相关进近最小雷达间隔有望缩小！打破发展“天花板”
首都机场是世界上最繁忙的三跑道机场，3条跑道为平行跑道，其中36L和01跑道之间相距3.485千米。而按照相关规定，航班在使用平行仪表进近模式时，雷达最小安全间隔标准为4千米。华北空管局通过与中国民航大学合作，使用精密的仿真软件模拟出一个令人期待的结果：如果两条跑道相关进近保持3.485千米的雷达间隔，到达容量可增加16.7%，一小时最多可增加9架飞机。这个数字对于首都机场的运行容量提升是非常可观的。
随着京津冀民航协同发展不断推进，地区内民航市场需求日益旺盛，但是由于空域等客观因素，区内世界第二繁忙机场的首都机场航班运行量日趋饱和。一方面是巨大的市场需求，另一方面则是不断贴近的保障“天花板”，该如何平衡？与此同时，为了让社会公众体验到更准点、更便捷的航班出行服务，航班正常工作水平也不断提升。面对多重要求，华北空管局积极探索以科技创新打破发展“天花板”，引领安全与效率并驾齐驱。
周越摄
在充分分析华北地区航班运行特点的基础上，华北空管局借助高校实验室、国内外领先技术力量，开展了基于激光雷达的机场风切变观测研究、平行跑道碰撞风险评估、空中交通管理性能可视化分析系统等多个项目合作，力求为华北地区的民航发展探索更大可能。
“华北空管将继续加强科研核心能力建设，激发空管科技工作者的活力与创造力，推进‘产学研用’深度融合，强化科技成果应用示范与推广，为华北空管发展进步注入创新活力，为推进民航空管高质量发展提供智慧支撑。”华北空管局局长文学正表示。
如何进一步挖掘首都机场运行潜力，提高运行效率，满足更多发展需求，提升公众出行品质，是华北空管局从未停止探索的课题。首都机场是世界上最繁忙的三跑道机场，3条跑道为平行跑道，其中36L和01跑道之间相距3.485千米。而按照相关规定，航班在使用平行仪表进近模式时，雷达最小安全间隔标准为4千米。如此一来，为确保安全，航班无法在上述两条跑道使用平行仪表进近。
“在拓宽发展空间的过程中，我们注意到了这一点。通过与中国民航大学合作，使用精密的仿真软件模拟出一个令人期待的结果：如果两条跑道相关进近保持3.485千米的雷达间隔，到达容量可增加16.7%，一小时最多可增加9架飞机。这个数字对于首都机场的运行容量提升是非常可观的。”华北空管局相关负责人介绍。
空管创新首先要确保安全，这是华北空管始终坚持的原则。为了验证这一创新突破的安全性，项目组做了大量实验，建立了基于位置误差概率的碰撞风险模型，设计了管制员特情反应时间测试方案并进行了为期10天的测试。为了保证实验的有效性，项目组收集了6个月的实际运行数据并进行分析，获得了位置误差概率模型的相关参数，最后通过仿真计算得出结论，并把实验结果与国际民航组织（ICAO）的相关研究作了对比。
研究结果表明，首都机场36L和01跑道相关平行仪表进近所需的雷达间隔缩短到3.485千米后，没有显著的运行风险增大，仍符合ICAO公布的安全目标要求。
目前，华北空管局正在积极向相关部门申请在首都机场率先推行这一标准，以进一步提升运行效率。
“华北空管局的科研工作以提高安全高效发展水平为目标，聚焦解决安全运行中的难点与热点问题。”华北空管局总工程师谢玉兰表示。
业内人士都了解，对飞机起飞和着陆安全威胁的一大因素就是低空风切变。低空风切变不仅能使飞机偏离航迹，也可能使飞机失去稳定。如果飞行员在这个过程中处置不当，则有可能造成非常严重的后果。国际民航组织的统计数据显示，2014年~2016年，由于湍流等大气波动引起的风切变事故共51起。风切变的成因很多，一方面受某些常见的天气如雷暴、大雨、冷锋、低空急流影响形成；另一方面也可能受地理环境、地形条件及机场周边的建筑物遮挡影响产生。
