潘健

摘 要：空中交通管制塔臺(tái)內(nèi)話系統(tǒng)在飛機(jī)上占有重要的地位，它主要是培訓(xùn)塔臺(tái)的管制人員，以及評(píng)估現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)的容量等問(wèn)題。它和航管雷達(dá)的模擬機(jī)、程序管制模擬機(jī)組合在一起成了新一代的模擬器產(chǎn)品。無(wú)論是軍用還是民用，它都能提供安全、全面、高效的服務(wù)。它主要采用了原語(yǔ)設(shè)計(jì)的計(jì)算內(nèi)核，再配上對(duì)象建模技術(shù)和核心的圖形驅(qū)動(dòng)技術(shù)，對(duì)于國(guó)外同類產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)而言，其有過(guò)之無(wú)不及。

關(guān)鍵詞：空中管制；擴(kuò)展塔臺(tái)；內(nèi)話系統(tǒng)研究

引言

歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在上世界七十年代就已經(jīng)開始研發(fā)這種系統(tǒng)了，到八十年代時(shí)開始大量應(yīng)用到航管專業(yè)人員的培訓(xùn)上。塔臺(tái)模擬機(jī)系統(tǒng)采用包括虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在內(nèi)的多項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)，是運(yùn)用于人員訓(xùn)練的有效設(shè)備，透過(guò)計(jì)算機(jī)逼真的再現(xiàn)了塔臺(tái)管制員的工作環(huán)境。它最大的優(yōu)點(diǎn)就在于模擬實(shí)驗(yàn)的真實(shí)感強(qiáng)烈并且還不會(huì)發(fā)生意外，能鍛煉實(shí)驗(yàn)人員的快速反應(yīng)能力。

1 空中管制擴(kuò)展塔臺(tái)內(nèi)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)在于把握好系統(tǒng)設(shè)計(jì)瞄準(zhǔn)的高度和出發(fā)點(diǎn)，具體的設(shè)計(jì)原則如下：

（1）高起點(diǎn)：要看清楚科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，要和外國(guó)保持同步，不能被落下，更不能總是仿制外國(guó)產(chǎn)品。外國(guó)的科技也總是在發(fā)展的，所以在設(shè)計(jì)時(shí)起點(diǎn)一定要高，這樣才能避免我國(guó)的產(chǎn)品剛生產(chǎn)就沒(méi)趕上潮流，要讓產(chǎn)品到最后的實(shí)際應(yīng)用和推廣階段也不會(huì)被潮流剩下。

（2）采用“貨架產(chǎn)品”的設(shè)計(jì)模式。采購(gòu)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的軟硬件設(shè)備，然后依靠這些先進(jìn)的設(shè)備擁有自己獨(dú)立版權(quán)的軟件系統(tǒng)[1]。采用這種模式，不僅是發(fā)展趨勢(shì)的必然要求，還能保證產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、節(jié)省生產(chǎn)成本等。

（3）要采用標(biāo)準(zhǔn)和具體情況相結(jié)合的辦法，將生產(chǎn)產(chǎn)品的具體情況和國(guó)際上規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，還有我國(guó)具體的國(guó)情等。

（4）可擴(kuò)展性。塔臺(tái)內(nèi)話系統(tǒng)能有多種不同的配置，擁有較好的擴(kuò)展性。

2 具體的系統(tǒng)組成和工作流程

內(nèi)話系統(tǒng)是由一系列的軟件和硬件組成的。這種組合方法能讓系統(tǒng)更加的模塊化，這樣一來(lái)可以匹配更多的配置系統(tǒng)。“席位”或者“子系統(tǒng)”是組成模擬器的最基礎(chǔ)的部件，這些都是進(jìn)行空管訓(xùn)練最基本的，不同的部件都有不同的功能，它們靠太局域網(wǎng)來(lái)互相連接，組成一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)。

其中數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是讓機(jī)器實(shí)現(xiàn)離線運(yùn)行的系統(tǒng)，能夠放置到一個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)上。模擬通訊的子系統(tǒng)是單獨(dú)聯(lián)系通話的系統(tǒng)。同步數(shù)字系統(tǒng)和通訊子系統(tǒng)靠RS232系統(tǒng)聯(lián)合在一塊，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，完成圖像和聲音的同步傳輸。

（1）實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器是整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)的核心。在訓(xùn)練的不同過(guò)程中，它都發(fā)揮著不同的作用，以便提供當(dāng)前具體情況的信息，同時(shí)也接收著模擬器傳來(lái)的其他指令，以便完成運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的計(jì)算。

（2）透過(guò)實(shí)時(shí)視景生成器能夠及時(shí)繪制塔臺(tái)外看到的三維景象，觀看到的景象由實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。

（3）管制員席位向?qū)W院顯示各種狀態(tài)信息，比如飛行計(jì)劃和氣象信息等信息，這些同樣是由實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行提供。不僅如此，它還能提供其他部件的服務(wù)，比如燈的開關(guān)，和引導(dǎo)系統(tǒng)。

（4）模擬機(jī)長(zhǎng)席位。模擬幾張通過(guò)鍵盤向管制人員輸入相應(yīng)的命令，模擬塔臺(tái)環(huán)境中的物體就能隨著命令而運(yùn)動(dòng)。控制命令會(huì)將其所有運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，服務(wù)器會(huì)根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算出目標(biāo)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，比如速度、高度、方向以及目標(biāo)的性能情況等，再將這些數(shù)據(jù)發(fā)往各個(gè)席位，提供實(shí)時(shí)信息。

