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阿喀琉斯之踵-飞行计划——运行是个玄学11
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2023.08.30 北京

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运行是个玄学系列着眼于运行上一些热点研究。运行是多个变量组成,必然呈现纷繁的表象。我们得在这个玄学里找到规律,才能更好驾驭运行。

昨天英国空管公司NATS(National Air Traffic Services)发布了一个消息,其飞行计划相关系统故障,字不多,事情不小

Air Traffic Control system update          
空中交通管制系统更新

28 August 2023二〇二三年八月二十八日

Statement at 12:10 UK time          
英国时间12:10发表声明

We are currently experiencing a technical issue and have applied traffic flow restrictions to maintain safety. Engineers are working to find and fix the fault.          
我们目前遇到了一个技术问题,并已应用交通流量限制,以保持安全。工程师们正在努力寻找并修复故障。

We apologise for any inconvenience this may cause.          
我们对由此造成的不便深表歉意。

Please check with your airline on the status of your flight. We will provide updates on www.nats.aero for the latest news and on X – @NATS.          
请向您的航空公司查询您的航班状态。我们将在
www.nats.aero和X- @NATS上提供最新消息

Statement at 12:40 UK time          
英国时间12:40发表声明

We are continuing to work hard to resolve the technical issue. To clarify, UK airspace is not closed, we have had to apply air traffic flow restrictions which ensures we can maintain safety.          
我们正在努力解决技术问题。澄清一下,英国领空没有关闭,我们不得不实施空中交通流量限制,以确保我们能够保持安全。

Statement at 14:20 UK time          
英国时间14:20发表声明

This morning’s technical issue is affecting our ability to automatically process flight plans. Until our engineers have resolved this, flight plans are being input manually which means we cannot process them at the same volume, hence we have applied traffic flow restrictions. Our technical experts are looking at all possible solutions to rectify this as quickly as possible.          
今早在我们的工程师解决这个问题之前,飞行计划是手动输入的,这意味着我们无法以相同的数量处理它们,因此我们应用了交通流量限制。我们的技术专家正在研究所有可能的解决方案,以尽快纠正这一问题。

Our priority is ensuring every flight in the UK remains safe and doing everything we can to minimise the impact. Please contact your airline for information on how this may affect your flight. We are sincerely sorry for the disruption this is causing.          
我们的首要任务是确保英国的每一架航班保持安全,并尽一切努力将影响降到最低。请与您的航空公司联系,了解这可能对您的航班产生的影响。我们对由此造成的干扰深表歉意。

Statement at 15:15 UK time          
英国时间15:15发表声明

We have identified and remedied the technical issue affecting our flight planning system this morning. We are now working closely with airlines and airports to manage the flights affected as efficiently as possible.  Our engineers will be carefully monitoring the system’s performance as we return to normal operations.          
我们已经确
修复了今天早上影响我们飞行计划系统的技术问题。我们正与航空公司和机场密切合作,尽可能有效地管理受影响的航班。我们的工程师将在我们恢复正常运营时仔细监控系统的性能。

The flight planning issue affected the system’s ability to automatically process flight plans, meaning that flight plans had to be processed manually which cannot be done at the same volume, hence the requirement for traffic flow restrictions.  Our priority is always to ensure that every flight in the UK remains safe and we are sincerely sorry for the disruption this is causing. Please contact your airline for information on how this may affect your flight.          
飞行计划问题影响了系统自动处理飞行计划的能力,这意味着必须手动处理飞行计划,而这无法在相同的数量下完成,因此需要交通流量限制。我们的首要任务始终是确保英国的每一个航班保持安全,我们对由此造成的干扰表示诚挚的歉意。请与您的航空公司联系,了解这可能对您的航班产生的影响。

Statement at 19:30 UK time          
英国时间19:30发表声明

A message from our Operations Director about today’s disruption.          
我们的运营总监发来的关于今天中断的消息。

BBC专门跟踪了此事进展

交通部长也忘记出来

这次事件美国上次航行通告系统事件的影响类似,空管部门一头包。情报系统一样,飞行计划系统也是重要的信息系统之一,但好像一直有点游离。主要由于飞行计划天天用,太熟悉了,但是又没有几个人说的清楚,首先引用一些名词解释:

