天上的飛機那麼多,如何避開「塞機」甚至互撞的風險?

天上的飛機那麼多,如何避開「塞機」甚至互撞的風險?

我們想讓你知道的是

在ACAS還沒出現前有許多飛機因碰撞而失事,也造成偏僻地區航管人員非常大的困擾。由於偏僻地區航管人員人數較少且工作時間較長,有時一不注意就會造成飛機在空中接近,甚至發生碰撞的意外。

文:宛同(任教於淡江大學航太系,美國德州大學航太工程博士。研究領域為飛機設計、飛機性能、飛行安全分析及航空氣象)

你有聽過這樣的機上廣播嗎?

各位旅客您好,由於機場跑道繁忙,目前我們正排在第15順位等待起飛,請大家耐心等候......

航空運輸快捷便利,使航空客運成長屢創新高,再加上新飛機不斷加入營運,舊型飛機又尚未達到淘汰年限,全球民航機起降架次增長迅速。

飛機在天空飛行,因速度、天氣及飛機數量增加,早已無法單靠飛行員目視飛行,必須使用裝備以避免互撞,尤其是大型飛機的長途飛行,更有賴地面飛航管制單位對航線、高度及離到場的管制與掌握。

我國民用航空法定義為「飛航管制是指為求增進飛航安全,加速飛航流量與促使飛航有序而所提供之服務」。近年來空中交通頻繁,對飛航管制的要求更加嚴格,使飛航管制的壓力提高。此外,由於飛航管制失誤而發生的飛航事件,例如失事、空中接近與跑道入侵等也時有所聞,使得國內外民航主管機關不得不重視飛航安全問題。

台灣自1987年開放天空以來,空中航運量逐年增長造成空域擁擠,飛機也時常發生空中接近事件,且天氣變化狀況越形惡劣,2020年初空軍黑鷹直升機墜毀等重大失事事件,都再次凸顯此議題。

飛機越來越多,飛航安全需不斷加強

飛機操作可分為起飛、爬升、巡航、進場及降落等五個階段,隨著經濟發展,民航運輸事業在過去幾十年內高速發展,由於空中交通流量增加,交通擁擠狀況也越來越嚴重,空中交通管制系統所受壓力越來越大。

舉例來說,空中交通較為發達的美國,每一時刻都有上千架飛機飛行;而亞洲各地機場每年旅客總輸送量已經躍居到全球機場的第二名。對此,必須使用空中交通管制系統以維持空中交通秩序,主要任務是防止飛機相撞、與地面障礙物相撞及侵入禁區、危險區或限制區等,保證快速高效的空中交通流量,以及保障空中的飛行安全。

隨著飛行流量增大,對於空管自動化系統處理能力的要求也越來越高。在空管自動化系統的警告功能中,「最低安全高度警告功能」是系統不可缺少的功能,該功能可以在飛機接近,或即將接近所在區域的最低安全高度時,為管制員發出視覺上(螢幕的文字警告)和聽覺上(警告聲音)的雙重警告。

不要靠近!保護飛航安全的防撞系統

空中防撞系統(airborne collision avoidance system, ACAS,又稱traffic collision avoidance system, TCAS),是一個獨立於飛機定位、飛行管理和交通管制的系統,它能藉由與其他的空中防撞系統互相傳遞訊號,偵測及計算各架飛機的位置、速度與高度,避免飛機在空中接近或相撞。

在ACAS還沒出現前有許多飛機因碰撞而失事,也造成偏僻地區航管人員非常大的困擾。由於偏僻地區航管人員人數較少且工作時間較長,有時一不注意就會造成飛機在空中接近,甚至發生碰撞的意外。

而當ACAS出現後,空中接近和碰撞機率大幅降低,除了航管人員能夠輕鬆許多,飛行安全也大幅上升,減少了因人員疏失所導致的失事。

而近地警告系統(ground proximity warning system, GPWS)則是飛機上警示飛行員飛機處於即將撞擊地面、水面或障礙物等緊急危險中的系統(圖一)。加裝近地警告系統目的,在於避免飛機發生操控下墜毀或撞山(controlled flight into terrain, CFIT)。

未命名
Photo Credit: 科學月刊

飛機問世以來,保障飛行安全一向是航空業的最高準則。隨著當今科學越來越發達,飛機設計製造和自動駕駛日漸成熟,機械故障不再是造成飛安事件或是空難的主要因素。

近10年來,80%的重大空難及飛安事件,都是由於人為失誤所造成的不幸意外,為了防止人為失誤的發生,各航空公司與民航主管單位,也都開始重視機員資源管理(crew resource management, CRM)。

​​

機員資源管理(Crew Resource Management)

