CN102034368A - 用于增强对地面交通操作的冲突清除的认知的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于增强对地面交通操作的冲突清除的认知的系统和方法。一种在机场附近提高飞行员状况认知的系统和方法。示例方法当就位飞机在机场执行进近着陆、起飞操作或滑行操作之一时，基于就位飞机的信息、从至少一个飞机或车辆接收的信息、以及预定义的冲突包线，确定是否在预定义的机场附近至少有一个飞机或车辆构成冲突。如果该就位飞机确定至少有一个飞机或车辆构成冲突，该方法产生和输出冲突警报。如果基于接收自至少一个飞机或车辆的更新的信息，先前被确定为冲突的至少一个飞机或车辆被确定为不再构成冲突，该方法产生冲突清除报告。

Description

用于增强对地面交通操作的冲突清除的认知的系统和方法
技术领域
用于增强对地面交通操作的冲突清除的认知的系统和方法。
背景技术
存在许多类型的可能导致在两架飞机之间或飞机和地面车辆之间发生冲突的基于地面或近地面的飞行操作。每起冲突的关键因素在于存在灾祸的可能。这里的灾祸是指当两架飞机(或者飞机和地面车辆)不是彼此相撞就是勉强地避免彼此相撞。存在现存的和正在开发的系统，其试图通过实质上是视觉或听觉或两者(即，混合模态)的警报(即报告、注意、警告)，通知或以其他方式提醒飞行员：本机(ownship)(他们的飞机)可能很快或将要与另一飞机或地面车辆发生冲突。这些警报可以呈现在交通信息驾驶舱显示器(CDTI)上，该交通信息驾驶舱显示器可以增强机务人员对周围交通的认知。每个系统的基本操作目标是支持飞行员关于避免冲突的状况认知。然而，一旦造成警报的情况不再存在，航班的机务人员可能有这样的印象：冲突情况仍然存在，从而使用贵重的认知资源。
发明内容
本发明提供用于改进飞行员在机场附近的状况认知的系统和方法。示例方法当就位飞机(installation aircraft)在机场执行如下之一：进近(approach)着陆、起飞操作或滑行(taxi)操作时，基于关于就位飞机的信息、从至少一个飞机或车辆接收的信息以及预定义的冲突包线(envelope)，确定在预定义机场附近至少一个飞机或车辆是否构成冲突。如果该就位飞机确定了至少一个飞机或车辆构成冲突，该方法产生并输出冲突报警。如果基于接收自该至少一个飞机或车辆的更新的信息，先前确定构成冲突的至少一个飞机或车辆被确定为不再冲突，该方法产生冲突清除报告。
附图说明
本发明优选的和可选的实施例参照以下附图进行了详细的描述：
附图1是根据本发明实施例形成的示例系统的示意图。
附图2是由附图1中显示的系统执行的示例过程的流程图。
附图3-7示出了飞机在冲突和非冲突状况下的机场环境俯视图。
具体实施方式
本发明是用于产生并通告正在执行着陆或地面操作的飞机机务人员指示先前确定的与另一个飞机或地面车辆的冲突已经被清除的报告装置、方法或计算机程序产品。图1示出了示例飞机10，该飞机10包括用于相对于机场滑行道和跑道定位该飞机10并产生用于增强飞行员的状况认知的碰撞和碰撞清除报告的部件。
在一个实施例中，该飞机10发送该飞机相对于机场滑行道和跑道的位置给其它在附近的、有类似装备的飞机或地面车辆，连同航向和地面速度矢量，并且从那些其他有类似装备的飞机/车辆接收同样的信息，以便确定是否有潜在的碰撞状况存在。
该飞机10包括机场状况认知装置12，该装置周期性地采样代表一个或多个感兴趣的飞机状态参数的实时电子数据信号，例如是纬度和经度位置信息、地面速度、航迹角、档位设置(gear setting)、水平和品质因数、以及一个或多个其他感兴趣的飞机的状态参数。这样的数据以不同的格式可用，包括航空无线电设备公司(ARINC)性能规范429，ARINC性能规范575，模拟、离散或高级数据格式。该装置12接受该就位飞机10使用的任何格式的数据。例如，该装置12耦合到飞机数据总线或其它合适装置，该其它合适装置用于提供仪表信号的实时电子信号数据源，该仪表信号报告飞机状态参数信息。
导航数据可以直接从导航系统获得，该导航系统可以包括惯性导航系统(inertial navigation system，INS)，卫星导航接收器，例如全球定位系统(GPS)接收器，VLF/OMEGA，Loran C，VOR/DME，或DME/DME；或者来自航空管理系统(Flight Management System，FMS)。
