Thử nghiệm thực tế về vận hành nhiều tháp điều khiển từ xa: Từ lập kế hoạch đến kết quả
1. Bối cảnh và mục tiêu của thử nghiệm khái niệm tháp điều khiển từ xa
Khái niệm vận hành nhiều tháp điều khiển từ xa nhằm cung cấp dịch vụ quản lý lưu lượng không trung cho nhiều sân bay cùng lúc thông qua các giải pháp công nghệ đổi mới. Trước khi bắt đầu thử nghiệm, các vấn đề an toàn đã được phân tích kỹ lưỡng và ghi nhận trong báo cáo nghiên cứu an toàn. Trong suốt quá trình thử nghiệm, phương pháp hoạt động "bóng" được áp dụng để giám sát mức độ an toàn, tức là tháp điều khiển thực tế tại Cork và Shannon vẫn được duy trì bởi những nhân viên có năng lực và chứng chỉ, trong khi dịch vụ lại được cung cấp bởi Trung tâm Điều khiển Từ xa (RTC) ở Dublin.
Để cung cấp bằng chứng cần thiết cho cơ quan quản lý phê duyệt, một loạt các thí nghiệm mô phỏng thực tế (LSD) phải được thực hiện, trong đó sử dụng công nghệ mới để điều phối dịch vụ lưu lượng không trung cho hai sân bay cùng lúc. Một nhóm chuyên môn gồm chuyên gia vận hành và kỹ thuật đã thực hiện 50 lần thử nghiệm, trực tiếp minh họa khả năng vận hành đa tháp điều khiển từ xa, đặc biệt là việc điều khiển lưu lượng không trung (AMC) và di chuyển trên mặt đất (SMC) tại hai sân bay Shannon và Cork từ Trung tâm RTC ở Dublin.
2. Thực trạng tiến hành thử nghiệm thực tế
2.1 Hỗ trợ và thành phần nhóm thực hiện
Dự án được hỗ trợ bởi nghiên cứu an toàn và được cơ quan quản lý quốc gia Ireland (NSA) phê duyệt. Trong khoảng thời gian tháng 6 đến tháng 9 năm 2016, đã tiến hành 50 lần thử nghiệm với số lượng lên tới 500 máy bay. Để đảm bảo dự án bao quát được tất cả các khía cạnh hoạt động hàng không liên quan, đã thành lập một liên minh. Nhóm thực hiện gồm quản lý dự án, chuyên gia quản lý lưu lượng không trung, chuyên gia nhân học và hai nhân viên điều khiển có đủ năng lực, tham gia trực tiếp vào các thử nghiệm thực tế.
2.2 Khái niệm vận hành và cơ sở hạ tầng
Khái niệm vận hành trong thử nghiệm thực tế là RTC tại Dublin cung cấp dịch vụ lưu lượng không trung, trong khi các tháp điều khiển địa phương tại Cork và Shannon hoạt động như hình bóng với khả năng can thiệp ngay lập tức. RTC được trang bị hai màn hình OTW 220 độ, cho phép hiển thị cả hai sân bay trên một bảng 14 màn hình, tùy theo tình huống thử nghiệm mà mỗi sân bay sẽ được phân bổ một số màn hình cụ thể. Do đó, một nhân viên điều khiển (ATCO) có thể sử dụng một màn hình OTW phục vụ cho cả hai sân bay. Ngoài ra, ATCO còn được trang bị hệ thống bản đồ điện tử và dữ liệu radar.
2.3 Kế hoạch và phân nhóm thử nghiệm
Kế hoạch trình diễn chi tiết cách chia 50 lần thử nghiệm thành ba nhóm, và cách tăng dần lưu lượng giao thông từ mức thấp đến cao, đồng thời tiến hành đánh giá toàn diện sau mỗi lần thử nghiệm trước khi thực hiện lần tiếp theo. Kế hoạch cũng quy định các tiêu chí thành công cho từng lần thử nghiệm.