CRM為一套程序及訓練系統,集中於機組人員之間,人與人的溝通、領導力、及決定能力。此訓練最初源於美國國家航空暨太空總署因很多航空的意外均為人為錯誤,而進行的一項關於飛機人員行為科學的研究,目的是為了減少因機員失誤而造成的空難。

會觸發研究機員資源管理的導火線,是1977年的特內里費空難,兩架波音747在西班牙加那利群島的洛司羅迪歐機場的跑道上高速相撞,導致583人死亡。

機組資源管理強調建立質疑或挑戰權威的氣氛和態度。過去發生的空難經常可以從駕駛艙的錄音發現,副機師或工程師等試圖將危險的情況告訴機長,但當機長明白情況時,已來不及避開危險。

​​

本文經科學月刊授權刊登,原文刊載於此

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航


猜你喜歡


【影音】整理數十萬張空拍影像,就像一場馬拉松:看見・齊柏林基金會「數位典藏」計畫

【影音】整理數十萬張空拍影像,就像一場馬拉松:看見・齊柏林基金會「數位典藏」計畫
Photo Credit:TNL Brand Studio

我們想讓你知道的是

「透過影像為環境發聲」是齊柏林畢生在做的事,也是看見・齊柏林基金會要接力做下去的事。打造一座把台灣存起來的影像資料庫,讓齊柏林留下的影像資產得以傳承世代,「數位典藏」計畫需要你我一同支持響應。

2017年,《看見台灣》的導演齊柏林匆匆離開這個世界,留下無數珍貴空拍影像資產;這些跨越1990年代到2017年、長達25年台灣自然與人文地景變遷的真實紀錄,不只保留了台灣之美,更在學術研究、環保倡議和環境教育上有著無可取代的價值。然而,龐大的影像素材需要經過「數位典藏」才能被有效應用,因此「看見・齊柏林基金會」成立的初衷,就是為了承接數位典藏的使命,讓齊導畢生的心血,能夠世代傳承,發揮永續的影響力。經過兩年的摸索,基金會最終研擬出最合適的數位典藏計畫,不只將齊導作品數位化、分類歸檔,更要建置線上影像資料庫,並將繼續記錄台灣的使命傳承下去。

根據看見・齊柏林基金會統計,齊柏林導演在空中拍攝超過2500小時所累積的影像,約為10萬張空拍底片、50萬張數位照片,上千小時的空拍影片;要為如此龐大的影像資料建檔與整理,勢必耗費許多金錢、時間與人力。不過,只要能集結眾人之力,這一場數位典藏人員及專業志工接力的馬拉松,將會是美麗而撼動人心的一段旅程。

「數位典藏」做什麼?

數位典藏(digital archive),意思是將有保存價值的實體或非實體資料,透過數位化(諸如攝影、掃描、影音拍攝、全文輸入等)與加上屬性資料等詮釋資料(Metadata),建立數位檔案的形式,作為永久保管儲存。

而看見・齊柏林基金會的數位典藏計畫可分為三大工作線,分別為:

  • 傳統底片組:挑選底片→掃描成數位檔案→建立屬性資料→歸檔
  • 數位照片組:挑選照片→建立屬性資料→歸檔
  • 空拍影片組:挑選影片→建立屬性資料→歸檔

除了要將齊導留下來的影像作品數位化歸檔,數位典藏計畫還包括改版建置「iTaiwan8影像資料庫」,也就是建設完整的線上影像資料庫系統,讓齊導作品更便於靈活運用,也能讓更多世人看見。

飛行2500小時累積的空拍影像,怎麼整理?

  • 整理底片/數位掃描

數位典藏組專員詹宇雯的工作,是負責整理傳統底片。即便存放在防潮櫃中,傳統底片仍面臨逐漸老化褪色的壓力,需要與時間賽跑進行數位化保存;然而大多未經篩選的10萬張底片,有些因為直升機震動導致些微的畫面模糊,也有因飛行路線連續較重複的地景構圖,而詹宇雯的其中一項任務,就是拿著放大鏡一一檢視精挑,並標註定位和勘誤照片資訊。

「整理底片最常發生的問題就是人工出錯,因為以前留下的資料可能是齊導或其他志工整理出來、用手寫的,貼紙可能貼錯或資料寫錯。」詹宇雯說起某次經驗,當時有一張台北車站的照片被貼了很多年份,為了找出正確年份,她試圖辨識照片裡招牌跑馬燈上的氣溫、股市市值等資料,交叉比對推斷出正確年份。雖然偶有這種偵探辦案一樣的趣事,但大多數時候是耗費專注度與眼力的過程。