飞行计划 向空中交通服务单位提供的关于航空器一次预定飞行或部分飞行的规定资料。

申报的飞行计划(FPL) 由驾驶员或指定的代表向某一ATS 单位申报的无任何随后更改的飞行计划。

注:当该名词之后缀以“电文”两字时,它表示发出的申报的飞行计划数据的内容和格式。

标准电文内容 《空中航行服务程序 — 空中交通管理》(Doc 4444 号文件)中就显示格式、预定用途和特性规定的电文组成部分。

看了这些文字,懂得懂,不懂的人还是不懂。飞行计划这词国际就有不同的含义

“飞行计划”一词具有不同含义。它可包括对整个飞行航线飞行计划全部内容的完整资料的说明,或者为了取得一小段飞行(如穿越航路或在管制机场起飞或着陆)的放行许可所需要的有限资料。

国内更多了,冠上飞行计划名称有一大堆,有广义(泛指所有飞行动态电报,例如飞行计划处理系统这种名称),狭义的(填报飞行计划报文FPL),还有在其基础上扩展产品(公司签派给机组的飞行计划flight plan),包含航行诸元、飞行性能装载等等,所以大家看了都会糊涂,说说个人理解

定义的查找与其关联性:

飞行计划的定义:CCAR93和ICAO的定义是一致的飞行计划(FLIGHTPLAN)向空中交通服务单位提供的关于航空器一次预定飞行或部分飞行的规定资料.实际上这是一个狭义的表述,其在第五章第五中阐述了航空器驾驶员或者其代理人应当按照规定时间在航空器起飞前向起飞机场的空中交通服务报告室提交经批准的飞行计划(领航计划申请表),其内容应当符合«民用航空飞行动态固定电报格式»(MH/T 4007)的要求.定义就是我们俗称的领航计划如果加个F,就是个不能想歪的动作“填报”,包含航空运营人(签派部门机组)按照格式填写飞行计划,提交给空管部门的飞行空中交通服务报告室,报告室以飞行动态电报的形式进行发布

然后我们俗称飞行计划处理系统中的飞行计划学名应该叫做:空中交通服务电报的一种——飞行动态电报。

空中交通服务电报包括紧急电报(遇险电报告警/不明阶段的加急电报);飞行动态和管制报文(飞行动态报文、管制协调报文、补充电报、AIDC、放行/流量管理/位置报/空中报告报文);飞行情报报文(交通信息、气象、设备、机场情报、交通事故报告)等。

ICAO对动态电报定义为:动态电报包括飞行计划电报、离场电报、延误电报、进场电报、取消电报和位置报告电报,以及有关这些电报的变更电报。

国内飞行动态报文根据实际情况表述为:

飞行动态电报(flight movement message)空中交通管制固定格式电报和飞行计划批准电报的统称。就是我们平常接触的领航计划报(FPL修订领航计划报(CHG)、取消领航计划报(CNL起飞报(DEP落地报(ARR、延误报(DLA)等等。加上了批准电报。这些电报是由管制部门发布。

明确了概念,我们可以对为什么飞行计划这一类的飞行动态电报重要性进行阐述了。

重要性

飞行计划是航空器运行主线,我们可以看到飞行计划航空运营人不多的几种信息交互手段,如果从传统来说,可以说是唯一的,ATIS、CDM、数据链通信等都是后来的产物至今飞行计划全程参与运行,而其他手段都是部分参与。航空器运行过程通过飞行计划和飞行计划执行相关的动态信息传递实现了航空器控制部门管制单位以及之间的信息交互、掌握、预判和改变

航空器控制部门根据航路、天气等计算油量、计算性能、选定备降场生成飞行计划向空管部门报送,空管部门核准计划根据计划制定合理的流量管理策略,前端还有一个就是计划申报的审批过程,时刻安排等联系起来,通过前期的战略性的管理手段合理满足航空器运行需求自动化系统通过读取飞行计划中关键数据生成了管制指挥参考的计划航路、航空器设备授权情况等等。管制员指挥过程还对航空器运行状态进行动态信息变更,让相关方掌握例如起飞后需要发起飞落地需要发落地报,沿途管制单位收到了就知道这飞机的状态。飞行计划就成为管制运行中最最最重要的信息手段,所以英国出现了涉及飞行计划系统故障就会对整个流量管理、运行管理带来影响,从而造成了本次严重的延误,严重甚至得NATS辟谣不是关闭领空停航。

既然飞行计划这么重要,我们围绕这一主线形成的飞行动态电报等维护,并希望有一整的自动化手段管理使用这些信息,从而产生了飞行动态电报处理系统。

飞行动态电报处理系统

电报经授权根据适当情况由航空固定服务部门(包括航空电信网(ATN)和航空固定电信网(AFTN)、ATS 单位间的直接通话电路、数字数据内部交换,和直通电传打字机和计算机对计算机电路),或由航空移动服务部门进行传送。今时今日我们处理飞行动态电报不是手工,而是需要飞行动态电报自动处理系统,系统可以对飞行动态电报进行正确性检查、自动识别、自动解析、自动转发、自动报警、人工处理和电报拍发等功能