该装置12然后提取和验证感兴趣的飞机状态参数，并且使用该信息计算获得的参数值，例如“飞行中”和“几何高度”。“几何高度”是瞬时GPS高度信号和气压高度信号的混合组合，如Johnson等人的美国专利NO.6216064、公开日2001年4月10日所描述的，该专利由本申请的专利受让人拥有，并且全文引入作为参考。
该提取和获得的感兴趣的飞机状态参数值被发送至报告情况检测处理器18。该处理器18如本文所述那样从可搜索的机场数据库16接收跑道信息。该数据库16存储有机场信息，包括感兴趣的固定障碍物(塔、建筑物和飞机库)、滑行道和跑道数据，包括：用于识别机场的机场指示器；宽度和高度值；滑行道位置；跑道测量数据，包括：跑道中心点、跑道中线和两个跑道端点；提供对跑道位置不确定性的以海里计的大致估计的跑道位置质量(Runway PositionQuality)信息，以及提供对跑道位置不确定性的例如以英尺计的精细估计的质量因素(Quality Factor)信息；跑道准确度因素，其由机场状况认知的飞机定位和通知(跑道认知和通知系统(Runway Awareness and Advisory System)-RAAS)部分使用；跑道海拔；跑道末端的以度计的跑道真实航向，以及基于分配指示的跑道指示器角度；在任一航向上、即从跑道的任一末端进近的、以度计的下滑道角度；跑道指示器；在跑道位置处以英尺计的过度高度；以及跑道质量信息和包围跑道的所选区域(例如15英里的区域)内的地形质量数据(包括最高和最低的海拔；以及测量精度因素。感兴趣的这些和其他信息呈现为内部信号，该内部信号用于本发明机场状况认知装置的操作。
该飞机10还包括通信部件28，该通信部件发送来自该处理器18的数据信号。该发送的数据信号包括该就位飞机10的状态的改变。该数据信号由附近的其他飞机/车辆接收。该通信部件28直接从其他装备的飞机/车辆接收类似的发送，提供该接收的数据给处理器18来支持报告的产生。在其他实施例中，通信部件28间接通过基于地面的系统接收类似发送。根据ADS-B，ADS-R或类似发送协议，执行来自其他装备的飞机/车辆的发送。根据交通信息服务广播(Traffic Information Service-Broadcast，TIS-B)，航班信息服务广播(FlightInformation Service-Broadcast FIS-B)或相当的协议，执行来自基于地面系统的发送。
在接收到其他飞机/车辆位置和运动矢量后，处理器18确定潜在冲突并且通告潜在冲突。可选的，至少针对具有造成与飞机10潜在冲突的位置和运动矢量的飞机/车辆，在机场和周围的显示器26上描述一个或多个其它飞机/车辆。
当处理器18确定与机场环境中的另一个飞机/车辆存在冲突时，处理器18产生输出信号，该输出信号激发听觉报告部件20。然后，该听觉报告部件20产生听觉报告信号并且输出该产生的听觉报告信号给音频设备22。所述音频设备22例如是驾驶舱扬声器、耳机或等同的驾驶舱音频系统。
在其它实施例中，当冲突存在时，视觉报告部件24从处理器18接收该输出的(一个或多个)信号，然后产生视频输出信号给显示器26。该显示器26导致显示指示状态和报告的文字或图画信息或文字与图画信息。
本发明给机务人员提供了听觉或视觉信息通告或二者，该信息适当指示：正被进近或进入的跑道(或其它机场地面)被其它的车辆或其它机场设备占用；其它车辆正在腾出正被进近或进入的跑道(或其它机场地面)；以及其它车辆正在进近或进入现在被就位飞机10占用的跑道(或其它机场地面)。
检测到冲突后，处理器18确定飞机10是否是清除了先前识别的冲突(冲突飞机/车辆现在是在警报包线(alerting envelope)之外)的。如果确定飞机10是清除了的，给操作员呈现“冲突清除”消息(可视地、听觉地或混合模态地)。该警报包线是包括以下内容的函数：对目标的接近度(高度和侧面距离)、本机和目标的航向、本机和目标之间的相对速度、和/或距碰撞的时间。一旦该目标不再在警报包线中，产生冲突清除警报。这具有释放操作员的被用来监视需要关注的潜在冲突而不是例行操作(例如，在滑行道上继续，滑行进入位置并等待(taxi intoposition and hold，(TIPH)，着陆)上的注意力资源的潜力。
