APM 告警适配优化方法探讨

□ 内蒙古空管分局 侯军胜 白志刚/ 文

APM 告警是进近和塔台最关注的告警项，它能实现对飞行器在航向道和下滑道两个维度状态的监控。APM 适配参数需要通过本地化的实际航班数据和特别设计的告警场景进行离线优化，同时要经过在线试运行进行调整，而且在正式生效后，会持续不断的对运行效果进行监测，最终得到本地最优的适配。

随着空中流量的增加和技术的发展，空管自动化系统的告警从原有的 “两项告警” 功能（即短期冲突告警和最低安全高度告警）完善发展为近五十种告警和提示。 其中， 进近航道监视（Approach Path Monitor，APM）告警是空管自动化系统中一类非常重要的告警，主要用于探测降落飞机在最后进近过程中是否偏离预定义的安全区域。

APM 告警对于进近和塔台两个管制单位尤为重要。系统一旦产生告警，将在进近、塔台和主任席产生清晰的语音和视频告警，管制员也会及时向飞机进行提醒，否则将会造成严重后果。因此，APM 告警参数的设置显得尤为重要，应该根据跑道和空域的实际情况进行适配，既不能漏警或延迟告警，也不能产生虚警。本文将对APM 告警参数的适配和优化方案进行探讨。

告警参数

APM 告警不同于低高度告警，对应于飞机在实际进近过程中对准飞行的航向道和下滑道过程，其包含了水平和垂直两个维度的数据处理。APM 告警的示意图如图1 所示。

根据跑道定义，APM 告警参数是成对设置的。参数设置时，需要管制员配合确定最后进近路径定义的空域范围。根据图1 可知，APM 告警参数包括：接地点位置、APM 区域半径、APM 抑制区域半径、安全宽度、侧向角度、下滑道角度、下滑道角度容差值等。

在确定APM 路径定义和参数时，需要考虑如下因素：

（1）飞机性能，特别是与最大下降速度和垂直加速度有关的性能。在正常情况下，典型的垂直加速度速率在250ft/min/S 左右。然而，在紧急情况下，许多飞机很容易超过这一值；

（2）本地进场策略。除了对飞机性能限制考虑之外，不同类型的空域通常还会有额外的进场限制需要加以考虑。例如，飞机在某一特定跑道高度（如3000 英尺）进入下滑道，可能会需要对进近路径的大小和形状加以限制；

（3）预警时间。最小告警时间是指管制员不可能发出指令和飞机不可能完成必要操作的时间。这一参数直接限制了进近路径的定义。飞机类型和操作的局部变化也可能导致进近路径的相应变化；

（4）监视跟踪性能。在确定APM 参数和设计进近路径时，应考虑垂直跟踪器的性能。例如，应考虑监视信息滞后、垂直下滑等导致飞机偏离理想的进近路径。因此，需要对各参数考虑一定的容差，以避免过多的虚警。同时，冲突计数机制也可用于减少虚警的数量。

上述因素将作为设置APM 适应性参数时需要考虑的实际限制条件。

适配优化方法

系统适配优化必须采用数据对效果进行检查，建议先采用实际航班的录取数据，然后采用特殊设计的告警场景模拟数据。通常应该对所有跑道和所有冲突检测场景( 下滑面以下、下滑面以上、横向偏差等)执行迭代优化过程。

适配优化建议包含四个阶段：

（一）采用实际航班数据进行检验

实际航班数据一般用来确定初始适配参数，比如确定接地点坐标、APM 区域半径、APM 抑制区域半径、安全宽度、侧向角度、下滑道角度、下滑道角度容差值等。

在优化中应该使用足够多的数据，尽量包含所有典型流量模式的数据，最好能够在一年的不同时间和不同天气条件下收集数。因为这些数据可能会影响最终进场时的运行模式和飞机行为。但是，产生足够数量的符合本地运行模式的现实场景是一项非常耗时的任务。一般来说，一个月数据应该可以提供足够的基础样本。

一定时间段的实际航班数据可以为测试目的生成相对完全的人工场景，但是某些特定场景可能没有得到充分表示，这就需要在后面的特殊告警场景测试中加以补充。

上述过程中生成的参数集应该在管制员的配合下根据实际效果进行反复调整。在初始化适配参数条件下，系统不应该产生告警。

（二）针对告警场景进行优化

初始参数确定后，需要针对各类告警场景对参数进行进一步的测试，以确保所有场景都可正确产生告警。一般情况下，初始化参数肯定是不完备的，在采用告警场景进行测试后，优化的参数集性能应该更高。

