姜莉洋江鹏飞
【摘要】为保障飞行安全，提高航班准点率，空管系统设备保障单位必须向管制用户实时提供各类气象要素数据。其中能见度、跑道视程对于飞行安全十分重要，而L3和FD2P型能见度传感器在民航领域的应用十分广泛，它们通过各自不同的测算原理和计算方法对能见度进行测量，测量结果也存在一定差异。不同地域应根据其气候环境特点及外界各类因素，选用最为合适的能见度传感器测算相关气象要素。本场由于同一地点同时安装了LT3型和FD2P型能见度传感器，就二者测算数值进行了比对分析，可互为主备更好的为飞行安全提供保障。
【关键词】空管系统；大气透射仪；前向散射仪；能见度；跑道视程
中图分类号：R4文献标识码：A文章编号：2095-2457（208）05-0070-002
0引言
当今民航领域迅速发展，保障民航的安全运行是空管行业的使命。各种复杂天气伴随着航班量的日益增加，使得空管系统承担着越来越大的压力与责任，因而为管制用户提供准确可靠的气象要素就变得更加重要，能见度和跑道视程RVR作为核心的气象要素，对保障航班的正常运行发挥着十分重要的作用。
能见度、跑道视程
能见度是指具有正常可视能力的人在当时的天气条件下能够看清目标轮廓的最大距离，而跑道视程RVR是指在当时的背景光亮度、跑道灯光级数的条件下，航空器上的飞行员在跑道中线能看到跑道面上的标志或跑道边界灯或中线灯的距离。二者对于航空器来说，起飞和降落都有着不同的标准。
为保障航班正常，我们必须向管制用户提供准确的信息，这就需要精确的气象设备进行测量，当前空管系统测量能见度和跑道视程RVR主要使用大气透射仪LT3和前向散射仪FS（由于本场使用FD2P型号前向散射仪，下文针对FD2P型号进行分析）。两者采用不同的测算原理和计算方法分别进行能见度和跑道视程RVR的测算。针对不同的天气状况，所测得的准确度有差异，因而通常根据各地的气候环境及天气特点选择不同的测量设备，为管制用户提供可靠的气象要素。
2大气透射仪LT3
大气透射仪LT3直接测量光发射机和光接收机之间的大气透射率，产生一个平均消光系数，其中不仅包括光散射损失的光量，还包括光吸收损失的光量，从而测量天气能见度值，因而大气透射仪被认为是在中低能见度下最精确的能见度传感器。
在大气透射仪LT3接收机端安装了背景光亮度仪LM2，通过其测算当时的背景光亮度值，再由管制用户控制跑道灯光级数，从而自动气象观测系统AWOS软件结合三要素的数值测算跑道视程RVR提供给相关用户。同时，在大气透射仪LT3发射机端安装了PWD前向散射仪，利用PWD前向散射仪可以对大气透射仪LT3自动进行校准，对所有由于窗口污染和对准质量偏差所导致的中长期漂移效应进行补偿。
在日常使用中，受到各种天气影响，例如：沙尘、降雨、降雪、雾霾等，很容易对大气透射仪发射和接收镜面造成污染，但大气透射仪LT3解决了这个问题。通过长而窄的风雨防護罩及强劲的吹风机和排风通道有效的减少了外界污染。同时，大气透射仪LT3设有窗口污染测量模块，可以测算当前的窗口污染程度并补偿窗口污染值，不仅提高了精度，更节约了维护成本，在民航领域得到了广泛应用。
3前向散射仪FD2P
前向散射仪FD2P通过发射红外光的脉冲，检测空中粒子散射的光，测量接收脉冲的强度，通过近红外LED测量污染和遮蔽物，并通过专门算法转化为气象光学能见度。相对于大气透射仪LT3，前向散射仪FD2P更适合在天气状况良好的地域环境使用，在中低能见度的天气状况下，大气透射仪LT3测算值更为准确。因为前向散射仪接收机透镜将散射光收集到PIN-光二极管上，再将检测到的光转换为频率发送到CPU计算，但却无法测量环境中由于吸收损失的光量，故而影响了能见度测量的准确度。
由于各地气候环境不同，在中低能见度条件下，光源在空气中由于各种颗粒物吸收而损失的光量较多，因而随着能见度的降低，前向散射仪FD2P测量误差较大气透射仪LT3也逐渐增加，但其架构较大气透射仪LT3更为简单，维护更为方便，同时价格更为优惠，在气候环境良好、能见度长期稳定的地域，前向散射仪FD2P就更为适用。因而各地域应综合考虑气候环境及外界因素，选用最为合适的能见度传感器。
前向散射仪FD2P也可选配各种配件，例如：降水传感器、背景光亮度仪等。自动气象观测系统AWOS也可以通过前向散射仪FD2P测算的能见度值、背景光亮度值和管制用户提供的跑道灯光级数值，测算跑道视程RVR。
