浅论光纤矩阵技术在空管设备保障体系的应用

刘畅

（ 民航贵州空管分局 550012）

摘要：光纤矩阵技术，作为一项新近应用到空管设备保障体系中的新兴技术，相对于传统的设备模式显示了突出的优势，本文就光纤矩阵在空管设备保障体系中的应用，做出探讨和介绍。

关键词：民用航空，空中交通管理，光纤矩阵，KVM

引言：空管设备保障体系在近年来快速发展，在最近的一个十年，各枢纽机场的空管设备系统不管从系统数量上还是设备规模上，都发生了数倍于前的增长，光纤矩阵作为一项新技术，迅速啮合了快速发展的空管设备保障需求，它的应用可以最大程度上实现设备运行与管制指挥的空间隔离，大大提升了管制员的作业环境舒适度，并为设备运维提供便利。

1. 传统设备保障模式的问题与不足

1. 有限的管制席位空间难以合理容纳日益丰富的设备系统

近年来，随着空管设备保障体系的日益完善，形成了包括通信（常用系统包括甚高频地空通信系统、数据链系统、语音通信交换系统、记录仪、自动转报系统、航空信息处理系统、数据通信等[1]）、导航（常用系统包括包含全向信标/测距设备、仪表着陆系统等[1]）、监视（常用系统包括一/二次监视雷达、场面监视设备、多点相关定位系统、自动相关监视系统、空中交通管制自动化系统等[1]）、气象（常用系统包括自动气象观测设备、天气雷达、气象资料收集处理设备、民用航空气象信息系统等[2]）四个大类组成的专用工艺设备系统，加上一些附属设备系统，在每个管制席位上集成与显示的界面与内容越来越多。

以一个枢纽机场区域或进近管制席位的常见配置为例，其接入使用的系统通常有主用自动化系统、备用自动化系统、主用内话系统、备用内话系统、甚高频遥控盒、电子进程单系统等，根据各地的配置情况不同，还可能配备应急内话、航管信息自动化系统、流量管理系统、CDM协同决策系统、气象自动观测系统、气象信息综合查询系统、天气雷达融合系统、管制津贴系统等各类设备。

要将如此众多的系统主机，合理排布在空间有限的管制席位下方空间内，对建设和技术保障人员来说是极具挑战性的工作。管制席位难以为如此庞杂的设备系统提供足够的空间，用于摆放主机及布线。且通常这些设备系统并非一次性建成，而是在不断发展过程中逐步在各个项目中分别建设的，建设过程中极其难以保持统一合理的规划，且不停航施工也成为极大的难题。

综上而致，在一些投运超过十年的管制现场，常会面临管制席位内空间逼仄、走线混乱，甚至需要将柜体门打开，将设备主机放在柜体外运行的困境。这种情况不仅观感不佳，且会带来严重的散热问题，降低设备的稳定性。

2. 人员舒适与设备“舒适”的冲突

空管运行特性使然，大量的设备系统除了定期维护或出现故障外，都是7*24小时不间断运行的，这种运行模式需要给设备主机提供良好的运行环境，设备通常在16-20摄氏度的环境下运行稳定性最高，在上文提到的管制席位内部主机排布密集的情况下，保持较低的环境温度以实现及时散热尤为重要。然而适宜设备运行的温度却不是人员工作的舒适温度，尤其是在寒冷的冬季，设备与管制员的环境温度需求差异冲突明显。

在部分近年来建设的管制现场，采取了防静电地板下送风的方式散热，实现一定程度上人员、设备温区隔离，但冷风会从难以完全密闭的管制席位缝隙溢出，在管制员腿部附近带来持续的不舒适感，且风噪问题也随之而来，并非完美的解决方案。

3. 管制指挥与设备维修维护的空间冲突

作为飞行安全保障的重要一环，空管设备运行保障有严谨的定期维护机制，通常可分为日、周、月、季、年维护，定期维护频次很高，且在季、年等定期维护中，检查项目多、维护深度深，需要良好的操作环境及空间来开展。在进行设备建设、扩容等工作时，也需要对管制席位内部进行操作。

对传统保障模式而言，上述设备运维、建设工作必须在管制运行现场开展，且多数时候与管制运行时间是重叠的。空中交通管制是需要精力高度集中的工作，空间、时间交叠的设备运维和管制指挥工作存在矛盾。

将部分作业安排到航班结束以后开展，可以一定程度上缓解设备运维对管制工作的影响，但过多的夜间工作又会对设备保障人员带来负担，同样会给空管安全带来负面影响。且空管设备有极高的设备完好率、正常率要求，以直接面对管制员使用的自动化系统为例，其运行正常率标准需不低于99.97%[3]。故而在故障处置过程中，需要技术人员第一时间赶到现场进行检修、排故，无法避开管制业务繁忙的时段。