APM 告警并不经常发生，所以必须针对各种场景进行充分的测试。测试场景对于演示可能发生的各种冲突情况非常有用。为了提高一种情况的告警性能而牺牲其他情况的告警性能是不可取的。因此，作为系统参数适应过程的一部分，必须考虑到各种各样的情况。具体测试场景设计将在本文后面进行详细论述。

优化后的参数经过确认后可用于试运行。

（三）试运行

上述使用实际航班数据及告警场景优化可视为“离线” 测试。因此，当APM 参数初始化并进行告警场景优化测试后，在正式上线生效之前，应该在实时的管制环境中进行试运行。管制人员可以通过本过程提出更多优化的修改意见，有助于增强对系统的信心。

试运行过程中应尽量收集虚警率的相关资料。因为过多的干扰告警将减少真正告警的影响，从而降低APM 的潜在有效性。管制单位可接受的虚警率只能由实际操作经验来确定。如有可能，应提供业务试验期间的数据，以便能够在发现问题的情况下对提出的解决办法进行测试。修改后的参数集应该再次针对告警场景数据集运行测试。

（四）运行监测

本场运行模式、设备状态和空中交通流等条件都随时间变化。这些因素对APM 的最优参数集均有影响。因此，应当把系统的适配优化看作是一个持续的过程，该过程不应当在系统参数正式运行生效后就停止。应经常检查系统的表现，并不时检查最佳参数集。现场应建立适当的业务监测程序，以便尽早发现技术问题。

测试场景设计

测试场景测试是适配优化过程中非常重要的一步。 合格的场景设计可以充分实现各种情况下的测试预期。

设计场景时， 可以根据最后进近路径的要素对其进行分类以避免遗漏。下文具体描述了笔者对APM 各主要测试场景的理解。

（ 一） 下 偏离进近路径

本场景的目的是测试在飞机下降到定义的进近路径之下的告警。 模拟信号设计为在标准进近路径内出现， 然后下降到标准进近路径以下。 当飞行器下降到规定的进近路径以下时， 系统应立即进行APM 告警。

该场景如图2 所示。

（ 二） 上 偏离进近路径

本场景的目的是测试飞机爬升到定义进近路径之上的告警。 模拟信号设计为在标准进近路径内出现， 然后爬升到标准进近路径之上。 当飞机偏离规定的进近路径时， 应立即显示APM 警报。

该场景如图3 所示。

（ 三） 水 平偏离进近路径

本场景的目的是测试飞机水平偏离定义进近路径下的告警。模拟信号设计为在标准进近路径内出现，然后水平方向偏离标准进近路径。当飞机偏离规定的跑道进近路径时，应立即显示APM 警报。

该场景如图4 所示。

（ 四） 在进近路径下方切入航向道

本场景的目的是测试飞机转向航向道低于标准进近路径下的告警。 模拟信号设计为在标准进近路径内出现， 然后转向航向道。 飞机从标准进近路径下方接近下滑道。APM 告警应在飞机水平方向与跑道进近高度一致时立即显示（ 在水平高度和与跑道高度足够对齐的航向范围内）。

该场景如图5 所示。

（ 五） 在进近路径上方切入航向道

该场景的目的是测试当飞机转向指定进近路径上方定位器时的告警。模拟信号设计为在标准进近路径外出现，然后转向航向道，飞机从标准进近路径上方接近下滑道。APM 告警应在飞机水平方向与跑道进近高度一致时立即显示（在水平高度和与跑道高度足够对齐的航向范围内）。

该场景如图6 所示。

（六）在3000 英尺的高度切入下滑道

该场景的目的是测试当飞机在3000 英尺高度切入下滑道时的告警。模拟信号设计为在3000 英尺的标准进近路径内水平启动并切入下滑道。此场景应没有APM 告警产生。

该场景如图7 所示。

（七）离场起飞

本场景的目的是测试当飞机在APM 保护下离开跑道时的告警。模拟信号设计为航班离场，飞入标准进近路径，从下滑道上方飞行离开进近路径。此场景应没有APM 告警产生。

该场景如图8 所示。

结论：

通过采集近一个月的本场实际航班数据对APM参数初始定义，同时采用特别设计的七个场景对自动化系统的告警效果进行测试，得到了优化效果较为理想的APM 适配参数。根据近期管制试运行，可以证明本文所述优化方案是有效的。当然，后续还需要持续不断的对运行效果进行监测，才能得到本地最优的适配参数。

通常，管制员或设备保障人员更为关注空管自动化系统中的短期冲突、限制区、低高度等类型的告警，对其参数适配要更为重视。而起飞和落地是飞行全过程中最关键的阶段，但由于本场附近会划设一些告警抑制区，因此APM 告警对进近和塔台来说尤为重要。本文中提到的适配方法其实不限于APM 告警，加以变化可以适用于空管自动化系统中的其他告警，但需要对测试场景加以改变。