一種機(jī)場跑道安全預(yù)警系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種機(jī)場跑道安全預(yù)警系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球民航業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，飛行流量不斷增長，空中和地面的沖突也日益頻 繁，尤其地面跑道安全問題日趨嚴(yán)重，跑道侵入和外來物侵入等不安全事件也在逐年增加。 跑道安全是整個航空運(yùn)輸系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)，而跑道侵入是典型的跑道安全問題，它極有可 能引起嚴(yán)重的機(jī)場安全事故?，F(xiàn)有的關(guān)于跑道侵入研究如下：
[0003] (一)跑道侵入的定義
[0004] 在美國，F(xiàn)AA將跑道侵入定義為:發(fā)生在機(jī)場跑道環(huán)境內(nèi)，涉及地面航空器、車輛、 人員或物體，對起飛、準(zhǔn)備起飛、降落或準(zhǔn)備降落的航空器產(chǎn)生碰撞危險(xiǎn)或?qū)е率プ畹偷?安全間隔的任何事件。加拿大民航組織采用不同的方法來定義跑道侵入:非預(yù)期或者授權(quán) 的航空器、車輛或人員在未經(jīng)授權(quán)或預(yù)期的情況下，進(jìn)入或試圖接近正在使用的跑道的任 何危險(xiǎn)事件。這兩種定義都只是針對激活跑道的跑道侵入，并不包括大量的對非激活跑道 的跑道侵入。
[0005] 為推動國際合作，共同改善跑道侵入風(fēng)險(xiǎn)，2004年11月25日，國際民航組織（ICA0) 對跑道侵入RI(Runway Incursion)進(jìn)行了統(tǒng)一的定義，定義規(guī)定：跑道侵入是指在機(jī)場發(fā) 生的任何航空器、車輛或人員誤入指定用于航空器著陸和起飛的地面保護(hù)區(qū)的情況，為跑 道侵入。其中，跑道、滑行道和位于跑道等待位置和實(shí)際跑道之間的部分都屬于指定的保護(hù) 區(qū)域。此后，該定義在全球范圍內(nèi)生效。
[0006] (二）引起跑道侵入的原因
[0007]造成跑道侵入的原因有很多，飛行員、交通管制員、車輛駕駛員和行人都可能引起 跑道侵入。FAA對跑道侵入事件進(jìn)行調(diào)查后，將其原因歸為三種人為失誤:飛行員偏差(PD)、 運(yùn)行失誤(0E)和車輛/行人偏差(V/PD)。飛行員偏差(PD)是指飛行員因違反航空規(guī)章而造 成跑道侵入的行為。例如：飛行員在按規(guī)定的航線進(jìn)入機(jī)場時，沒有遵守空中交通管制 (ATC)關(guān)于禁止穿越正在使用中的跑道的指令。運(yùn)行失誤(0E)是由于ATC無法對航空器進(jìn)行 協(xié)調(diào)有序管理造成的結(jié)果。例如:a.兩架或多架航空器之間或航空器與障礙物(包括跑道上 的車輛、設(shè)備和人員）之間低于適用的最小間隔；b.允許航空器在關(guān)閉的跑道上著陸或起 飛。車輛/行人偏差(V/PD)是指地面車輛和人員未經(jīng)ATC批準(zhǔn)，擅自進(jìn)入跑道活動區(qū)域，干擾 航空器運(yùn)行的行為。
[0008] 在實(shí)際環(huán)境中，人為失誤只是造成跑道侵入的一部分原因，許多其他因素也對跑 道侵入事件負(fù)有責(zé)任，如:惡劣的氣象條件、機(jī)場布局的復(fù)雜性、基礎(chǔ)設(shè)施和系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合 理、日益增長的空中交通量等。這些因素之間并不是孤立的，跑道侵入事故可能是由一連串 事件造成的，是多種因素與人為原因共同作用的結(jié)果。
[0009] (三）國內(nèi)外關(guān)于跑道防侵入研究
[0010] 針對日益嚴(yán)重的跑道侵入現(xiàn)象，各研究機(jī)構(gòu)都已投入大量的精力研究和開發(fā)防止 跑道侵入的技術(shù)設(shè)備。目前努力的重點(diǎn)主要集中在兩個方面:為飛行員提供位置信息的特 定設(shè)備;及時為空中交通管制員提供跑道侵入告警的報(bào)警設(shè)備。
[0011] 在美國，由FAA制定的跑道侵入防止計(jì)劃致力于通過美國國家空域系統(tǒng)(NAS)來減 少跑道侵入的發(fā)生。RIRP(Runway Incursion Reduction Program跑道侵入減少計(jì)劃）系統(tǒng) 由飛行導(dǎo)航系統(tǒng)、入侵顯示終端等部分組成，可以為飛行員、空中交通管制人員以及地面交 通設(shè)施等提供實(shí)時狀態(tài)報(bào)告。該系統(tǒng)的雛形已經(jīng)在達(dá)拉斯沃斯堡國際機(jī)場投入了技術(shù)試驗(yàn) 和性能測試。RIRP需要一種先進(jìn)的技術(shù)來支持，而現(xiàn)在的局域增強(qiáng)系統(tǒng)LAAS是考慮的首選。
