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飛行沖突事故模擬系統的設計及實(shí)現探析論文
1 概述
在經(jīng)濟發(fā)展的帶動(dòng)下，我國的民航運輸業(yè)得到了迅猛發(fā)展，而伴隨著(zhù)空域開(kāi)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(zhù)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，傳統的控制管制方法已經(jīng)逐漸無(wú)法適應航空事業(yè)的發(fā)展需求，當務(wù)之急，是設計開(kāi)發(fā)出基于空管飛行沖突事故的模擬系統，對沖突事故進(jìn)行及時(shí)準確的分析和模擬，準確判斷事故責任，解決管制人員的實(shí)訓問(wèn)題，以更好的保障航空器飛行安全。
2 系統設計
從目前來(lái)看，我國對于空管飛行沖突事故的分析，仍然是以人工測量和推斷位置，不僅工作效率低下，而且無(wú)法有效保證分析結果的精確度和準確性，不能真正對問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)有效的解決，影響了航空運輸的穩定和安全。同時(shí)，沖突事件的雷達錄像資料無(wú)法脫離雷達系統，無(wú)法存儲為其他格式，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，研究和設計一種基于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數據采集和沖突分析評估兩個(gè)子系統，在便攜式終端上，運行數據采集子系統，結合PCMCIA 同步數據采集卡，就可以非常方便的實(shí)現數據的采集，以及對飛行沖突事故的評估和分析。
3 系統實(shí)現
3.1 數據采集子系統
數據采集子系統主要是利用PCMCIA 同步數據采集卡，從雷達記錄儀和錄音機中，采集相應的雷達信號以及語(yǔ)音信息，同時(shí)對信息進(jìn)行篩選和處理，生成相應的雷達數據文件和語(yǔ)音文件，方便后續的事故分析。從目前來(lái)看，數據采集子系統能夠對Alenia 及Raytheon 雷達的數據格式進(jìn)行有效處理，包括了幾個(gè)主要的功能模塊：(1)數據采集模塊：數據采集模塊可以從系統通信控制卡的數據存儲區域，讀取雷達記錄儀記錄的原始信號，同時(shí)將數據轉入特定的緩沖區內。(2)數據格式轉換模塊：可以將數據采集模塊采集到的各種數據信息進(jìn)行初步處理，轉化為與雷達類(lèi)型相對應的航跡信息格式。(3)數據存儲模塊：主要是針對轉換后的雷達信息數據進(jìn)行保存，按照每4s 一幀的頻率，保存為相應的文件。
3.2 沖突分析評估子系統
沖突分析評估系統的功能，主要是對數據采集系統得到了雷達數據文件和語(yǔ)音文件進(jìn)行同步處理回放，輸入相應的模擬指令，對沖突事故進(jìn)行分析和評估，并將分析結果以報告的形式打印出來(lái)。
沖突分析評估子系統的主要功能模塊包括：
(1)飛行沖突分析與評估模塊：
作為系統的核心部分，飛行沖突分析與評估模塊可以將其他各個(gè)功能模塊連接在一起，為其提供相應的交互接口，同時(shí)根據事件觸發(fā)，調度其他子模塊。在實(shí)際運作中，該模塊可以從采集到的雷達數據文件中，確定相應的沖突分析目標，對雷達記錄的航跡信息進(jìn)行整理分析，計算出沖突目標之間的各種間隔數據。若在評估過(guò)程中，發(fā)現沖突目標之間的間隔數據小于規定的數值，則模塊會(huì )自動(dòng)對發(fā)生危險接近、沖突脫離等關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行標記，并做好飛行數據的記錄工作。在實(shí)際沖突分析時(shí)，系統會(huì )調動(dòng)圖形顯示模塊，將轉化后的飛行航跡信息呈現在顯示器上，結合沖突檢測模塊，分析目標的垂直、水平以及側向間隔，之后調用飛行模擬分析模塊，將模擬的管制指令輸入到選定目標，評估其飛行狀態(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(xiàn)及坐標等，同時(shí)以此為基礎對航跡的動(dòng)態(tài)信息予以顯示。這些信息在顯示前，都必須結合雷達數據中存在的坐標系進(jìn)行相應的格式轉換，然后以此為基礎，繪制相應的圖像，還可以對圖像進(jìn)行移動(dòng)和縮放。結合航跡信息內坐標值，以偏移與縮放方式可對屏幕上航跡坐標予以計算，于內存設備表之中繪制航跡并向屏幕上粘貼，與定時(shí)器相結合以實(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)沖突檢測模塊：
沖突檢測模塊可以實(shí)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于設定的標準值，或者在規定時(shí)間內可能會(huì )小于標準值，則系統會(huì )向值班人員發(fā)送沖突告警信息。沖突檢測的對象主要是雷達目標間的垂直和水平間隔，其相關(guān)算法的實(shí)現包括兩種模式，一是當前模式，在每一次雷達掃描的周期內，對于所有符合相應條件的航跡，進(jìn)行跟蹤計算，根據計算結果，若目標對之間的三圍距離小于區域設定距離，同時(shí)不斷的縮小，則表明兩者處于沖突狀態(tài);二是推測模式，同樣是對符合特定條件的目標航跡對進(jìn)行跟蹤計算，將計算結果與設定值進(jìn)行對比，如果不滿(mǎn)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(shí)間后目標對的相對位置進(jìn)行推測和模擬，若其在設定的時(shí)間區間內，垂直與水平間隔都小于標準距離，且間隔不斷縮小，則表明航跡對處于沖突狀態(tài)。
(4)模擬分析模塊：
根據所選航空器代碼將相應模擬指令輸出，促使屏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(fā)生時(shí)機組避讓動(dòng)作、管制人員指揮的方法展開(kāi)模擬，便于分析沖突調配方案并進(jìn)行評估。構建模擬飛行的教學(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并加以保持;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(diǎn)：向指定導航臺或地理坐標就近飛向。
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(wú)論何種指令在輸入后，都存在有15s 的系統延遲，并非系統反應之后，而是模擬飛行員的反應和動(dòng)作時(shí)間。
4 結束語(yǔ)
總而言之，空管飛行沖突事故模擬系統能夠及時(shí)、準確的對飛行沖突事故進(jìn)行分析和評估，明確事故發(fā)生的原因、性質(zhì)以及潛在危害，不僅能夠對潛在飛行安全隱患和已經(jīng)發(fā)生的飛行沖突事故進(jìn)行評估和處理，還可以有效解決管制人員的培訓問(wèn)題，對于提升空管工作的質(zhì)量和效率有著(zhù)較高的應用價(jià)值。
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