数字化空管服务系统在海口美兰国际机场的应用

【摘 要】随着航班的爆炸性增长，由于民航空管可使用的空域资源的局限，致使空中交通流量控制急剧增加，造成在管制终端区有限的甚高频（VHF）波道资源已经拥挤或趋向拥挤，在高峰时段常会出现多个航班争抢放行频率，既浪费时间，又增加飞行员和管制员的工作负荷，影响航班正常、正点运行。数字化空管服务系统的应用，依靠数据链通信技术将飞行员与管制员直接联系起来，在提高航班放行效率的同时大幅减轻了管制员和飞行员的工作量。

【关键词】数字化空管；DCL/PDC；D-ATIS

前言

中国民航业“十一五”期间航空业务规模快速增长，成为全球第二大航空运输系统。中国民航的运输机队规模总量由1998年的523架，到2010年底达到1610架；航线数由1998年的1122条增加到2009年的1532条；截止2009年底，具有独立法人资格的航空公司达41家。2010年保障起降620万架次，五年间年均增长20％，对空管保障能力要求提出严峻考验。

1. 数字化空管服务系统的应用背景

早在2003年，国际民航组织在蒙特利尔召开的第11次航行会议上就对“空对地和地对空的航空通信”议题做了深刻的探讨，并在文件ANConf/11_wp11“未来航空移动通信的构想”里面制定了航空移动通信基础设施发展的三个步骤。数字化空管服务系统的推出，初步实现了“引入或扩展语音和数据链系统”的第一步发展的目标。

2008年8月1日，民航数字空管集成系统在大连周水子国际机场、青岛流亭国际机场、杭州萧山国际机场、深圳宝安国际机场和海口美兰国际机场正式投产运行。至2008年底，成都双流国际机场、重庆江北国际机场、厦门高崎国际机场、昆明巫家坝国际机场、西安咸阳国际机场、乌鲁木齐地窝堡国际机场、北京首都国际机场、上海浦东国际机场、上海虹桥国际机场以及广州白云国际机场等共15个机场陆续开始运行数字化空管服务系统。这大幅提升航班放行速度和信息服务能力，提高空管运行效率，有效避免因空中流量管制而造成的航班延误。这是民航空管部门为实现民航“安全、顺畅、正点、高效”目标的重要举措。

2. 数字化空管服务系统的组成

民航数字空管系统目前由数字化起飞前放行系统DCL/PDC及数字通播系统D-ATIS两个子系统组成。数字化放行（PDC）通过数据链实施飞行员、塔台人员之间的起飞前放行许可，替代或部分替代目前的语音放行方式；数字化自动航站情报服务（D-ATIS）使飞行员在地面和飞行中可通过数据链获取指定机场通波信息。

数字空管系统由DCL服务器、ACARS网关、AFTN网关、ATM路由器、拨号路由器、PDC用户终端、D-ATIS用户终端等设备组成。

2.1 数字化起飞前放行（DCL/PDC）子系统

数字化起飞前放行（DCL/PDC）技术是地空数据链在空管领域的应用，通过基于地空数据链的双向通信来实现飞行员与塔台管制员之间的信息交换，实现数字化放行，主要解决目前人工话音预放行服务中出现的机场话音通信频道拥挤、话音歧义性等问题。使用（DCL/PDC）服务能够大幅降低管制员、飞行员的工作强度和工作压力，减少管制中人为因素的影响及安全隐患，提高管制员的管制效率和安全性。（DCL/PDC）服务信息在包含所有传统服务信息的基础上，同时增加了如报文服务信息、管制员和飞行员自由信息等其它服务信息，在放行过程中增大了管制员和飞行员的通信自由度。

2.2 数字化航站自动情报服务 (D-ATIS)子系统

数字化航站自动情报服务 (D-ATIS) 系统是为飞航信息服务的数据链应用系统，用以改进目前只提供语音服务的ATIS系统。数字式ATIS提供当地天气资料和主要机场的跑道状况，利用合成语音 (Text-to-Voice) 和数据链两种方式将向飞行员提供起飞和降落阶段所需要的有关机场气象情况和机场状况ATIS信息上传给飞机。

2.3 数据传输

我国民航数字空管系统使用的VHF数据链通信基频频率为 131.450MHz。ACARS网关负责DCL服务器与机组的信息传输工作。ACARS网关接收来自机组的报文信息，对报文类型和传输目的地址进行判断过滤，将符合条件的报文以约定的文件名称格式发送给DCL服务器，完成下行报文的传输。DCL服务器向机组发送的报文信息也通过ACARS网关进行传输，上行报文无需进行过滤。

AFTN网关接收来自航管系统的报文，对报文格式进行判断筛选，做出初步处理，选出DCL系统所需报文，以约定格式的文件写入与DCL服务器的接口，为其提供数据。

3. 数字化空管服务系统的应用过程

3.1 DCL/PDC

3.1.1 飞行员在预计推出开车前20分钟可以通过DCL/PDC服务提出起飞前放行申请。机组发送离场许可下行报文Departure Clearance Downlink (RCD)，包含航班号（使用航空公司 ICAO三字代码）、机尾号、终端区通播信息（ATIS）代码、机型、起飞机场和目的机场代码等信息的放行许可请求报文通过数据链发至机场起飞前放行系统。地面起飞前放行（PDC）系统接到请求后，判断是否满足管制放行条件；塔台管制员将返回一个离场许可上行报文Departure Clearance Uplink (CLD) ，内容包含飞行标志、机型、应答机编码、使用跑道、离场航线、飞行高度层等飞机放行许可信息的报文上传至飞行员。