[0012] NASA的RIPS(Runway Incursion Prevention System跑道侵入防止系統(tǒng)）是一種 先進(jìn)的駕駛艙顯示系統(tǒng)，能夠在平視顯示器上顯示跑道、滑行道及跑道沖突警告等，主要是 通過技術(shù)手段來提高地面狀態(tài)實(shí)時報(bào)告、飛行定位和飛行員預(yù)警等方面的能力。它與RIRP 的不同之處在于它可以通過HUD(平顯技術(shù))和EMM(電子移動地圖）實(shí)時向飛行員報(bào)告當(dāng)前 地面狀態(tài)。這一功能的實(shí)現(xiàn)是通過ADS-B(廣播式自動相關(guān)監(jiān)視）、STIS-B(地面交通信息服 務(wù)廣播)、LAAS等預(yù)警技術(shù)來完成的。
[0013] RIRP和RIPS這兩種設(shè)備的使用都要以花費(fèi)大量資金對航空器機(jī)艙進(jìn)行改造為代 價，這對大多機(jī)場來說都有一定的局限性，要將其進(jìn)行全球范圍的推廣使用，還需要一個很 長的過程。
[0014] RWSLs(Runway State Lamps跑道狀態(tài)燈)是FAA正在測試的另一項(xiàng)技術(shù)。狀態(tài)燈由 一系列嵌在跑道內(nèi)的起飛等待燈和跑道入口燈組成。一旦檢測到潛在的跑道侵入事件，跑 道狀態(tài)燈會立刻向飛行員發(fā)出直接的視覺警報(bào)。它們是全自動的告警系統(tǒng)，無需管制員進(jìn) 行手動操作。如果進(jìn)入或穿越的跑道是不安全的，紅色的跑道入口燈就會被點(diǎn)亮;如果跑道 用于起飛是不安全的，紅色的起飛等待燈會被點(diǎn)亮。RSWLs系統(tǒng)并不能單獨(dú)使用，它也需其 他先進(jìn)的跑道狀態(tài)檢測設(shè)備的支持，兩者相結(jié)合，才能評估機(jī)場上任何潛在的沖突。
[0015] 美國Sensis公司開發(fā)的X型機(jī)場地面探測設(shè)備(ASDE-X)是一種地基雷達(dá)系統(tǒng)，通 過地面監(jiān)控雷達(dá)實(shí)現(xiàn)機(jī)場目標(biāo)定位，并將行走路線傳到管制顯示屏上，為空中交通管制員 提供有關(guān)防止跑道侵入的決策支持，F(xiàn)AA選定美國35個較繁忙機(jī)場，逐步安裝ASDE-X系統(tǒng)設(shè) 備。AMASS(機(jī)場活動區(qū)域安全系統(tǒng))是基于雷達(dá)的有意義的信號，在雨霧天準(zhǔn)確性降低，它 是ASDE-3雷達(dá)的附加增強(qiáng)裝置，它們均是高度自動化的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。兩者結(jié)合，可以使管制 員更準(zhǔn)確地觀察到機(jī)場的運(yùn)行情況，以便及時采取必要措施來避免跑道侵入事件的發(fā)生。 目前國內(nèi)的廣州白云機(jī)場使用了類似ASDE-X的基于場面監(jiān)視雷達(dá)的地面雷達(dá)告警設(shè)備，能 通過標(biāo)牌變紅和播放警示音對可能出現(xiàn)的地面沖突予以提醒，起到輔助監(jiān)控的作用。
[0016] 由ICA0制定的另一種基于場面監(jiān)控雷達(dá)的高級場面活動運(yùn)動引導(dǎo)控制系統(tǒng)A-SMGCS，可以在不改變機(jī)場現(xiàn)有布局的前提下，利用先進(jìn)的技術(shù)手段，例如地面監(jiān)視雷達(dá) (SMR)、多點(diǎn)定位系統(tǒng)(MDS)、廣播式自動相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)等設(shè)備，對整個機(jī)場的飛行區(qū)和 航站區(qū)實(shí)現(xiàn)無縫隙覆蓋，為管制人員提供一個關(guān)于交通狀況的清晰的實(shí)時圖像。A-SMGCS可 以為飛機(jī)和工作車輛在機(jī)場活動區(qū)域內(nèi)提供精確的引導(dǎo)和調(diào)控，更可以避免飛機(jī)和車輛間 因目視誤差而導(dǎo)致間隔出現(xiàn)偏差的情況。由于A-SMGCS系統(tǒng)可以為各種機(jī)場場面移動管理 提供高效且全天候的管理方案，歐美很多國家都已先后將其作為機(jī)場配置的重要組成部 分，如德國慕尼黑機(jī)場、英國希斯羅機(jī)場以及加拿大的多倫多機(jī)場等，世界上最繁忙的亞特 蘭大機(jī)場也已經(jīng)采用A-SMGCS進(jìn)行運(yùn)營。
