基于設備共享遠程塔臺過渡方案設計研究

韓澤宇

(重慶江北國際機場有限公司 航務管理部，重慶 401120)

0 引言

遠程塔臺技術是一種主要為小型偏遠機場提供遠程空中交通管制服務的新興空管技術。遠程塔臺是以遠程監視信息替代現場目視觀察，為機場提供空中交通服務的設施設備集合。遠程塔臺能夠集中優勢資源，有效應對中小機場面臨的人員短缺、資質能力較低、設施設備分散、建設維護成本較高、空管運行規模小、管理能力較弱等結構性矛盾，提升空管各類資源要素的配置和使用效率。

歐洲在遠程空中交通管制運行研究及應用方面走在世界前列，歐洲單一天空空中交通管理研究(SESAR)就已提出遠程塔臺運行概念及技術要求，目前投用的幾個大規模遠程管制中心，如瑞典松茲瓦爾遠程管制中心、萊比錫遠程管制中心、挪威博德遠程管制中心等都在歐洲。在世界多國推動下，國際民航組織已在航空系統組塊升級(ASBU)中明確將遠程空中交通服務列為發展方向之一。近年來，民航局積極推動遠程塔臺技術應用，在多地啟動了不同模式的試點，廣州白云機場機坪塔臺、新疆富蘊機場和那拉提機場、內蒙古錫林浩特機場和二連浩特機場、云南寧蒗瀘沽湖機場等是最早一批試點單位。

根據民航局《遠程塔臺技術需求(征求意見稿)》，遠程塔臺分為三類運行模式，分別是：Ⅰ類遠程塔臺，通過遠程塔臺為機場提供機場管制服務(部分含進近管制服務)；Ⅱ類遠程塔臺，在某一遠程塔臺單元為一個民用機場提供機坪管制服務；Ⅲ類遠程塔臺，用作實體塔臺應急的遠程塔臺。為確保新技術實施過程安全可控，民航局同時發布《遠程塔臺運行評估規范(征求意見稿)》，對傳統塔臺向遠程塔臺過渡提出分階段推進的要求。具體包括：準備階段、模擬驗證階段、試運行階段、過渡階段、切換保護階段，全過程通常持續1到2年。在此期間傳統塔臺和遠程塔臺都必須具備機場(或機坪)管制指揮和權限移交能力。區別于傳統塔臺的設備支持是遠程塔臺發揮作用的硬件基礎。

1 方案設計

1.1 關鍵技術

遠程塔臺首批試點單位主要是航班量較少的小機場，以及目視遮擋停機位較多的大型機場機坪塔臺，二者分別對應Ⅰ類遠程塔臺和Ⅱ類遠程塔臺。Ⅲ類遠程塔臺和傳統塔臺同在所指揮的機場，設備需求情況類似Ⅱ類遠程塔臺，不單獨論述。

根據文獻[4-5]，遠程塔臺功能模塊包括遠程監視模塊、語音通信模塊、網絡傳輸模塊、管制人機交互管理模塊、綜合信息模塊、遠程控制模塊、輔助功能模塊、技術監控模塊。將上述8種功能模塊根據硬件類別分為5類系統：傳輸系統(網絡傳輸模塊，以基于光纖的高速大容量傳輸設備為主)、光學系統(遠程監視模塊，以攝像頭類視頻采集設備為主)、語音系統(語音通信模塊，以甚高頻電臺和語音通信交換系統為主)、交互系統(管制人機交互管理模塊，以鍵盤-鼠標-顯示切換器為主)、數據系統(數據信息處理模塊，以計算機類設備為主)。

以遠程塔臺單元遠離所指揮機場的Ⅰ類遠程塔臺為例，遠程塔臺過渡技術方案如圖1所示。

圖1 遠程塔臺過渡技術方案

1.2 傳輸系統組成及設計

遠程塔臺一般遠離被指揮的機場，管制服務使用的大量信號必須依賴傳輸系統完成遠距離傳輸。光纖網絡具有延時小、業務全、性價比高等優勢，是信號傳輸的首選方案。為確保安全、提高效率，租用2路不同電信運營商的獨立路由光纜干線，配合2套密集波分復用設備(DWDM)完成信號冗余傳輸。

如果當地5G網絡覆蓋良好，可以利用5G超大帶寬、超低時延、超高可靠的特性，接入關鍵設備信號，作為有線網絡傳輸的應急備份路由，日常冷備份。除應用5G網絡切片技術保證信息安全外，甚至可將一部分視頻處理業務也部署在5G邊緣計算云，充分利用5G網絡基礎設施具有的超強算力。

