問題條理清楚，筆者把場面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)的工作從另一個角度加以區(qū)分，依次是管理航班、管理滑行道、管理突發(fā)事件。

（1）管理航班

首先對管理航班的功能實現(xiàn)作外部接口分析。航班分為離港航班和到港航班兩種，航班的掛牌信息必須從外部系統(tǒng)取。到港航班的掛牌信息包括飛機機型、速度、航班號、呼號以及將要停靠的機位等等。由FLIHGT DEPARTURE PROCES SYSTEM（FDPS）提供飛行計劃信息；由進(jìn)近雷達(dá)提供飛機的速度、方向、檢測的時間等：由機位分配系統(tǒng)提供機位的分配情況。

離港航班的掛牌的完成與到港航班有所不同，盡管離港航班的掛牌信息也應(yīng)包括飛機的航班號、機型、呼號等信息，但是這些信息的來源與到港航班的不同，它的過程應(yīng)該是離港系統(tǒng)的航班關(guān)閉信息發(fā)出后或登機橋撤離后，系統(tǒng)自動地查閱離港動態(tài)的航班信息，從而獲得機型、航班號及呼號等信息；另外離港航班的掛牌信息還應(yīng)包括機位信息、飛機開始滑行時間等。由離港系統(tǒng)提供航班關(guān)閉信息、登機口控制信息及動態(tài)航班信息；由機位分配系統(tǒng)提供飛機的機位信息；由塔臺控制提供塔臺與飛機的通話，包括開始滑行時間、準(zhǔn)備起飛時間等。

（2）管理滑行道

管理滑行道的工作需要通過控制滑行道中心線燈光、停止線燈光等來實現(xiàn)引導(dǎo)功能，并能實現(xiàn)各種報警。例如，當(dāng)飛機滑行路線錯誤時，通過感應(yīng)裝置報警，并由席位控制打開正確的滑行道中心線燈光，實現(xiàn)引導(dǎo)。路線控制功能也應(yīng)通過燈光控制來實現(xiàn)。例如，當(dāng)出現(xiàn)大雨、大雪等能見度較低的天氣，一旦滑行道被占用，可以通過控制滑行道中心線燈光的明、滅來通知飛機。所以該功能的實現(xiàn)與助航燈光控制系統(tǒng)存在接口。

（3）管理突發(fā)事故

管理突發(fā)事件的工作可以通過管制員設(shè)置電子地圖中的禁區(qū)，結(jié)合掛牌信息，顯示在席位上。在事件未發(fā)生時予以避免，在事件突發(fā)后明確責(zé)任。此項工作的完成無需外部接口。

另外，為了保證站坪調(diào)度的高效、安全、站坪上為數(shù)不少的地服車輛的監(jiān)控必須采取技術(shù)手段解決。機場當(dāng)局已經(jīng)考慮啟用GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)，為了在一個調(diào)度席位終端前實現(xiàn)對站坪內(nèi)移動物體的監(jiān)管工作，這就要求場面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)為GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)留有接口。

終上所述，系統(tǒng)的外部接口需要連接FDPS、進(jìn)近雷達(dá)、機位分配系統(tǒng)、離港系統(tǒng)、助航燈光系統(tǒng)、GPS車輛監(jiān)管系統(tǒng)、ATC。

3. 系統(tǒng)方案設(shè)計

從系統(tǒng)實現(xiàn)的角度，分為三個模塊：監(jiān)視模塊、引導(dǎo)及控制模塊、操作及顯示模塊， 考慮到系統(tǒng)的完整性，在系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)上設(shè)置了管理控制級（SUPERVISOR）可以對整個系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)、管理，考慮到完成一些特殊任務(wù)的需要，系統(tǒng)還是提供了可選的遠(yuǎn)程顯示模塊。從技術(shù)實現(xiàn)角度在監(jiān)視模塊中有雷達(dá)頭、收發(fā)機和雷達(dá)視頻處理單元，在引導(dǎo)控制模塊和操作顯示模塊中有負(fù)責(zé)控制、顯示的單元。

以下主要對雷達(dá)頭的選型做一定的分析。由于雷達(dá)頭的選擇直接影響系統(tǒng)的作用范圍、 精度及適應(yīng)不同天氣條件的能力，通過一段時期的調(diào)研，獲得了較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料，以下對X波段和Ku波段的雷達(dá)從技術(shù)性能上作一定的比較：