目前我国还没有统一的飞行动态电报处理系统不是没有能力,而是和此项业务发展有所关系,这是个电报时代的产物,以前是以机场(航)作为电报终端,所以相当于每个终端是个处理单元,每个终端部署套系统结果大家开发一套、他开发一套结果就是大家都采用不同的软件。此时大家都是通过电报线路连接的星型结构起飞机场收FPL,通过电报发送沿途管制单位,然后大家一起处理,在当时网络条件下,架构上是非常合理的,不需要依赖别人,传递固定格式的文本信息,既保证了信息传递的及时性,又能节约网络资源。我们区内网络中心开发了FIPS系统处理飞行动态电报各单位使用,同时还有些单位使用二所或自研的系统。其他区也是有各的系统,大家开发多了自不然是五花八门。

雷达管制实施意味着管制员使用了自动化系统,因为运行是采用计划为主线,所以其中自动化系统的很多流程都是围绕计划动态开展。自动化系统采用情报数据为底层,引入计划数据参与计算,读取计划数据获得机型等数据,协助管制员能够看出计划航路,按照航路指挥飞机,可以读取计划中飞机设备情况或者飞行员能力情况,协助判断是否具备PBN能力、是否具备一些特殊运行能力等等,协助管制员决策。自动系统内一般自建飞行计划系统去支持运行,但是我们知道这种模块的处理能力相对较弱,有些单位特殊要求不一定能够满足,所以出现了很多外挂,好听一点叫做前置系统,专门为自动化系统进行飞行计划数据处理和推送。FIPS就有给自动化系统进行推送处理后的计划功能。飞行计划系统实际上还会交联流量管理系统、CDM系统等等。

等到千年后,有实力的单位认识到单独的节点处理带来重复劳动工作差异大的问题,同时网络发展提供了一个支撑条件,开始流行飞行计划集中处理当时有中南、华东等方案,最终2016华东成为全国的飞行计划处理中心,但是还是没有形成全国飞行计划处理一套系统,只是对飞行计划集中处理变更,各单位还通过自己的系统维护飞行动态。英国也是飞行计划集中处理的,使用了综合初始飞行计划处理系统,国内一样都简称IFPS。飞行计划的集中处理是未来的发展方向,通过整合要效能,通过整合减成本,但是也和早前美国通告事件一样,整合的系统故障后影响太大了。目前NATS没有进一步消息说是飞行计划集中处理系统故障还是自动化系统的计划模块故障,但是个人猜测应该是飞行计划系统故障才有这种大面积的瘫痪。

阿喀琉斯之踵

解决系统问题不难,但是为啥说飞行计划是阿喀琉斯之踵,主要因为不管通告系统还是飞行计划系统都是基于上一代的电讯电报技术,要依靠他们支撑起庞大的民航运行是有着致命的弱点。

首先是信息的完好性上是难以保证的。电报方式是替代书信提升载体速度的,但是到了现在网络时代显然落后了,我们采用再多的手段也很难保证其传递信息的完好性,举个例子,发了一个FPL,我们不能保证所有应该收到的对象都收到了,很多时候飞机进了区域才发现无法关联。NATS的计划系统虽然提供了网络接入模式,可以通过网络提交飞行计划,但是其载体还是电报网络,也就是存在同样的问题。

其次是系统转换,我们现在都用计算机处理计划数据,但是接口上还是需要将电报转换成串口或其他方式接入,这种转换并不完美,也有可能成为工作上堵点。其中带来可能信息的堵塞。

最后一个是单一的通过飞行计划串联多个系统瓶颈过于明显。飞行计划一不提供使用,民航运行就接近瘫痪。

解决之道

1.增加鲁棒性,重视底层支持系统的建设,不是底层系统越多越好,也不是越复杂越好,而是通过清晰的界面划分各种系统,通过标准的交互方式实现数据共享,并能够在出故障时候迅速定位。对底层系统或流线的设计应该充分论证和测试,确保数据安全和准确。

2.革新的流程,应该考虑从运行层面创新,建立以信息决策为脉络的运行。涉及飞行计划方面信息应该尽快完成数字化改造,通过数字技术实现信息完好性,可追溯等要素。

3.说一千道一万,最简单的是做好备份,通过备份实现回退。

不说太多,他山的石头不砸自己身上不疼。要做到以上三点,路漫漫

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