2. 光纤矩阵系统架构

针对上文提出的传统设备保障模式的问题与不足，目前可知的最佳解决方案，是将设备主机下沉，与管制席位进行空间上的隔离。

传统KVM延长器在一定程度上可以实现这种空间隔离，但其局限性也是十分明显。传统的使用双绞线或网线进行传输的KVM延长器有效距离较短，在数十米距离内的应用较多，通常在100米内才可基本保证其延时在可接受范围内。对于当前动辄上千平方且上下层隔离的设备机房和管制大厅，这个有效距离难以从容实现合理的布线。并且，传统KVM需进行点对点的布线，可扩展性、改造便利性、维修可操作性都较弱。而光纤矩阵技术则可良好解决这些问题，一个基本的光纤矩阵应用架构如图2-1所示：

图2-1 光纤矩阵基本架构

图2-1为光纤矩阵的基本架构，在此基础之上，针对空管设备系统需要高可靠性、通常会配置冗余备份资源的特点，可根据项目投资及系统重要性等条件，将系统配置为针对单台接收设备一对光纤互为备份、整条光缆备份、汇聚端及主机冗余备份等方式，以提高系统的可靠程度。

3. 光纤矩阵技术应用优势

光纤矩阵架构使然，其在空中交通管理系统的应用具有很多难以替代的优势：

1. 可传输信号覆盖种类齐全

光纤矩阵利用光纤作为介质，经过汇聚及管理平台将发送端数据送到接受端，可传输DVI、HDMI、DP、AUDIO、RS232、RS485、USB等多种格式数据，全覆盖视频、音频、串口、键鼠等常用设备接口。并可良好兼容一些空管特有的异形屏幕的传输（如语音交换系统屏幕）需求。

2. 有效传输距离长，应用场景广泛

光纤矩阵的传输距离理论上是无限的，在实际应用中，视具体适配的传输和设备不同，验证可达10公里以上的有效传输，即在同楼宇内不受传输距离限制，应用场景广泛。例如，近年来全国多地机场都建设了高度超过90米的塔台，在这样的场景下，即可将各设备系统主机置于底层裙房机房内，相应配套的UPS、直流屏、机房空调等附属设备也都不再需要放置在塔顶指挥明室附近，大大节省了宝贵且有限的塔台顶部空间。

3. 便于少量显示器管理多个设备系统

通过光纤矩阵技术，理论上同一个屏幕可以切换显示的设备是无上限的，只要接到汇聚及管理平台的设备，均可以在某一接收终端进行选择切换，对管制员来说，相当数量的非需要常驻显示的系统就可以静默在后台，随时供调用显示。

4. 单套键鼠可稳定管理数量众多的显示器

通过软件支持与设置，光纤矩阵可通过一套键盘鼠标对多个屏幕实现管理，避免繁琐的I/O设备与显示设备的对应，简化桌面布局，优化空间利用。这个优势不仅在管制席位上可以适用，同时在涉及大量设备系统实时监视的设备集中监视系统，以及需要监控多个设备机房及边远台站的动环监控系统上，都可以得到良好的应用。

5. 设备改造、扩容便利

如果使用传统的KVM技术，虽然可以一定程度上实现设备与管制员的空间隔离，但一旦有新建的设备系统需要接入席位，就需要相应布线，这在枢纽机场动辄几十个管制席位的大型系统中是极其困难的。而光纤矩阵良好解决了这一问题，只要建设前期预留足够线芯的光缆，并布设一定余量的尾纤，就可以方便的实现新建设备系统的扩展、扩容。

4. 结语

空管设备系统的安全性、稳定性需求大于创新性、先进性需求，基于此原则，在新技术应用上相对较谨慎，其核心技术的提升与换代是相对缓慢的，但得利于通用技术的快速发展，例如光传输与交换技术的发展，就带来了光纤矩阵这样大幅提升设备架构效率的应用技术。各类信息集成处理系统在空管行业的快速应用，也是基于软件技术的发展。可以期待在未来一个十年，民航空管设备保障体系将继续朝着更稳定、更可靠、更智能、更集约的方向发展，为民用航空安全提供更加有力的保障与支撑。

参考引文：

[1] [AP-65I-TM-2015-01-R1]《民用航空电信人员执照管理办法》[S].

[2] [AP-117-TM-2012-01] 《民用航空机场气象台建设指南》[S].

[3][ AP-115-TM-2016-01] 《民用航空通信导航监视运行保障与维护维修规程》[S].

作者简介：刘畅（1987-）男，满族，辽宁省本溪人，本科学历，主任工程师，从事民航空管通信、导航、监视设备系统的规划、建设工作。作为主要执行人参与了贵阳龙洞堡机场三期扩建空管工程、贵阳管制区VHF完善工程、遵义雷达站建设工程、荔波雷达站建设工程、供电保障监控工程等诸多重点工程项目的建设。参与了西南空管通信导航业务专项规划（2016-2025）、（2021-2030）及“十四五”规划的编制工作。