[0017] 雖然這幾種基于場面監(jiān)控雷達(dá)的機(jī)場場面管理系統(tǒng)對防跑道侵入可以起到一些 作用，但缺陷在于，告警信號需通過空中交通管制員通知飛行員，而用于告警過程的時間非 常有限。一架滑行的航空器可能在幾秒鐘內(nèi)就能越過跑道停機(jī)線標(biāo)志，進(jìn)入跑道。在這么短 的時間里，要通過一連串的事件來避免跑道侵入事件。首先，系統(tǒng)必須探測到侵入沖突;然 后給管制員發(fā)送警告；管制員接到告警信號后要進(jìn)行分析判斷，中間經(jīng)過信號接受、處理、 傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)，而碰撞事故在此間可能已經(jīng)發(fā)生。而且場面監(jiān)視雷達(dá)覆蓋能力較小，由地物反 射而產(chǎn)生的假目標(biāo)較多，存在盲區(qū)，且對天氣比較敏感，刮風(fēng)下雨時會產(chǎn)生大量雜波，容易 產(chǎn)生錯誤的警報(bào)。
[0018] 此外，以上所述的這些設(shè)備都具有一個共同的特點(diǎn)，這些設(shè)備造價都十分昂貴，安 裝和使用方式也十分復(fù)雜，只有大型機(jī)場才能勉力負(fù)擔(dān)安裝維護(hù)的費(fèi)用，并不適合在很多 中小型機(jī)場進(jìn)行推廣使用。
[0019] 針對上述的這些設(shè)備的缺陷，有研究機(jī)構(gòu)考慮到將日益成熟的無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 引入到機(jī)場安全管理系統(tǒng)中。無線傳感網(wǎng)絡(luò)作為一種全新的信息獲取和處理技術(shù)，具有可 靠性高、成本低、易于擴(kuò)展等特點(diǎn)，十分適合用于機(jī)場安全管理。如國內(nèi)的中國民航大學(xué)采 用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)的機(jī)場特種車定位系統(tǒng)，通過放置在特種車輛及機(jī)場固定位置的 傳感器節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對停機(jī)坪內(nèi)特種車輛的定位，對存在危險(xiǎn)的車輛進(jìn)行預(yù)警，以避免車輛 碰撞飛機(jī)事故的發(fā)生。
[0020] 將無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于機(jī)場管理，尤其是防跑道侵入領(lǐng)域，是一種全新的嘗試，已 有的研究成果還很少。由于機(jī)場環(huán)境的特殊性，無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用既有一定的有利 條件，也有實(shí)現(xiàn)的難度，還需要進(jìn)一步的深入研究。
[0021] 因此，從技術(shù)手段出發(fā)，開發(fā)一套跑道侵入檢測告警系統(tǒng)，及時掌握跑道狀態(tài)，為 跑道侵入提供一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、靈活可靠的解決方案勢在必行，這對減少由跑道侵入引起的 事故，提高我國民航飛行的安全性，具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022] 本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種機(jī)場跑道安全預(yù)警 系統(tǒng)及方法，基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行跑道侵入檢測告警，為跑道侵入提供一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安 全可靠的技術(shù)解決方案，并可根據(jù)不同機(jī)場的實(shí)際情況，可以靈活進(jìn)行系統(tǒng)配置，以此提高 我國防止跑道侵入的水平。
[0023]本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0024] -種機(jī)場跑道安全預(yù)警系統(tǒng)，包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)接口單元、交 換機(jī)、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、人機(jī)交互