基于模拟仿真的机场现场指挥实践教学研究

中国民航飞行学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ａｖｉａｔｉｏｎ　Ｆｌｉｇｈｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｊａｎ．２０１４　ＶＯ１．２５Ｎｏ．１　基于模拟仿真的机场现场指挥实践教学研究　王岩韬李蕊　朱可赵宁宁　（中国民航大学空中交通管理学院天津３００３００）　摘　要：教学手段与技术的限制是机场现场指挥人才培养面临的重要瓶颈。以虚拟现　实技术为基础，．通过模拟训练系统的开发、实践教学的改革，建立一套适用于交通运输专业机　场现场运行管理方向的实践课程体系，彻底解决长期依赖书本的理论学习，使得机场现场理论　知识直接得到实践应用，在加深理论理解的同时锻炼了工作岗位所需技能。　关键词：机场现场　实践教学模拟训练系统　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ａｉｒｐｏｒｔ　Ｒａｍｐ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａｎａｌｏｇ　ｓｉｍｕｌａｔｏｒ　Ｗａｎｇ　Ｙａｎｔａｏ　Ｌｉ　Ｒｕｉ　Ｚｈｕｋｅ　Ｚｈａｏｎｉｎｇｎｉｎｇ　（Ａｉｒ　Ｔｒａｆｉｃ　ｆＭａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｉｖｉｌ　Ａｖｉａｔｉｏｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＣｈｉｎａ　Ｔｉａｎｊｉｎ　３００３００　Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｉｍｐＯｒｔａｎｔ　ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｉｒｐｏｒｔ　Ｒａｍｐ　ｃｏｍｍａｎｄ　ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ　ｔｒａｉｎｉｎｇ．Ｖｉｔｒｕａｌ　ｒｅａｌｉｙ　ｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｓ　ｔｈｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｔｒａｉｎｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｆｏｒｍ　ｏｆ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｔｅａｃｈｉｎｇ，ａ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｃｏｕｒｓｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ　ａｉｐｏｒｒｔ　ｒａｍｐ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｅｓｔａｂ－　ｌｉｓｈｅｄ，ｔｈｅ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ　ｄｅｐｅｎｄｉｎｇ　ｏｎ　ｈｅ　ｂｏｏｋ　ｔｔｈｅｏｒｙ　ｓｔｕｄｙ　ｉｓ　ｔｈｏｒｏｕｇｈｌｙ　ｃｈａｎｇｅｄ，ｔｈｅ　ａｉｒ－　ｐｏｒｔ　ｒｍｐ　ｈａａｎｄｌｉｎｇ　ｈｅｏｒｔｙ　ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｄｅｅｐｅｎｉｎｇ　ｕｎｄｅｒｓｔｏｏｄ　ｎｄ　ａｄｉｒｅｃｔｌｙ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，　ｓｔｕｄｅｎｔ　ｅｘｅｒｃｉｓｅ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｄ　ｊｏｂ　ｓｋｉｌｌｓ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ａｉｒｐｏｒｔ　Ｒａｍｐ　Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　Ｓｉｍｕｌｔｉａｏｎ　ｔｒａｉｎｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　１引言　虚拟现实技术是一种融合了交互式３Ｄ计算　随着我国经济和民航业的飞速发展，机场所　承担的运营任务越发繁重，提升机场运行指挥员　机图形学与实时模拟，专业化计算与人机交互技　术【ｌ】，可以高度逼真地模拟人在自然环境中的视　觉、听觉、触觉等行为，其两个主要特征是“沉　浸感”和“交互性”Ｉ２　。基于虚拟现实技术的　飞行模拟器与飞行训练装置已经在航空飞行训练　领域得到广泛应用　ｊ，但无论国内还是国外，虚　的职业要求和能力素质，对促进机场管理乃至整　个民航业的发展起着非常重要的作用。　