以華為、中興等為代表的國內電信設備制造商，近年已有大量產品運用在包括民航通信網在內的各行各業，產品線十分豐富且更新換代迅速。民航業中DWDM、5G系統的應用和電信業中的應用沒有本質區別，此類設備也不在通信導航監視設備使用許可管理范圍內，建議按照不同的遠程塔臺規模及業務量需求合理選擇。Ⅱ類、Ⅲ類遠程塔臺，位于傳統塔臺所在機場，傳輸光纖資源一般較豐富。只需將圖1方案的DWDM和運營商光纜干線取消，替換為場內多路光纖直連即可。無線應急備份繼續使用電信運營商5G網絡，或者有條件的機場使用自建的5G體制民用航空機場場面移動通信系統(AeroMACS)?？紤]視頻信號的大數據量，不建議使用4G體制AeroMACS系統(或1.8 GHz機場無線通信系統)。

1.3 光學系統組成及設計

光學系統是遠程塔臺“可視”的基礎，也是最重要的“遠程替代”設備，既要滿足跑道、起落航線等塔臺管制需求，也要兼顧滑行道、停機坪、甚至機場控制區圍界的瞭望觀察。需要根據機場建筑物和跑道情況提前規劃，合理布置云臺、槍機、球機等視頻采集攝像頭的安裝位置。光學系統在遠程塔臺概念興起后已被納入民航局通信導航監視設備使用許可目錄的監視類別中，包括光學傳感器、云臺、時間同步單元等硬件及視頻融合模式等軟件部分。國內?？低?、大華等在安防監控領域市場份額較大的廠家都積極參與行業研究機構的遠程塔臺試點項目，但截至2021年10月發布的許可證目錄仍未有光學系統設備獲得臨時使用許可證。

攝像頭采集的原始視頻數量極大，經過專門的服務器融合拼接與視頻增強處理后，再提供給塔臺管制員使用。處理原始視頻的服務器歸入數據系統。原始視頻數據量大，全部傳輸到遠程塔臺則傳輸帶寬消耗極大，故只存儲在傳統塔臺。經過本地服務器融合處理后的視頻剔除了無效或冗余信息，數據量大為減小，應保存一份副本在遠程塔臺。

1.4 語音系統組成及設計

語音系統中的甚高頻系統用于機場管制范圍內的雙向地空通信，這一點遠程塔臺和傳統塔臺指揮需求一致，限于甚高頻地空通信覆蓋范圍，電臺必須安裝在傳統塔臺區域。為實現傳統塔臺和遠程塔臺皆可操控甚高頻電臺，圖1方案要求電臺能同時支持模擬音頻和VoIP音頻兩種工作模式。為此電臺音頻信號傳輸既需要PCM復用設備，也需要網絡傳輸設備。傳統塔臺距離近，通過PCM復用設備使用電臺E&M音頻接口。遠程塔臺距離遠，通過TCP/IP網絡傳輸設備使用電臺VoIP音頻接口。對應傳統塔臺的語音通信交換系統具備E&M無線通信接口，遠程塔臺的語音通信交換系統具備VoIP無線通信接口。民航空管部門很早就開始關注地空通信由模擬音頻向VoIP音頻過渡的趨勢，新修訂的行業標準《甚高頻地空通信地面系統第1部分：話音通信系統技術規范》(MH/T 4001.1-2016)和《民用航空空中交通管制語音通信交換系統技術要求》(MH/T 4027-2019)都對VoIP通信提出明確要求，進入使用許可證目錄的產品也都具備該功能。目前安裝使用的語音系統仍以國外產品為主，如德國Rohde&Schwarz電臺、奧地利FREQUENTIS 語音通信交換系統。語音系統的國產化替代發展很快，近年也持續推出有一定競爭力的產品，如海格電臺、沈陽空管技術開發公司的語音通信交換系統等。

其它話音類設備如席位應急電話，遠程塔臺和傳統塔臺可以各自使用所在地的電信運營商公共電話服務，并在對外協議中明確號碼。各種地空通信和地地通信的語音錄音，就近接入所在地記錄重放設備，可不必提供遠端查詢。

1.5 交互系統組成及設計

圖1方案的交互系統主要是鍵盤-鼠標-顯示切換器KVM。KVM可同時操作多臺計算機，既可以實際控制終端也可以僅觀看終端當前操作，實現快速的跨屏切換和實時信號推送抓取，支持人機分離、改善工作環境。交互系統雖然不屬于傳統意義上的通信導航監視設備，但其是否易用可靠，直接影響遠程塔臺管制員操作設備的感受。適用于長距離應用的有IP-網絡KVM和光纖KVM兩種。相較以以太網交換機為傳輸核心的IP-網絡KVM，光纖KVM運行在全光架構，有利于數據實時并發處理。主流光纖KVM產品的處理延時在20 ms以內，操作者幾乎無不適感，能更好地滿足遠程塔臺空管指揮低延時要求。光纖KVM也是一類在廣電轉播、公安調度等各領域廣泛使用的設備，國產廠家多但核心處理芯片通常依靠進口，如美凱、魅視。