完成底片挑選的階段,接著進到底片掃描數位化。然而,這步驟並不容易,除了整體的影像品質控制與檔案管理,齊柏林導演留下的底片最遠距今至少11年,老化褪色的底片容易出現色彩偏誤,須進行色彩還原,再修掉畫面上的髒點、存成解析度高的數位影像才算完成。

image3
Photo Credit:TNL Brand Studio
整理傳統底片的過程,必須拿著放大鏡一一檢視精挑,標註定位和勘誤照片資訊。
  • 建立屬性資料

所謂「建立屬性資料」,其實就是為影像添增各種描述紀錄的資訊,有了這些資訊,龐大的影像資料才能被有效率的搜尋、管理。數位典藏組副組長陳宣穎表示,以齊導拍攝的影像為例,包含:拍攝主題、地點及詮釋地景的關鍵字都屬於此範疇;而其中投入最多時間的便是「定位」和「建立關鍵字」這兩項任務。

「定位」指的是找出拍攝主體所在地點和座標,有時可透過既有的飛行軌跡紀錄來推測,但更多時候是在沒有軌跡紀錄的狀態下,憑藉地理知識及照片上的蛛絲馬跡判讀位置。如果影像拍攝年代久遠,或是地景變化很大,就需要運用更多歷史圖資或佐證資料去搜索、推論。

「我們要一張一張照片判讀,建立屬性資料。像是早期的傳統相機沒有定位功能,常常看到照片中只有一大片山稜線,此時我們就要仔細比對地圖、衛星影像,想辦法查找,盡可能貼近正確。」陳宣穎說。

「建立關鍵字」看起來似乎相對輕鬆,然而事實上,光是決定有哪些關鍵字可以使用,就是一門功夫。第一步必須辨認影像中的景物,例如一塊農田種植的是什麼作物,就必須蒐集其他資料輔助判斷;其次,由於空拍照片尺度不一,在畫面中佔比多大的景物需要設立關鍵字,也需要經過討論訂定規則;最後,還必須從使用者的角度思考,依據一般人的搜尋習慣設立關鍵字。

因此,在建立屬性資料的過程中,看見・齊柏林基金會也特別諮詢多位專家,共同研究規劃出適合台灣空中影像的關鍵字建置邏輯,並以此基礎進行分門別類、校正檢核,確保影像被妥善歸納及運用。

image2
Photo Credit:TNL Brand Studio
建立屬性資料時需要大量對比地圖,並依照訂定好的規則建立屬性資料,使歸納邏輯一致。
  • 影音資料典藏

相較於照片整理,動態影片的典藏工程更為多元複雜。首先,要針對近千小時空拍影片進行盤點,接著進行特殊格式轉檔與備份,再逐步建立邏輯編碼、標示檔案管理方式,以推動後續屬性資料建立。

「影片整理最大的兩個挑戰,其一是影片內容橫跨的範圍很大,導演可能是台中起飛、屏東降落,因此要去判斷每個影片節點的地景定位;其二是飛機上升的垂直範圍很大、晃動又劇烈,有時候會遇到『果凍效應1』致使內容失真。」影音製作組專員鄭宇程說明,由於各時期的影片拍帶檔案格式、影像內容品質、影片時長都不同,大大增加了管理建檔難度。

image4
Photo Credit:TNL Brand Studio
影音資料的典藏,需要讀取大量的檔案,逐格檢視、分段建立屬性資料、調色等。

加入數位典藏的馬拉松,傳承接棒台灣之美

從一步步定義操作流程、統一色彩管理語言、購置影像處理設備等,到培訓志工與實習生、讓人力支援一步到位、避免巨量資料的協作過程中出現錯誤,都是數位典藏計畫的範疇。多元內容創意部副總監王俐文表示,「數位典藏」四個字說來簡單,但過程繁複龐雜,需要所有人一致的專注、耐心、細心、以及熱忱。

「iTaiwan8影像資料庫」作為看見・齊柏林基金會數位典藏計畫的目標之一,改版上線只是第一步,接下來除了完成龐大影像資料的典藏,更大的挑戰是要繼續記錄台灣,讓影像不會只停留在2017年。

「透過影像為環境發聲」是齊導畢生在做的事,也是基金會要接力做下去的事。而數位典藏計畫,就是齊導生命的延續,也是基金會動力的源頭。要打造一座把台灣存起來的影像資料庫並不容易,看見・齊柏林基金會亟需各界的支持,共同建置屬於台灣最美的影像資料庫。讓我們一起守護齊柏林留下的影像資產,讓土地脈動的珍貴影像得以傳承世代,發揮更多價值。

捐款支持看見・齊柏林基金會,透過影像為環境發聲


註1:果凍效應(rolling shutter)是數位相機CMOS感光元件的一種效應,當使用電子快門來拍攝高速移動的物件時,原本垂直的物件拍攝出的畫面卻為傾斜甚至變形。(資料來源:維基百科)


猜你喜歡