目前大部分机场运行指挥员由机场自行带教　培养，培训手段与技术的缺乏是机场运行控制人　才培养亟待突破的瓶颈。中国民航大学作为民航　领域高校的排头兵，交通运输专业机场现场方向　一拟现实技术应用于机场运行方面少有报道。　建立一套适用于交通运输专业机场现场指挥　方向的实践课程体系，以虚拟现实技术为基础，　基于仿真训练系统，以完善的实践课程体系，彻　直是其人才培养结构的重要组成部分。长久以　来对机场方向学生的培养，也完全依靠书本学　习，培养体系均为理论，内容繁杂，且各科目难　以组合练习，降低了培养效果。而培养体系中的　底解决机场运行相关专业依赖书本的理论学习，　使该方向学生在校期间理论知识直接得到实践应　用，使学生理论学习后进行实践操作，加深对机　场现场运行协调、指挥、机位分配、现场监管利　应急救援等基本知识的理解，掌握机场现场运行　指挥员的基本技能【ｏ　ｊ。　各部分内容结合处的盲点更给运行安全带来了潜　在隐患，因此，亟待开发更为创新的教学平台，　使．Ｈｊ更为进步的教学手段。　２基于模拟仿真的机场现场指挥实践教学　十中国民航大学教改项目（ｘｊ２０｜２０１１）　Ｊａｎ．２０１４　中国民航飞行学院学报　ＶＯ１．２５ＮＯ．１　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ａｖｉａｔｉｏｎ　Ｆｌｉｇｈｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　必须具备的基础理论知识和实践操作能力。其　中，基础理论知识若在交通运输专业机场方向的　现今培养体系中可以完成，实践教学改革环节暂　时不予考虑；若某些基础理论知识在现今培养体　系中有疏漏，在本实践环节完成补充。再整合除　理论之外的技能要求，系统归纳出实践教学环节　中必须完成的训练目的，必须达到的训练效果。　（２）模拟训练系统开发阶段　根据上一阶段分析出的岗位能力和要求，确　定模拟训练系统的需求。系统根据课程需求设计　构架，进行开发，涉及到的机场现场每个操作岗　位都配有所需的功能模块。系统根据专业课涉及　的实验样本库，该样本库涵盖实验所需的机场运　行管理信息（航班信息、地面服务信息、值机柜　台信息、非正常航班信息、机场突发事件信息、　停机位、保障车辆等资源分布信息等），系统的　图１　搭建采用Ｖｉｓｕａｌ　Ｓｔｕｄｉｏ２００８（．Ｎｅｔ３．５　Ｃ｝｝语言），机　实践教学开发路线图如图ｌ所示。　场３维场景采用３ＤＳ　Ｍａｘ、Ｕｎｉｔｙ３Ｄ　３．４，其中　实践教学开发在实施过程中分为四个阶段，　３ＤＳ　Ｍａｘ主要用于创建３Ｄ模型，Ｕｎｉｔｙ３Ｄ用于　即岗位能力分析阶段，也是系统需求分析阶段；　搭建三维场景。　模拟训练系统开发阶段；实践项目设计阶段和评　（３）实践项目设计阶段　价反馈阶段　第一阶段，岗位能力分析阶段是确　根据天津机场、首都机场、广州白云机场的　定整个实践教学体系的基础，是教学体系研究工　航班运行情况，使用真实航班计划、机位属性、　作的重中之重。岗位能力分析必须明确机场指挥　运行模式为蓝本，在模拟训练系统的基础上，进　员须具备的基础理论知识和实践操作能力，明确　行实践项目的设计。用层次化的实验项目，来保　实践教学须完成的训练目的、达到的训练效果。　证实践课程的预期效果，从而完成第一阶段提炼　此工作不仅直接决定了实践课程的效果和意义，　出的岗位需求。　同时也是模拟训练系统开发前重要的系统分析工　（４）评价反馈阶段　作。在模拟机开发过程中，完成实践教学项目的　机场现场模拟机和实践教学改革成果已于　设计，是不断完善模拟机，并反复确认实践目标　２０１２．２０１３第一学期，对中国民航大学０９级本科　的过程。评价反馈阶段不仅仅是对模拟机的评　生（空管学院机场方向）进行教学尝试，以上三　价，也是对整个实践教学效果的反馈阶段、完善　个阶段所完成的机场方向实践教学成果已应用于　阶段。四个阶段具体研究细节如下：　教学阶段。根据学生受众和任课教师的综合反　（１）岗位能力分析阶段（系统需求分析阶　馈，对实践教学已开始改进完善。同时，将此实　段）　践教学课程推广于机场单位的人员培养，在实际　对天津机场、首都机场、广州白云机场等典　岗位中得到的反馈是实践教学改进的重要依据。　型机场进行了调研，与机场现场指挥单位进行深　当然，教学改革的改进过程不会结束，必然会随　入合作，采用会议研讨、不记名问卷等方式，严　着实际岗位而不断发展，不断进化和完善。　格依据现场工作的特点，分析总结出机场指挥员　３结束语　中国民航飞行学院学报　２８　Ｊａｎ．２０１　４　ＶＯ１．２５Ｎｏ．１　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ａｖｉａｔｉｏｎ　Ｆｌｉｇｈｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　随着民航业的飞速发展，机场所承担的运营　任务越发繁重，提升机场运行指挥员的能力水平　对机场管理起着非常重要的作刚。