安裝在傳統塔臺和遠程塔臺的數據系統通過光纖KVM輸入端納入同一個資源池統一調度。傳統塔臺和遠程塔臺兩端的管制員或設備維護人員，利用光纖KVM輸出端，根據事先設置的控制權限在不同系統之間靈活切換操作的終端。在充分溝通基礎上，可以確保遠程塔臺和傳統塔臺間管制許可移交和設備運維管理兩類關鍵業務的實時協作。

1.6 數據系統組成及設計

數據系統硬件就是通用的計算機服務器或工作站貨架產品，對各自功能起決定性作用的是特定的程序軟件。根據數據系統功能和所處理數據來源，分三種情況選址建設：

(1)主要數據來源于所指揮機場的系統，如氣象自動觀測系統，全部就近安裝在傳統塔臺端，遠程塔臺通過光纖KVM操作。

(2)主要數據來源于第三地的系統，如協同放行系統，終端工作站各自安裝在傳統塔臺和遠程塔臺所在地，分別借助專用數據網絡訪問第三地服務器。

(3)主要數據來自于空中目標的系統，如空管自動化系統或ADS-B小顯系統，處理服務器安裝在遠程塔臺，終端工作站各自安裝在傳統塔臺和遠程塔臺所在地。即使將來傳統塔臺不再保留，設備也容易搬遷到遠程塔臺作為備件利舊使用。

數據系統接入光纖KVM主機冗余配置，傳統塔臺和遠程塔臺席位安裝KVM輸出端，最多可以同時引接本地和遠端共4套光纖KVM主機，實現對全部設備的操作與監控。

2 指揮過渡

從傳統塔臺向遠程塔臺過渡的準備階段和模擬驗證階段主要完成硬件準備、人員培訓和仿真測試，以檢查流程、程序和設施是否完備有效。從試運行階段開始實際指揮。

結合圖1設備方案，試運行階段前期安排遠程塔臺管制員在席位上監聽傳統塔臺的地空通信指揮語音。使用光纖KVM的“控制模式”操作光學系統和氣象自動觀測系統等不直接涉及航空器指揮調度的數據系統。使用光纖KVM的“視頻模式”觀看傳統塔臺管制員的實時指揮操作。此階段“只監控不指揮”，幫助遠程塔臺盡快熟悉工作流程并建立情景意識。

待遠程塔臺管制員完成必要培訓后，進入試運行階段后期。在雙方協商的合適時間段，傳統塔臺將管制指揮許可移交給遠程塔臺，遠程塔臺實施地空通信指揮并直接操作指揮調度設備。傳統塔臺改為監聽通話，利用光纖KVM查看遠程塔臺設備操作?？稍诒匾獣r立即接管指揮，確保安全。遠程塔臺指揮結束后再次協商移交管制許可，此階段遠程塔臺“逐步嘗試指揮”。

傳統塔臺向遠程塔臺過渡全流程如表1所示。試運行階段傳統塔臺光纖KVM操作權限高于遠程塔臺。從試運行階段開始，傳統塔臺和遠程塔臺的設備維護人員就應做好溝通，密切監控設備狀態。一般從“就近便利”的角度，以“屬地原則”劃定雙方的設備運維責任。試運行階段之后的過渡階段、切換保護階段同樣遵循上述模式，但由傳統塔臺指揮為主漸進式過渡切換為遠程塔臺指揮為主，做到“分時段輪流指揮”，此時遠程塔臺光纖KVM操作權限高于傳統塔臺。整個過程隨時可以依據運行現場的人員、設備、天氣等綜合情況控制移交進度,實現平滑過渡，直到傳統塔臺僅作為遠程塔臺的應急回退備份，并最終經安全評估后獲批完全取消傳統塔臺。

表1 傳統塔臺向遠程塔臺過渡全流程

3 結論

本文結合民航局遠程塔臺試點工作要求，提出一種傳統塔臺向遠程塔臺平滑過渡的技術方案。通過硬件共享減少資源浪費，避免在傳統塔臺和遠程塔臺兩端重復建設保障設備。通過合理設置操作權限，可以在短時間內靈活高效地完成管制許可移交和應急接管，致力于解決傳統塔臺向遠程塔臺過渡的安全保障難點。利用遠程塔臺提升中小機場空管運行效能、提高大型機場機坪管制水平，是智慧民航在空管領域的落地應用，是行業治理體系和治理能力提升的重要體現。