空中交通管制指挥监测系统ATCCMS

一、项目的意义

随着我国经济的迅速发展，空中交通运输日益繁忙。据统计，目前我国的民用航空业正以每年 15% 的速度增长，到二十一世纪我国将跻身世界空运大国行列。随着空中交通流量的迅速增加，空中飞行情况也将更加复杂化，为保证未来安全、高效、经济的空中运输，降低空中交通管制员和飞行员的劳动强度，有效地管理、调节空中交通流量，提高我国空中交通管制自动化水平已成为我国当前空管系统建设亟待解决的重要课题。

根据我国国情，目前以及今后相当长的一段时期内，空中交通管制服务主要是依靠管制员的人工分析判断并通过陆空话音通讯来实施。因此，在空中交通流量加大和飞行情况复杂的状况下，往往会因为工作疲劳、紧张等因素造成管制员注意力不集中、分析判断反应能力下降，从而导致在通话中出现表述或理解错误，从而造成空中危险接近、飞行冲突，严重的会酿成空难事故。为此，需要利用现代信息技术和现代系统技术，研制“空中交通管制指挥监测系统”（ Air Traffic Control Command Monitoring System, 简称 ATCCMS ）来为管制员的指挥调度提供辅助支持，并通过管制通话识别、航迹预估、冲突探测等措施实现大提前量的冲突预测报警，使管制员能从容解决未来可能发生的冲突，从而有效减少或避免上述错误的发生，确保飞行安全。

ATCCMS 的基本思路是：采用语音识别技术，对陆空通话进行实时监测，从管制员的话音命令中提取有关管制方案的重要信息，与雷达数据、飞行计划数据相关，构成一个集成的信息系统；再根据管制员命令预估飞机未来的飞行状态，随时判断飞机是否满足与其它飞机的安全间隔，对可能发生的飞行冲突及时向管制员报警，把飞行冲突有效地消灭在错误动作之前。同时 ATCCMS 通过实时地分析陆空话音通信，记录并预测飞机的飞行状态和空域飞行流量，存入飞行状态数据库，为建立集成的民航飞行信息系统和流量管理系统提供基础数据源。从而为加强整个民航的信息管理、优化空中流量和实现航班经济调度作好基础工作，因此具有深远的意义。

二、 项目的主要内容

Raytheon 雷达和 Alenia 雷达信号采集、分析、识别和预处理；

管制通话识别与处理：

对管制员规范化英语命令进行语音识别、语义提取和错误处理，实现从语音音频信号到计算机可处理文本格式数据的转换以及同相应动作指令的匹配。管制员需按照民航总局颁布的《空管标准通话用语手册》用英语通话；并在统一开发的语法文件下，通过语音训练，建立各自的语音模型，以提高识别率。

飞行计划与雷达数据相关：

从已有的飞行计划 MIS 系统和飞行电报动态处理系统提取飞行计划（ FPL ）、飞行预报（ PLN ）、和重复性飞行计划（ RPL ）等信息，根据应答和识别代码（ SSR Code ）与雷达识别的目标数据相关，以提取飞行器的飞行状态信息。

语音识别信息后期处理：

把识别出的语音命令与飞行状态信息进行相关分析，并根据空管规则，确定是对管制通话识别结果进行修正，或提示管制员对所发指令进行确认。与管制通话识别相结合的语义理解准确率应达 99% ，对错误指令的报警率应达 95% 。

航迹预估与伪航迹分析

建立航迹预估数学模型，并通过相应数据接口调用飞行计划、飞行器性能、气象、空域和雷达信息，以生成管制员管制空域内各飞行器未来一段时间内比较精确的预估航迹。把识别分析后的管制命令输入航迹预估模型，以生成飞行器的伪航迹。航迹与伪航迹以一定步长离散航迹点格式储存并提供系统使用。

冲突探测与冲突报警

为了大提前量地预测冲突和进行冲突报警，必须建立实用有效的二维、三维冲突探测概率分析算法和相应的误差概率分析模型及报警逻辑，以便在管制员管制空域内及时将目标飞行器的伪航迹同其它飞行器航迹进行比较、分析。一旦发现可能发生冲突，能够及时地测算出最小间隔、达到最小间隔的时间和冲突概率等；根据以上探测的结果，报警逻辑根据事先设定的准则作出冲突存在的判断，并通过显示屏进行冲突报警。从完成识别管制员语音命令到冲突报警的总响应时间应不大于 2 秒。

综合信息获取（ CIAS ）

在现有各种有关信息系统和航管基础信息集成的基础上， CIAS 能根据空管局管理决策者对空中交通管制各类综合信息的查询需求，即及时从各数据源数据库抽取相关基础数据，快速生成管理决策需要的综合信息，以便最大程度地支持管理决策者利用 ATCCMS 中集成化的信息从事管理和科学化决策。

三、 项目所达到的水平

（空中交通管制指挥监测系统 ATCCMS 验收意见）

1． 由华北空管局和清华大学国家 CIMS 工程研究中心共同参加的 ATCCMS 联合研制组经过两年多的共同努力，完成了 ATCCMS 应用研究原型系统的开发，经现场调试和测试，实现了立项时提出的各项主要技术指标，整个原型系统功能丰富，稳定性好，具有较高的实用价值。

2． ATCCMS 管制命令语音识别子系统基于 Verbex 语音识别卡实现了英文、中文和中英文混合管制指令的识别，超额实现了“英文管制指令识别”的设计目标；经过语音识别后期处理，具有较高的稳定性和识别率。

3． ATCCMS 雷达显示子系统是根据雷神雷达显示终端标准开发的具有自主知识产权的软件，人机界面友好，显示信息丰富，系统运行稳定；在统一的计算机屏幕上实现了雷达数据、飞行计划数据和管制员语音指令信息的集成显示。

4． ATCCMS 对飞机的未来航迹实现了三种方式的预估，即基于当前状态的外推平滑预估、按飞行计划的预估和根据相关管制指令的伪航迹预估；并在航迹预估的基础上实现了大提前量的多级冲突报警机制。

5． ATCCMS 飞行流量监测子系统实现了对当前北京管制区多种飞行流量数据的统计分析，包括首都机场的起降动态统计和预测，管制区全空域流量统计、管制扇区流量统计、导航台与位置点流量统计和主要航路段的流量统计。

6． 联合项目组还取得了一系列深入的理论成果，包括：二维和三维情况下的冲突概率算法、空中交通短期流量的优化调度模型及其算法等。

7． 验收组一致通过对“空中交通管制指挥监测系统 ATCCMS ”项目的验收。希望双方继续友好合作，在现场试用的基础上，进一步对原型系统进行改进和完善，争取尽快达到安全生产实用系统的要求。