目前，培训手　段与技术的限制是机场人才培养面临的重要瓶　颈，建立一套适用于交通运输专业机场现场指挥　方向的实践课程体系，以虚拟现实技术为基础，　基于模拟仿真训练系统，可以彻底解决长期被动　依赖书本的理论学习，使理论知识直接得到实践　应用，加深学生对机场现场运行协调、指挥、机　ａｎｄ　Ｅｘｈｉｂｉｔ　ＡｌＡＡ　２００７－９７６　［２］周惠，陈善广，袁宏等．航天视景仿真特殊效　果图形［Ｊ］．系统仿真学报，２００ｌ（６）：７ｌ１—７１３　［３】何鸿云，苏虎．列车运行视景仿真中雨雪的模　拟［Ｊ］．西南交通大学学报，２００８（５）　［４】张龙，张钰勃．湿地场景的实时动态模拟［Ｊ］．　计算机辅助设计与图形学学报，２００８（８）　［５】王晓旺，康凤举，唐凯，孙鲁泉．飞行模拟训　练分布交互视景仿真系统研究［Ｊ］．计算机仿真，　２００７（５）　位分配、现场监管和应急救援等基本知识的理　解，掌握机场现场运行指挥员的基本技能。　参考文献　［１】Ｐｅｔｅｒ　Ｂ．Ｐａｎｆｉｌｏｖ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ　ＶＲ　ｉｎｔｏ　Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　４５ｔｈ　ＡＩＡＡ　Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　Ｍｅｅｔｉｎｇ　［６］卢忱，赵怀勋．机场现场指挥自动化系统的设　计［Ｊ］．微机发展，１９９８（５）　［７］谢新，叶海军，林文孚．基于仿真系统的教学　模式研讨［Ｊ】．武汉电力职业技术学院学报，２０１０（１）　（上接第２５页）形式，管制单位也可以根据流量分　布情况，灵活组合各种运行模式。在新的进近模式　被采用后，近距跑道的容量还可以有提升空间。　［３］Ｓｈａｒｏｎ　Ｈｏｕｃｋ，Ｊ．Ｄａｖｉｄ　Ｐｏｗｅｌ１．Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｍｉｄａｉｒ　ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ　ｄｕｒｉｎｇ　ａｎ　ｕｌｔｒａ　ｃｌｏｓｅｌｙ　ｓｐａｃｅｄ　ｐａｒａｌｌｅｌ　ａｐｐｒｏａｃｈ［Ｒ］．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｓｔａｎｆｏｒｄ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｓｔａｎｆｏｒｄ，ＡＩＡＡ一２００　１—４２０５　近距跑道容量评估是为了管制单位在各种流　量状况下选择运行方式提供一种依据，但流量状　况的多变也使运行方式的选择不能局限于个别几　种。在确定运行方式时需综合考虑流量特征、候　机楼分布，更重要的是运行的风险程度。近距跑　道这种比较复杂的跑道系统要全部发挥其优势必　须有管制员和飞行员的密切配合，本文只是考虑　了人为误差最小的理想状态，实际容量会由于安　全余度的采用而出现较大偏差。　参考文献　【ｌ】　Ｆｅｄｅｒａｌ　Ａｖｉａｔｉｏｎ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ．　Ａｉｒ・　ｐｏｒｔ　Ｄｅｓｉｇｎ，Ａｄｖｉｓｏｒｙ　Ｃｉｒｃｕｌａｒ　ＡＣ　１５０／５３００－１３［Ｒ】．　Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ：Ｆｅｄｅｒａｌ　Ａｖｉａｔｉｏｎ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，２００８　［４】胡明华，田勇，李凯．机场近距平行跑道进近　方法研究［Ｊ］．交通运输工程与信息学报，２００３　（９）　［５］胡明华，刘松，苏兰根．基于统计分析的单跑　道容量评估模型研究［Ｊ］．数据采集与处理，　２００２，１５（１）：７４．７７　［６】王维，李伟．近距平行跑道一起一降模式下的　容量计算［Ｊ］．中国民航大学学报，１２００９（６）：２０．　２２　［７］理查德・德・纽弗威尔，阿米第．欧都尼．机场系　统：规划、设计和管理【Ｍ】．北京：中国民航出版　社，２００６　【２］ＭＩＬＡＮ　ＪＡＮＩＣ．Ａ　Ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｕｌｔｉｍａｔｅ　Ｃａｐａｃ—　ｉｔｙ　ｏｆ　Ｄｕａｌ　Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　Ｐａｒａｌｌｅｌ　Ｒｕｎｗａｙｓ［Ｒ］．Ｄｅｌｆｔ：　ＯＴＢ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ＯｆＤｅ】ｆｔ，２００６　［８］刘源．采用近距平行跑道配对进近可行性探讨　［Ｊ］．空中交通管理，２００９（１０）：４．５　【９】顾正兵。虹桥机场近距平行跑道仪表运行方式　研究【Ｊ】．中国民航大学学报，２０１０（１０）