根据本发明的一个实施例，飞机10周期性地广播最新的飞机位置和速度矢量信息，并且经由通信部件28通过RF广播改变其相对于附近其他飞机的状态，并且使用短程、低功率本地频带周期性地接收来自附近其他就位飞机的这样的广播，其中该本地频带限制向机场和机场直接相邻周围的广播的范围。在严重的信号衰减区域，例如被地形或被例如飞机库的固定障碍物遮蔽的区域中可选地使用基于地面的中继器。飞机位置和速度矢量信息的这种广播，在概念上类似于现有的RF通信功能，例如S模式应答器，或演进的自动相关监视(AutomaticDependent Surveillance，ADS，或“ADS-B”)概念，该概念包括通用访问收发器(universal access transceiver，“UAT”)。可以使用现有的ADS数据增大本发明广播的一些部分，但是其不足以来解决该问题，至少是因为这些现有的RF通信系统在地面上被禁用以减少或限制频率拥塞，该频率拥塞排除了对地面跑道冲突检测的依赖。这些其他现有的RF通信系统(不包括UAT)相对价格高，这在实际中排除了将它们应用在实际中小飞机、卡车和固定障碍物中，而这些小飞机、卡车和固定障碍物是本发明指出的真实世界事故的屡见不鲜的根源。这些其他现有的RF通信系统没能包括至少一些标记位，例如，OnRwy、交叉点(Crossing)、以及M/T标记，这些标记位被用来使得报告能用。这些其他现有的RF通信系统通过设计使用相对较高功率的广播。尽管所有这些问题被解决，结果导致的更大的、用于实现本发明的RF通信系统也将因为频率拥塞而在繁忙的机场失效。减小发送功率会使得它们对于它们现有目的变得无用。
本发明可以结合例如由Honeywell，Inc.开发的跑道交通认知和报告系统(Runway Traffic Awareness and Advisory System，RTAS)使用，提供其他占用跑道或进近跑道的飞机的交通报告。该系统使用来自多个系统的数据：
TCAS；
自动相关监视-广播(ADS-B)；以及
增强地面接近警告系统(Enhanced Ground Proximity Warning System，EGPWS)地形和跑道数据库功能。在2006年10月3日公开的共同拥有的美国专利NO.7117089中描述了示例RTAS，其内容在这里被参考引入。
另外，本发明还可以结合例如由Honeywell，Inc.
Figure BSA00000269772200052
开发的滑行认知和报告系统(Taxi Awareness and Advisory System，TAAS)使用，参见2006年9月19日公开的美国专利NO.7109889，其内容在这里被参考引入。该TAAS为机场地面操作提供移动的地图显示，包括滑行道。该TAAS数据库需要被显示的所有要素(例如，跑道、滑行道、停机坪(ramp area)、除冰区域)的信息。当前正在开发的包括交通目标的显示。共同拥有的、在2006年9月19日公开的美国专利NO.7109889描述了示例RTAS，其内容在这里被参考引入。本发明可以包括其它系统概念(例如关于机场地面的、具有指示和警报(ATSA SURF IA)的增强交通状况认知)，可以使用ADS-B和用来监控飞机和地面车辆的其它技术。
当存在冲突的概率和/或可能性时，这些技术可以彼此协调产生和呈现指示和/或警报(例如，视觉的、听觉的或混合模态的)给操作员。
图2示出了由处理器18执行的示例过程50的流程图。首先在判定块52，处理器18确定是否已经产生并输出地面碰撞警报。如果没有地面碰撞警报产生，则过程50处于等待模式(hold mode)。如果产生了地面碰撞警报，则在块54，处理器18确定导致产生警报的状况。这被执行以使得处理器18知道何种警报包线来分析。如果在警报产生时记录了信息，这可以是固有的步骤。在块56发生延时。在块58，接收冲突车辆的更新信息。在判定块62，处理器18基于更新的信息和冲突清除参数(确定的状况，即警报包线)，确定警报情况是否仍然存在。当确定警报情况是否仍然存在时，就位飞机的当前情况可以可选地被考虑。如果警报情况仍然存在，过程50回到块56的延时。如果警报情况不存在，处理器18输出听觉或视觉的冲突清除指示(参见块64)。
图3-1是在机场夜间或恶劣天气操作的俯视图。本机90准备起飞并且有TIPH，正在起飞或在跑道上滑行。另一个飞机92在中场交叉跑道正开始起飞滑跑。本机90处理来自其它飞机92的信号并且在显示器上呈现交通移动，其中高亮显示(例如，黄色轮廓)交叉跑道。本机90可以产生听觉警报，同时进一步告知本机90的该航班的机务人员存在冲突。如附图3-2显示，冲突飞机92变为在空中，所以清除了该跑道交叉口。本机90接收到冲突飞机92已经变为在空中并且跑道交叉口已经清除的信息。本机90确定该冲突状况不再存在，从而去除交叉跑道的高亮并且通过音频和/或视频输出“冲突清除”的报告。