（1）由波瓣寬度的比較，Ku波段雷達(dá)的定位精度高于X波段雷達(dá)；
（2）由于Ku波段雷達(dá)的工作頻率15.7GHz—16.7GHz遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于X波段雷達(dá)的工作頻率 9.0GHz—9.5GHz，Ku波段雷達(dá)比X波段雷達(dá)更不易受干擾，在大雨、大雪的天氣情況下仍然有良好的效果；
（3）由于Ku波段雷達(dá)的垂直波束俯角比X波段雷達(dá)的大，可知Ku波段雷達(dá)有較好的俯視角可以覆蓋更近的區(qū)域；
（4）由于Ku波段雷達(dá)的重量（760Kg）比X波段雷達(dá)的重量（1500Kg）要輕740Kg，而且尺寸也要比X波段雷達(dá)小，對于在建的站坪指揮大樓的屋頂結(jié)構(gòu)沒有很大影響，另外據(jù)有關(guān)報道X波段雷達(dá)的噪聲和振動比Ku波段雷達(dá)大，對管制員可能有會有一定的影響。

綜合考慮以上各方面的因素，Ku波段雷達(dá)在一些關(guān)鍵的技術(shù)性能上優(yōu)于X波段雷達(dá)。

四、系統(tǒng)總結(jié)

設(shè)計的思路是考慮讓昂貴的場面雷達(dá)設(shè)備真正地物盡其用，能夠有力地支援站坪指揮中心的管制功能，保證該管制中心的工作能夠不受盲區(qū)、天氣變化的影響，確保站坪內(nèi)飛機、車輛交通的暢通、高效，提高機位、滑行道的利用率，降低營運成本，從而吸引更多的航空公司包括外航入駐浦東機場。

系統(tǒng)方案最關(guān)鍵的是要求保證管制員能夠在管制席位的顯示終端上，得到已經(jīng)完成掛牌的飛機和車輛的信息，能夠看見飛機、車輛的移動路線方向，并加以區(qū)分；對進(jìn)入地圖上的禁區(qū)的飛機和車輛能夠報警并通過內(nèi)話設(shè)備實現(xiàn)控制，即系統(tǒng)的監(jiān)視功能和控制功能這兩項在本期工程內(nèi)必須實現(xiàn)。

另外，系統(tǒng)方案中的引導(dǎo)功能和路線控制功能是考慮到整個系統(tǒng)的功能的完整性而設(shè)置的。事實上，通過與助航燈光系統(tǒng)的接口完成對滑行道燈光的控制及滑行道的分配，從實現(xiàn)的角度來講會有一定的困難。根據(jù)調(diào)研的結(jié)果得知，這方面在世界各大機場均沒有先例。通常情況下，引導(dǎo)和路線控制的實現(xiàn)前提都是滑行路線已經(jīng)確定。可以說在飛行計劃中對任何一個航班出入中國任何一個機場的滑行路線都有明確的規(guī)定，一旦遇到特殊的天氣情況（大雨、大雪及大霧）則依賴塔臺與飛機之間的VHF通信進(jìn)行調(diào)度。但是，事實上中國現(xiàn)有的機場都不能滿足Ⅱ/Ⅲ類天氣情況下的營運，遇到了大雨、大雪及大霧，只有關(guān)閉機場。這與浦東國際機場的角色定位是完全不相稱的，此方案中之所以納入了通過對助航燈光的控制來實現(xiàn)引導(dǎo)及路線控制功能的設(shè)計思想，也是從浦東國際機場要成為遠(yuǎn)東樞紐機場的建設(shè)目標(biāo)角度考慮的。

在本文中僅對場面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)本身進(jìn)行了介紹。該系統(tǒng)的引進(jìn)在浦東國際機場站坪指揮中如何應(yīng)用，如何發(fā)揮其高效的指揮作用，以達(dá)到系統(tǒng)最初的所有設(shè)計目標(biāo)，仍是一個實際應(yīng)用的課題。另外，由于浦東機場的地理位置比較靠近長江口，據(jù)調(diào)研海事雷達(dá)采用的是X波段的雷達(dá)，可能與機場的場面監(jiān)視雷達(dá)的頻率有串?dāng)_。據(jù)了解荷蘭鹿特丹機場和港口也靠得比較近，而且他們也采用的是X波段（Ku波段）的雷達(dá)管制機場站坪和海事，這個問題應(yīng)該作詳細(xì)的考察調(diào)研，作為日后浦東建立國際航運中心（航空、航海）的借鑒。