（5）數(shù)據(jù)庫(kù)提供。具體提供包括氣象模型、三維視景模型、機(jī)場(chǎng)有關(guān)數(shù)據(jù)、管制空域情況等在內(nèi)的管制命令，并且為塔臺(tái)的管理提供所需的各種數(shù)據(jù)。

（6）模擬通訊系統(tǒng)。主要是為模擬塔臺(tái)內(nèi)話系統(tǒng)中的機(jī)長(zhǎng)和管理人員提供無(wú)線電通訊。

（7）數(shù)字同步記錄系統(tǒng)。在實(shí)施網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的控制下，塔臺(tái)內(nèi)話系統(tǒng)再利用這種系統(tǒng)在傳輸過(guò)程中的圖像和聲音，并且可以根據(jù)需要來(lái)重復(fù)的播放。

（8）環(huán)繞立體聲系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以真實(shí)再現(xiàn)飛機(jī)在起飛、降落、滑行等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下產(chǎn)生的環(huán)境音。

3 具體系統(tǒng)工程

將所有數(shù)據(jù)讀取到位，并且安排好席位之后開始訓(xùn)練。受訓(xùn)人員可以直觀的從三維視景器中觀看到飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況，以及實(shí)時(shí)顯示飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信息[2]。通訊模擬器通過(guò)系統(tǒng)向機(jī)長(zhǎng)發(fā)出命令，機(jī)長(zhǎng)將命令輸入系統(tǒng)，繼而控制機(jī)器。管理教練甚至可以自己設(shè)置一些環(huán)境問(wèn)題，比如風(fēng)速、風(fēng)向等；也能設(shè)置一些機(jī)器故障來(lái)提高訓(xùn)練質(zhì)量。

4 系統(tǒng)在運(yùn)行中存在的一些問(wèn)題

4.1 實(shí)施面對(duì)對(duì)象建模技術(shù)

因?yàn)樗_(tái)模擬機(jī)在現(xiàn)實(shí)中的系統(tǒng)復(fù)雜性比較高，并且有很大的動(dòng)態(tài)性和不確定性等特點(diǎn)，所以向來(lái)都被系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)者認(rèn)為是軟件工程中的一大難題。而一般的面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)也無(wú)法搭配在這種系統(tǒng)中。后來(lái)一位國(guó)際軟件工程專家提出了一種可視化的語(yǔ)言方法，大幅度的提高了開發(fā)系統(tǒng)的質(zhì)量和效率等棘手問(wèn)題，并且還針對(duì)性的實(shí)現(xiàn)了對(duì)語(yǔ)言的支持，成功的應(yīng)用在系統(tǒng)中。

4.2 采用原話實(shí)現(xiàn)計(jì)算內(nèi)核

雖然塔臺(tái)管制只分為地面管制和空中管理兩大部分，但在管制的過(guò)程中需要的命令會(huì)多達(dá)一百多種，并且隨著各國(guó)的使用和本身技術(shù)的進(jìn)步，這個(gè)數(shù)字還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。在以往相關(guān)系統(tǒng)的生產(chǎn)銷售過(guò)程中，就曾經(jīng)為這種問(wèn)題花費(fèi)了大量的人力和物力，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的維護(hù)和推廣。而在現(xiàn)在的模擬器中，可以將周圍各種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的情況分解成原語(yǔ)，最后以原語(yǔ)編程的形式呈現(xiàn)，這樣既能滿足人們的要求，還保證了設(shè)計(jì)的版塊不會(huì)受到損壞。

4.3 高端通用圖形工作站和自研圖形核心軟件相結(jié)合

要硬件的質(zhì)量有保證，就得使用高端的圖形工作站。它比專用圖形的產(chǎn)生器有更高的性價(jià)比，并且在圖形工作站的軟件設(shè)計(jì)上和OpenGL[3]相結(jié)合，以此來(lái)保證系統(tǒng)效率和未來(lái)的可移植性。它并沒(méi)有采用非常貴的視景驅(qū)動(dòng)軟件包，所以成本有所降低，并且很容易掌握相關(guān)的核心技術(shù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前我國(guó)已經(jīng)成功研發(fā)，并且使用了這種先進(jìn)的設(shè)備，民航和中南空管局等多個(gè)部門先后在模擬機(jī)上培訓(xùn)了幾百名塔臺(tái)專業(yè)人員。塔臺(tái)的單、雙跑道的運(yùn)行方式，以及過(guò)大的起飛或落地動(dòng)作，在運(yùn)行時(shí)間和地面的管制方面都進(jìn)行了全面的訓(xùn)練，均取得了令人滿意的效果。

現(xiàn)在由于技術(shù)的發(fā)展，塔臺(tái)模擬機(jī)又新推出了DRS系列的產(chǎn)品、DPS系列的程序模擬機(jī)等先進(jìn)的系統(tǒng)，這些又組成了新一代的空中交通模擬訓(xùn)練的先進(jìn)產(chǎn)品，保證了空中交通管制人員的安全，又提高了訓(xùn)練的效率，更新了塔臺(tái)所有相關(guān)的培訓(xùn)設(shè)備。除此之外，這種先進(jìn)的技術(shù)還能評(píng)估現(xiàn)有的機(jī)場(chǎng)容量和流量，并且為進(jìn)行新機(jī)場(chǎng)的建設(shè)提供模擬和評(píng)估，一舉多得。

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