CN101287648A - 用于确定最佳跑道照明强度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定最佳的跑道照明强度的方法，该方法基于考虑针对跑道特定的照明系统参数、气象学的可视距离和背景亮度对于跑道能见度RVR一个目标值确定一个最佳的照明强度。本发明的目的在于提供一种方法，利用它可以以经济和生态学的观点并考虑到所有与安全性有关的方面通过合理能量供给控制有效地降低跑道照明的能耗。

Description

用于确定最佳跑道照明强度的方法
本发明涉及一种用于确定最佳跑道照明强度的方法，它基于考虑针对跑道特定的照明系统参数、气象学的可视距离和背景亮度对于一个可配置的跑道能见度目标值确定最佳的照明强度。
为了在不利的能见度环境下、在天色朦胧以及入夜之后飞行，机场上的跑道通常配备有照明装置，用以标识跑道边界(边界灯)以及如果由于分类而需要的话还标识跑道中心(中心线灯)(ICAO附录14-机场)。这些照明装置具有特殊的光分布并且以特定角度对准飞机飞来的方向。着陆的飞行员在上述环境下主要按这些照明装置来定向，以使飞机能降落在跑道中央。
在不同的日光和气候条件下跑道照明的可识别性通过计算出的跑道能见度RVR(Runway Visual Range的缩写)来描述。按照机场的类别采用不同的RVR下限值，在此下限值之上飞机着陆仍可进行(ICAO附录6-飞行器的操作)。
·CATI 550m
·CATII 350m
·CATIII 200m
·CATIIIb 050m
在RVR的计算中考虑到：
·借助于大气透射计或向前散射传感器确定的气象学可视距离MOR(Meteorological Optical Range的缩写)，
·所确定的背景亮度(背景的光强)，跑道照明必须在该背景亮度的基础上才能被识别(BGL，即Background Luminance)，
·跑道照明的光强分配，它由照明装置的种类，位置和指向确定，以及
·跑道照明系统的可调整的光强。
跑道照明通常在天色昏暗时进行。跑道照明的强度由ATC人员(Air Traffic Controller，空中交通控制员)基于对应于所掌握的背景亮度的经验值并在有限的能见度环境下进行选择。通常“可靠”的调整会选择不必要的高亮度，因为这样在各种情况下都能确保为跑道照明的可识别性提供尽可能大的对比度。
指挥塔上的具有直接结果显示的所谓RVR计算系统使ATC人员可以判断所导致的跑道能见度并可以引入必要的步骤来增加安全措施或中断飞行作业。
人工调整的跑道照明强度通常借助于一个相应的数据接口由跑道照明系统通知RVR计算系统或通过适当的测量(例如照明器件的工作电流)获得。
跑道照明强度的调整至今仍只是人工实现。已知有诸如可自由编程的或可通过按键选择的强度等级的无级调整。
如上所述，RVR的计算考虑到各种不同的参数，它们一方面通过测量技术而获得，另一方面由安装条件和跑道条件所确定。在计算灯光的能见度R时，除了被转换成能见度门限值Et(单位为Lux)的背景亮度BGL(单位为cd/m2)之外，还要考虑气象学的可视距离MOR(单位为m)、灯与背景之间的对比度K(规定为5％，以保证各种情况下的可视性)以及光强度I0(单位为cd)，作为灯与飞行员之间的距离R(单位为m)的函数。为了根据灯光的能见度R计算出跑道可视距离RVR，还必须考虑跑道灯的位置和发光特性与着陆时飞行员的观察角度的关系的影响。这种影响已经在确定跑道灯光强分布I0[R]时加以考虑，使得灯光的能见度R作为对跑道能见度RVR的一个直接量度，见图1。
由于计算RVR的公式不是推导可求解的，RVR的确定借助于迭代方法完成。在RVR计算系统中，测得的MOR被代入公式1，并且在考虑由函数I0[R]给出的光强的条件下改变R，直至该公式被满足。
MOR＝(InK*R)/(In((Et*R2)/(D*I0[R])))               (公式1)
按照国际民用航空组织ICAO(International Civil AviationOrganization)的推荐，对比度门限值K被规定为0.05(ICAO Manualof Runway Visual Range Observing and Reporting Practice，Doc9328-AN/908)。它确定了最小对比度，在此对比度下背景前的物体仍可被可靠地识别出来。
