飛行衝突事故模擬系統的設計及實現探析論文
飛行衝突事故模擬系統的設計及實現探析論文
1 概述
在經濟發展的帶動下，我國的民航運輸業得到了迅猛發展，而伴隨著空域開放等相關政策的落實，航空業的自由化發展已經成為民航業發展的主流方向。最近幾年，隨著空中交通流量的加大，飛行衝突也在不斷增加，在很大程度上加大了空管難度，影響了空管安全，傳統的控制管制方法已經逐漸無法適應航空事業的發展需求，當務之急，是設計開發出基於空管飛行衝突事故的模擬系統，對沖突事故進行及時準確的分析和模擬，準確判斷事故責任，解決管制人員的實訓問題，以更好的保障航空器飛行安全。
2 系統設計
從目前來看，我國對於空管飛行衝突事故的分析，仍然是以人工測量和推斷位置，不僅工作效率低下，而且無法有效保證分析結果的精確度和準確性，不能真正對問題進行及時有效的解決，影響了航空運輸的穩定和安全。同時，衝突事件的雷達錄影資料無法脫離雷達系統，無法儲存為其他格式，使得飛行衝突事故的分析在時間和空間上受到了很大的限制。因此，研究和設計一種基於普通計算機的事故模擬系統，是非常必要的`。
該系統的結構主要包括資料採集和衝突分析評估兩個子系統，在行動式終端上，執行資料採集子系統，結合PCMCIA 同步資料採集卡，就可以非常方便的實現資料的採集，以及對飛行衝突事故的評估和分析。
3 系統實現
3.1 資料採集子系統
資料採集子系統主要是利用PCMCIA 同步資料採集卡，從雷達記錄儀和錄音機中，採集相應的雷達訊號以及語音資訊，同時對資訊進行篩選和處理，生成相應的雷達資料檔案和語音檔案，方便後續的事故分析。從目前來看，資料採集子系統能夠對Alenia 及Raytheon 雷達的資料格式進行有效處理，包括了幾個主要的功能模組：(1)資料採集模組：資料採集模組可以從系統通訊控制卡的資料儲存區域，讀取雷達記錄儀記錄的原始訊號，同時將資料轉入特定的緩衝區內。(2)資料格式轉換模組：可以將資料採集模組採集到的各種資料資訊進行初步處理，轉化為與雷達型別相對應的航跡資訊格式。(3)資料儲存模組：主要是針對轉換後的雷達資訊資料進行儲存，按照每4s 一幀的頻率，儲存為相應的檔案。
3.2 衝突分析評估子系統
衝突分析評估系統的功能，主要是對資料採集系統得到了雷達資料檔案和語音檔案進行同步處理回放，輸入相應的模擬指令，對沖突事故進行分析和評估，並將分析結果以報告的形式打印出來。
衝突分析評估子系統的主要功能模組包括：
(1)飛行衝突分析與評估模組：
作為系統的核心部分，飛行衝突分析與評估模組可以將其他各個功能模組連線在一起，為其提供相應的互動介面，同時根據事件觸發，排程其他子模組。在實際運作中，該模組可以從採集到的雷達資料檔案中，確定相應的衝突分析目標，對雷達記錄的航跡資訊進行整理分析，計算出衝突目標之間的各種間隔資料。若在評估過程中，發現衝突目標之間的間隔資料小於規定的數值，則模組會自動對發生危險接近、衝突脫離等關鍵時間點進行標記，並做好飛行資料的記錄工作。在實際衝突分析時，系統會調動圖形顯示模組，將轉化後的飛行航跡資訊呈現在顯示器上，結合衝突檢測模組，分析目標的垂直、水平以及側向間隔，之後呼叫飛行模擬分析模組，將模擬的管制指令輸入到選定目標，評估其飛行狀態。
(2)圖形顯示模組：
圖形顯示模組的功能主要為顯示靜態資訊如地圖、航線及座標等，同時以此為基礎對航跡的動態資訊予以顯示。這些資訊在顯示前，都必須結合雷達資料中存在的座標系進行相應的格式轉換，然後以此為基礎，繪製相應的影象，還可以對影象進行移動和縮放。結合航跡資訊內座標值，以偏移與縮放方式可對螢幕上航跡座標予以計算，於記憶體裝置表之中繪製航跡並向螢幕上貼上，與定時器相結合以實時顯示航跡資訊，並做到資訊的動態更新，航跡資訊圖形的顯示工具為VC++。
(3)衝突檢測模組：
衝突檢測模組可以實現對所有符合條件航跡的跟蹤計算，如果檢測到的航跡三圍距離小於設定的標準值，或者在規定時間內可能會小於標準值，則系統會向值班人員傳送衝突告警資訊。衝突檢測的物件主要是雷達目標間的垂直和水平間隔，其相關演算法的實現包括兩種模式，一是當前模式，在每一次雷達掃描的週期內，對於所有符合相應條件的航跡，進行跟蹤計算，根據計算結果，若目標對之間的三圍距離小於區域設定距離，同時不斷的縮小，則表明兩者處於衝突狀態;二是推測模式，同樣是對符合特定條件的目標航跡對進行跟蹤計算，將計算結果與設定值進行對比，如果不滿足告警條件，則應該利用目標對航跡速度的垂直量和水平量，對一段時間後目標對的相對位置進行推測和模擬，若其在設定的時間區間內，垂直與水平間隔都小於標準距離，且間隔不斷縮小，則表明航跡對處於衝突狀態。
(4)模擬分析模組：
根據所選航空器程式碼將相應模擬指令輸出，促使螢幕中顯示目標可以按照模擬指令，顯示出飛行航跡，對沖突發生時機組避讓動作、管制人員指揮的方法展開模擬，便於分析衝突調配方案並進行評估。構建模擬飛行的教學模型，從而完成下面的指令。a.航跡外推：飛行期間雷達目標保持現有速度及高度;b.指定地速：根據設定速度確保目標漸漸減速或加速到指定的速度;c.指定高度：以指定速率為依據下降或爬升至指定高度並加以保持;d.指定航向：以指定方向為依據，向右或向左轉或就近向指定航向轉向;e.飛向定點：向指定導航臺或地理座標就近飛向。
在模組中，可以將上述指令依次輸入同一個航空器，也可以輸入不同的航空器，無論何種指令在輸入後，都存在有15s 的系統延遲，並非系統反應之後，而是模擬飛行員的反應和動作時間。
4 結束語
總而言之，空管飛行衝突事故模擬系統能夠及時、準確的對飛行衝突事故進行分析和評估，明確事故發生的原因、性質以及潛在危害，不僅能夠對潛在飛行安全隱患和已經發生的飛行衝突事故進行評估和處理，還可以有效解決管制人員的培訓問題，對於提升空管工作的質量和效率有著較高的應用價值。