| Nhóm | Số lần thử nghiệm | Mục tiêu |
|---|---|---|
| Nhóm đầu tiên | 1–5 | Làm quen với quy trình và môi trường điều khiển di chuyển trên mặt đất (SMC) cho nhân viên vận hành và kỹ thuật |
| Nhóm thứ hai | 6–20 | Chứng minh tính phù hợp giữa SMC và AMC khi tích hợp, đồng thời hỗn hợp các chuyến bay đến và đi của hai sân bay khi lưu lượng tăng |
| Nhóm thứ ba | 21–50 | Tăng cường lưu lượng trong các tình huống tuần tự và đồng thời dựa trên kinh nghiệm từ hai nhóm trước, đánh giá tính phù hợp của thiết bị và quy trình vận hành MRTO |
3. Phát triển báo cáo an toàn
Báo cáo an toàn cho thử nghiệm thực tế MRTO tuân thủ phương pháp báo cáo an toàn bốn phần của SESAR:
- Xây dựng kế hoạch an toàn: Khung này mô tả các hoạt động, kết quả cụ thể và lịch trình nộp báo cáo cho NSA liên quan đến toàn bộ hệ thống tháp điều khiển từ xa (nhân sự, quy trình và thiết bị).
- Phân tích rủi ro chức năng: Đặt nền tảng cho các mục tiêu và yêu cầu an toàn của hệ thống.
- Đánh giá sơ bộ an toàn hệ thống: Là tiền đề cho đánh giá cuối cùng.
- Đánh giá cuối cùng an toàn hệ thống: Mỗi sản phẩm được nộp cho NSA khi đã đạt độ trưởng thành cần thiết. Đồng thời, một nhật ký rủi ro được xây dựng và duy trì trong suốt 50 lần thử nghiệm để ghi nhận và giảm thiểu các mối đe dọa chưa được phát hiện.
Sau khi trao đổi và họp với NSA, NSA chấp thuận báo cáo an toàn và phê duyệt thử nghiệm giai đoạn đầu theo kế hoạch trình diễn. Dự án gửi báo cáo tiến độ cho NSA, sau khi xem xét báo cáo và báo cáo an toàn cập nhật, NSA tiếp tục phê duyệt các thử nghiệm tiếp theo. Cách tiếp cận này phù hợp với kế hoạch trình diễn, đảm bảo các sản phẩm an toàn được ký nhận đúng thời điểm, không làm chậm tiến độ.
4. Chuẩn bị cho thử nghiệm thực tế
4.1 Cơ sở hạ tầng Trung tâm Điều khiển Từ xa
RTC bao gồm hai mô-đun tháp điều khiển từ xa (RTM) tương tự nhau, mỗi mô-đun có hai vị trí làm việc giống nhau. Mỗi RTM có 15 màn hình, trong đó 14 dùng để hiển thị hình ảnh ngoài cửa sổ thực tế, 1 màn hình dự phòng. Tất cả các thử nghiệm đều được thực hiện trong phòng điều hành của Trung tâm Điều khiển Từ xa.
4.2 Nhiệm vụ chuẩn bị hàng ngày
Nhóm dự án họp mỗi ngày và thực hiện các nhiệm vụ sau:
- Kiểm tra hệ thống từ góc độ kỹ thuật và vận hành.
- Phối hợp với tháp điều khiển địa phương, thông báo về hoạt động dự kiến và thu thập phản hồi ban đầu về các vấn đề có thể ảnh hưởng đến thử nghiệm.
- Phân tích lưu lượng giao thông dự kiến tại hai sân bay bằng công cụ EUROCONTROL CHMI.
- Đánh giá các vấn đề thời tiết có thể ảnh hưởng đến thử nghiệm.
- Xác định thời điểm chuyển quyền kiểm soát dựa trên lịch trình dự đoán và mục tiêu thử nghiệm.
4.3 Vị trí làm việc của điều khiển viên
Vị trí làm việc của điều khiển viên trên mô-đun tháp điều khiển từ xa (CWP) bao gồm trực quan hóa ngoài cửa sổ (OTW), hỗ trợ bởi dữ liệu radar (RDP), bản đồ bay điện tử (EFS), xử lý dữ liệu thông tin (IDP) và hệ thống truyền thông giọng nói (VCS), cung cấp thông tin lưu lượng không trung cho ATCO.
graph LR
classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
A(Kiểm tra hệ thống):::process --> B(Phối hợp với tháp điều khiển):::process
B --> C(Phân tích lưu lượng):::process
C --> D(Đánh giá thời tiết):::process
D --> E(Xác định thời điểm chuyển quyền):::process
5. Quy trình thực hiện thử nghiệm
Do RTC chỉ hoạt động trong thời gian thử nghiệm thực tế và tháp điều khiển địa phương luôn có nhân viên sẵn sàng để tiếp nhận lại quyền kiểm soát, quyết định đơn giản hóa và giảm chi phí dây truyền dữ liệu bằng cách chỉ cung cấp một đường truyền video không dự phòng và kết nối với kênh phát thanh để truyền thông thoại. Rõ ràng, hệ thống độc lập và hoàn toàn dự phòng là điều kiện bắt buộc.