测得的背景亮度通过相应的配置规程按ICAO(Manual ofRunway Visual Range Observing and Reporting Practice，Doc9328-AN/908)连续或分级地变换为能见度门限值(eye threshold)Et，并且接着代入公式1中。图2示出相应的分级配置规程。在考虑了着陆时飞行员观察角度的条件下，可以设R＝RVR。典型的观察角度在函数I0[R]中已加以考虑。
在考虑上述关系时公式1进一步被描述为：
MOR＝(In0,05*RVR)/(In((Et*RVR2)/(D*I0[RVR])))      (公式2)
按照所选择的RVR值由一个配置规程求得I0[RVR]的相应值，它考虑了跑道的针对照明特定的参数和着陆时飞行员的典型观察角度。跑道照明的强度调整通过强度衰减D(1对应于100％的照明强度)影响I0[RVR]的值。图3示出相应的配置实例。
根据当时的背景亮度，在考虑到经过调整的跑道照明强度的情况下，在测得的MOR与求得的RVR之间有固定的关系。
借助于图3所示的针对I0[RVR]的配置实例，图4针对供选用的背景亮度情况，即黑夜、黎明或黄昏、白天和明朗的白天以及对于100％的照明强度设定，示出了VRV与MOR的关系。
在求得的RVR按照ICAO推荐(ICAO Manual of Runway VisualRange Observing and Reporting Practice，Doc9328-AN/908)被分级并计算相应的平均值和趋势之后，结果被呈现给ATC人员用于进一步的应用。
机场跑道照明装置的能耗是一个严重增长的运行成本因素。特别是大的机场上所需照明灯的数量达到数千个。对于国际机场，这种设备的年耗电量达到数千兆瓦小时。
本发明的目的在于提供一种方法，利用该方法可以以经济和生态学的观点并充分考虑所有与安全有关的方面通过合理控制能源供给有效地减小跑道照明的能耗。
按照本发明，上述任务通过一种用于确定或跟踪跑道照明强度的方法完成，该方法基于考虑针对跑道特定的照明系统参数、气象学的可视距离和背景亮度对跑道能见度RVR的一个目标值确定最佳的照明强度，将气象学可视距离MOR和背景亮度的测量值、以及考虑到着陆时飞行员观察角度时针对跑道和照明系统特定的照明光强分布和最小跑道照明强度提供给一个计算系统，在该计算系统中基于测得的背景亮度确定一个能见度门限值，在该计算系统中借助于测得的MOR、计算出的能见度门限值、考虑到着陆时飞行员观察角度时针对跑道和照明系统特别的照明光强分布和最小跑道照明强度计算出跑道照明的强度衰减的一个最佳因子，其中只要这些环境参数允许，该最佳因子就能保证RVR对应于目标值，并且所求出的强度衰减的最佳因子通过适当的数据接口和/或指示器来提供，用于确定和跟踪跑道照明强度。
下面借助实施例详细说明本发明。附图中示出：
图1示出RVR计算的概况，
图2示出背景亮度/能见度门限值配置规程，
图3示出跑道照明的光强I0与RVR的关系，
图4示出不同背景亮度下MOR与RVR的关系，
图5示出采用半自动的跑道照明强度控制对RVR计算和确定最佳强度衰减DOPT的概况，
图6示出采用全自动的跑道照明强度控制时RVR计算和确定最佳强度衰减DOPT的概况，
图7示出对于RVR＝1500m的照明强度自动跟踪，
图8对不同背景亮度示出采用自动照明强度跟踪时的MOR变化和由此得到的RVR，
图9对不同背景亮度示出照明强度随时间的自动跟踪，
图10对不同背景亮度示出节能潜力。
在现有技术基础上，本发明所述方法利用了评估通过一个特定的跑道照明强度得到的RVR的可能性，并且基于这种了解进行半自动或全自动的跑道照明强度跟踪，使得只要气象学的可视距离和背景亮度允许，所得到的RVR总是可靠地达到所配置的目标值RVRZIEL。这样就保证了跑道照明的强度总是被选择在这样的强度，即该强度是保证安全和无故障的飞行作业所绝对必需的。
通过变换公式2得到强度衰减：
D＝(Et*RVR2)/(I0[RVR]*e^((In0,05*RVR)/MOR))     (公式3)
将RVR用所要获得的跑道能见距离目标值RVRZIEL代入，则计算出强度衰减DOPT，它随MOR和背景亮度而变化，并且描述了在考虑气象学的可视距离和日光条件或背景亮度的条件下所给定的地面照明系统的最佳强度设置。
DOPT＝(Et*RVRZIEL 2)/(I0[RVRZIEL]*e^((In0,05*RVRZIEL/MOR))   (公式4)
基于安全性考虑，对于RVR可以有不同的目标值。可以设想直接应用根据CATI至CATIIIb(ICAO附录6-飞行器的操作)的RVR最小值或者对它用一个安全性因子作修正。