那么，在同一地点安装的大气透射仪LT3和前向散射仪FD2P能否互为主备向相关用户提供能见度等数值就值得深入探讨。由于以上两种能见度传感器的测算原理、计算方法及适用环境有差异，导致同一时间同一地点二者所测算的能见度数值也出现差异，下面针对二者能见度测算数值进行了比对分析。
4大气透射仪LT3与前向散射仪FD2P数据比对分析
本场跑道同一地点同时安装了大气透射仪LT3和前向散射仪FD2P，当主用设备大气透射仪LT3出现故障或例行停机维护时，维护人员及用户单位都希望可以使用前向散射仪FD2P替代大气透射仪LT3提供能见度、跑道视程RVR等数值，以保证气象要素的不间断提供，为航空飞行安全提供保障。
通过六个月的比对观测，可分析两种能见度传感器在相同环境下二者测算数值的差异。由于大气透射仪LT3测量上限为5，前向散射仪FD2P测量上限为50，且能见度在4以上对航空飞行基本无影响，因而仅选取二者能见度均为4以下的有效能见度数值作为采样点进行分析。图为4以下大气透射仪LT3与前向散射仪FD2P能见度数值比对图。图中采样点为207年7月至2月大气透射仪LT3与前向散射仪FD2P每5s分别输出的能见度数值，通过筛选得到952对有效数据。
根据图可以看出大气透射仪LT3与前向散射仪FD2P所测算的能见度数值大部分基本吻合，但个别存在一定差异，能见度2以上出现个别差值较大现象，最大的接近500。由于能见度传感器本身测量精度不同，并且两套能见度传感器之间物理安装位置相隔0，出现个别相差较大的现象，判断可能由于地面小范围扬沙或浮土引起，不具有代表性。观察能见度在2以上时，二者能见度差值基本保持在400以内，满足±20%的能见度精度要求；能见度在2以下时，二者能见度差值基本保持在200以内，满足±0%的能见度精度要求。
由于管制用户开关灯标准为2，并且能见度越低要求的精度越高，因而进一步分析能见度2以下大气透射仪LT3与前向散射仪FD2P能见度数值差异，如图2所示为2以下二者的能见度数值比对图，其中通过筛选得到468对有效数据。
图2中大气透射仪LT3与前向散射仪FD2P能见度数值基本重合，能见度500以上个别点差值接近200，处于能见度精度±0%的偏差范围之内。同时可从图2中看出，前向散射仪FD2P测量的能见度数值普遍高于大氣透射仪LT3测量的能见度数值，这也印证了前向散射仪的测量原理。由于前向散射仪FD2P无法测量空中颗粒物对光的吸收而损失的光量，随着能见度的降低，空中颗粒物增多，因吸收而损失的光量也增多，因而在中低能见度下，这种现象更显而易见。同时也印证了“大气透射仪是在中低能见度下最精确的能见度传感器”的说法。
由于一类盲降运行标准为能见度800，为了进一步确保两种能见度传感器替换的可靠性，仅针对800以下大气透射仪LT3与前向散射仪FD2P的能见度数值进行分析。如图3所示为800以下二者能见度数值比对图，其中通过筛选得到00对有效数据。
图3可见二者能见度数值在800以下基本重合，偏差基本保持在±50以内，满足能见度500以下测量精度偏差±50内的要求。由于不同设备测量原理和测量精度不同，差异必然存在，而设备本身的测量精度也符合相关规范及要求，且两种能见度传感器测量偏差也满足测量精度要求，因而可得出结论如下：
在往后日常维护工作中，当大气透射仪LT3故障或例行停机维护时，自动气象观测系统AWOS可以暂时采用前向散射仪FD2P测量的能见度值进行计算分析并测算跑道视程RVR，将相关气象要素数据提供给相关用户，以保证能见度和跑道视程RVR数据不间断提供，为航空飞行安全提供保障。
5结语
民航业是国民经济的重要基础产业，为全面推进建设民航强国，保障各地区民航事业安全跨越式发展，民航空管系统发挥着十分重要的作用。作为空管系统气象设备维护人员，必须牢记使命、不忘初心，时刻把保障飞行安全、维护设备正常运行放在第一位。能见度传感器（大气透射仪LT3、前向散射仪FD2P）作为重要气象技术装备发挥着重要的作用，它为相关用户提供实时的能见度和跑道视程RVR等重要数据，一旦数据无法正常提供，将对飞行安全产生巨大影响。维护人员不仅需要在日常工作中采用正确的手段维护设备，密切监视设备运行情况，更要在设备发生故障时正确应急处置，将风险降至最低，采用一切可利用的有效备用数据及手段，向相关用户及时且有效的提供相关气象要素数据，为航空飞行安全提供保障。
文章来源于：科技视界