图4-1示出了冲突飞机状况的另一个机场环境。两个飞机(本机90和目标/冲突飞机92)在低能见度时都最后进近(final approach)到交叉跑道。本机90上的显示器呈现ATSA SURF类型的、目标/冲突飞机92正在进近跑道的指示(例如，黄色轮廓)。
如图4-2所示，目标/冲突飞机92启动了复飞(go-around)(增加空速、攀升、转弯)。该巡回信息被发送给本机90。本机90确定该冲突状况不再存在且跑道指示停止，并且“冲突清除”报告被输出，如前所述。
如图5-1所示，本机90正在起飞或滑行。冲突飞机92准备在交叉跑道上实行着陆与短暂等待(Land and Hold Short，LAHSO)操作。冲突飞机92稍长时间着陆。本机90产生和输出“注意，冲突”警报或类似的信息。图5-2，冲突飞机92完成了安全的LAHSO操作，不达到(stop short of)本机跑道。本机90在从冲突飞机92接收到更新的位置和运动信息之后，输出“冲突清除”消息。
如图6-1所示，本机90最后进近着陆，并且冲突飞机92正在不注意地穿过交叉滑行道等待线(hold line)。基于从冲突飞机92接收的位置和运动信息，本机90产生“注意，冲突”或类似消息。图6-2示出了冲突飞机92已经穿过到跑道另一端的滑行道，因此清除了跑道。基于从冲突飞机92接收的更新的位置和运动信息，本机90产生和输出“冲突消除”报告。
如图7-1所示，本机90和冲突飞机92在低能见度滑行操作期间，在交叉滑行道上进近交叉口。本机90产生“警告，冲突”或类似消息和/或显示指示。图7-2示出了冲突飞机92停在了它自己的滑行行道上，因此不再与本机90形成冲突。基于从冲突飞机92接收的更新的位置和运动信息，本机90产生了“冲突清除”报告。
该“冲突清除”报告可以包括更多的涉及不再使飞机/车辆构成冲突的特定信息，例如当前的位置或动作。

Claims (10)

1.一种方法，包括：
在就位飞机(10)正在在机场执行进近着陆、复飞、起飞操作或滑行操作之一时：
a)基于关于该就位飞机的信息、接收自至少一个飞机或车辆的信息、以及预定义冲突包线，确定是否在预定义的机场附近至少一个飞机或车辆构成冲突；
b)如果该就位飞机确定该至少一个飞机或车辆构成冲突，则产生并输出冲突警报；
c)在预定义的延时之后重复a)；以及
d)如果基于从该至少一个飞机或车辆接收的更新的信息，先前被确定为构成冲突的该至少一个飞机或车辆被确定为不再构成冲突，则产生冲突清除报告，并输出冲突清除报告。
2.如权利要求1所述的方法，其中输出冲突警报包括视觉地或听觉地输出冲突警报中的至少一个。
3.如权利要求2所述的方法，其中以视觉地或听觉地输出冲突清除报告中的至少一个输出冲突清除报告。
4.如权利要求3所述的方法，其中输出冲突清除报告包括通过一个或多个扬声器(22)输出预先记录的音频消息。
5.如权利要求1所述的方法，其中该预定义的冲突包线是基于该就位飞机正在执行的操作。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括从该就位飞机周期性地发送位置和运动信息，其中该周期性的发送是以能够到达机场周围的功率电平执行的。
7.一种就位飞机上的系统，包括
用于在就位飞机正在机场执行进近着陆、复飞、起飞操作或滑行操作之一时，基于关于就位飞机的信息、从至少一个飞机或车辆接收的信息、以及预定义的冲突包线，确定(18)是否在预定义的机场附近至少一个飞机或车辆构成冲突的装置；
用于如果该就位飞机确定至少一个飞机或车辆构成冲突则产生并输出(18，20，24)冲突警报的装置；
用于在输出该冲突警报后进行延时(18)的装置；
用于接收(18)来自该至少一个飞机或车辆的更新信息的装置；
用于在如果基于接收的更新信息，先前被确定为构成冲突的该至少一个飞机或车辆被确定为不再冲突，则产生(18)冲突清除报告的装置；以及
用于输出(20，24)该冲突清除报告的装置。
8.如权利要求7所述的系统，其中用于输出(22，26)冲突警报的装置以视觉地或听觉地中的至少一个输出冲突警报，其中该预定义冲突包线是基于该就位飞机正在执行的操作。
9.如权利要求7所述的系统，其中用于输出冲突清除报告的装置以视觉地或听觉地中的至少一个输出冲突清除报告。
10.如权利要求7所述的系统，进一步包括用于从该就位飞机周期性地发送位置和运动信息的装置，其中该周期性的发送是以能够到达机场周围的功率电平执行的。
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