Trước 20 phút chuyển quyền, các quy trình liên quan phải được thực hiện nghiêm ngặt. ATCO sẽ đối chiếu thông tin từ bản đồ bay tại tháp điều khiển địa phương với thông tin điện tử trên RTM, quá trình này được bắt đầu thông qua cuộc gọi điện thoại tại tháp điều khiển từ xa. Việc đối chiếu cũng giúp phối hợp phân bổ vị trí đỗ, mã đáp ứng và chi tiết đào tạo nội bộ tại sân bay Cork.
Trước 10 phút chuyển quyền, thực hiện giao tiếp chi tiết vị trí, bao gồm dữ liệu thời tiết hiện tại, trạng thái đèn sân bay và thiết bị định vị. Đồng thời, tháp điều khiển địa phương hủy truyền tần số trên COMPAD và sử dụng hệ thống dự phòng để tránh lỗi phát tín hiệu nếu hai vị trí cùng phát trên cùng một máy phát. Nhân viên điều khiển địa phương cần thông báo cho bộ phận tiếp cận rằng vị trí đã chuyển sang tháp điều khiển từ xa.
6. Kết quả và phát hiện từ thử nghiệm thực tế
6.1 Kết quả nhóm thử nghiệm đầu tiên
Mục tiêu của nhóm 1–5 là giúp nhân viên vận hành và kỹ thuật làm quen với quy trình và môi trường điều khiển di chuyển trên mặt đất (SMC). Các thử nghiệm tập trung vào việc điều khiển di chuyển trên mặt đất tại khu vực hoạt động của hai sân bay Cork và Shannon (không bao gồm các đường băng đang sử dụng), trong một số trường hợp, điều khiển viên SMC có thể hỗ trợ tư vấn cho các máy bay tại bãi đậu.
| Số thử nghiệm | Mục tiêu | Tiêu chuẩn | Kết quả |
|---|---|---|---|
| 001 | Chứng minh khái niệm tháp điều khiển từ xa đã sẵn sàng cho triển khai công nghiệp | Đánh giá và phân tích các yếu tố thiết bị, quy trình và nhân sự của hệ thống tháp điều khiển từ xa để xác định tính khả thi cho triển khai | Các quy trình được xác định cho SMC tại Shannon và Cork đủ điều kiện; hệ thống phù hợp với đơn vị ATS Dublin để thực hiện SMC cho hai sân bay này |
| 002 | Đánh giá hiệu suất con người trong môi trường tương tác giữa con người và máy tính (HCI) trong các tình huống tuần tự hoặc đồng thời | Đánh giá và đo lường hiệu suất và yếu tố con người trong các tình huống "tuần tự" và "đồng thời" | Xuất hiện hai vấn đề nhân học nhỏ: một là điều khiển viên đã chọn nhầm nút trên COMPAD một lần; hai là con trỏ chuột trên màn hình ngoài cửa sổ được chia sẻ, gây khó khăn trong việc phối hợp, nhưng qua luyện tập, điều khiển viên dần thích nghi |
| 003 | Tối ưu hóa phối hợp giữa hai sân bay Cork và Shannon trong các khâu xếp hạng, đẩy máy bay, di chuyển | Đánh giá và đo lường giao tiếp giữa RTC và hai nhà quản lý sân bay để tìm kiếm cơ hội cải thiện hiệu quả vận hành | Thử nghiệm chỉ bao gồm SMC tại hai sân bay, nên tốt nhất là tất cả các tương tác đều qua tháp điều khiển địa phương để tránh nhầm lẫn với đơn vị quản lý sân bay, do đó mục tiêu này không áp dụng |
| 004 | Hỗ trợ xác nhận khái niệm và chứng minh tháp điều khiển từ xa có thể chuẩn bị cho triển khai công nghiệp khi điều phối nhiều sân bay | Đánh giá mô phỏng thử nghiệm để hỗ trợ xác nhận khái niệm và chuẩn bị cho triển khai công nghiệp | Chỉ thực hiện SMC tại hai sân bay, nên không thể đánh giá hiệu quả cho nhiều sân bay trong nhóm này; không có dấu hiệu ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ |
| 005 | Xác nhận quy trình điều khiển SMC cho máy bay có phù hợp không | Đánh giá xem quy trình điều khiển SMC có phù hợp để cung cấp dịch vụ không | Quy trình điều khiển SMC được đánh giá là phù hợp để cung cấp dịch vụ |
| 006 | Xác định các điểm yếu và giới hạn để xác định biện pháp khắc phục trước khi thực hiện nhóm tiếp theo | Nhận diện và đánh giá các điểm yếu và giới hạn, ghi nhận chi tiết để kiểm tra thêm | Ở tháp điều khiển địa phương, AMC và SMC dễ dàng giám sát lẫn nhau, nhưng trong thử nghiệm này khó hơn, dẫn đến sự thay đổi trong mối quan hệ giữa AMC và SMC, cần nhiều cuộc gọi nội bộ hơn; nếu AMC và SMC không ở cùng vị trí, cần đánh giá thêm ảnh hưởng này |
6.2 Kết quả nhóm thử nghiệm thứ hai
Mục tiêu của nhóm 6–20 là chứng minh tính phù hợp giữa SMC và AMC khi tích hợp, và hỗn hợp các chuyến bay đến và đi khi lưu lượng tăng. Giai đoạn này giới thiệu các tình huống đồng thời với lưu lượng thấp (Cork và Shannon).
| Số thử nghiệm | Mục tiêu | Tiêu chuẩn | Kết quả |
|---|---|---|---|
| 007 | Chứng minh RTC có thể cung cấp dịch vụ lưu lượng không trung tương đương với tháp điều khiển địa phương mà không làm giảm chất lượng | Đánh giá và đo lường trách nhiệm và nhiệm vụ của ATCO cung cấp dịch vụ từ RTC, đảm bảo chất lượng dịch vụ không bị suy giảm | Trong 6–20 lần thử nghiệm, có sự khác biệt rõ rệt giữa tháp điều khiển địa phương và RTC, chủ yếu là tầm nhìn tốt hơn ở tháp điều khiển địa phương; ví dụ, EFS là công cụ mang lại lợi ích an toàn đáng kể, trong khi bản đồ giấy không thể; đôi khi gặp khó khăn trong việc quan sát máy bay nhỏ, bay nhanh hoặc điều kiện ánh sáng khó khăn, nhưng có thể giảm thiểu qua kinh nghiệm và điều chỉnh quy trình |
| 008 | Đánh giá tỷ lệ di chuyển máy bay để xác định số lượng tối ưu trong môi trường đa sân bay | Đánh giá khả năng cung cấp dịch vụ an toàn và hiệu quả cho nhiều sân bay ở các mức lưu lượng khác nhau | Từ lần thử nghiệm 12 trở đi, nhận thấy khối lượng công việc tăng khi quản lý môi trường RTC đa sân bay; nhóm dự án có hệ thống theo dõi và quy trình ra quyết định để xác định có nên tiếp tục hay tách riêng các sân bay, nhưng hiện chưa xác định được "số lượng tối ưu" vì phụ thuộc vào loại di chuyển |
| 009 | Đánh giá hiệu suất con người từ góc độ ATCO và nhân viên vận hành trong các tình huống tuần tự hoặc đồng thời | Đánh giá hiệu suất và yếu tố con người liên quan đến phân bổ chú ý, nhận thức tình huống và tải công việc trong vận hành đa tháp điều khiển từ xa | Theo phân tích mắt, ATCO tại RTC nhận thấy chất lượng dịch vụ khác so với tháp điều khiển địa phương do phải xử lý nhiều nhiệm vụ cùng lúc, gây căng thẳng; nguyên nhân chính là khi xử lý một sân bay, một số xe có thể bị chậm, nhưng do xử lý thêm sân bay khác, dẫn đến việc chậm hơn, điều này khác với thói quen tại tháp điều khiển địa phương |