3.1.2 飞行员接收到管制员的放行许可报文后，机组再回复确认报文Clearance Readback Downlink (CDA)。如果飞行员发送DCL/PDC申请报文或发送DCL/PDC确认回复报文后，2分钟内未能收到表示DCL/PDC申请或确认回复成功的上行报飞行系统信息FSM，视为服务失败，需要通过管制频率联系管制员获得语音放行许可。

3.1.3 当飞行员收到DCL/PDC起飞放行信息报（CLD）后，需要再10分钟内发送起飞回复信息（CDA），否则视为服务失败，需要立即通过管制频率联系管制员获得语音放行许可。

（DCL/PDC）服务的核心职责是保证实时、准确、可靠的完成管制员与飞行员之间的双向通信。因此，通信流程设计中采用握手机制，在一次正常的放行通信过程中飞行员和管制员要完成4次通信握手，以保证放行通信服务的可靠性。

以海口美兰国际机场CHH7081航班CLD报文举例：

CLD CHH7081 CLRD TO ZBAA OFF 09 VIA FLT PLAN ROUTE LH01D SQUAWK 4501 ADT 0700 NEXT FREQ 118.60 INITIAL ALT 900M FL 10700M APP FRQ 119.15 ATI A（译文：CLD报文，CHH7081航班，可以按计划航路放行到北京，预计使用09号跑道起飞，LH01号离港程序，应答机4501，起飞时间0700，下个频率118.6MHz，起始爬升高度900米，续航高度10700米，进近频率119.15MHz，机场通播代号A）

如果收到正确的系统回复报文，将会收到RCD报文：

CHH7081 RCD RECEIVED REQUEST BEING PROCESSDE STANDBY

如果收到正确的系统对确认信息的回复报文，将会收到CDA报文：

CHH7081 CDA RECEIVED CLEARANCE CONFIRMED至此，表示DCL/PDC服务成功完成。

对于管制员，DCL/PDC系统为管制员预填写放行信息，并自动完成飞行员放行回复的校验工作。对行员，使用DCL/PDC服务后，不必对放行信息进行抄录和语音复述，并长时间监听话音放行频率，等待管制员的放行信息。飞行员只需在提交请求后，查看放行信息报文并进行确认即可轻松完成放行服务，节约了起飞前的宝贵时间。据统计，使用传统语音方式放行一架航班平均需要110秒，而使用DCL/PDC系统平均只需要50秒，放行时间节省一半以上。

3.2 D-ATIS

3.2.1 D-ATIS服务程序遵照EUROCAE颁布的ED-89标准文档，自动化终端区信息服务为飞行员提供起飞和降落时需要的有关机场的信息。

3.2.2 飞行员通过机载数据链设备下发ATIS请求报告RAI；地面服务系统接到请求后，验证报文的有效性，根据服务请求类型将最新的 ATIS 信息报文DAI通过数据链上传给飞机；飞行员进行确认。

以海口美兰国际机场CHH7081航班DAI报文举例：

ZJHK ATIS A 0800Z EXP ILS APP RWY 09 DRY TL3600 TA3000 METAR ZJHK 100800 09003 CAVOK 28/30 1001 NOSIG

D-ATIS系统对于实现民航高效运行效果更加明显。使用传统的ATIS语音通播服务，一次ATIS信息通播平均需要几分钟到十几分钟，而使用D-ATIS系统上传一份ATIS信息报文平均只需要几秒钟。

4. 数字化空管服务系统实际应用中的问题

4.1 普及率不够高。自2008年底，我国在15个国际机场运行数字化空管服务系统已经2年多了，得到了管制员和飞行员的一致认可。但是，数字化空管服务系统依赖于空管地面设备和机载设备的更新。在我国，还有很多航空公司的不少老旧飞机都没有更新机载ACARS设备，不具备运行DCL/PDC、D-ATIS的条件。因此，在航班离港高峰时段，仍然有30%左右的离港航班需要塔台管制员语音放行，占用了不少波道资源，耗费管制员飞行员时间和精力。

4.2 灵活度不够。DCL/PDC的管制员客户端基本都是固定项选择，缺少文本输入的灵活应用。例如，离港方式的选择，管制员选择的时候只能选择后台设置好的固定几个飞行程序上设置的离港方式。但是，在管制员应用过程中，管制员会根据管制环境的变化，给机组不同的离港方式，甚至是非标准离港程序的离港方式。建议对其进行升级，离港方式除了固定的标准离场方式外设置文本自由输入选项。

4.3 冗余度小。系统常会因为气象报文编写的问题，造成数据链卡阻，系统不能正常运行等。

5. 结束语

飞机起飞前放行系统（DCL/PDC）解决了目前人工话音预放行服务中出现的机场话音通信频道拥挤、话音歧义性等问题。使用DCL/PDC服务能够减少管制中人为因素的影响及安全隐患，大幅增强了信息传送的安全性，提高了起飞前放行许可的执行效率。D-ATIS系统的使用能够有效解决繁忙机场因使用人工话音放行造成的低效率和安全隐患，并能够显著提高大型机场管制服务效率和信息服务水平。

参考文献

[1]《空对地和地对空的航空通信》，ANConf/11_wp11，22/5/03，ICAO

[2]《ICAO ANNEX10- Aeronautical Telecommunications》，ICAO

[3]《航空运营人使用地空数据通信系统的标准与指南》，咨询通告，中国民用航空飞行标准司 ，AC-121-FS-2008-16R1 ， 2008.2.3

[4]《数字化航站自动情报服务（D-ATIS ）系统使用手册》，民航数据通信有限责任公司，2005.4

[5]《DCL管制员终端系统使用手册》，民航数据通信有限责任公司