华北空管局在长期的实践中总结发现，首都机场西跑道的风速数值与其他两条跑道存在一定差异，特别是大风天气条件下明显偏小于中跑道和东跑道风速数值，出现风切变的可能性更大。而北京在春秋季，刮风的天数很多。华北空管局气象中心数据显示，2017年11月、12月就有20天出现大风天气，收到风切变报告11份。
为了减少风切变对航班运行的影响，进一步加强地空风切变预警，为管制员在航空器着陆阶段指挥提供更好的气象支持，华北空管局与中国海洋大学合作，正在进行基于激光雷达的机场风切变探测研究。
此外，今年1月，华北空管局在首都机场西跑道南北端安装了两套国产激光雷达设备，收集西跑道风场相关数据。“这套设备可以有效弥补天气雷达在晴空条件下对风场探测的不足，与天气雷达相互补充。”华北空管局气象中心设备室副主任张建军说。由于工作原理不同，现有的天气雷达在晴空条件下对低空风的监测能力不足，无法给预报员在晴空条件下进行风切变预报提供有力的数据支持。
“我们计划用两年时间，通过大量数据分析，完成西跑道上空的实时风场探测，找出西跑道风切变的成因、发生高度和触发条件，为首都机场风切变的探测探索适宜的方法，形成切实可用的产品，改变现在风切变预警比较被动的情况，使管制员提前向机组通报风切变情况，通过关口前移加强预警，把对飞行的不安全因素减到最少。”张建军对这项新技术应用充满信心。
据介绍，在北京新机场，华北空管局同样配置了一套激光雷达设备，能够同时监测多条跑道的风场情况，目前设备即将进行设备验收。华北空管局于3月4日正式启动了人员培训工作，为设备在新机场投入运行打好基础。
在管制屏幕上，一个小亮点就代表一架航空器。可以说，航空器的整个飞行过程本身就是一个“行走的”大数据库。如果能把这些运行信息提炼出来，挖掘数据背后的价值，总结规律，再指导实际工作，那将对运行效率的提升起到事半功倍的作用。
为此，华北空管局和北京大学可视化与可视分析实验室联合开展空中交通管理性能可视化分析，通过集成航班号、目的地机场、实时位置、实际起降时间等不同属性的航空数据，形成多维信息空间并生成数据图像，把数据及其内在关系反映到图形图像上，方便用户从中轻松直观地读懂数据代表的含义。研发人员形象地把数据处理加工的过程称作让数据“活起来”。
华北空管局空管部马晓阳解释，如果想了解首都机场内某一特定航班在雷雨或低能见度等天气条件下的离港运行情况，只需要选定航班号，选取相应的时段，就能迅速获取该航班在推出开车、地面滑行、跑道外等待等阶段的所有数据，最终得到可视化的信息。
“这个系统最大的用处是能够准确、可视化地掌握每一个航班在任意时刻的飞行动态，为决策提供了非常直观的辅助手段。”谢玉兰表示。
目前，该系统还处于研发的第一阶段。下一步，华北空管局将在开放实验室开发一套系统，与北京大学一起对数据收集、轨迹信息分析、延误信息分析、地面滑行道和跑道信息分析、空间视图、时间视图、不同要素的相关性等模块进行共同研发，还将通过重现航班滑行的详细过程以及交互式筛选，进行机场滑行道拥堵分析。
从1996年率先在民航空管系统实现雷达管制，到2012年建成CDM系统，再到2017年在全国首次完成HUD能见度150米试飞，华北空管始终不断向科技要发展空间。近年来，华北空管局科技立项自研发87项，成功投入业务运行45项，还承担了多项重大课题研究任务，成立了5个开放共享实验室，打造科技创新孵化器。未来，在智慧空管的建设征程中，他们将继续努力。