所确定的强度衰减DOPT也可以用一个安全性因子加以放大。在对于照明强度作分级调整时，强度衰减本身应被凑整到下一个更大的强度等级上。毫无疑问的是，在各种情况下RVR目标值的确定是在ICAO所推荐的用于RVR确定的1500m的最小上限上(ICAO Manualof Runway Visual Range Observing and Reporting Practice，Doc9328-AN/908)。
对跑道照明系统的强度衰减所求出的最佳因子可通过相应的指示系统向ATC人员建议，用于跟踪，见图5。或者此最佳因子通过RVR计算系统的适当接口直接传送给跑道照明系统以实现全自动跟踪，见图6。
在上述这两种情况下，跑道照明强度的设置都根据已知的或测得的环境参数而被优化。过强的照明强度设置得以避免，能耗和刺眼效应的风险被最小化，并且照明灯的使用寿命延长了。
图7示出对于所选的背景亮度情况，即黑夜、黎明或黄昏、白天和明朗的白天，并假设应用1500m作为RVR目标值，借助于图3所示I0[RVR]的配置实例所得到的照明强度衰减DOPT与测得的MOR之间的关系。
该方法的实际应用时还可以考虑以下补充：由于在跑道照明系统的频谱中红色分量增加，低于3％的照明强度是ICAO不推荐的。因此对公式4的结果必须进行以下限制：
当DOPT＜0,03时，DOPT＝0,03             (公式5)
为了形象地说明此方法的工作方式，图8对不同的背景亮度示出采用自动的跑道照明强度跟踪时MOR和由它导出的RVR随时间变化的曲线。如果可能，跑道照明强度的自动跟踪总是使RVR保持在1500m的恒定目标值上。在达到100％的照明强度之后，MOR的进一步降低也影响到RVR。
图9对相同时间段示出了照明强度衰减曲线(不考虑公式5)。根据背景亮度的不同，按照优化过程求得的照明强度衰减或早或晚地到达1这个值，即对应于100％的照明强度。
图10对相同时间段示出基于跑道照明强度自动跟踪实现的节能潜力。基于公式5，在实际应用中节能潜力不会超过97％。

Claims (8)

1.一种用于确定或跟踪跑道照明强度的方法，该方法基于考虑针对跑道特定的照明系统参数、气象学的可视距离和背景亮度对于跑道能见度RVR的目标值确定一个最佳的照明强度，其特征在于，
气象学的可视距离MOR和背景亮度的测量值以及考虑到着陆时飞行员观察角度时针对跑道和照明系统特定的照明光强度分布和最小跑道照明强度被提供给一个计算系统，
在该计算系统中基于测得的背景亮度确定一个能见度门限值，
在该计算系统中借助于测得的MOR、计算出的能见度门限值、考虑到着陆时飞行员观察角度时针对跑道和照明系统特定的照明光强度分布和最小跑道照明强度计算出跑道照明的强度衰减的一个最佳因子，其中只要环境参数允许，该最佳因子就能保证RVR对应于目标值，
所确定的强度衰减的最佳因子通过适当的数据接口和/或指示器来提供，用于确定和跟踪跑道照明强度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从测得的背景亮度无级变换到能见度门限值Et。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所计算出的跑道照明的强度衰减的最佳因子通过数据接口被直接传送给跑道照明系统，用于照明强度的自动跟踪。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所计算出的跑道照明的最佳强度衰减通过适当的指示器被呈现给ATC人员作为建议，并人工进行跑道照明强度的跟踪
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，跑道照明强度的跟踪无级地进行。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，RVR的目标值被自由配置。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，最小跑道照明强度被自由配置。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在跑道照明强度分级设定的情况下，最佳强度衰减被取整到相应的下一个更大的可能强度等级上。
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