| 010 | Đánh giá kết quả mô phỏng để hỗ trợ vận hành tuần tự hoặc đồng thời | Đánh giá quy trình sắp xếp và đo lường cho hai sân bay | Đây là một trong những khía cạnh thú vị nhất; nhóm dự án có quan điểm rõ ràng về ảnh hưởng của vận hành tuần tự và đồng thời; có nhiều ví dụ tốt về vận hành tuần tự và các trường hợp một sân bay rời đi trong vòng một phút thì sân bay khác đến |
| 011 | Đánh giá kết quả mô phỏng để tối ưu hóa phối hợp giữa hai sân bay Cork và Shannon | Đánh giá giao tiếp giữa RTC (một đơn vị ATS) và hai nhà quản lý sân bay để tìm kiếm cơ hội cải thiện hiệu quả vận hành | Để đơn giản hóa và tránh nhầm lẫn với đơn vị quản lý sân bay, tất cả các cuộc gọi đều qua điều khiển viên tháp điều khiển địa phương; mặc dù không thực hiện, nhưng dự đoán rằng giao tiếp giữa RTC và nhà quản lý sân bay không khác biệt nhiều so với tháp điều khiển địa phương, vì tất cả đều qua điện thoại |
| 012 | Đánh giá hiệu quả của dịch vụ AMC khi vận hành tuần tự từ RTC | Đánh giá các khía cạnh hiệu quả của dịch vụ AMC tuần tự từ RTC | Hiệu quả dịch vụ phụ thuộc vào các nhiệm vụ khác mà điều khiển viên đang thực hiện; nếu chỉ có hai máy bay tuần tự và không có nhiệm vụ nào khác, điều khiển viên có thể làm rất hiệu quả; nhưng nếu có thêm nhiệm vụ khác, chất lượng và hiệu quả có thể giảm |
6.3 Kết quả nhóm thử nghiệm thứ ba
Mục tiêu của nhóm 21–50 là tăng lưu lượng trong các tình huống tuần tự và đồng thời dựa trên kinh nghiệm từ hai nhóm trước, đánh giá tính phù hợp của thiết bị và quy trình MRTO.
| Số thử nghiệm | Mô tả |
|---|---|
| 021 | Trước tiên điều khiển AMC tại Shannon trên RTM-A1, sau đó điều khiển AMC tại Cork trên RTM-A2, cuối cùng hợp nhất AMC của cả hai sân bay vào RTM-A2 |
| 022 | Tương tự như 021 |
| 023 | Hợp nhất điều khiển AMC tại Shannon và Cork trên RTM-A1 |
| ... | ... |
Trong nhóm này, đánh giá tính phù hợp của thiết bị và quy trình MRTO, có một số phản hồi về hệ thống được ghi nhận trong tài liệu đánh giá vận hành hệ thống tháp điều khiển từ xa của IAA. Đánh giá quy trình MRTO cho thấy không cần thay đổi thêm, nhưng đã thảo luận về các thay đổi tiềm năng trong tương lai, ví dụ như phối hợp tốt hơn hoạt động xe tại các sân bay để quản lý khối lượng công việc cho điều khiển viên.
graph LR
classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
A(Nhóm đầu tiên):::process --> B(Nhóm thứ hai):::process
B --> C(Nhóm thứ ba):::process
A --> D(Phát hiện vấn đề ban đầu):::process
B --> D
C --> D
D --> E(Tối ưu hóa phương pháp vận hành):::process
7. Kết luận
Qua 50 lần thử nghiệm thực tế, khả năng và hiệu quả của vận hành đa tháp điều khiển từ xa trong thực tế đã được đánh giá toàn diện. Kết quả cho thấy khái niệm này có tiềm năng ở mặt kỹ thuật và vận hành, nhưng vẫn tồn tại một số vấn đề cần giải quyết như khác biệt tầm nhìn, quản lý khối lượng công việc và tối ưu hóa quy trình. Tương lai cần cải tiến thiết bị và quy trình, nâng cao hiệu suất con người và độ tin cậy hệ thống để đạt được vận hành an toàn, hiệu quả và bền vững. Thêm vào đó, những thử nghiệm này cung cấp kinh nghiệm và dữ liệu quý giá cho sự phát triển công nghệ tháp điều khiển từ xa trong ngành hàng không.